Гипотеза работы ЕН антенны

[RA1QKH]

К рекомендациям Владимира RA9LR прислушайтесь, это правильно насчет заземления.

Если я использую MFJ259 на батарейках и Измеритель поля на к174пс1 тоже на батарейке - нужно-ли заземлять и что именно?
Заранее спасибо.....

[UA1ACO]

Друзья, добрый день!

Владимир затронул очень серьезный и важный вопрос - о влиянии земли. В двух словах об этом не сказать, а я привых всегда обо всем подробно, чтобы было понятно. так что уж извините, если пост будет немного длинным.
Что земля влияет на настройку любых антенн, это всем понятно и даже программы расчета всегда учитывают это. Но "механизм" влияния земли на обычные антенны и на ЕН несколько разный, всвязи с особенностями этих антенн. Об обычных дипольных антеннах я говорить не буду, он подробно изложен в теории АФУ, коснусь лишь особенностей присущих ЕН антеннам.
Посмотрите на рисунок приаттаченный к посту. На нем мы видим ЕН антенну на мачте. На рисунке есть три емкости (хотя на самом деле их больше и картина сложнее, но рассмотрим самые главные). Емкость "С1" - это емкость между цилиндрами (пластинами и т.д.) ЕН антенны. На диапазоне КВ она составляет единицы Пикофарад (от 5-15 Пф). Эта емкость "С1" в совокупности с Индуктивностью катушки настройки, создают последовательный контур настроенный на рабочую частоту. В момент резонанса, напряжения на элементах контура ОЧЕНЬ высокие , а емкость "С1" "раскрыта" и создает ПОЛЕ (по сути радиоволну в самой антенне!) и т.д. Подробности описывать не буду о них везде (в том числе и на сайте) есть информация. Таким образом работает ЕН антенна.
Теперь посмотрим на емкость "С2". Что это за емкость? и какова ее величина? Емкость "С2" - это емкость между ЕН антенной и ЗЕМЛЕЙ (под словом "земля" в этом упрощенном варианте надо понимать как собственно саму землю, так и емкость между оплеткой кабеля и антенной, между антенной и окружающими предметами и т.д.).
Полезная эта емкость или паразитная - конечно ответ прост, ПАРАЗИТНАЯ. она нам не нужна, так как ее трудно учесть и она при работе антенны вносится в "контур" самой антенны и т.д. Есть еще и емкость "С3" между катушкой настройки и землей (земля в том же определении)... и она тоже ПАРАЗИТНАЯ!
Мы можем учесть при настройке антенны эти емкости? - НЕТ! (а они чуть меньше емкости "С1" самой антенны).
Будут эти паразитные емкости меняться от положения антенны (например в комнате) или от высоты подвеса, от длины кабеля вблизи антенны, положения кабеля и т.д. - ДА!
Потечет, например, по емкости "С2" ток при работе антенны - ДА!
Как потечет этот ток? А очень просто: по цепи - цилиндры - емкость "С2" - поверхность оплетки кабеля - цилиндры! Будет влиять этот ток на КСВ антенны? - ДА! А в случае, если не заземлять - влияние будет еще больше.
Вот именно поэтому мы МОЖЕМ поставить развязывающие фильтры (кольца и т.д.) на кабель, НО! если мы их поставим очень близко к самим цилиндрам (а поле у самой ЕН антенны ВО МНОГО раз больше чем у диполя, у диполя пучность напряжения ДАЛЕКО от середины, на краях диполя!) будут большие наводки на эти фильтры-пробки (ферриты и т.д.) и картина исказится и толку от них не будет, а отсечь ток, образованный емкостью "С2" (и "С3 тоже") мы можем и на расстоянии в двух-трех длинах самой ЕН антенны (не путать с длиной волны).
Теперь посмотрим что будет, если аппаратуру не заеземлять. Если TRCVR, а значит и линия питания антенны (кабель) не заземлен, то все они становятся компонентами (составляющими) этой большой антенной системы. Именно поэтому, в таком варианте, прикосновение к частям аппаратуры, вызывает "жжение", выходят из строя трансиверы и т.д.
Будет сам TRCVR и кабель влиять на параметры этой антенной системы - БЕЗУСЛОВНО.
Даже предположить или рассчитать возможные распределения токов в этой системе не представляется возможным. В ней, естественно, будет излучать все: антенна, кабель, трансивер, электропроводка питающая трансивер, переизлучать окружающие предметы и т.д.
Не знаю, доступно ли я все изложил, старался кратко. Тем не менее можно сделать выводы:
1. При настройке ЕН антенны, приборы надо заземлять.
2. При настройке, по возможности рядом с ЕН антенной ничего постороннеего не должно быть.
3. Кабель после установки антенны, должен идти максимально вертикально, как можно на большей длине от самой антенны.
4. Фильтры пробки ставить можно (ингда, при не совсем точном согласовании, и нужно), но не ближе 2-3 длин самой антенны.
5. Хорошо использовать для питания антенны полуволновый (или кратный ему) отрезок кабеля, тогда потом будет возможность точно согласовать антенну с помощью тюнера (если вдруг по каким-то причинам, после установки, параметры несколько ушли).
6. После настройки ЕН антенны дома, ВСЕГДА требуется небольшая подстройка по месту установки (для этого обычно есть кольцо подстройки на ЕН антенне) из-за изменения паразитной емкости "С2".
7. Именно для уменьшения емкости "С2", ЕН антенны для переносных станций выполняют на небольших кронштейнах.
8. Хоть и не относится к теме, но очень важно! Не забывайте о технике безопасности. В ЕН антенне образуются очень большие напряжения. Не дотрагивайтесь до частей антенны при подаче мощности! Я сам упал в Неву от электрического удара, после прикосновения к кольцу настройки (даже не к самой антенне), при испытаниях ЕН на судне на воздушной подушке, при мощности передатчика всего... 10 ватт!
Успехов всем!
73! Владимир UA1ACO

[UA9FAL]

В ЕН антенне образуются очень большие напряжения. Не дотрагивайтесь до частей антенны при подаче мощности! Я сам упал в Неву от электрического удара,

Уважаемые любители ЕН антенн, будьте бдительны! Сначала вы делаете ЕН антенну, а потом она делает вас...!

[UR4III]

Ну, вот! Обо всём прописали, а о земле забыли!
А здесь такая штука получается, что если мы и токи по внешней оплётке кабеля заблокируем, то всё равно ЕН может превосходно излучать. Только излучение будет обусловлено не эл.полем между цилиндрами и слабыми токами в них, а эл.полем между антенной и землёй.
Общеизвестный факт: у низко расположенного горизонтального диполя вдруг появляется вертикальная составляющая э-м поля. Виноваты в этом силовые линии эл.поля, замыкающиеся через землю и имеющие в зазоре «антенна-земля» вертикальное направление. Нечто похожее возможно происходит и в этом случае. Отклонение пучностей зарядов на концах цилиндров от 180˚ приводит к превалированию одной пучности над другой. Т.е. в результате возле антенны имеем суммарное «плюсовое» или «минусовое» эл.поле. Если на корпусе трансивера, на конце провода заземления синхронно имеем противоположный знак заряда, то получаем не хилую напряженность поля между ЕН и землёй. Отсюда возможен ещё один элемент настройки системы – включение в провод заземления LC-цепочки.

[UA1ACO]

...делаете ЕН антенну, а потом она делает вас...!

...включение в провод заземления LC-цепочки.

Конструктивно. Началось... цирк приехал?

[Леонид3]

UA1ACO, Владимир, а вот так не эксперементировали?

[R9LR]

нужно-ли заземлять и что именно?

В данном случае я заземляю только оплетку кабеля снижения у прибора MFJ или AA330. Прибор обнаружения поля расположенный на удалении 2-3 высоты ЕН антенны стараюсь подвесить на уровне центра цилиндров и перпендикулярно к ним направляю приемный провод прибора.

Добавлено через 2 минуты

Только излучение будет обусловлено не эл.полем между цилиндрами и слабыми токами в них, а эл.полем между антенной и землёй.

Хм....А если подвесить на оооооочень большой высоте, то по вашему будет излучать и принимать кабель? Где то тут мы это уже обсуждали..

[UA1ACO]

Владимир, а вот так не эксперементировали?

Спасибо Леонид,
конечно пробовал, и не я один (у меня много материала по таким вариантам и от моих корреспондентов). Но этот этап прошел уже года 4 назад. Казалось бы все проще получается. Но как только катушка настройки попадает в середину поля "конденсатора" между цилиндрами (или пластинами), все идет прахом Уровень поля от такой антенны снижается примерно на 20 dB . Даже помню, где-то была опубликована фазированная антенная решетка на таких антеннах
Но если насчет емкостей, то они все равно остаются (и С3 в том числе). По величине эти емкости такие: С1 (между цилиндрами) на КВ диапазонах около 5-15 Пф (в зависимости от размера антенны и диапазона), а паразитные емкости на "землю", десятые доли пикофарады (0,1-0,4 Пф), тем не менее, они все равно немного влияют на настройку антенны. Это все хорошо видно, если установить ЕН антенну на переносной станции (без кабеля) и поднять ее на диэлектрической мачте над землей, исключив емкости "С2" и "С3" и естественно токи в кабеле и т.д. (ЕН антенне не нужен противовес, как например штатным укороченным антеннам, она самозаконченная конструкция), но это уже другая тема.

Спасибо Леонид, Успехов!
73! владимир UA1ACO

[Леонид3]

UA1ACO, Владимир, спасибо-то Вам! :-)
Владимир, правильно-ли я понимаю принцип таких антенн: она является "развёрнутым" конденсатотром, источник излучения - электрическое поле между его обкладками при подаче напряжения (в отличие от проволочных антенн, в которых источник излучения - магнитное поле, возникающее от протекающего элементам антены тока) ?
В этом случае сопротивление излучения (полезная нагрузка) составляет сотни килоом и чтобы закачать в него какую-то мощность, необходимо напряжение измеряемое киловольтами? Кроме того, размеры антенны должны быть много меньше длины волны, чтобы антенна не превратилась в "проволочную"?
Столь высокое напряжение получается за счёт трансформации (соотношения числа витков катушки связи и катушки индуктивности) и добротности получившегося контура?
Кстати, наверное, энергетически выгоднее применять в конденсаторе не цилиндры, в которых внутренняя поверхность принимает участие в создании ёмкости, но не принимает участие в создании излучения, а пластины с двумя "рабочими" поверхностями (хотя в конструкционном плане цилиндры гораздо удобнее)?

[UA1ACO]

Владимир, правильно-ли я понимаю принцип таких антенн: она является "развёрнутым" конденсатотром

Леонид, день добрый!

В целом совершенно верно, все как вы кратко описали. Есть нюансы в объяснении принципа работы, но это частности. Более подробно можно прочитать в нескольих статьях: http://ehant.qrz.ru/theory.htm

И напряжения возникают Очень значительные до десятков киловольт, вплоть до пробоя конструктива ЕН антенны: http://ehant.qrz.ru/trr_eh2.jpg
И размеры ЕН антенны не могут быть длинными (возникает паразитная индуктивность "плеч") иначе эффективность падает, превращая ЕН в диполь.
И добротность "контура антенны" очень высокая (емкость между цилиндрами-то единицы Пф).
И вместо цилиндров и биконусов применяются пластины, с хорошими результатами: http://ehant.qrz.ru/eh10plos9.jpg но плоские антенны имеют большую, по сравнению с цилиндрами, парусность. Мою плоскую ЕН на диапазон 160 метров все-таки завалило ветром а с цилиндрами стоит и работает. кроме того в цилиндрических легче осуществлять подстройку, что тоже важно. Но большой разницы между ЕН с цилиндрами и плоскими нет: http://ehant.qrz.ru/poleeh145f.jpg

Более подробно о ЕН антеннах можно прочитать: http://ehant.qrz.ru/exp_eh.htm
Удивительно как Вы лаконично и точно обрисовали суть.
Спасибо.
73! Владимир UA1ACO

[Леонид3]

UA1ACO, ещё раз: Владимир, спасибо-то Вам! :-)
Я не обрисовывал суть, я спрашивал (хотя, говорят, в правильно поставленном вопросе содержится 90% ответа :-) ) с тем, чтобы постараться не наступать на те же грабли, на которые наступали до меня. Спасибо!

[UR4III]

Владимир, правильно-ли я понимаю принцип таких антенн: она является "развёрнутым" конденсатотром, источник излучения - электрическое поле между его обкладками при подаче напряжения (в отличие от проволочных антенн, в которых источник излучения - магнитное поле, возникающее от протекающего элементам антены тока) ?

В полноразмерных тоже есть вполне приличное эл.поле. Запитанный посредине диполь также представляет собой последовательный кол.контур. В идеальных диполе и ЕН величины пучностей зарядов на концах равны. У ЕН они расположены гораздо ближе, что даёт большую напряженность поля. Потери у ЕН ниже, следовательно, добротность выше и это второй фактор увеличения напряженности поля.
Я это к тому, что принцип излучения, приписанный ЕН, вполне подходит и обычному диполю.

В этом случае сопротивление излучения (полезная нагрузка) составляет сотни килоом

Кто это измерял?
Оценку Rиз можно получить по входному сопротивлению антенны на резонансной частоте. Прикиньте частоту резонанса при существующих L и C ЕН-антенны.

Кстати, наверное, энергетически выгоднее применять в конденсаторе не цилиндры, в которых внутренняя поверхность принимает участие в создании ёмкости, но не принимает участие в создании излучения,

На цилиндрах заряды одной полярности. Они имеют свойство удаляться друг от друга. Поэтому внутри их нет.

Добавлено через 23 минуты

Цитата:
Сообщение от UA9FAL
...делаете ЕН антенну, а потом она делает вас...!

Цитата:
Сообщение от UR4III
...включение в провод заземления LC-цепочки.

Конструктивно. Началось... цирк приехал?

Хм....А если подвесить на оооооочень большой высоте, то по вашему будет излучать и принимать кабель?

Ни про цирк, ни про кабель юмора не понял.
В соответствии с названием темы повторю мою гипотезу работы ЕН.

Так называемая ЕН-антенна представляет собой укороченный диполь, питание половинок которого происходит с отклонением от 180˚. Вследствие этого возникает неравенство количества зарядов на цилиндрах. Излишек зарядов образует РАДИАЛЬНОЕ эл.поле.

Поскольку механизм излучения ЭМволн науке неизвестен, полезно было бы «поиграться» с фазой зарядов. Практическая ценность такой антенны возрастает с увеличением длины излучаемой волны. Как правило, антенна будет располагаться вблизи земли. Поэтому неплохо было бы исследовать работу системы «антенна-земля». Радиальное «однополярное» эл.поле может быть преобразовано в «двуполярное» при расположении на поверхности земли «противовеса» с регулируемой полярностью тока в нём.

[LY1CE]

...фазой зарядов

Не могли бы Вы популярно объяснить этот термин ?

[UR4III]

На конце разомкнутой линии синхронно образуются пучности напряжения противоположные по знаку. Токи в проводах линии противоположны по направлению или, как говорят, сдвинуты по фазе на 180гр. Если один провод линии сделать длинее, то образование пучностей будет не синхронно, а сдвиг фазы отклонится от 180гр.
Та же картина наблюдается при питании диполя в разрыв его полотна по центру и со сдвигом из центра.
Т.е. если пучности зарядов противоположны по знаку, но образуются не синхронно, то их фаза отличается от 180 гр. Я фазу пучностей зарядов привязал к току.

[UA1ACO]

В идеальных диполе и ЕН величины пучностей зарядов на концах равны.

А я смотрю на рисунок Рис.1 и Рис.2 и вижу, что картина ПРАКТИЧЕСКИ у диполя и ЕН полностью противоположна. Пучность зарядов (поля) у диполя действительно на концах (так и должно быть, как в учебнике), но у ЕН она почти в середине! А характеристики сняты и опубликованы уже 2 года назад! причем не только мной (на сайте эта info есть), и не только в нашей стране. Потом повторены многократно на разных антеннах (даже видео есть . Откуда вы берете противоположные данные по ЕН антеннам - не совсем понятно.
А какая разница в амплитудах напряженностей поля (а она видимо от количества зарядов зависит?) между диполем и ЕН, видно из рисунка Рис.2 (масштаб сохранен). А размер антенн можно сравнить - они синеньким цветом слева на рисунке. Измерения проводились на разных ПОЛНОРАЗМЕРНЫХ диполях.

принцип излучения, приписанный ЕН, вполне подходит и обычному диполю.

Извините меня, я в первый раз слышу, чтобы ток смещения (основной принцип, по существующей теории ЕН) считался полезным в диполе, везде описано (если вообще о нем упоминается), что он вредный и паразитный и из-за этого тока диполь работает хуже. http://ehant.qrz.ru/exp_eh30.htm там же, кстати есть и ссылка по емкости дипольных антенн, которая в десятки раз больше, чем у ЕН, а уж об индуктивности "полотен" я вообще молчу. Как говорилось в поговорке: "что русскому хорошо - фашисту смерть", точно так же и с диполем и ЕН.

Поэтому неплохо было бы исследовать работу системы «антенна-земля».

И это уже исследовали в разных конфигурациях и на разных летательных аппаратах, не один десяток раз, поднимая ЕН в воздух. Я же цифры не из головы беру и выдумываю (как вы правильно пписали - я же практик). Один из вариантов на Рис.3 здесь высота всего 300 метров.

Спасибо.
73! Владимир UA1ACO