Антенна "ВЕРЁВКА" Опции

[buratino]

Возникла необходимость 80-100 ватный передатчик снабдить простенькой антенной. Перелопачивая материалы по антеннам типа "наклонный луч" ни где не встретил графиков или описаний зависимости её входного сопротивления при питании непосредственно "в начало" антенного провода.То есть в узел тока. Всюду только приблизительные "500-2000 Ом " или "1000-5000Ом". Для проектирования оптимального Пи контура выходного каскада, такой точности явно не достаточно.
Вот решил сам "намерять" и то что у меня получилось.

Ну что такое "ВЕРЁВКА"? Если мои рассуждения будут полезны кому ни будь, то добре.
Как правило, это довольно низко (высота меньше, чем четверть длины волны) расположенная над Земной поверхностью проволока диаметром не более 2мм.Такая антенна начинается от «изолятора» прикрученного к стенке «радиостудии», а заканчивается на дереве, или «самопальной» мачте, высотой меторв 10…15.
Как правило, к антенному полотну мы еще относимся с уважением, а вот к «противовесу» отношение как к чему- то не столь обязательному. Ну, кое-как вместо него оборудуем электрическое заземление и то хорошо.
То есть заземление – противовес, у нас всегда обладает повышенным «волновым» сопротивлением. То есть оно «не резонансно» и обладает повышенным Омическим сопротивлением.
В таких обстоятельствах, наиболее эффекетивно будет «работать» антенное полотно с входным сопротивлением, хотя бы на порядок выше Омического сопротивления «заземления». Идеальным «заземлителем» является «заземление» с сопротивлением электрическому току 4Ом. Нам же доступно выполнить «заемление» с сопротивлением 10-15 Ом. Если делать антенное полотно длиной в «четверть волны», то его входное резонансное сопротивление будет около 30…40 Ом. Как видим на 30…40 Ом «полезного» сопротивления нагрузки, которые потом расходуются на излучение радиоволн, приходится 10-15 Ом сопротивления потерь. И КПД такой системы уже ниже возможно достижимого на 30-40%.
Если же делать антенное полотно длиной в «пол волны», или кратным «пол волны», то его резонансное сопротивление будет уже от 1000 до 5000 Ом и 10-15 Ом «связанные» с заземлением, не играют существенной роли.
И так, решено делать антенну в «пол волны».
Но тут сразу встает вопрос: как же такое высокое сопротивление согласовывать с передающим трактом.
Проблема в том, что в литературных данных для таких «верёвок» указывается пресловутое Rвх= от 1000 до 5000 Ом. Что существенно не однозначно для расчета согласующих устройств.
Следовательно, необходимо самим определить подручными средствами Rвх, реальное входное резонансное сопротивление «веревок». Имея в наличии замечательный антенный анализатор, цифровой прибор MFJ-259B, длинный кусок электрического провода диаметром 2мм в ПВХ изоляции и «свойство подобия», проводить такое исследование - одно удовольствие.
Но для начала необходимо «преобразовать» выходное сопротивление прибора, равное 50 Ом, в нужное нам от 1000 до 5000 Ом. Для этого идеально подходят «бинокли» набранные из «антипомеховых» ферритовых трубок. Из теории трансформации известно, что коэффициент трансформации сопротивлений пропорционален квадрату отношения количества витков вторичной обмотки к первичной.
Составим таблицу №1 соответствия количества витков и коэф. трансформации сопротвлений.
(IMG:http://chiefmaster.ru/forum/load/TabL1.PNG)
Из таблицы видно, что необходимые нам Rвых получатся при соотношении витков трансформатора от 4/1 до 10/1.
Делаем трансформатор на 50/1250 Ом на «бинокле» состоящем из двух «трубок». Первичная обмотка-1виток, вторичная 5витков.
Первичную обмотку подключаем к «выходу» MFJ-259B, вторичную нагружаем на переменный резистор. И «круткой» F на прибор MFJ-259B добиваемся КСВ равным единице, Rвх=50, а реактивной составляющей (по входу) равной нулю. Сразу видно , что согласование достигается при нагрузке в 1335 Ом, в полосе частот, от 3.0 МГц, до 8 МГц (Rвх=48Ом, Х=0, КСВ=1.0). На 1.7МГц, КСВ=1,1 и реактивная составляющая Х=4…5.То есть на «пионерский метр», двух «трубок» маловато.
И тем не менее Ктр=1375/48=28,6
Делаем такой же трансформатор, но на четырех трубках, и получаем Rвх=48Ом, Х=0, КСВ=1.0 уже и на 1.7МГц…8 МГц.
Осталось подключить «реальную» антенну.
Первым делом определимся с длиной полотна антенны. Я взял кусок провода длиной 25,6м из расчета, что это будет примерно четверть волны на «троешный» диапазон ( этому «1лямда/4» размеру соответствует 2,65МГц) .
Раскидываем по участку имеющуюся проволоку длиной 25,6м поверх голых деревьев (зима), и там где это возможно выше их. У меня получилась высота входа «антенны» -2м, высота конца «антенны» 4,5-5м. Так же кусок провода до «заземления» метра 3..4. И того от начала «заземления» до конца антенны примерно 28-29 метров.
По формуле для вычисления длины антенного полотна для антенн кратным «полволны» имеем
L=150(n-0.05)/F F-Мгц L-метры n-количество полуволн укладывющихся в длину антенного полотна.
Для полуволновой антенны L=150х0,95/F
Для одноволновой антенны L=150х1,95/F
Для полутораволновой антенны L=150х2,95/F и т.д.
То есть мы ожидаем резонансов и минимумов КСВ на частотах
F=150х0,95/29 = 4.9 МГц
F=150х1,95/29=10 МГц
F=150х2,95/29 =15,26 МГц
Подключаем вход антенны к одному из высокоомных выходов трансформатора, а заземление ко второму.
Полученные данные сведены в таблицу №2
(IMG:http://chiefmaster.ru/forum/load/tab2.PNG)
Как видно из таблицы ожидаемые резонансы и полученные экспериментально весьма близки, но все же идеального согласования сопротивлений не достигнуто. Должно быть не хуже Rвх=48Ом, Х=0, КСВ=1.0
То есть для антенного полотна равного одной и полутора длинам волн, входное сопротивление (при питании в «конец») несколько меньше 1375Ом, если недостающие 2 Ома (48-46) (предположительно) умножить на 28,6 и отнять от 1375, получим примерно 1300 Ом.
Вывод для антенного полотна равного одной и полутора длинам волн, входное сопротивление (при питании в «конец») равно 1300 Ом.
С полуволновым антенным проводом наоборот, входное сопротивление (при питании в «конец») предположительно намного больше 1375Ом.
Для того чтобы такой провод согласовать с имеющимся выходным сопротивлением трансформатора 1375Ом, «антенну» необходимо шунтировать «на землю» каким то дополнительным внешним резистором.
Сказано-сделано. Шунтирующий резистор был равен 2340 Ом (при условии показаний на приборе Rвх=48Ом, Х=0, КСВ=1.0). Из расчета 3600х2340/(3600+2340)= 1375Ом следует, что входное сопротивление (при питании в «конец») полуволнового антенного провода равно примерно 3600 Ом.
Но это предположение надо подтвердить реальным замером. Поэтому необходим трансформатор с Ктр=3600/50=72. Такой трансформатор должен иметь в первичке 1 виток, а во вторичке 8.5 витка (см таблицу трансформаций).
Для этого были сделаны трансформаторы с 8, 8.5, и 9 витками во вторичке. Результаты измерений резонансов и КСВ приведены в следующей таблице №3:
(IMG:http://chiefmaster.ru/forum/load/tab3.PNG)

Из таблицы видно, что входное сопротивление (при питании в «конец») через трансформатор сопротивлений 1/72 (50R/3600R, по виткам 1/8.5) однополуволнового антенного провода равно примерно 3600 Ом.
Теперь мы знаем, на какое эквивалентное сопротивление Rвх/Rвых рассчитывать согласующие устройства или Пконтур выходного каскада передатчика.
Так же можно заметить, что у такой антенны пучность тока находится в центре провода, и если первую треть провода вести вдоль земли, вторую треть направить вертикально вверх, а третью треть провода так же расположить параллельно земле, то это будет весьма и весьма эффективная антенна. Первая её треть ничего не излучит, вторая треть даст излучение вдоль поверхности земли, а третья треть, будет излучать преимущественно в зенит.
Ну а если, у нас все же есть классное заземление, так почему же не попробовать «поработать» на четвертьволновой «верёвке»?
Результаты измерений моей четвертьволновой «верёвки» таковы: при подключении к 50 Омному «выходу» MFJ-259B полотна антенны и заземления было
Fрез=2.563МГц ,
Rвх=51Ом,
Хреактивн=3..4,
КСВ(SWR)=1.05.
При отстройке от резонанса Fрез=2.563МГц на +/-100КГц, КСВ увеличивался до 2.
Заземление у меня оборудовано хорошо, хотя и не «радиотехническое». Когда я подключал MFJ-259B к сетевому трансформаторному блоку питания вместо батарейного, показания начинали сбиваться, то есть сетевые провода начинали так же работать «противовесом». Пришлось на питающие провода «повесить» три антипомеховые «трубки-защелки». Вернее намотать на каждой из них по четыре витка питающим проводом. Тогда всё стало стабильно.

[пряник]

Та нормально .

Однако удивлен , что MFJ-259 - , цифровой прибор , чего там цифрового ?

И еще :
Принято делать так : передатчик или что там еще , стороят на стандартную нагрузку , любую , чисто активную , обычно это 50 ом или 75 ом. А потом уже ставят согласующее . В таком случае у вас будет уверенность , нет не уверенность , вы это будете ВИДЕТЬ по ксв метру , что ваша антенна согласована .

А все эти примерные таблицы , только для сведения , в реальной работе все может сильно отличаться , пойдет дождь , или просто температура атмосферы вырастет , и у вас будет уверенность , что ваше согласующее настроено правильно ?

[Лесовоз]

в чем вопрос при настройке на LW случайной длины? или не случайной? п-контур в помощь.

[автобаза]

индикатор поля в дальней зоне....
....и вечное лето

[пряник]

та "да" , а то , понавыдумывали , всяких КСВметров , согласователей и др. херни.

индикатор поля не позволит настроить правильную работу выходного каскада , например работа на большой КСВ будет приводить к раскалу анодов и т.д.

Результаты очень интересны , но на практике сложно их использовать.
В основном это для понятий и зависимостей , для каждого конкретного случая фактические параметры будут сильно отличаться.
А примерно прикинуть параметры "веревки" можно и в програмах моделирования антенн. У меня практически это получается , совсем не сложно . Реальные параметры согласующего отличаются не более чем на 15-20% . Притом это я делал многократно.

[buratino]

Ну вот у меня например для постройки нет достойных, с приемлемым зазором между пластинами, переменных конденсаторов с пределами перестройки хотя бы 10-1000Пф.
А есть обычные бывшие 2 х 12-495 Пф. на секцию. После "продергивания" через одну пластину они становятся 2 х 9-71Пф, всего 18-142Пф.
На "тройку" (2,8--3,3 МГц) необходимо соорудить Пи контур для согласования выходного каскада из двух-трех "полтинников" на 100 Ват. В среднем их Roe=2000Ом .
Если брать разброс входных сопрпотивлений антенны от 50 до 5000,то для Пи контура необходимы конденсаторы и катушки следующих величин.

При Rвх ант=50Ом 2,8--3,3МГц
С1=340-400 Пф С2=2360-2000 Пф L= 7.7-11.6мкГн ( dC1=31 dC2=360 dL=3.3мкГн)

При Rвх ант=1000Ом 2,8--3,3МГц
С1= 270-230 Пф С2=390-334 Пф L= 16.8-20мкГн (dC1=60 dC2=56 dL=3.2мкГн )

При Rвх ант=3600Ом 2,8--3,3МГц
С1=167-151 Пф С2=197-152Пф L= 37-31мкГн ( dC1=4 dC2=45 dL=6мкГн )

При Rвх ант=5000Ом 2,8--3,3МГц
С1=180-151 Пф С2=100-118Пф L= 44.7-38мкГн ( dC1=31 dC2=18 dL=7мкГн )


из чего можно сделать вывод, что если более мене приблизительно зная Rвх ант, можно упростить ВКС. Например для полуволновой "верёвки"

При Rвх ант=3600Ом 2,8--3,3МГц
С1=167-151 Пф С2=197-152Пф L= 37-31мкГн ( dC1=4 dC2=45 dL=6мкГн ) можно С1 вообще сделать постоянным и равным 160Пф. А для С2 изначальный переменник 2 х 12-495 Пф "продернуть" уже через 2 пластины суммарная емкость его станет 10-70Пф, то есть dC=60, что вполне удовлетворяет dC2=45 при увеличении пробивного напряжения до гарантированных 2000В

[Кустарник-Братск]

Никогда не понимал и не понимаю, зачем ВСЮ ёмкость получать именно от КПЁ и делать из этого непреодолимую проблему, когда можно взять КПЁ имеющийся и поставить параллельно постоянный кондёр.
Ведь средний КПЁ может на декаду менять ёмкость, а это свойство в передатчиках никогда не используется.

[пряник]

Та при больших мощностях это даже желательно.

В драных кпе есть слабое место - скользящий контакт , который не выдерживает никакой критики.
Так , если подстегнуть ему в паралель постоянный конденсатор , то он возмет на себя часть тока (пропорционально емкости) .

Подстегивать нужно серьезные емкостя , в основном это КСО или К15У-1.

[пряник]

Если у вас есть МФЙ-259 то можно предварительно настраивать ВКС без подачи питания.
Для этого надо паралельно аноду впаять резистор равный анодной нагрузке, на выход подключить прибор , и крутить , пока он вам не покажет ксв=1 или около того.

[buratino]

пряникта да, а скользящий контакт "обходится" перемычкой из гибкого проводника, типа того , что на графитовых щетках применяются. Припаял к ротору и массе. и нет скользящего контакта...

[gen55]

пряник,подскажи пожалуста какой резистр надо поставить для настройки П контура без питания для 4х ламп гк 71 в земле, напяжение 2000 в

[buratino]

Rэ=Ua/2Ia где Ua анодное напряжение, Ia "ожидаемый" ток анода в режиме несущего сигнала.

[buratino]

или по другому через предполагаемую мощность: при Ua=2500V Рвых=1600w Ia=1.4A ср, Rэ=Ua/Ia ср Rэкв=1800 Ом

[RA9SVY]

Rэ=Ua/2Ia где Ua анодное напряжение, Ia "ожидаемый" ток анода в режиме несущего сигнала.

Более точно всё разъяснено в Справочнике радиолюбителя-коротковолновика Бунина и Яйленко на стр. 119.
Коэффициент К (в посте 12 это 2) зависит от режима работы ламп.

[nes]

Ну а если совсем точно-то открываем ВАХ нужной лампы,задаёмся напряжением анодного питания,режимом работы(отсечкой тока),импульсом анодного тока,коэффициентом использования анодного напряжения.А дальше-очень просто-амплитуду анодного напряжения делим на амплитуду первой гармоники анодного тока.Но,в принципе,для практических результатов достаточно и вышеприведённых способов.

[buratino]

сегодня поднимал свою "полуволновую веревку" (холодный конец) с 4м Rвх=3400 Ом на на высоту 5м Rвх=4700 Ом и 11м Rвх=3600 Ом, а если её запитывать как четвертьволновую то 52 Ом и 73 Ом соответственно.

[Континент]

А как себя поведет катушка п-контура при настройке? В моем случае даже при 800в на анодах трёх гу-50 катушка греется безбожно. Провод 2,5 мм. Настройка намного проще чем при параллельной схеме согласования, но на передачу более двух минут не выдерживает-в шеке появляется запах горелого лака.

[buratino]

Континент ты бы описал свой Пи контур, какая антенна, а то так не понять от чего греется твоя катушка. Я сейчас доделываю такой же передатчик. По моим расчетам ток в катушке будет примерно 2А , потери на тепло примерно 10Ватт при оптимальной катушке, тот есть при минимально необходимой индуктивности, чтобы лишних витков не "плодить"

[Глеб]

Макс, я тебе давно говорил, что у тебя не то пальто. Не может там ничего греться, не должно. У тебя в катушке появляется какая то пучность. У меня на двух полтишах работал паралельный контур, с проводом 1,2 мм. на верёвку Ваще холодный был. Затем, по незнанию из этой катушки соорудил П-контур и антенну I-v. Так вот ровно в середине контура, 3 витка аж чернели от нагрева. В то далёкое время и невдомёк было, что как раз из этой точки и нужно было брать выход в антенну.
Выполни П-контур, нагрузи на 50 ом, погоняй, затем СУ сооруди.

сегодня поднимал свою "полуволновую веревку" (холодный конец) с 4м Rвх=3400 Ом на на высоту 5м Rвх=4700 Ом и 11м Rвх=3600 Ом, а если её запитывать как четвертьволновую то 52 Ом и 73 Ом соответственно.

Очень интересно, как ты определяешь входное у верёвки.

[buratino]

Глеб? ну как? Беру MFJ 259, подключаю к нему антенну, ищу "точки" резонанса. соответствующие четверть, полу, три четверти, одно, и т.д. длины волны антенного полотна. На четвертухе явно должно быть низкое входное сопротивление, от 20 до 100 Ом. У меня полотно 25,6м + 3м до заземления. четвертьволновой резонанс в районе 2.54МГц. При идеальном согласовании Rвх антенны с выходным сопротивлением MFJ 259 равным Rвых=50Ом, когда реактивность равна нулю Х=0 ясно что Rвх ант=50Ом
Но если реактивность не удается уравнять до 0 , то делаю трансформатор на "бинокле", с трансформацией спрпотивлений равной ожидаемому сопрпотивлению антенны. Бинокль из четырех трубок позволяет сделать практически любой коэффициет трансформации.
Допустим ожидаемое Rвх ант=58Ом .Первичка делается 3 витка, вторичка 3,25 витка ( 0,25 часть витка проходит в одой трубке и выходит из неё в бок "бинокля"). 3,25^2/3^2=10,56/9=1,17 1,17*50=58
Проверяем трансформатор на линейность, нагрузив его на резистор 58 Ом . MFJ 259 показывает соответственно Rвых=50Ом Х=0.
Если теперь вместо резистора 58 Ом поключить антенну и добиться показаний MFJ 259 Rвых=50Ом Х=0, то явно Rвх ант=58Ом. Если нет, то дальше подбираем Ктр. до полного успеха.