Фазированные вертикалы

[UA3TW]

Уважаемые модераторы, перенесите пост в тему "Спецам ММАNА" раздела "Программное обеспечение"
Круг из шести вертикалов по радиусу 0,282 λ (12 м на диапазон 40м)может обеспечить диаграмму в любом направлении, только как обеспечить регулировку этих фаз

Почему я высказывал пессимизм по поводу запитки 4SQ для работы вдоль стороны квадрата. Посмотрите пристёгнутый файл, где это сделано. Два передних вертикала имеют фазу ноль, два задних - фазу +90. Казалось бы чего проще - подключайся к одноимённым портам направленного ответвителя и всё. Однако, какие получаются входные импедансы: 1 и 4 по 67,46 - j 1,54; 2 и 3 по 56,59 + j 140,64. Очень большая реактивность у второй пары. Если скомпенсировать, включив параллельно 526 пФ, то входное для порта 0 град. будет 33,7 Ома а по порту +90 входное будет 205 Ом. Не думаю, что ответвитель будет рад такой нагрузке, а что с этим делать - я не знаю. Отсюда и пессимизм. Такая же трудность получается при питании широко расставленных пар, как в системах 6 по кругу и 8 по кругу.

[RN3KV]

только как обеспечить регулировку этих фаз

Проблема не только в этом.
Вместе с диаграммой, меняется сильно импеданс.
Для компенсации, я включал 2 пары элементов через емкостные делители.
В одноименной ветке на cqham, я выкладывал один из возможных вариантов.

[RA3GN]

Ua3tw
Николай, 4 вертикала в большом круге должны хорошо работать.
В расчётах может быть ошибка.

[UA3TW]

Может и есть. Файл выложен в посте 286. Я не нахожу.

[RJ3FF]

Если скомпенсировать, включив параллельно 526 пФ

А если скомпенсировать положительный импеданс последовательным конденсатором?

[UA3TW]

Попробуйте - файл перед вами. Должно всё развалиться, так как фаза сдвинется.

[RA3GN]

ua3tw
Николай, трансформатор на линиях может решить вопрос с выравниванием сопротивления для работы НО?

[UA3TW]

Владимир, не исключено, хотя вряд-ли: трансформатор меняет напряжение, а оно не должно меняться. Тут нащупались некоторые возможности с вашим ответвителем на четвертушках. Сейчас изучаю. Может, что и выйдет.

[UA3TW]

Изучал НО трёх схем, которые у меня имеются в виртуальном виде. Две схемы получил от RA3GN, они на линиях и легко моделируются в RFSimm и в EZNEC. Третья – схема с явным катушечным трансформатором в MMANA. Все три схемы имеют два выходных порта: 90 град и 0 град. и один балластный порт.
Все три схемы ведут себя одинаково. Не буду приводить файлы и картинки а опишу словами результаты.
1. Для баланса, т.е. чтобы на балласте была незначительная мощность, не обязательно нагрузки должны быть равны, но они должны подчиняться некоторой пропорции, а именно: если нагрузку по одному порту сделать вдвое больше, например 100 Ом, то по другому надо делать вдвое меньше, т.е. 25 Ом. При этом на балласте сохранится мизерное напряжение а разность фаз между портами не изменится.
Обнаружив этот факт, я решил, что можно попробовать использовать это свойство для запитки 4SQ с излучением вдоль стороны квадрата, так как там нагрузки по портам, приведённые к активным значениям, отличаются примерно в 6 раз, например, 33 Ома и 206 Ом. Однако, все попытки окончились неудачей.
Копая дальше, я обнаружил второе свойство:
2. НО делит мощность между двумя портами, 90 град и 0 град, ровно пополам, а если не получается, то остальное приходится на балластную нагрузку.
Вот один из примеров для НО на 75 Ом: по порту +90 град нагрузка 150 Ом, ток через неё 0,6803 А, напряжение на ней 102 В и мощность 69,36 Вт. По второму порту нагрузка 37,5 Ома, ток через неё 1,35 А, напряжение на ней 50,625 В, и мощность 68,34 Вт.
И никуда от этого не деться. А ведь при питании 4SQ по схеме для излучения вдоль стороны квадрата по порту +90 град нагрузка 206 Ом, это мощность при источнике 1 Вольт будет 1/206 а по порту 0 град. мощность будет 1/33 - это в 6 раз больше, так что запитать невозможно, или около трети мощности отдать балластному резистору.
Вывод такой, что от таких НО с портами 90 и 0 град и равным делением мощности на две части, каковыми они являются, хорошо питать антенны, у которых мощность по портам 90 и 0 примерно одинаковая, как в 4SQ при излучении вдоль диагонали и на ней базирующихся, а для антенн, у которых мощность по фазам сильно разная, как двухэлементная антенна или пары из двухэлементных, лучше искать другие схемы.

[UA3TW]

Вчера моделировал антенну из книги ON4UN, стр 440 (75) издание на русском языке. Статья называется Предельная вертикальная антенная решетка: 9-ти элементная круговая антенная решетка W0UN.
Моделировал в EZNEC – довёл до питания от двух источников с разностью фаз 90 град., т.е. под питание от НО. Как и в книге, питание получается очень низкоомным, у меня получились по портам одинаковые импедансы по 10 Ом, чисто активные. Это можно НО проектировать на 10 Ом.
Также напрягся и нарисовал в MMANA, с питанием через мосты Бушеро, тоже свёл к фактическим двум источникам, так как в таблице источников только две фазы и одна амплитуда.
Мнение такое, что я бы предпочёл ранее выложенную систему, как под площадку R7AB, хотя там усиление чуть меньше, зато питание попроще, импедансы втрое выше (30 Ом)
полоса пошире, суммарные потери должны быть меньше.

[UA3TW]

Если пойти на принцип – можно запитать 4 SQ с излучением вдоль стороны квадрата и другие такие же «кривые» антенны, («кривые» в том смысле, что входное по портам сильно разное) от направленного ответвителя. Например, в той же 4SQ входное по портам 0 град. и 90 град. отличается более, чем в шесть раз, соответственно так же отличаются мощности по этим портам. Поэтому надо сделать распределитель мощности, чтобы он делил в нужной пропорции и с нужным сдвигом фаз между выходами.
Наверное. где-то такие устройства описаны в литературе, но я решил попробовать сам и получил рабочую виртуальную схему такого распределителя. Её вполне можно смоделировать в RFSimm, я же моделировал в EZNEC.
Рассуждал так. НО делит мощность пополам. Тогда одну половину направляем на питание антенны, той её части, где требуется бОльшая мощность, а вторую половину направляем на второй НО, и получившиеся две четвёртые части исходной мощности распределяем так: одну часть - на питание второй части антенны, требующей меньшую мощность, а оставшуюся четверть суммируем с бОльшей мощностью.
Сказать легко, но мне повезло. Сначала я смоделировал сумматор, используя ту же схему НО, но закачав от отдельных источников в порты 0 град. и 90 град. и снимая с порта, ранее служившего входным. На выходе мощности сложились, если сигналы на входе были равны и сдвинуты по фазе на 90 град. На порту балласта мощность нулевая.
Потом я нарисовал два одинаковых НО на характеристическое сопротивление 75 Ом, подал входное напряжение на первый, с одного выхода первого подал на вход второго через линию 75 Ом и с одного из выходов второго через линию 75 Ом подал на порт балласта первого НО. В результате получился ящик, у которого один вход, два выхода: один с первого НО, мощный, и второй со второго НО, менее мощный. Третий выход второго НО балластный, на нём висит нагрузка 75 Ом.
Получилось так, что эта схема делит мощность в любой нужной пропорции с регулируемым сдвигом фазы между портами выхода, в частности, 90 град можно выставить. Регулировка делается длинами кабелей, которые соединяют НО друг с другом.
Короткий кабель соединяет выход первого НО с входом второго НО, от его длины зависит отношение величин мощностей. Длинный кабель соединяет выход второго НО с суммирующим входом первого НО, от его длины зависит сдвиг фаз. При длине первого кабеля 6,5 м и второго 27,8 м ( на четверть волны длиннее) отношение мощностей получается 6,15 раза при разности фаз 90 град.
Полученный НО я включил в антенну 4SQ по схеме излучения вдоль стороны квадрата, предварительно подогнав входные сопротивления по портам под 75 Ом, активных, с помощью изменения волновых сопротивлений четвертьволновых линий и подбора реактивных шунтов и получил рабочую модель антенны.
Получилась правильная разница в усилении при излучении вдоль диагонали и вдоль стороны 1 дБ.

[UA3TW]

Используя полученные навыки, запитал от одного источника ещё некоторые антенны, которые здесь в теме упоминались. Например, антенна из поста 193, где она запитана от 4-х источников. Применил распределитель мощности на двух НО.
Запитал также антенну с радиусом 18м, которую Владимир, RJ3FF, давал в посте 2. В общем, получил хорошую игрушку, забросил Morse Runner и играюсь здесь.
Кстати, почему усиление примерно одинаковое, хотя у первой лепесток намного уже - оказывается, у неё вертикальный лепесток намного шире.
Интересно также то, что здесь уже не квадратурные фазосдвиги - в первой антенне 75 град , во второй - около 120 град, хотя в распределителе фаз и мощностей используются квадратурные НО.

[RA3GN]

ua3tw
Николай, заметил разногласие с логикой: если сопротивления разные, то мощности нужно делить не пополам. Однако при равном напряжении на входе четверьволновых кусков будет обеспечен равный ток в вертикалах. Где ошибка?

[UA3TW]

Сегодня запитал антенну Владимира, RA3GN от одного источника с помощью распределителя мощности на двух НО. Всё работает, но полоса ожидаемо очень узкая, по подавлению даже 100 кГц не тянет. А так всё ОК.

[UA3TW]

ua3tw
Николай, заметил разногласие с логикой: если сопротивления разные, то мощности нужно делить не пополам. Однако при равном напряжении на входе четверьволновых кусков будет обеспечен равный ток в вертикалах. Где ошибка?

Владимир, мощности не пополам делятся, а в нужной пропорции, для чего и делается распределитель мощности из двух НО. Я подробно об этом написал в посте 296. На выходе распределителя есть два порта, между ними сдвиг фаз 90 град и различие по мощности в примерно 5 раз, но все порты всё равно 75-омные в том примере. А это значит, что напряжения на портах уже разные. А входные сопротивления четвертушек, идущих к элементам, подгоняются под сопротивление порта с помощью изменения волнового сопротивления четвертушек. Посмотрите таблицу линий передач, там волновые сопротивления четвертушек самые разные. Если хотите подробно изучить распределитель мощности - смоделируйте его в RFSimm, руководствуясь схемой рисунка в посте 296. Очень любопытная штука, можно получить любые распределения фаз и мощностей.