Antena odwrócone L na 40m

Na grupie dyskusyjnej SP7PKI pojawił się temat anteny ogrodowej G7FEK, która tak na prawdę jest podwójną anteną na dwa podstawowe pasma 80 i 40m. Zidentyfikowałem to jako podwójna Right Angle Marconi Antenna.

Zanim zacząłem przycinać druty i kombinować w terenie z ograniczeniami, wykonywałem szereg symulacji na Mmana-Gal. Spodobała mi się charakterystyka na częstotliwościach podstawowych. Dawało mi to pogląd, czy warto w projekt brnąć dalej, czy nie nadaje się to dla mnie w istniejących warunkach.

Opis normalnej pojedynczej Right Angle Marconi Antenna, na rysunku niżej.

Right Angle Marconi Antenna

Right Angle Marconi Antenna

Dzięki symulacjom w MMANA-GAL poznałem zależności impedancji i charakterystyki od proporcji wymiarów tej anteny.

schemat obliczanej anteny

Schemat anteny w symulacjach MMANA-GAL

Symulacja dla MMANA-GAL - pobierz plik

 

charakterystyka 3D charakterystyka 3D

W końcu zasymulowałem parametry które mnie interesowały, jednak impedancja była bardzo wrażliwa na jakość przeciwwagi i uziemienia. Postanowiłem zasilać antenę przez autotransformator dla lepszego dopasowania impedancji, oraz dla odprowadzania ładunków elektrostatycznych przez cewkę.

Układ dopasowujący

Układ dopasowujący

Na pierścionku ferrytowym nawinąłem 13 zwojów drutu 1,5mm2. Odczepy na 5, 7, 9, 11 zwoju. Doprowadzenie z fidera na 9 zwoju.

Pominę przekształcenia wzorów dla transformacji impedancji* w przekładnikach napięciowych i prądowych w.cz., a do praktycznych zastosowań można przyjąć wzór:

                
gdzie:    
  - impedancja wejścia
  - impedancja wyjścia
  - ilość zwojów wyjścia
  - ilość zwojów wejścia

 

Wzór jest poprawny z założeniem dla reaktancji "X" bliskiej "zera", czyli w pobliżu rezonansu obciążenia w tym wypadku anteny.

Jeśli podłączono 50Ω na 9 zwoju:

Zwój Impedancja Uwagi
5 15,4Ω  
7 30Ω  
9 50Ω bezpośrednio
11 75Ω  
13 100Ω  

 

Na łączówkę wyprowadziłem wszystkie odczepy dla łatwiejszego przepinania w warunkach "polowych".

Z tak przygotowanym osprzętem przystąpiłem do prób.

Dla uproszczenia opisów nazwę tą antenę "Inv L40m".

foto nowej anteny na 40m Puszka dopasowania

Jako przeciwwagę postanowiłem wykorzystać siatkę ogrodzeniową. Przeciwwagę przylutowałem.

Wymiary anteny wyliczone w symulacji trzeba było do dostrojenia zmniejszyć. Finalne wymiary: odcinek pionowy 6,5m, odcinek poziomy 3,7m.

Pierwsze wrażenia z pracy anteny: Nie zauważyłem dużych różnic w odsłuchu w porównaniu do dipol-inverter V.

Ze zmianą temperatury i wilgotności w nocy SWR znacznie się popsuł i stwierdziłem przesunięcie się rezonansu więc do dalszych prób musiałem włączyć skrzynkę antenową.

Puszka dopasowująca Zakończenie prac montażowych

Jak się później okazało, połączenie z siatką było wadliwe. Lut nie połączył się z drutem ogrodzenia. Pod wpływem wilgoci nastąpiła zmiana przewodności połączenia przeciwwagi z siatką.

 Przylutowana przeciwwaga

W następnych dniach SWR wrócił do ideału. Ze zdziwieniem i miłym zaskoczeniem otrzymuję bardzo dobre raporty od stacji europejskich oraz z za Atlantyku. Wygląda na to, że antena Inv L40m jest skuteczniejsza w nadawaniu niż dipol czy inverter V do którego porównuję.

Dzięki współpracy i uprzejmości kolegów Piotrka SP8VJV (36km) i Zbyszka SQ8OAU (43km) przeprowadziłem próbę porównawczą z inverterem V. Jeden z kolegów słyszał mnie zaledwie śladowo, natomiast po przełączeniu na Inv L40m byłem odbierany przez obydwu kolegów lepiej niż śladowo - u jednego sygnał S3. W tych łącznościach za blisko było na falę odbitą, a fala przyziemna była silnie tłumiona. Inv L40m wypromieniowało więcej energii pod niskim kątem, więc mimo tłumienia przez teren - brak bezpośredniej widzialności optycznej - korespondenci odebrali relację. Ta próba potwierdza że antena Inv L40m wypromieniowuje więcej energii pod niskim kątem, a zatem są mniejsze straty energii lecącej w kosmos, a przecież o to nam chodzi.

Niestabilność SWR i rezonansu za często się powtarza wraz ze zmianami wilgotności. Postanowiłem zmienić nieco usytuowanie i mocowanie anteny.

Do dalszych prób z Inv L40m postanowiłem wykorzystać przestrzeń pozostającą między deltą v15m a ścianą budynku - miejsca było na tyle - ryzykując odkształceniem charakterystyki obu anten. W tym celu, dla swobodnego opuszczania i podnoszenia każdej z anten z osobna, umieściłem bloczek pod okapem dachu i przeciągnąłem zdublowane - niezależne odciągi przez punkty zaczepienia z obu stron.

Dodatkowy bloczek

Dodatkowy bloczek podczepienia anten od strony budynku

Przeciwwagę tym razem połączyłem solidnym lutem do siatki i dodatkowo uziemiłem.

Przeciwwaga

 

Puszka z dopasowaniem ta sama. Wypróbowałem tym razem podłączenie wibratora anteny do wszystkich odczepów po kolei. Ostatecznie najlepsze dopasowanie wypadło na odczepie z 11 zwoju czyli 75Ω. Na symulacjach wyliczona impedancja była bliższa 30Ω. Przypuszczałem że niezgodność symulacji z praktyką wynika z niewłaściwego parametru przewodnictwa gruntu w danych wejściowych.

 

Dopasowanie

 

 skrócenie wibratora

Nauczony doświadczeniem z pierwszych prób tej anteny zamiast obcinać, skróciłem w inny sposób, oczywiście powstała tu przypadkowa indukcyjność i pojemność z ogrodzeniem.

 

 

Tak zestrojoną antenę, wypróbowałem z pomocą kolegi Krzysztofa SQ8NGV dystans około 30km więc łączność na fali bezpośredniej, azymut 52o co wypada po skosie przez budynek. Porównanie z anteną dipol-inverter V dało wynik na korzyść Inv L40m. Odbierany byłem o +2 S więcej, słyszałem o 1 S silniej.

Dalsze próby wykazały, że w antenie Inv. L40m indukuje się większe napięcie odbieranego pola. Przy radiach z szerokim wejściem jakim jest np. użytkowany przeze mnie FT-897 czasem tłumik dla sygnału wejściowego okazuje się za słaby i dochodzi do nieprzyjemnego zjawiska zlewania się odbieranej stacji z tłem szumów i zakłóceń. Takie radia po prostu mają dla silnych sygnałów za małą selektywność.

Uziemienie

Antena przy tej próbie i drugiej instalacji ma bardziej stabilne parametry. Rezonans pływa zaledwie śladowo, a nie jak miało to miejsce w pierwszej próbie o cały 1 MHz. Nie wiem czy te parę centymetrów drutu wetkniętego w ziemię potrafiło tak ustabilizować parametry anteny, czy solidne przylutowanie do siatki poprawiło stabilność, lub czy siatka w tym odcinku lepiej nie przewodzi.

Antenę po zestrojeniu używam w całym paśmie 40m z pominięciem skrzynki antenowej. W całym paśmie SWR<1,2.

*   *   *

Po okresie suchym w którym zaczęło brakować wody w studniach nadszedł okres opadów, grunt zawilgotniał i antena się rozstroiła, a SWR wzrósł >1,5.

Przełączyłem antenę pod odczep na 9 zwoju cewki czyli na dopasowanie 50Ω. SWR poprawił się lecz zauważyłem, że rezonans leży poniżej pasma. Postanowiłem odciąć nadmiar (zakładkę) i dostroić antenę. Odciąłem 58cm drutu. Aktualne wymiary anteny - odcinek pionowy 5,92m, odcinek poziomy 3,7m. Rezonans wyszedł na ok. 7,12MHz wartością 1,1, lecz na 7,0MHz miał wartość około 1,3.

Dwa dni później przy mrozie i szronie na ziemi rezonans odjechał w górę pasma na ok. 7,18MHz przy SWR =1,2. Na początku pasma 7,0MHz SWR=1,5.

Zauważyłem ponadto porównując z anteną podwójny Inv.V na 80 i 40m, że przy  odbiorze sygnałów stacji europejskich, rosyjskich i japońskich siła sygnałów na Inv.L jest nieco (1S) większa, ale szumy tła - dynamika w stosunku do szumów - jest gorsza niż na Inv.V. o około 3 - 4 S.

Wymaga to dalszych prób i obserwacji przy zmieniających się warunkach propagacyjnych.

 

Podsumowanie:

Antena w moim wykonaniu, może ze względu na kiepską przeciwwagę, ma wysoki poziom szumów i zakłóceń, jednak przy dowoływaniu się jest skuteczniejsza niż inverted V. Jeśli nie ma możliwości postawienia GP, antena ta jest dobrym rozwiązaniem.

Dodatkowe informacje