Фазированные вертикалы

[UA3DJG]

В вашем первом посте я не обратил внимание на сопротивление земли, 18 Ом. Это что, добавка к сопротивлению вертикала из за плохой системы противовесов? Я обычно считаю такое сопротивление нулевым, так как считаю, что противовесов достаточно. По моему полевому опыту 20 приповерхностных противовесов на вертикал более чем достаточно для такого приближения. Возможно, если вставить по 18 Ом на вертикал, то в модели W7EL и получится 40 Ом, а пока получается как получается.
Перекрещивание в данном случае не принципиально, если не перекрещивать, диаграмма будет смотреть в противоположную сторону. А вот если расстояние будет не 0,25 W а меньше, как например в HB9CV, то там без перекрещивания никак, это и по схеме HB9CV видно, везде перекрещивание. Я сейчас всё пишу второпях и по памяти прошлого опыта, так что могу и наврать, а проверять нет сил, так как не могу долго за компом - голова дубеет, так что понемногу не спеша, а посты появляются, хочется во-время отреагировать. Постепенно подготовлю по перекрещиванию модельные примеры.

Ну, да. Насколько я понял изучая раздел о фазированных вертикалах в ARRL ANT BOOK, именно такое сопротивление ( 18 ом ) потерь в системе подразумевается для калькулятора W7EL. DL2KQ тоже предупреждает, что в большинстве его моделей включено сопротивление потерь в системе земли 4 ома...Сложно с этим активным питанием, но, наверное поэтому и интересно...

[UA3TW]

RA3GN
Владимир, по Вашему рисунку, если навскидку, там где три вертикала и излучение в сторону стрелки - суммарный ток в задних вертикалах должен уравновесить ток в переднем, поэтому на каждый задний примерно вдвое меньше.

[UA3TW]

Ну, да. Насколько я понял изучая раздел о фазированных вертикалах в ARRL ANT BOOK, именно такое сопротивление ( 18 ом ) потерь в системе подразумевается для калькулятора W7EL. DL2KQ тоже предупреждает, что в большинстве его моделей включено сопротивление потерь в системе земли 4 ома...Сложно с этим активным питанием, но, наверное поэтому и интересно...

Американцы тоже люди и мне кажется не все допёрли до физики вертикала. Я по простому считаю так: я сам в лесу ставил вертикал, измерял его входное и добавлял противовесы до тех пор, пока входное не становилось равно 37 Ом, что как известно, величина в случае идеальной земли. Это у меня было уже при 8 радиалах, но это было в мае, земля сырая. Для гарантии удваивал число радиалов. В системе из нескольких вертикалов токи могут быть больше, а потери пропорциональны квадрату тока, поэтому и радиалов надо побольше. Однако 20 штук на вертикал думаю хватит на все случаи. В своей системе из 4-х вертикалов я делал по 10 штук на вертикал, больше просто очень тяжело, и получил на готовой антенне график КСВ совпадающий с таковым в MMANA модели во всей полосе 3,5 - 3,8. Однако этот график шел ниже модельного ЗА ПОЛОСОЙ антенны, и я связал это с потерями, так как другой причины не вижу. Тогда я вставил в модель потери в виде резисторов последовательно с каждым вертикалом и увеличивал эти резисторы от 1 ома и больше до тех пор, пока график КСВ в модели не совпал с таковым в рабочей антенне и за пределами полосы. ( в полосе практически не влияет). Это получилось при 10 омах на точку заземления. Тогда я посчитал, что значит это и есть реальные потери в моей антенне. (В моей антенне думаю потери выше чем в стандартной, так как элементы укорочены - по 10м высотой на диапазон 80м). Тогда я посчитал усиление с учётом этих резисторов, и оно получилось меньше теоретического на 0,9 дБ. Вот я и считаю, что у меня такое усиление, по сравнению с модельным в модели без потерь. Так что если бы я сделал по 20 радиалов, то даже при моей укороченной антенне усиление должно было получиться близким к идеалу.
Американцы могут считать по-другому, в частности я читал, как это делал один авторитет. Он ставил индикатор поля на некотором расстоянии от вертикала и на некоторой высоте и добавлял радиалы пока напряженность поля переставала увеличиваться. Не помню сколько, но много радиалов у него получалось. Но по моим понятиям эта методика не совсем правильная, так как при фиксированном индикаторе он не мог проследить, как при этом меняется перераспределение напряженности поля по высоте, т.е по углу места, а такое перераспределение могло быть. Дело в том, что с вертикалами, стоящими на земле, вопрос земли довольно тонкий - здесь есть земля и земля. Я пока только одного человека подметил, который это понимает - это Владимир, RJ3FF. Когда антенна находится на высоте, как какой-нибудь диполь, то у него как бы две земли - одна непосредственно под ним и она определяет потери и КПД и вторая - в точке отражения луча, идущего к земле под углом, отражающемся от неё и затем складывающимся в дальней зоне с лучем, идущим под углом вверх. Эта точка отражения от земли находится довольно далеко от антенны и земля там может быть другая. Например под антенной может быть крыша здания, а в точке отражения - футбольное поле или парк. В MMANA например первая земля, которая под антенной и которая формирует КСВ, вообще всегда идеальная. А та земля, проводимость которой мы закладываем в реальную землю в MMANA, это всегда земля в точках отражения, для формирования диаграммы направленности, на КСВ она никак не влияет.
В вертикалах же стоящих на земле да ещё таких коротких как 1/4 волны и меньше, у которых нижняя половина диполя как бы врыта в землю, эти земли, т.е. землю формирования КСВ и формирования ДН трудно разделить, они перекрываются, так как точка отражения от земли находится тут же в непосредственной близости от вертикала, и когда мы увеличиваем густоту радиалов, мы одновременно уменьшаем непосредственно потери вертикала на возврат токов и увеличиваем отражающую способность земли, раз точка отражения рядом. И получается так, что при некоторой густоте потери уже пренебрежимо малы и нет смысла дальше увеличивать кол-во радиалов, но поле на индикаторе продолжает расти, так как отражение получается всё лучше и лучше с увеличением кол-ва радиалов. ОДНАКО, смысла в этом нет, так как поле растёт для тех углов, где точка отражения рядом с вертикалом, и не растёт для низких углов, а чтобы росло для низких углов, надо проводимость увеличивать в зоне довольно далёкой от вертикала, т.е. увеличивать длину радиалов и увеличивать их густоту, т.е количество, при этом их даже не обязательно подключать к вертикалу. Но такую систему сделать не реально, так как расчеты показывают, что, чтобы получить хорошее отражение для углов места до 7 град, надо сделать 360 радиалов длиной лямбда. Но если такое сделать, это будет эквивалентно тому, как если бы вы сделали себе искусственно солёное озеро радиусом лямбда и расположились со своим вертикалом в центре этого озера Еще любопытно то, что как показывает моделирование, чем короче вертикал - тем лучше, так как для короткого вертикала точка отражения ближе, а чем ближе точка - тем гуще радиалы и лучше оттражающая способность. Но для короткого радиала труднее обеспечить КПД.

[UA3DJG]

Спасибо, Николай. Как раз вчера, во время р/люб, блинов, ставил 2 вертикала с акт. питанием. Условия были не очень, - участок маленький, много деревьев, вокруг металл. забор...Так вот,- один вертикал с 4-мя противовесами, с основанием приподнятым на 2метра от земли и противовесами, идущими с 2-х метров вниз ( снежный покров глубиной около 0,5м везде ) дал активное сопр. на резонансе около 53 ом ( SARC-110 ). Получается, что сопр. потерь : 53 - 37 = 16 ом. В ARRL ANT BOOK закладывают это сопр. 18 ом. А это практически то же самое...Такое же сопр. показал и второй вертикал, кабель от предыдущего, при этом отключался....Несмотря на то, что эксперимент проводился впервые и условия были не очень, - чётко наблюдалась разница при смене направления 2-а с небольшим балла S-метра TS-590, т.е. около 13....14 дб. В качестве маячка использовался 1 ватт передатчик, подключенный к GP и находившийся на расстоянии около 10 км. Диапазон для эксперимента - 14 мгц. Без "промахов" тоже не обошлось, т.к. после того, как каждый из вертикалов был настроен на 14,150 кгц, - после обьединения в систему, - минимальный КСВ оказался на 14,420 кгц !!! Не знаю, как это сказалось на F / B, который измерялся на 14,100 кгц ( -частота маячка ), но начало темнеть и продолжать эксперименты после дружеского блино- "чаепития" в компании хороших друзей, уже не хотелось....Поэтому было принято решение разобрать систему...А насчёт того, где происходит у GP отражение от земли, - уважаемый DL2KQ пишет так : "Отражение протсходит в очень большом радиусе поверхности земли, намного превосходящем размер GP и противовесов. Если принять высоту верхней точки вертикала как H, то можно считать, что ДН антенны под зенитными углами выше 30 град. определяется отражением от земли в радиусе 1,5 H, 10...30 град - кольцом с малым радиусом 1,5 Н и большим 5,5 Н.......излучение под углами ниже 5 град. - отражением от земли, лежащей за пределами круга с радиусом 12 Н , т.е. весьма и весьма далеко от GP"

[UA3TW]

Сразу что бросилось в глаза - противовесы наклонные, значит у идеального вертикала сопротивление не 37 Ом, что только для перпендикулярной плоскости, а больше, ближе к 50 омам. Сначала надо посмотреть в MMANA для такого угла, потом делать вывод. Гончаренко правильно говорит, потому, что если Н=10м, то полтора Н это 15м, не так и много, и подтверждает мой вывод, что чем короче вертикал, тем проще для него сделать отражающую землю.
Интересно получилось - сделал модель, и получилось ровно 50 Ом. Для идеальной подстилки, конечно.

[UA3DJG]

Понятно, Николай. Трудно создать точную модель, потому что в данном случае ниже 0,5 м ( толщина снега ) противовесы опустится не могли, а кое где лежали на сугробах повыше, - почти перпендикулярно вертикалу....Самое непонятное для меня, - почему в модели ММАН - ы для двух вертикалов с расстоянием 0,25 лямбда, при введении в точки питания небольших R ( 5...10 om ), иммитирующих потери в земле, резко изменяется величина F/B. У меня получалось около 20 дб в одном случае и около 30 дб в другом ! При этом ничего не менялось, кроме введения сопр. потерь. Вот только не помню в каком случае это различие было больше, - с активным или пассивным питанием...Вообщем, надо экспериментировать...

[UA3TW]

Думаю, это из-за устойчивости. Я как раз собираюсь завтра написать про это, дело нудное, надо материалы подготовить, рисунков много. На сегодня хватит.

[RJ3FF]

при введении в точки питания небольших R ( 5...10 om ), иммитирующих потери в земле, резко изменяется величина F/B.

Николай, могу предположить, что немного искажалось амплитудное распределение в системе. Дело в том, что сопротивление излучения у переднего и заднего вертикалов разное. Внося одинаковое сопротивление потерь, Вы в разной мере ( неодинаково) изменяете амплитуду токов в разных излучателях. А чтобы вместо 20 дБ подавления получить 30, достаточно совсем чуть-чуть подправить амплитуду , при условии, что фазовые соотношения благоприятствуют.

P.S. На мой взгляд, расстояние между излучателями было бы лучше выбрать в одну восьмую волны - ДН явно уже, усиление больше при очень неплохой полосе. Понятно, что нужное АФР для сдвига в 90 градусов получить совсем просто. Но вполне реально иметь и больший сдвиг. Если сделать модель в NEC2, в ней можно изобразить 50-омные кабели и подобрать нужные длины , глядя на ДН. Останется согласовать в точке питания.
Если будет интересно, могу подключиться к эксперименту ( на уровне моделирования ).

[RW9OW]

АФР - глаз режет)

[RJ3FF]

АФР - глаз режет)

Вполне себе, общепринятый термин - амплитудно-фазовое распределение.
Мы же , собственно, и посвятили ветку этой теме - какое оно должно быть и как его создать ...

[UA3DJG]

Николай, могу предположить, что немного искажалось амплитудное распределение в системе. Дело в том, что сопротивление излучения у переднего и заднего вертикалов разное. Внося одинаковое сопротивление потерь, Вы в разной мере ( неодинаково) изменяете амплитуду токов в разных излучателях. А чтобы вместо 20 дБ подавления получить 30, достаточно совсем чуть-чуть подправить амплитуду , при условии, что фазовые соотношения благоприятствуют.

P.S. На мой взгляд, расстояние между излучателями было бы лучше выбрать в одну восьмую волны - ДН явно уже, усиление больше при очень неплохой полосе. Понятно, что нужное АФР для сдвига в 90 градусов получить совсем просто. Но вполне реально иметь и больший сдвиг. Если сделать модель в NEC2, в ней можно изобразить 50-омные кабели и подобрать нужные длины , глядя на ДН. Останется согласовать в точке питания.
Если будет интересно, могу подключиться к эксперименту ( на уровне моделирования ).

Спасибо, Владимир. Похоже, так оно и есть.... Насчёт расстояния между вертикалами в 1/8 лямбда - было бы очень интересно и я бы обязательно попробовал. Как вы видели вчера, мои вертикалы закреплены на очень лёгких треногах для фото- видео техники и сами удочки с полёвкой П-274 в одну жилу тоже почти ничего не весят. То есть - взять одной рукой и перенести на любое расстояние - не проблемма. Ясно дело - экспериментальный вариант. Исходные данные, на всякий случай ( то есть то, что есть ) : сами вертикалы длиной 5,1м, что соответствует длине голого провода диам. 1,0 мм = 5,28 м ( К ук. = 0,965 ). Точно такой же длины и изтакого же провода - противовесы, по 4 шт. на каждом вертикале, идущие вниз с высоты стоек - треног ( 2м ). На концах у всех припаяны лепестки под винты М4, поэтому удлинить или укоротить подгибанием можно. От каждого вертикала к коробке коммутации, рассположенной между ними, идут одинаковые, отрезки RG-58 A/U злектр. длиной по 1/4 лямбда ( физическая длина 3,5 м ). Отрезки проверены с помощью SARC-110 и снабжены на концах у вертикалов балунами 1:1 индуктивностью около 25...30 мкГн ( по 5 витков этим же кабелем на сердечниках от строчных развёрток ). На коробке коммутации 5-ть ВЧ разьёмов : - один к трансиверу, два - входы для вертикалов, ещё два - для подключения линии задержки такой же длины 1/4 лямбда и из такого же RG-58 A/U, как и у ветрикалов. Понимаю, что это, похоже, не оптимальная длина для линии задержки, но решил начать с такой. Таким образом, - мне очень удобно изготовить линию задержки любой длины и включать её в систему простым заворачиванием разьёмов. Реле в коробке перекидывает центр.жилу кабеля к трансиверу то к одному, то к другому вертикалу, а между ними всегда включена линия задержки. Вчера, когда загибанием верхних концов вертикалов, были получены резонансы каждого вертикала на 14,130 кгц ( загнули по 25 см у каждого, делать это очень легко простым опусканием удочки с треногой ), при включении в систему, резонанс оказался выше, - на 14,420 кгц, почему то....КСВ было очень близко к 1,0 как отдельно у вертикалов, так и в системе на 14,420....Хотел сегодня повторить эксперимент на своей крыше, так какой то м-дак замазал выходную дверь на крышу пеной....Вечно нам вредят...Надо идти в ЖЭК....Но, повторяю, всё очень лёгкое и, в принципе могу прогуляться на любую полянку....

[UA3TW]

Давайте попробуем. Я пойду своим путём, так что охватим вопрос со всех сторон и посмотрим, что получится.
NEC2 у меня нет, я буду моделировать в EZNEC.

[UA3TW]

Начну потихоньку, чтобы не надорваться. Пока выкладываю то, что уже подготовил. Это всё на тему устойчивости. Под устойчивостью я понимаю свойство ДН прилично держать форму при изменении рабочей частоты. Пока подготовил модель с устойчивой ДН. В ней два кабеля, один из них перекрещен. Все числа можно найти на рисунке.
Подготовил модель с неустойчивой ДН. В ней такие же два кабеля, длины чуть другие, кабели не перекрещены. ДН в полосе сильно неустойчива, даже на 14,1 и 14,2 ДН хуже, чем в предыдущей модели на крайних частотах. На рисунке даны ДН на крайних частотах, совсем плохие.

[UA3TW]

И наконец крайняя картинка готова (все-таки надорвался - теперь голова сутки будет дубовая, зато всё сказал, что хотел) Здесь та же модель, кабели не скрещены, так как на вертикалы их устанешь скрещивать - низы то у вертикалов всегда заземлены! Вместо этого в одно плечо всегда добавляется полволны для устойчивости ДН.

[RW9OW]

Вполне себе, общепринятый термин - амплитудно-фазовое распределение.
Мы же , собственно, и посвятили ветку этой теме - какое оно должно быть и как его создать ...

сокращение АФР в литературе намного реже используется, в отличии от АФАР (активная фазированная антенная решетка).
а в буржуйских источниках вообще не помню такого термина.