Gheorghe Andrei Radulescu YO4AUP

MOTTO: Multumiri lui YO4AYL pentru tot ce a facut in ultimul an de zile

In luna septembrie 2006 am sustinut la Simpozionul National YO de la Ploiesti o comunicare despre un sistem de 3 antene verticale, care asigura  o directivitate  pronuntata, in 6 directii fixe la alegere, in functie de intirzierile de drum ale semnalului de excitatie cu care sint alimentate acestea. Prezentarea  a fost conceputa in sistem  de diapozitive [Power Point]. Acelasi  material  l-am prezentat si in site-ul Radioamator.ro   la sectiunea  Echipamente si constructii electronice , si poate fi citit la adresa:    http://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=369

Asupra comentariilor facute la acel articol trebuie sa spun ca imi pare nespus de rau ca o demonstratie matematica la nivel de liceu (putina geometrie, putina algebra, putina fizica si multa documentare radioamatoriceasca) nu a putut fi urmarita de unii cititori, dar nu este vina mea.  Accept criticile privind dificultatea in a citi articolul. Este greu de transformat un material pregatit pentru o expunere video intr-un articol scris, si probabil nu am reusit sa fac acest lucru.

            In fine, recunosc ca am ramas dator cu multe amanunte despre realizarea practica si a rezultatelor obtinute.  Obiectul acestui articol este tocmai acela de a remedia (in masura in care se poate) deficientele semnalate de cei care au avut bunavointa de a citi articolul si de a-si exprima o parere.

            Pentru ca prezentul material sa poata deveni un instrument de lucru pentru  cei care vor sa incerce sa construiasca un astfel de sistem de antene, trebuie sa reiau sumar citeva aspecte prezentate in materialul anterior si sa fac particularizarile necesare.          Asadar:

 De ce sase directii de radiatie?  Pentru ca Dumnezeu ne-a plasat la malul Marii  Negre si harta azimutala dovedeste necesitatea celor sase directii pentru statiile amplasate in YO.

Fig. 101 Harta azimutala pentru YO

            De ce 3 Antene?  Pentru ca trei antene aranjate simetric ( in virfurile unui triunghi echilateral ) pot radia astfel incit semnalele emise de fiecare antena sa se insumeze pe 6 directii diferite,  , directii decalate din 60 in 60 de grade.

Fig.102 Sistem de trei antene

            Cum functioneaza sistemul?        Urmarind notatiile din Fig.102 reluam putina fizica, radioamatorism, geometrie si  trigonometrie.

            In punctul A sint prezente cele trei semnale emise de cele trei antene notate A1, A2 si A3.

Prin fenomenul de suprapunere al efectelor, in punctual A cimpul de radiofrecventa rezultant este suma vectoriala a celor trei semnale emise de cele trei antene ale sistemului, care ajunse in A se aduna dupa regula paralelogramului.

 Daca punctul   A este suficient de indepartat de sistemul de antene, adica daca distanta de la antene la punctual A de insumare a semnalelor, este mult mai mare decit distanta dintre antene, atunci se poate considera ca vectorii care reprezinta semnalele provenite de la cele trei antene sint colineari cu directia OA.   Proiectiile celor 3 antene pe directia OA sint X1, X2 si X3. Din acest moment analizam sistemul ca si cum ar fi constituit din trei antene amplasate in punctele X1, X2 si X3.  In punctual A ajung deci trei semnale sinusoidale de forma:

[1]        u(t) = U sin (ωt + φ + Ψ )

Unde:

                        ω =  pulsatia semnalului emis  (=2πν)

φ = diferenta de faza rezultata din diferenta de drum dintre cele trei semnale ( distantele OX1, OX2 si OX3 transformate in diferenta de faza fata de punctual O

[2 ]       φ   = 2π ( OX i/ λ )

Ψ = defazajul  suplimentar introdus intentionat pentru ca rezultanta sa fie maxima pe o anumita directie ( intirziere provocata de liniile de intirziere in  λ / 4)

            Reamintim ca semnalul de radiofrecventa care este radiat de sistem provine de la un singur emitator si  este divizat in trei semnale egale cu ajutorul unui splitter confectionat pe un tor de ferita bobinat cu trei infasurari egale in secundar.

            Expresia matemarica a diferentelor  de drum, OX1, OX2 si OX3 este data de expresia proiectiilor segmentelor OA1, OA2 si OA3 pe dreapta  OA.   Reamintesc ca antenele sint amplasate in virful unui triunghi echilateral, inscris intr-un cerc de raza R = OA1 = OA2 = OA3. Intr-un astfel se triunghi, marimea D = latura triunghiului = distanta intre antene si  are valoarea                                                                                                         __                                                  __

                                                [ 3 ]      D =  OA1 * √3        sau        R =   OA1 =  D / √3  

Expresiile matematice ale diferentelor de drum devin:

                                    _                                                           _

[ 4 ]      OX1 =  ( D / √3 )* cos θ ;                     OX2 =  ( D / √3 )* cos [2(π/3) – θ]

                                                                       _

                                                OX3 =  ( D / √3 )* cos [-2(π/3) – θ]

            Transformind diferenta de drum in diferenta de faza  cfm [ 2 ] si [ 3 ] , expresiile matematice ale diferentelor de faza sint:

                               _                                                                _

[ 5 ]      φ1 = ( 2π /√3) * ( D / λ ) * cos θ               φ2 = ( 2π /√3) * ( D / λ ) * cos [2(π/3) – θ]

                                                                    _

                                                φ 3 = ( 2π /√3) * ( D / λ ) * cos [-2(π/3) – θ]

            Semnalul prezent in punctul A  este deci de forma:

[ 6 ]                    ur = u1 + u2 + u3                         

 unde fiecare semnal   u   are expresia matematica data  in relatia [ 1 ]  de mai sus.   Cu dezvoltarile din relatiile de la [ 2 ] la [ 5 ] expresia semnalului rezultat in punctual A devine de forma:

                                                          _                       

                ur = U1 * sin [ωt + ( 2π /√3) * ( D / λ ) * cos θ + Ψ1 }] +

                                                                          _

                                    + U2 *  sin {ωt + ( 2π /√3) * ( D / λ ) * cos[2(π/3) – θ] + Ψ1 } +

                                                                                  _

                                            + U3 *  sin {ωt + ( 2π /√3) * ( D / λ ) * cos[-2(π/3) – θ] + Ψ3 }

            In  aceasta expresie a lui ur  exista doi parametri, ( D / λ )  si  Ψ  care trebuiesc determinati  pentru a obtine maximum de semnal pe directia  dorita ( una din cele sase directii definite in Fig.102 .  Termenul ωt fiind acelasi in toate trei componentele semnalului rezultant  (el determinind pulsatia semnalului  ≈  variatia lui in timp ≈  sinusoida ) se omite in analiza parametrilor ecuatiei.  Forma matematica a ecuatiei  care trebuie maximizata pentru o directie θ

data  este deci:

                                                  _

[ 7 ]          ur = U1 * sin [ ( 2π /√3) * ( D / λ ) * cos θ + Ψ1 }] +

                                                                    _

                                    + U2 *  sin {  ( 2π /√3) * ( D / λ ) * cos[2(π/3) – θ] + Ψ2 } +

                                                                            _

                                            + U3 *  sin {  ( 2π /√3) * ( D / λ ) * cos[-2(π/3) – θ] + Ψ3 }

            Rezultatul  matematic al analizei propuse mai sus este pentru  maxim ur  si θ dat, urmatorul:

                               _

[ 8 ]     ( D / λ ) = √3 / 6

[ 9 ]   Valorile intirzierii  Ψ

            Introducind aceste valori in ecuatia  [ 7 ] se obtin cele sase ecuatii care reprezentate grafic redau  diagramele de directivitate pentru cele sase directii de radiatie, astfel

ur    0= sin [( π /3) * cos θ  - π ] +  sin [(π /3) * cos(2π/3 – θ) - π/2] + sin {(π /3)* cos[-2(π/3) – θ] - π/2} ur  60= sin [( π /3) * cos θ  - π/2 ] +  sin [(π /3) * cos(2π/3 – θ) - π/2] + sin {(π /3)* cos[-2(π/3) – θ] }

ur120= sin [( π /3) * cos θ  - π/2] +  sin [(π /3) * cos(2π/3 – θ) - π] + sin {(π /3)* cos[-2(π/3) – θ] - π/2}

ur180= sin [( π /3) * cos θ ] +  sin [(π /3) * cos(2π/3 – θ) – π/2] + sin {(π /3)* cos[-2(π/3) – θ] - π/2}

ur240= sin [( π /3) * cos θ - π/2] +  sin [(π /3) * cos(2π/3 – θ) – π/2] + sin {(π /3)* cos[-2(π/3) – θ] - π}

ur300= sin [( π /3) * cos θ - π/2] +  sin [(π /3) * cos(2π/3 – θ) ] + sin {(π /3)* cos[-2(π/3) – θ] – π/2}

                        Pentru a o putea suprapune peste harta azimutala, diagrama de directivitate trebuie reprezentata in coordonate polare [ r si θ ].  Stiind ca tensiunea este proportionala cu radicalul de ordinal 2 din putere, pentru a putea utiliza programul de redare grafica a functiilor matematice intitulat “Graphmatica”

Click aici pentru descarcarea programului [tnx YO5AMF]

se rescriu cele sase ecuatii  in coordinate polare, astfel:

Ecuatiile [ 10 ]:

  0 gr   r**0.5=sin[pi/3*cos(t)-pi]+sin[pi/3*cos(2*pi/3-t)-pi/2]+sin[pi/3*cos(-2pi/3-t)-pi/2]

 60gr   r**0.5=sin[pi/3*cos(t)-pi/2]+sin[pi/3*cos(2*pi/3-t)-pi/2]+sin[pi/3*cos(-2pi/3-t)]

120gr  r**0.5=sin[pi/3*cos(t)-pi/2]+sin[pi/3*cos(2*pi/3-t)-pi]+sin[pi/3*cos(-2pi/3-t)-pi/2]

180gr  r**0.5=sin[pi/3*cos(t)]+sin[pi/3*cos(2*pi/3-t)-pi/2]+sin[pi/3*cos(-2pi/3-t)-pi/2]

240gr  r**0.5=sin[pi/3*cos(t)-pi/2]+sin[pi/3*cos(2*pi/3-t)-pi/2]+sin[pi/3*cos(-2pi/3-t)-pi]

300gr  r**0.5=sin[pi/3*cos(t)-pi/2]+sin[pi/3*cos(2*pi/3-t)]+sin[pi/3*cos(-2pi/3-t)-pi/2]

                        Particularizarea la situatia concreta din teren

                        In expunerea de mai sus harta azimutala din Fig.101 este desenata asa cum se obisnuieste, cu nordul sus. In Fig.102  antena 1 ( Punctul A1 ) este amplasat la dreapta, pe orizontala punctului O, adica la est pe harta azimutala la azimut 90 grade.

                        Amplasamentul meu  a permis amplasarea sistemului cu antenna A1 rotita spre sud la azimut 141 grade.

                        Pentru a putea suprapune diagrama de directivitate desenata cu “Graphmatica” peste harta azimutala, in ecuatiile [10] sistemul de referinta se roteste cu un unghi de 51 de grade, adica cu  π / 3.53 radiani. [  t in ecuatiile 10 se inlocuieste cu ( t + pi / 3.53 ) ].

                        Amplasarea  punctelor de fixare a celor trei antene verticale nu respecta  desenul unui triunghi echilateral. Amplasarea din teren este redata in Fig.104.

Fig.104 Amplasamentul YO4AUP

                        Cu distantele masurate in teren si aratate in Fig.104 , diferentele de faza din relatia [ 2 ] devin:

[ 11 ]    φ1 = ( 2π* ObB1/ λ ) * cos θ        φ2 = ( 2π* ObB2/ λ ) * cos [2(π/3) – θ]

                                                                    _

                                                φ 3 = ( 2π* ObB3/ λ ) * cos [-2(π/3) – θ]

unde inlocuind valorile numerice masurate  si inlocuind si expresia lui θ  cu ( t + pi / 3.53 )  , se obtin cele trei diferente de faza astfel :

[ 12 ]    φ1 = ( 2π* 8/ 42.42 ) * cos ( t + pi / 3.53 )  =  1.185* cos ( t + pi / 3.53 ) 

                        φ2 = ( 2π* 5.9/ 42.42 ) * cos [2(π/3) - t - pi / 3.53] = 0.874* cos [2(π/3) - t - pi / 3.53]

                        φ 3 = ( 2π* 8.0/ 42.42 ) * cos [-2(π/3) - t - pi / 3.53] = 1.185* cos [-2(π/3) - t - pi / 3.53]

si in final ajungem la expresia celor sase diagrame de directivitate in coordonate polare  pentru amplasamentul antenei montate de YO4AUP:

Ecuatiile [ 13 ]

DIR 1             r**0.5 = sin [1.185* cos ( t + pi / 3.53 ) -pi] + sin [0.874* cos (2π/3 - t - pi / 3.53)-pi/2] + sin [1.185* cos(-2π/3 - t - pi / 3.53) -pi/2]

 DIR 2              r**0.5=sin[1.185* cos ( t + pi / 3.53 )- pi/2]+sin[0.874* cos (2π/3 - t - pi / 3.53)-pi/2]+sin[1.185* cos(-2π/3 - t - pi / 3.53)]

DIR 3                r**0.5=sin [1.185* cos ( t + pi / 3.53 ) -pi/2] + sin [0.874* cos (2π/3 - t - pi / 3.53)-pi] + sin [1.185* cos(-2π/3 - t - pi / 3.53)-pi/2]

DIR 4                r**0.5=sin [1.185* cos ( t + pi / 3.53 )] + sin [0.874* cos (2π/3 - t - pi / 3.53)-pi/2] + sin [1.185* cos(-2π/3 - t - pi / 3.53)-pi/2]

DIR 5                r**0.5=sin [1.185* cos ( t + pi / 3.53 )-pi/2] + sin [0.874* cos (2π/3 - t - pi / 3.53)-pi/2] + sin [1.185* cos(-2π/3 - t - pi / 3.53)-pi]

DIR 6                r**0.5=sin [1.185* cos ( t + pi / 3.53)-pi/2] + sin [0.874* cos (2π/3 - t - pi / 3.53)] + sin [1.185* cos(-2π/3 - t - pi / 3.53)-pi/2]

                        Directivitatea obtinuta in amplasamentul dat este reprodusa in Fig.105

Fig.105 Directivitatea realizata

                        Suprapunerea acestor diagrame de directivitate, pentru situatia data in teren, peste harta azimutala, este redata in Fig.106

Fig.106 Proiectia pe harta azimutala

                        Programul de analiza grafica “Grafmatica” pune la dispozitia utilizatorului si valorile numerice ale graficelor executate. Astfel in Fig.107 sint redate valorile numerice pentru amplasamentul dat, asa cum sint ele calculate de program, si in plus am calculate valorile in dB pentru puterea radiata, astfel ca se poate desena si diagrama de radiatie in coordinate dB-θ.

Fig.108 Directivitatea in dB

Gata cu teoria, incepe partea practica.

1. Antena

                    Recapitulam premizele:

o       Cine doreste o antena monobanda, directiva, in 7 MHz,

o       Cine poate monta trei antene verticale la distanta de 12 m una de alta,

o       Cine este in relatii foarte bune cu vecinii (daca nu ai loc in curtea ta),

o       Cine este in relatii foarte bune cu ministrul de finante al familiei,

o       Cine dispune de timp pentru acest hobby,

o       Si nu in ultimul rind, cine nu are doua miini de lemn pe stinga,

POATE SA SE APUCE DE TREABA !!!

Antena verticala GP 7 MHz autoportanta.

            Deoarece amplasamentul nu-mi ofera punctele de agatare pentru contragreutati, am fost nevoit sa imaginez sistemul de antena autoportant cu incastrare la baza antenei.

Fig.200 (P59) Ariciul are 18 kg

 Am ales sa execut antenna din undite telescopice. Am folosit undite de fabricatie chinezeasca model VIKING 800  [cca.50 Lei/ buc] (8 tronsoane de 1m fiecare care asigura  lumgimea elementului de 7.85m) Unditele se fixeaza cu bride de structura metalica de sustinere   Pentru a permite stringerea bridei fara spargerea unditei este necesara mansonarea unditelor in zona de fixare.

Fig.201 Unditele cu mufele puse

Mansoanele se executa din Mufe  D=40 mm din polipropilena [mufe pentru conducte de apa] care se introduc la cald prin  presare [fretare] pe elemental de la baza antenei.

Fig.202 Mufa D=40mm

Mufele se incalzesc intr-un cuptor electric prevazut cu termostat si timer.

Fig.203 Mufe la inmuiat

Mufele se incalzesc la 180 ? C timp de 12 minute. Daca temperatura este mai mare sau daca durata de incalzire este mai mare, mufele se topesc in loc sa se inmoaie si devin inutilizabile.

Fig.204 Mufa topita

Fretarea mufelor pe undita se face cu un “SDV” pregatit anterior.

Fig.205 SDV pentru fretarea mufelor

Elementele radiante ale antenei sint executate din sirma de cupru blanc, de 1.5 mm?, izolata in pvc [ pentru instalatii electrice interioare, cca 60 Lei/100m] introduse in interiorul unditelor. Elementul vertical se executa cu aceeiasi lungime ca si contragreutatile. Toate elementele sint lungite electric cu o inductanta aflata la baza elementului. Bobina se executa din aceiasi sirma ca si elemental radiant, infasurind 22 spire pe o carcasa cu D=20mm si L=80mm. Carcasa se executa din teava de polipropilena  D20/Pn25  Bobinajul are lungimea de 60mm. La capetele bobinajului se introduc doua  inele taiate din teava de polipropilena cu D=25mm. Inelele se fixeaza prin lipire sau prin infasurare cu banda adeziva.   Elementul se lasa la baza mai lung cu 150mm si la virf cu 100mm decit undita. La capatul de la baza se cositoreste un papuc din cupru cositorit cu d=4mm. La virful elementului  sirma se dezizoleaza pe o lungime de cca 400 mm ca sa intre prin virful unditei. Virful unditei [ atentie ca acesta sa fie tubular ] se taie la 100mm de la virf pentru a permite firului radiant sa iasa prin virf. In aceasta faza se executa numai doua elemente.

Fig.206 Element 0.25 λ

Fig.207 Bobina D=20, L=80mm, n=22sp

Fig.208 Virful dezizolat

 Aceasta solutie, cu firul activ la interiorul antenei obliga  la executarea bridelor de prindere “ intrerupte “ d.p.d.v. electric, astfel ca sa nu se inchida  spira in scurtcircuit in jurul sirmelor de antena  sau de contragreutate  si de asemenea obliga la utilizarea unditelor din fibra de sticla.

 Unditele din fibra de carbon, bune conducatoare de electricitate [rezistenta de cca 8 Ω pe tronsonul de 1m  lungime] se comporta ca un tub metalic, ecranind elemental de antenna de la interior,si prin  inductie devine el insusi element radiant  fara insa a beneficia de lungirea electrica  introdusa de bobina de la interior. Prezenta sau modificarea numarului de spire al bobinei nu modifica frecventa de rezonanta, aceasta fiind determinata numai de lungimea fizica a unditei din fibra de carbon.  

Fig.209 Sistemul de bride

Dupa cum se vede, fixarea si stringerea se realizeaza de o brida executata din bara filetata M6 care este trecuta printr-o bucata de teava  dreptunghiulara 20x30mm de aluminiu [se gaseste la magazinele care vind profile pentru geamuri]. Profilul se gaureste pentru a permite trecerea tuburilor izolatoare si pentru a permite introducerea pieselor izolatoare pe care string piulitele. De asemenea  se decupeaza  la mijlocul profilului un sant in forma de V la 90 ? in care se fixeaza bratul ariciului [cornierul].  Tubuletele izolatoare sint din polietilena alimentara recuperate de la sifoane scoase din uz iar  piesa pe care stringe piulita este un capat de diblu din material plastic, taiat la 15 mm lungime. Elementele componente si  ansamblul sint redate in figurile urmatoare:

Fig.210 Brida din bara M6

Fig.211 Tub izolator

Fig.212 Brida “anti” Spira in Scurt

Fig.213 Brida asamblata

In acest moment, cind sint confectionate toate aceste repere,  se asambleaza doua undite care se monteaza ca un dipol, cu care se definitiveaza numarul de spire al bobinelor de lungire. Dupa aceasta determinare se executa  toate cele 12elemente din sirma.

Fig.214 Dipolul pentru masuratori

Se asambleaza cele 12 undite cu elementele radiante introduse prin dopuri de spuma poliuretanica la baza fiecarui  tronson.

 [ cu undita pliata se introduce sirma prin virf si se expandeaza spuma la baza elementului celui mai subtire. La baza , pe exterior se pun doua picaturi de adeziv se se extinde virful prin elemental urmator. Se expandeaza spuma in baza celui de al doilea element, se pune adeziv si se extinde virful format din elementele 1+2. Se repeta operatia pina se obtine undita extinsa complet cu elemental radiant la interior, cu bobina la baza, cu virful iesit 100mm si cu capatul de conectare prevazut cu papuc scos prin dopul de cauciuc de la baza unditei]

Spuma  are rolul de a fixa sirma in interior. Daca nu se procedeaza la fixarea sirmei cu spuma vecinii vor cere demontarea antenelor din cauza zgomotului facut la cea mai mica adiere de vint !!!  La baza unditelor care vor fi elementele verticale se monteaza cite un tor bobinat cu 12 spire de sirma de 1mm pentru descarcarea electrostatica. La intinderea unditelor recomand lipirea tronsoanelor telescopice cu “ picatura ce lipeste, etc,”

.

Fig.215 Baza antenelor

La virful antenelor, cei 100mm care ies din undita se infasoara in jurul virfului antenei si sirma devine armatura unei bile facuta din Poxipol  ( vopsita cu rosu dupa intarire ) si care are rolul de a micsora frecventa proprie de oscilatie in vint a unditelor.

Fig.216 Virful unditelor

Tot acum se confectioneaza remorcile de sustinere a cablurilor coaxiale dintre cutia cu relee si antene. Aceste cabluri se fixeaza cu cite o carabina de ariciul antenei si cu o clema strinsa pe cablu in celalalt capat. Bucata de cablu coaxial cu lungimea de 14,2 m ( λ / 2 ) si coeficient de scurtare 0.66 ( masurat)  se prinde de remorca cu soricei de 3mm latime din jumatate  in jumatate de metru.

Fig.217 Cablu de remorca

Avind deci toate reperele confectionate se poate incepe  asamblarea  antenelor pe pozitia de montaj.  Se introduc si se asambleaza cele 3 bride lungi de la baza contragreutatilor ( brida filetata trece prin nervura de sub bratul ariciului iar profilul din aluminiu dreptunghiular stringe pe mansonul unditei).  Se introduc pe brate si pe elementul vertical  bridele scurte care string cu brida filetata peste mansonul unditei si fixeaza profilul din aluminiu sub cornier. Se monteaza astfel toate cele 12 undite pregatite cu elemental radiant rigidizat cu spuma poliuretanica.  Dupa montarea unditelor, se prind cu suruburile care fixeaza mufa coaxiala si papucii de la cele 3 contragreutati  si mufa de la capatul de masa al socului executat pe tor. Am folosit la executarea socurilor toruri de ferita de fabricatie Amidon, comercializate sub forma de “kit” [ tor + sirma  pentru confectionarea unui baloon  de 1kW PEP ICAS] avind indicativul comercial  AB200-10 (cca. 10$ / buc)  Capatul cald al torului se cositoreste de contactul central al mufei. Tot de acest fir se cositoreste si firul elementului vertical al antenei. Aceste doua cositoriri la fiecare antenna se fac la pozitie. Daca este vara este sufficient un pistol de lipit de 100W.  Daca afara este mai rece sau bate vintul este necesara o sursa de caldura mai puternica.

Fig.218 Baza antenei

Fig.219 Se monteaza antenna A3

Fig.220 Conectarea contragreutatilor

Fig.221 Socul de descarcare electrostatica

Fig.222 Baza antenei A1

Fig.223 Antena A1

Fig.224 Baza antenei A3

Fig.225 GP 7 MHz

Antenele fiind gata am procedat la masurarea parametrilor antenei realizate. Urmarind valorile inregistrate se constata concordanta dintre prezumtia ca o astfel de antenna are o impedanta de Z = 35Ω la rezonanta  si valoarea masurata, care variaza de la 40Ω pina la 30 Ω in intervalul de frcventa de la 7050kHz pina la 7100kHz.  Valorile masurate sint redate tabelar in continuare. De asemenea sint redate grafic si variatia principalilor parametric ai antenei in intervalul de la 7.0 pina la 7.2 MHz.

Fig.226 SWR GP 7MHz

Fig.227 Impedanta GP 7MHz

Fig.228 Rezistenta GP 7MHz

Fig.229 Reactanta GP 7MHz

Fig.230 Return Loss GP 7MHz

Fig.231 Unghiul de faza GP 7MHz

In concluzie se retine ca  antena verticala executata asa cum am aratat mai sus are, la 7075kHz, urmatorii parametric:                        Z=   36 Ω

                                                            R=   32Ω

                                                            X= -15Ω

De asemenea, fata de o impedanta standard de 50Ω, prezinta un SWR de 1.8:1 

2. Cutia cu relee pentru comutarea directiei de radiatie.

Deoarece atit in timpul executiei  sistemului de antene cit si in timpul reglajelor efectuate  au intervenit corectari, retusuri sau chiar modificari ale elementelor prezentate in partea intia a articolului publicat in septembrie 2006, consider ca este necesar sa prezint in continuare aceste corecturi, pentru ca intr-adevar aceasta parte a doua sa arate “ asa cum s-a facut”. [as build]

In Schema de conexiuni din cutia cu relee, pentru o mai usoara urmarire a traseelor de semnal, am completat indicele fiecarui comutator din schema si am inclus desenul liniilor de intirziere. Desenul completat se vede in figura urmatoare:

Fig.322 Schema de conexiuni in Cutia cu Relee – COMPLETATA

            De asemenea, in desenele placii de cablaj imprimat,  am identificat trei legaturi de masa omise. Am operat completarile necesare si am desenat si strapurile care trebuie lipite pe placa. Desenul cablajului pentru blocul de relee aferent antenei 2 contine un releu care de fapt nu este necesar la comutarea sistemului de antene in lipsa tensiunii de 12V pe directia de emisie 3. Am operat corectura in desenul cablajului pentru ca acest releu sa nu mai fie montat ( NC in desen)

ATENTIE: daca se doreste alta directie de radiatie decit 3 pentru pozitia “NC” (lipsa tensiunii de 12V pentru relee) se va reproiecta intregul circuit aferent releelor K16 !!! 

Schemele si desenul placii de circuit imprimat astfel modificate sint redate in continuare.

Fig.323 [P46] Blocurile de Comutatie - RECTIFICATA

Fig.324 Placa cu Relee- Fata plantata - RECTIFICATA

Fig.325 Placa cu Relee- Fata placata - RECTIFICATA

Avind placa executata am montat piesele conform schemei si placa asamblata arata ca in figura  urmatoare

Fig.326 Placa de comutatie asamblata

            Intregul ansamblu se monteaza intr-un cofret pentru echipamente electrice  [95 lei] . Intrarile cu liniile de intirziere se fac prin presetupe care asigura atit rigiditate mecanica cit si etansare. Liniile de intirziere si excesul de cablu de alimentare al antenelor [ cablul are 14.2m iar distanta de la cutie la antene este de cca 8m] se infasoara pe un tambur executat din fier beton de 6mm si 10mm. pe acelasi schelet este fixata si cutia cu relee. Fotografiile urmatoare redau partea de comutatie a ansamblului.

Fig.327 Cutia pentru comutatie

Fig.328 Tamburul pentru liniile de intirziere

Fig. 329 Presetupe pentru liniile de intirziere

Fig. 330 Montarea liniilor de intirziere

Fig. 331 Conectarea liniilor

Fig. 332 Cutia de comutatie terminata

Fig. 333 Comutatia gata de urcat pe casa

            Sistemul de antene fiind urcat pe casa am procedat la masurarea parametrilor realizati.Astfel, dupa ce am executat intrarea in cutia cu relee asa cum era desenata in schema de radiofrecventa revezi Fig.326, printr-un balloon 4:1 si un splitter cu 4 x 9 spire, am constatat ca sistemul prezinta o neadaptare foarte  mare [SWR= 5.46, Z=24, R=11 si X=21.5  valori masurate]. Aceste valori difera foarte mult de valorile asteptate. [(Z=35/√?3)*4=80Ω si swr=1,6:1} Diferenta dintre valorile masurate si cele teoretice denota o inductie mutuala puternica intre torul baloonului de intrare si cel al splitterului. Nu am reusit sa elimin aceasta interactiune prin indepartarea celor doua toruri in limita spatiului disponibil si prin reorientarea axelor in directii perpendiculare una pe alta si nici prin utilizarea unor infasurari torsadate. Am incercat mai multe variante de balloon pentru a urmari influenta numarului de spire asupra ansamblului. Valorile masurate sint urmatoarele:

Baloon             Z          R          X         SWR

1 : 4                 4.0       4.0       0          7.0

1 :1                  7.7       7.7       0          6.0

4 : 1                 24        11        21.5     5.46

9 : 1                 37        12.8     35        5.91

Reamintesc ca valoarea impedantei asteptata, masurata cu balloon 1 :1, este de cca 20Ω

 Fata de aceasta situatie am procedat la studierea splitterului. Am masurat parametri  la intrarea splitterului in 4 variante de executie, toate avind acelasi secundar din 3 infasurari egale a 9 spire fiecare:

·        4 infasurari a 9 spire fiecare [1+3]

·        5 infasurari a 9 spire fiacare [2+3]

·        6 infasurari a 9 spire fiacare [1+2+3]

·        6 infasurari a 9 spire fiacare [3+3]

Primarul l-am refacut dupa ce am scos baloonul de la intrare, bobinind peste infasurarile initiale cele doua infasurari suplimentare de 9 spire fiecare [ izolatia rosie si albastra in Fig.345 Am masurat   sistemul de trei antene cuplate numai prin splitter,  in toate cele  4 variante constructive, valorile masurate,  cu releele nealimentate[NC=dir 3] si la frecventa de 7075 kHz, de aceasta data fiind urmatoarele:

Infasurarile         SWR               Z          R          X

Splitterului                                Ω         Ω         Ω

4 x 9                2.89                 19.2     18        -8

5 x 9                2.40                 22        21        -5

1 + 5 x 9          1.53                 30        30        0

6 x 9                3.5                   36        20        30

Am decis sa folosesc spliterul cu 1+5x9 infasurari, fara balloon de adaptare, admitind SWR de 1.5  la 7075kHz pe directia 3 si NC.  Aceasta valoare a SWR-ului poate fi corectata de orice transmatch manual sau automat. Schema de interconectare a infasurarilor Splitterului si Diagramele valorilor masurate pentru intreaga banda de 7 MHz. sint redate in figurile urmatoare:

Fig. 334 Schema de masurare ansamblu

Fig. 335 Schema de masurare splitter

Fig. 337 Splitter  SWR

Fig. 338 Splitter  Impedanta

Fig. 339 Splitter  Rezistenta

Fig. 340 Splitter  Reactanta

Fig. 341 SWR Unghiul de faza

Fig. 342 SWR Splitter  SWR  Return Loss

Fig. 343 Splitter SWR Diagrama Schmidt

            Urmare acestor masuratori am renuntat definitive la baloonul de la intrarea sistemului, emitatorul atacind direct splitterul. Schema de radiofrecventa modificata si placa cu circuitele de comutatie arata astfel:

Fig. 344 Splitter Schema RF corectata

Fig. 345 Cutia cu relee pe casa

Fig. 346 Placa definitiva fara Baloon

            In continuare, cu titlu de material documentar,sint redate schemele de RF simplificate, pentru fiecare din cele 6 directii de radiatie [se pot executa ca antene cu directie fixa de radiatie pentru amplasamente de concurs], impreuna cu parametric masurati.

Fig. 447 Directia 1

Fig. 448 Directia 2

Fig. 449 Directia 3

Fig. 450 Directia 4

Fig. 451 Directia 5

Fig. 452 Directia 6

Fig. 453 SWR pentru toate directiile de radiatie

Fig. 454 Panoul cutiei de comanda

            Cutia de comanda contine redresorul de 12V si comutatorul directiilor de radiatie. Am folosit o cutie gata confectionata tip GM3011/2 [cca 16 lei la Gradient – Iasi  tel 032 210 775] cu dimensiunile de 170x120x70mm].

            In trafic am testat antenna cu statii din UA aflate la cca 3000 km si controalele au fost  RS 59+10 pe directia maxima de radiatie,  RS 56 pe directia opusa  si RS 58 pe directia intermediara.

Revedeti Fig.108 si daca aveti spatiu pentru patru antene, proiectati sistemul pe 4 directii cu conditia ca sa acceptati o scadere a semnalului pe directia “ printre antene” cu 3 dB ! [Puterea la jumatate!!! ]

La receptie semnalul din directia de radiatie este aproape 2 puncte S peste acelasi semnal receptionat cu un inverted V cu  virful la 12m inaltime si incomparabil mai puternic fata de semnalul receptionat cu antena BWD90 [T2FD].de fabricatie Barker & Williamson.

In  concluzie pot spune ca rezultatele sint pe masura efortului financiar, fizic si de timp consumate iar satisfactia la sfirsitul muncii este deosebita. Eu m-a declar satisfacut de rezultatul muncii mele.

Succes celor care vor sa realizeze in conditii “home made” un astfel de sistem de antene cu directivitate rotativa fara piese in miscare.

Iertare pentru anul de intirziere intre partea intiia si partea a doua a acestui articol.

Gheorghe Andrei Radulescu YO4AUP

Articol aparut la 2-11-2007

26070