měření na anténě hexbeam

Elektrotechnické mìøení (8)
JAN BOCEK, OK2BNG ([email protected])
ING. TOMÁŠ KLIMÈÍK, SWL ([email protected])
Mezi mnohé úvahy každého radioamatéra patøí i tyto: „Je anténa, kterou mám, skuteènì
tak dobrá jak si myslím nebo jak se všeobecnì tvrdí? Nemohla by být o nìco lepší? Anebo
si poøídit novou? A jak - koupit nebo udìlat?“ Odpovìdìt si na výše uvedené otázky je
vždy tìžké. Pomoci za urèitých okolností mùže vhodnì zacílené mìøení. A o takové se
dnes pokusíme.
Mìøení elektrických
vlastností antény
HX-B
0,48 λ
Reflektor
0,15 λ
Mìøil: Jan Bocek
Datum: 17.5.2001
èet 28,5 MHz je to 3,5 m) - viz obr. 2. Jen tak
zaruèíme, že budeme mìøit pouze anténu.
Promìøíme R, X a Z pro kmitoèty od 27,5 do
29 MHz a vše zapíšeme do tabulky 1. Podíváme-li se pozornìji na namìøené hodnoty, zjistíme, že aèkoliv v oblasti kolem 28 MHz vychází
impedance blízká 50 Ω, není dosaženo optimálního stavu, protože obsahuje vysokou jalovou
složku. A jak z pøedchozích mìøení víme, potøebujeme, aby anténa mìla pouze ohmickou
složku rovnou impedanci koaxiálního kabelu.
Proto je vhodné jalovou složku impedance X
vykompenzovat a provést impedanèní transformaci.
Vycházet budeme z názorného
schématu na obr. 3. Pro vlastní
kompenzaci v místì svorek E-F je
možné použít nìkolik zpùsobù realizace - pomocí sériové kapacity èi
indukènosti nebo paralelní kapacity
èi indukènosti. Na obr. 4 je naznaèena i možnost použití kouskù
koaxiálních kabelù pro paralelní
kompenzaci. V zájmu jednoduchosti jsme použili paralelní kompenzaèní kapacitu z otevøeného
kousku koaxu. Její hodnotu jsme
zjistili pomocí nám již z døívìjška
známého programu Lineimp.xls
(dostupný na www.radioamater.
cz). Výpoèty jsme provedli pro
nìkolik variant jak pro koax o impedanci 75 Ω, tak i pro 50 Ω a jsou
v tabulkách 2 a 3. Tuènì jsou
hodnoty použité pøi realizaci.
O nezbytnosti pøizpùsobit další
èásti vedení (G, H na obr. 3) snad
s ohledem na pøedchozí díly této
rubriky netøeba diskutovat.
Na závìr v zapojení pro provoz
promìøíme v uvažovaném kmitoètovém rozsahu SWR. V tabulce 4
jsou uvedeny hodnoty pro stav bez
kompenzace (SWR1), a pro obì
tuènì zvýraznìné varianty z tabulek 2 a 3 (SWR2 a 3). Vše je graficky znázornìno na obr. 5.
Promìøovaná anténa:
Pro ovìøení vlastností jsme
si vybrali anténu 2xW zvanou
HEXBEAM pro pásmo 28 MHz.
Tento typ byl vybrán zámìrnì. Dùvodem bylo nejen to, že se o nìm
v poslední dobì hodnì mluví, ale
také naše zvìdavost.
Direktor - záøiè
0,46 λ
A - Klasická 2el. smìrovka
Cíl:
Promìøením nìkterých hodnot
získat podklady pro posouzení
užitných vlastností výše uvedené
antény.
C
C
B
A
D
0,15 λ
Použité pøístroje:
1. HF analyzátor MFJ-259B pro
mìøení rezistance, reaktance, impedance, fáze, SWR a kmi-toètu.
2. Osobní poèítaè se standardním
tabulkovým procesorem MS Excel.
3. Transceiver IC-730
4. SWR-meter SX-100
D
B - Porovnání rozmìrù HX-beam - 2el. beam
Obr. 1 - Dvouelementová smìrovka a HX-beam.
Postup
Nejdøíve nás asi zaujmou mechanické rozmìry. Pro názornost je v obr. 1 uvedeno porov-
nání s klasickou dvouelementovou smìrovkou.
Pro veškeré další úvahy se neobejdeme bez
znalosti impedance antény vèetnì její reálné
a jalové složky. Proto k anténì pøipojíme HF
analyzátor MFJ-259B pomocí koaxiálního kabelu 50 Ω o délce 0,5 λ (pro uvažovaný kmito-
Závìr
Cílem mìøení bylo získání èásti podkladù
pro jakési vyhodnocení dané antény. V oblasti
exaktních hodnot jsme výše popsaným zpùso-
MFJ-259B
A
MI
Koax RG213, 50 Ω,
l = 3,5 m (0,5 λ pro
28 MHz)
B
C
D
E-F
Obr. 2 - Mìøení na anténì HEX-BEAM.
SX-100
G
SWR
H
Tab. 1 - Namìøené elektrické hodnoty
antény HX-B
Kmitoèet Rezistance Reaktance Impedance
f [MHz]
R [Ω]
X [Ω]
Z [Ω]
27,5
27,9
28,0
28,2
28,4
28,6
28,8
29,0
9
11
20
31
45
54
60
66
13
19
32
40
45
47
50
58
16
23
38
50
64
72
80
90
CP
A-B
C
D
E-F
G
H
napájecí body antény
symetrizaèní cívka z koaxu
vedení 75 Ω, délka 3,4 m
pøipojovací svorky pro kompenzaci X
napájecí vedení do hamovny, koax 75 Ω, délka 26 m
propojka SWR-TRX, koax 50 Ω, délka 0,3 m
CP
kompenzaèní „pahýl “, koax 75 Ω, (délka je daná kapacitou koaxu - viz tabulka)
Obr. 3 - Zapojení antény HEX-BEAM v provozu.
TRX
Tab. 2 - Hodnoty kompenzaèních prvkù pro napájecí kabel 75 Ω
RL na anténì = 45 Ω
XL na anténì = 45 Ω
Tab. 3 - Hodnoty kompenzaèních prvkù pro napájecí kabel 50 Ω
Z0 napájeèe = 75 Ω
Ztrx
= 50 Ω
RL na anténì = 45 Ω
XL na anténì = 45 Ω
Kompenzace v místì vedení:
Kompenzace v místì vedení:
1.
0,054 λ (0,4 m)
2.
0,234 λ (1,625 m)
3.
0,302 λ (2,10 m)
4.
0,484 λ (3,36 m)
RS
XS
RS
XS
RP
XP
RP
XP
=
=
=
=
=
=
=
=
76,1
70,3
74,7
-69,7
75,5
-80,8
75,2
80,7
bem obdrželi prùbìhy v obr. 5. Jsou pìkným
dùkazem elektrické „ovladatelnosti“ antény - tj.
že se dá zaøídit, aby se do éteru dostalo maximum energie z transceiveru. Pokud by se použil pro kompenzaci otoèný kondenzátor, lze
zajistit kvalitní SWR pro jakýkoliv kmitoèet
daného pásma.
Hodnotit však musíme i ménì exaktnì. Platí
zásada, že anténu je vždy tøeba posuzovat vùèi
jiné anténì, pøièemž nezanedbatelnou roli hrají
i ostatní podmínky (shodnost umístìní a výška
obou, okamžité podmínky šíøení atd.). Lze uplatnit i jiné technicko-ekonomické pohledy. My
jsme se pokusili o porovnání s tøíprvkovou
a dvojprvkovou smìrovkou a shrnutí našeho
pozorování najdete v tabulce 5.
E
E
F
F
LS
F
CS
79 pF
0,39 µH
0,39 µH
80 pF
69 pF
0,45 µH
0,45 µH
69 pF
1.
0,188 λ (1,3 m)
2.
0,509 λ (3,53 m)
3.
0,258 λ (1,78 m)
4.
0,439 λ (3,1 m)
PSV
1 - nekompenz.
2,5
2 - kompenz.
2,0
3 - kompenz.
1,5
1,0
28,0
28,5
29,0
Obr. 5 - Prùbìh PSV u antény HEX-BEAM.
=
=
=
=
=
=
=
=
50,2
-47,2
50,2
47,8
50,7
-52,8
50,7
52,7
CS
LS
LS
CS
CP
LP
LP
CP
=
=
=
=
=
=
=
=
117 pF
0,27 µH
0,27 µH
116 pF
106 pF
0,29 µH
0,29 µH
106 pF
A co øíci úplnì na závìr? Mìøením se potvrdily dobré elektrické vlastnosti posuzované
antény HX-B. Vzhledem k jednoduchosti její
konstrukce byly až pøekvapivé. A pokud opravdu hledáme odpovìdi na otázky v úvodu tohoto
èlánku, bude na nás urèitì pùsobit „pøítulnì“
i malá prostorová nároènost.
A až manželka zjistí, že se na ni dá vìšet
prádlo...
3,5
3,0
RS
XS
RS
XS
RP
XP
RP
XP
f [MHz]
29,5
Použitá literatura:
[1] Štefan Horecký, OM3JW: Ostrov Bouvet; Rádiožurnál 1/01, str. 26
[2] Ostrov Bouvet; Radioamatér 2/01, str. 29
[3] http://www.qsl.net/wd4ngb/3y0.htm
[4] Imrich Ikrényi: Amatérské krátkovlnné antény
[5] Jan Bocek, OK2BNG: Stavební návody - anténa
HX-B
Parametr
E
F
=
=
=
=
=
=
=
=
Tab. 5 - Shrnutí a porovnání užitných vlastností
LP
E
CS
LS
LS
CS
CP
LP
LP
CP
Z0 napájeèe = 50 Ω
Ztrx
= 50 Ω
CP
Obr. 4 - Zpùsoby kompenzace v místì E - F.
Tab. 4 - Závislost SWR na kmitoètu
u antény HX-B
f [MHz]
SWR 1
SWR 2
SWR 3
27,9
28,0
28,1
28,2
28,3
28,4
28,5
28,6
28,7
28,8
28,9
29,0
29,1
29,2
29,3
29,4
29,5
10
8
7
4
3,5
3,0
2,5
2,4
2,3
2,2
2,0
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
10
3
2,5
1,7
1,3
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
1,2
1,3
1,5
1,7
1,8
2,0
1,7
1,3
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
1,2
1,3
1,5
1,7
1,8
2,0
2,5
3,0
3,5
SWR 1 - kabel 75 Ω libovolné délky pøipojený
na svorky A - B
SWR 2 - kabel 75 Ω o délce D s kompenzaci
CP = 70 pF
SWR 3 - kabel 75 Ω o délce D s kompenzaci
CP = 100 pF
3el. beam
2el. beam
Jednoduchost konstrukce
skládaèka
relativní
Èasová nároènost realizace
malá
vìtší
Finanèní náklady na realizaci
10 000 Kè
6 000 Kè
Nastavení a seøízení
žádné
pracné
Hmotnost
14,5 kg - 125 %
100 %
Polomìr otáèení
100 %
100 %
Nároky na rotátor
100 %
100 %
Odolnost proti vìtru
dobrá
dobrá
Vstupní impedance
50 Ω
20 Ω
Prùbìh impedance
dobrý
dobrý
Transformace impedance
není nutná
nutná
Kompenzace reaktance
není nutná
nutná
Pøedozadní pomìr
> 20 dBd
13 dB
Zisk v horizontální rovinì vyzaøování (azimut)
6 – 7 dBd
3 – 4 dBd
Vertikální vyzaøování pod nízkým úhlem (elevace)
slušné
dobré
Vlastnosti antény pøi pøíjmu (subjektivnì posuzováno)
velmi dobré
dobré
Vlastnosti antény pøi vysílání (subjektivnì posuzováno) velmi dobré
dobré
HX-beam
jednodušší
menší
1 000 Kè
jednoduché
30 %
60 %
25 %
lepší
50 Ω
lepší
není nutná
nutná
až 20 dB
3 – 4 dBd
lepší
dobré
dobré
Hexbeam - nový typ smerovej antény na KV
Anténu uviedla na trh americká firma TRAFIC TECHNOLOGY a informácie nájdete na ich web
stránke http://www.hexbeam.com. Ide o modifikáciu dvojprvkovej antény X-beam. Anténa je jedno-duchá, viacpásmová a ¾ahko zmontovate¾ná.
Hoci je hexbeam na trhu len krátku dobu, používali ho už expedièné stanice 3Y0C, FO0MAC, KA4IST/
KH5. Pre jeho malú hmotnos sa dá uchyti aj na ¾ahký stožiar s lepším TV rotátorom. Hmot-nos jednopásmovej antény na 20 m je asi 3,5 kg. Pre verziu 20-17-15-12-10 m je základom antény šes sklolaminátových palíc, dlhých asi 3 metre, ktoré sú upevnené pomocou stredového držiaka na nosnú rúrku.
Prvky antény sú z holého medeného drôtu a na sklolaminátové palice sú prichytené pomocou umelohmotných príchytiek. Anténa je napájaná koaxiálnym káblom 50 Ω.
Technické údaje výrobcu
Anténa pre pásma:
Vstupná impedancia
Minimálne PSV
Šírka pásma pre PSV 1:2
Zisk antény
Predozadný pomer F/B
Hmotnos antény
Polomer otáèania
10 - 12 - 15 - 17 - 20 m
40 - 30 m
50 Ω
1:1,5
3%
4,7 dBd
30 – 10 dB
asi 8,5 kg
asi 2,9 m
50 Ω
1:1,5
3%
4,7 dBd
> 20 dB
asi 20 kg
asi 5,8 m