Messages

Klausa i većinu ostalih sa slike sam lično upoznao 1991. na predavanju o niskošumnim pretpojačavačima koje sam držao u Wanhajmu. Bio je to skup koji ću pamtiti jer sam tada i lično upoznao mnoge UKV i EME amatere koji su bili prisutni. Mada sam neke od njih upoznao i pre toga na sastancima IARU R1.
Klaus je bio sjajan konstruktor, dobar stručnjak i pokretačka snaga UKV rada u Evropi zahvaljujući Dubusu. Moramo priznati da nam je Dubus bio velika inspiracija i služio za ugled dok smo uređivali Bilten. Saradnja Biltena sa Dubusom je bila vrlo intenzivna na obostranu korist. Najveću zaslugu za to svakako je imao Gogo 9A6C.
Velikani zvezdanog doba Evropskog UKV polako odlaze. Prolazi izgleda i vreme interesovanja za radioamaterstvo uopšte, tako da polako sve odlazi u istoriju a značajni sudionici u legendu.

Dragan,YU1AW

Na linku: https://youtu.be/NlZt2rjqKRw?si=MXx1wlDdG_OM1kL3 okačio sam video "Antenski ples na kiši". Kao što samo ime govori, video je posvećen analizi stabilnosti antena i njihove otpornosti na promene karaktiristika pri uticaju sredine.

Dragan, yu1aw

Da Adame, razumem potpuno sve probleme ovakvih merenja. Opaska je bila više zbog toga što sam primetio da mnogi amateri, pa čak i neki dizajneri antena, ne znaju razliku i često brkaju jedno sa drugim.
Što se preciznosti merenja tiče, tu si u pravu, ali bilo je korisno i bitno  pokazati trend ponašanja antena na kiši. Treba istaći da su iskustva pokazala da je količina vode koja se nakuplja na elementima dosta promenljiva i zavisi od jačine vetra, prečnika elemenata kao i stanja površine metala na njima. Prljavi elementi sakupljaju više, a recimo masni manje vode. Adhezija zavisi i od temperature i čistoće same kiše. Recimo kiša koja je puna peska iz Sahare , soli ili gareži od smoga bolje se lepi za aliminijum.
Napomenuo bih još jednu stvar važnu za pravilno tumačenje rezultata. Zavisnost količine nakupljene vode i frekvencijski pomeraj nisu u linearnoj korelaciji. Recimo neke antene trpe određenu količinu vode sa relativno malim promenama parametara do određene granice, da bi onda sa minimalnim daljim uvećanjem naglo počele da menjaju svoje parametre. To se u simulacijama jasno pokazalo. Ako se dobro sećam jedna DJ9BV antena je imala baš upadljivu promenu za malo povećanje količine vode preko određene granice. Svaka antena ima neki svoj specifični odgovor na uticaje sredine i taj odgovor nije linearan.
Jedna još važnija stvar je što svi parametri antene ne bivaju podjednako razdešeni i degradirani pojavom vode na elementima. Recimo, promena SWR  može biti relativno  mala, ali  zato promena realizovane efikasnosti zračenja, gejna i šumne temperature može biti velika. Taj međusobni odnos promena parametara je različit za svaku antenu.
Energetske promene i transformacije koje se dešavaju u anteni mogu se izraziti na više načina. Ono što ih na najbolji način definiše i  opisuje je Q faktor antene, jednostavno zbog njegove definicije, koja sveobuhvatno odslikava trenutno stanje antene u pogledu procesa transformacije privedene snage  iz reaktivne u aktivnu (izračenu). Pošto na ovu transformaciju utiču svi elektromagnetni efekti i parametri antene, to on u potpunosti odslikava energetska stanja i procese transformacije.
Dragan ,YU1AW

Ispravite me ako grešim, ali koliko mogu da vidim, merenje prikazuje pomeraj frekvencije minimalnog SWR a ne rezonantne frekvencije.
Obično su ove dve frekvencije bliske kod dobro projektovanih antena ali napomena je čisto zbog toga što se u praksi ova dva pojma zamenjuju i mešaju, što nije tačno, jer ima jako mnogo antena koje imaju ove dve frekvencije veoma mnogo razdvojene. Postoji i jedna grupa specifičnih antena koje se namerno projektuju da rade van rezonanse da bi se postigli neki specifični zahtevi.


Dragan, YU1AW

Šift sa 144 na 135 MHz je dat samo kao malo karikiran primer da bi se shvatila poenta. Šift od par MHz je realan za antene kojima je isterivan max gain i pri ekstremnim uslovima nakupljanja leda na elementima.

Dragan, YU1AW

Potpuno sam saglasan i napravio sam sve predložene ispravke u tekstu. TNX!
yu1aw

Naime, vlaga i mnogi drugi uticaji okruženja deluju na antenu tako da joj električno produžavaju elemente i  ona se u novom radnom opsegu ponaša kao da radi na višoj frekvenciji ili kao da je dizajnirana za nižu frekvenciju od radne.

Izgleda kao da je greška i pitali su me da nisam slučajno pogrešio i napisao niža umesto viša i obrnuto.

Ne, dobro je napisano.
Antena je dizajnirana da radi na, recimo, 144 MHz kad je suva. I ona kad je suva ima rezonansu na toj frekvenciji i radi dobro. Onda pokisne i elementi se električno produže. Talasna dužina na 144 MHz je ostala ista, ali su elementi električno duži, i ona izgleda kao da je dizajnirana da bude rezonantna na 135 MHz, tj. na većoj talasnoj dužini. Gledano iz pozicije antene ona veruje da radi na višoj frekvenciji (144 MHz) tj. manjoj tal. dužini u odnosu na onu na kojoj je  rezonantna (135MHz). Gledano iz pozicije dizajnera, (mokra) antena se ponaša kao da je dizajnirana za nižu frekvenciju, jer je rezonantna na toj frekvenciji (135MHz), a ne   na 144MHz gde ne radi dobro.

Ili ajde da probamo da unesemo malo dramaturgije u celu stvar, možda će biti slikovitije i lakše za razumeti.

Autor dizajnira antenu ne znajući šta se dešava na kiši. Ni antena ne zna šta joj se dešava na kiši.
Autor dizajnira antenu na 144 MHz i ona je tu rezonantna i tu radi dobro.
Onda ona pokisne. Elementi se električno produže i rezonansa se pomeri na 135 MHz.
Pitamo antenu koja se napaja sa 144 MHz: Radiš li na rezonantnoj frekvenciji?
Ona odgovori: Ne radim, radim na VIŠOJ frekvenciji od rezonantne! Rezoniram na 135 MHZ a radim na 144 MHz!
Pitamo autora: Na kojoj frekvenciji je antena rezonantna i radi prema dizajnu?
On ogovara: Na 144 MHz, ali izgleda da je rezonantna na 135 MHz, kao da je dizajnirana za NIŽU frekvenciju!

Slikovit primer pomeranja rezonanase na nižu frekvenciju, usled vlage, dat je na sledećim dijagramima promene ulazne  impedanse antene za slučajeve kada je antena suva i vlažna sa 0.1 mm, 0.3 mm i 0.5 mm debelim slojem vode. Vidi se da je rezonantna frekvencija suve antene na 144.2 MHz i da je sa povećanjem vlage ona polako skliznula 3 MHz niže, na 141.2 MHz za 0.5 mm vlage. Naravno sa ovim pomeranjem rezonanse na niže, pomerili su se i svi ostali parametri antene i dodatno pokvarili zbog povećanja reaktivnog dela ulazne impedanse i promenjenih faznih stavova struja u elementima.

Dragan, YU1AW

[I tu je zamka i velika greška dizajnera antena!]

Stvar je dosta jednostavna. Visok Q faktor, loš SWR, niska realizovana efikasnost zračenja, povećani termički gubici, izobličen dijagram, smanjena dobit i svi ostali problemi, koji postoje kod antene koja je optimizirana da bude suva i sama u svemiru, kada su ti uslovi okruženja ispunjeni, dešavaju se na frekvencijama iznad rezonantne frekvencije ili na gornjem delu radnog frekvencijskog opsega. Praktično za dvometarske antene to je područje iznad 146 MHz. Naizgled to je nevažno, jer antena nije ni predviđena da radi na tim frekvencijama. I tu je zamka i velika greška dizajnera antena!

Naime, pri bilo kakvom negativnom uticaju okoline (rad u antenskom sistemu, stub, kablovi, druge antene, noseće strukture) ili vlage (kiša, led, inje, sneg) rezonansa i parametri antene se sa opsega iznad 146 MHz pomeraju na niže frekvencije  i praktično dolaze u radni frekvencijski opseg antene.
Koliko se pomeraju ovi parametri i rezonantna frekvencija antene? To zavisi od Q faktora antene, ili bolje reći od širine opsega iznad rezonanse u kome antena ima normalne prihvatljive parametre. Taj opseg je definisan Q faktorom antene na tim frekvencijama.
Možete dizajnirati antenu sa relativno malim Q faktorom na uskom frekvencijskom opsegu, recimo 144 - 145 MHz i reći: Evo antena je dobra jer ima nizak Q faktor u radnom opsegu! Nažalost, to nije tačno. Potrebno je pogledati koliki je Q faktor antene na par MHz iznad tog radnog opsega. Ako je veliki, kao što obično jeste, onda je to znak da antena ima potencijalno lošu stabilnost i da će vrlo mali uticaj okoline da napravi veliko pomeranje parametara na niže i takva antena će, kada nije suva i kada nije sama u svemiru raditi veoma loše. Naime, vlaga i mnogi drugi uticaji okruženja deluju na antenu tako da joj električno produžavaju elemente i  ona se u novom radnom opsegu ponaša kao da radi na višoj frekvenciji ili kao da je dizajnirana za nižu frekvenciju od radne. To je scenario za većinu novih antena koje su dizajnirane na računaru, bez dovoljno brige o ovim problemima.

Samo velika širina radnog opsega, posebno iznad rezonanse daje nekakvu garanciju da će antena u uslovima vlage i u radu u sistemu sa ostalim antenama u najvećoj meri zadržati svoje performanse. Drugih garancija, nažalost, nema!
Jednostavno, podatak o Q faktoru na frekvencijama iznad rezonantne predstavlja indikator potencijalnog pomeraja rezonanase i svih ostalih parametara antene  u promenjenim uslovima rada, za koje u računaru nije optimizirana.
Ovaj nedostatak mnogi autori, svesno ili nesvesno, prikrivaju tako što marketinški "šminkaju" rezultate. To se obično radi tako što se objavi SWR za samo mali deo opsega, recimo 144-144.5 MHz u kome je SWR skoro idealan. Pojačanje ili dobit većine yagi antena u području  iznad rezonanase ima nagli pad.  Objavljivanjem samo uskog dela opsega oko rezonantne frekvencije i ovo se prikriva.
Jedan od marketinških trikova je i objavljvanje dijagrama zračenja gde se u polarnom dijagramu izabere takva razmera da svi sporedni snopovi izgledaju daleko više potisnuti i dijagram izgleda gotovo bez sporednih latica.

Jedan pogled na  objavljeni SWR, Gain ili proračun Q faktora, može vas spasiti od razočarenja.

Pogrami za proračun Q faktora objavljeni su na mom sajtu na adresi: https://www.qsl.net/yu1aw/Misc/Programi.htm Postoje dva programa, jedan je za izračunavanje Q faktora za jednu frekvenciju na osnovu SWR ili podataka o impedansi X i R. Drugi je proračun Q faktora za široki opseg frekvencija na osnovu podataka o ulaznoj impedansi datoj u obliku fajla.

Ono što treba uraditi je izračunati Q faktore na radnom delu opsega i obavezno na frekvencijama na kraju amaterskog opsega ili još bolje par MHz iznad kraja amaterskog opsega. Na osnovu tih vrednosti može se donekle predvideti šta  će se desiti pri promeni radnog okruženja antene od idealizovanog do realnog.

Oni koji se bave optimizacijama antena u programima koji koriste NEC kao elektromagnetski i matematički stroj mogu koristiti pogodnost koju ovi programi pružaju, a to je korišćenje LD kartice i simulacija antene sa izolovanim elementima, gde se umesto izolacije stavljaju podaci za kišne kapi na elementima antene sa relativnom dielektričnom konstantom mešavine vode i vazduha Er=8 i debljine sloja od 0.1 do 0.5 mm. U tom slučaju može se prilično verno videti ponašanje antene pri kiši ili drugim uticajima.

P.S. Adame, skini poslednju verziju programa koja je malo grafički doterana i popravljene su neke sitne greške u ispisu. Recimo, ta geška gde je za SWR dato da je unos u omima!  Interesantno je da to retko ko primeti! Naravno, i stara i nova verzija daju potpuno iste rezultate.


Dragan YU1AW

[a)]

Na osnovu svog ličnog iskustva u projekotvanju raznih antena sa veoma teškim i specifičnim zahtevima u pogledu uslova rada i preformansi, pokušaću da dam odgovore na pitanja koje je Adam postavio.

Antene koje na istom bumu imaju više od jednog banda su kompromis. Kompromis su samim tim što jedan band ometa elektromagnetiku onog drugog i nikako ne može biti isto kao da su to dve odvojene antene. Potpuno isti problem je i pri dizajniranju ili izradi multiband linearnih pojačavača za više amaterskih opsega. Međutim, pošto se kompromisi prave kada se to mora ili kada je opravdano, onda se u ovom slučaju korisnik miri sa tom činjenicom da to neće biti isto kao da je postavio više monoband antena.
Ono što je možda olakšavajuća okolnost je to što danas računarima možete  takav dizajn da optimizirate barem u manje ili više idealizovanim uslovima  kompjuterskih optimizacija. To što može da se optimizira su međusobni uticaji elemenata jednog banda na drugi i obrnuto, tako da se oni podese, koliko je to moguće, da najmanje destruktivno utiču jedni na druge, a ponekad je moguće učiniti da su ti uticaji čak pomalo i konstruktivni.
Međutim, sada se cela konstrukcija duo band antene ponaša kao jedna kompleksna antenska struktura sa svim svojim osobinama u pogledu uticaja koje  okolina vrši na nju. Stvar se dodatno komplikuje zbog toga što na svakom od bandova, osim elemenata za taj band, postoje i "parazitni" elementi onog drugog banda, koji u najboljem slučaju mogu da se učine najmanje destruktivnim, tj. da na neki način koliko, toliko "sarađuju". Problem leži u tome što sada ti elementi, koji u nekim uslovima "sarađuju",  u nekim malo promenjenim mogu, i često postanu, vrlo destruktivni. Tako da je opšti zaključak da su multiband antene dodatno osetljive na spoljašnje uticaje okoline i trebalo bi ih sa mnogo većom pažnjom projektovati a posebno pažljivo proveriti na kišu, kablove, noseću konstrukciju ili druge vrste uticaja okoline, i tek tada ih objaviti sa preporukom i upozorenjem na neke od "Ahilovih peta" antene.

Još gora je stvar sa multiband sistemima od više antena za više bandova koje dele isti prostor, jer tako gusto pakovane antene u tolikom broju, zaista teško mogu konstruktivno da "sarađuju". Harmonični odnos antena dodatno povećava međusobne uticaje. Ortogonalne polarizacije mogu da smanje međusobni uticaj, naročito kod manjih i kraćih antena, jer kod dužih antena je problem geometrijske projekcije polarizacione ravni u sfrenom  prostoru. Primer toga je generisanje cirkularne polarizacije sa dve antene sa orotgonalnim polarizacijama, gde je cirkularnost relativno dobra pod malim uglovima u odnosu na osu antena, dok je pod većim prostornim uglovima ona eliptična.

I sad da odogvorim konkretno na pitanja:

a) Sigurno se ne radi o hrpi aluminijuma pod uslovom da je dizajner antene uradio sve što je bilo u njegovoj moći da smanji destruktivne uticaje i napravi obe antene sa što nižim Q. Još ako i pošteno upozori graditelje na loša rešenja u pogledu vođenja kablova, uticaje konstrukcije i druge detalje, kako bi se izbegle katastrofalne slučajne greške, onda takva antena može korisno da posluži svima koji su spremni da žrtvuju nešto od performansi antena zarad rešavanja nekih objektivnih nemogućnosti da se postave odvojene antene

b) Ovo je vrlo verovatan scenario. Subjektivne procene rada antena, bez objektivnih merenja i proračuna, su u velikoj meri toliko subjektivne da više štete nego što koriste u evaluaciji i objektivnoj proceni antena. To je i logično očekivati, jer ipak smo mi vrlo subjektivna, ličnom psihologijom, preferencama i sujetom vođena bića. Međutim, ukoliko se posao oko dizajniranja antene uradi pošteno, sa željom, ne da se bude nepogrešivi "antena guru", nego se antena detaljno ispita u svim uslovima, realno sagledaju sve  mane datog rešenja i pošteno objave i graditelji na njih upozore, onda je to dobitna kombinacija za sve one kojima ovo rešenje treba jer, iz objektivnih razloga, ne mogu da postave odvojene antene.

c) Ovo je najmanje verovatan scenario, čak i kada se stvar oko dizajniranja odradi dobro. Razlog za ovo je ograničeno znanje i kreativnost dizajnera, ograničenja softvera sa kojim se antena dizajnira posebno u idealizaciji prostora oko antene, nehotične greške dizajnera i graditelja, stohastička priroda okruženja i uticaja na antenu, itd. Samim tim predvidljivost kvaliteta dizajna, radnih uslova i uticaja je smanjena i jedino što tu može pomoći je dizajniranje antene sa što nižim Q.

Zahvaljujući programima koje sam napisao i objavio,   izračunavnaje Q faktora u uslovima realnog okruženja je sada moguće, tako da svako može da proveri svoju antenu u raznim uslovima rada i uporedi sa onim što je autor objavio. Time je i lažni ili nehotično pogrešni marketing postao donekle proverljiv. To je uostalom i bila ideja koja me je vodila kada sam odlučio da to uradim.

Pozdrav, Dragan yu1aw

P.S. Zaintersovanima preporučujem da odgledaju video klipove o uticaju kablova, okoline i nekih prirodnih ograničenja na antene da bi se shvatila ozbiljnost ovih uticaja, neizbežnost ograničenja  i važnost da se o tome vodi računa pri dizajniranju i evaluaciji antena. Video klipovi su objavljeni na mom YouTube kanalu, a dati su i  linkovi ranije u ovoj temi.

Zato neki autori navode drukčije dimenzije za stakiranu verziju (pr. DK7ZB za 2el-12.5 Ohm antenu).

Da, neke antene zahtevaju drugačije stakiranje zbog svog Q faktora. O tome je bilo reči u mom poslednjem videu. Antene koje imaju otpornost zračenja 12.5 oma imaju 4 puta viši Q faktor antene pri istim  ostalim uslovima. Zato njihovi autori i navode drugačije rastojanje za optimalno stakiranje antena.

73, yu1aw

Naravno da nisu svi destruktivni, ima i onih koji na konstruktivan način mogu da poboljšaju neke stvari, ali su nažalost vrlo retki... Entropija u stohastičkim pojavama je ipak dominantna...

Pozdrav, yu1aw

Beam forming je dobra i dosta korišćena ideja. Međutim, koliko se sećam, elementarne antene u sistemu bi trebale biti relativno malog usmerenja inače pored zakretanja dijagrama dolazi i do cepanja glavnog snopa i velikog broja sporednih snopova. Za  veliko pojačanje koje amaterima treba potrebno je jako puno kratkih antena, što nije nemoguć zahtev ako se ima prostora, ali je potrebna i velika struktura koja će to sve da nosi. Ja sam svojevremno dok sam radio EME razmišljao o sličnom sistemu koji bi ležao na kosini brega u pravcu juga i koji bi na taj način pratio Mesec. Naravno bilo je problema sa blizinom zemlje zbog male visine i šumom zemlje.

Druga ideja je interesantna ali teško ostvariva za velika pojačanja. Razlog je prevashodno slabo definisan fazni centar kod Yagi antena. Osim toga bio bi ozbiljan napor napraviti faziranje takvog sistema da bi se dobile performanse koje su uporedive sa uobičajenim stakingom antena koji koristimo.

U svakom slučaju neke nove kreativne stvari i ideje mogu napraviti iskorak u pravcu poboljšavanja naših antenskih sistema. Ovako kako se krenulo nije dobro, jer ova sadašnja ideja poboljšavanja Yagi antene iscrpljena je još 1980. godine i od tada se nije maklo dalje.


P.S.
Nije dovoljno da objekti nisu  provodni (mada je to teško, jer građevinari koriste armirani beton i druge provodne materijale), potrebno je i da relativna dielektrična konstanta i faktor gubitaka izolacionih ili poluprovodnih mateirjala budu mali zbog difrakcije, refleksije, upijanja i gubitaka u materijalu objekta koji smeta. Osim toga, objekti koji najviše smetaju su uglavnom u blizini antene u reaktivnom i bliskom polju antene, gde zbog specifičnosti konfiguracije elektormagnetnih polja, prva Frenelova zona još nije potpuno formirana.

yu1aw

Da, to bi se moglo tako rešiti, ali ima jedan malo veći problem. A taj je kako napraviti ostale antene, koaksijalne kablove, stub, noseće strukture, okolne objekte, zemlju, druge stubove i sve ostalo u vidokrugu antene takvima da ne utiču na nju. Za sada ima samo jedan način, a to je nizak Q antene. Ko pronađe neki drugi možda zaradi Nobela!

Pozdrav, Dragan yu1aw

Snimio sam nastavak videa o antenama, pa koga zanima neka pogleda. Malo je duži, ali se nadam da će nekima  biti interesantan.

Link je: https://youtu.be/A-02xw-u5kc?si=k8NXJyDQTwtoe0md

Pozdrav, Dragan yu1aw

Objavio sam video o računarskoj analizi uticaja napojnog kabla na sistem od 4 Yagi antene.

Link: https://youtu.be/Bi-3gI_gqF4?si=buv6xW89ZE7XjMDy

Pozdrav
Dragan, yu1aw