Oblong club

[yu1aw]

Marijane,

Sve to nije bilo sporno.

Na ono što je sporno nisi odgovorio.
Molim te pokaži nam kako si izračunao da zatvoreni dipol ima veću efikasnost od otvorenog?
Nisi odgvorio ni za otpornost zračenja antene?

[s56a]

Dragane, za mene je antena monopol sa R+jX koji treba prilagoditi na 50 Oma koaksijalni vod!  Zanima me jos jedino pojacanje i ugao maksimalnog zracenja na datoj visini.  Sve to izracunam sa besplatnim MMANA u pet minuta.

Na zelju autora casopisa "Svet Elektronike" sam napisao clanak o radioamaterskim antenama sa nekoliko primera.  Simulacija se pokazala tacnom proverom SWR za 1,8 MHz trap dipol i 3L50 prepravljenu TV Yagi sa zatvorenim dipolom.

Za sve ostalo mi je na raspolaganju Google sa stotinama clanaka W4RNL, YU7EF i ostalih Vojvoda.  U tezim situacijama potegnem Branka Popovica ili pitam YT1NT, S53MV i slicne.

[s56a]

http://www.w8ji.com/radiation_resistance.htm

Ovo sam davno citao pa mi trebalo vremena da nadjem, a nije bas ni moj omiljeni autor!

Najbolja ilustracija otpornosti zracenja je L/4 vertikalka od 36 Oma sa gubitcima uzemljenja od 14 Oma sa perfektnim SWR 1:1 ali samo 72% efikasnoscu!

[yu1aw]

I šta smo zaključili?
Ima li zatvoreni dipol veću efikasnost od otvorenog, kako ti tvrdiš, ili nema?
I šta je zaključak u vezi sa otpornošću zračenja?

[s56a]

Ukoliko neko ne zna engleski i ne razume W8JI pricu o zatvorenom dipolu, moze dodatno pogledati stranu 60 ove knjige: http://www.dipol.co.yu/tvrx1.zip  Amateri mogu jeftino izmeriti R+jX antene, a to je skoro jednako Rz kod pristojnih antena.  O efikasnosti se moze razmisljati kod skrivenih antena mobilnih telefona.

[yu1aw]

Onda možemo da zaključimo da zatvoreni dipol, kvad, krug i oblong bilo kog odnosa stranica imaju ISTU efikasnost ako su napravljeni od istog materijala i iste dužine provodnika= 1 Lambda.
Otvoreni dipol zbog duplo kraćeg provodnika ima nešto malo veću efikasnost.
Ono što nemaju isto je impedansa koja je kod svakog od njih drugačija zbog različitog odnosa transformacije koja je uslovljena specifičnom geometrijom.

Takodje možemo da zaključimo da antene treba da imaju što veću otpornost zračenja iz više razloga, medju kojima su termodinamička i elektrodinamička efikasnost, širina radnog opsega, osetljivost na okolinu i druge antene u staku, reproducibilnost performansi, manja osetljivost na kišu, led i druge uticaje.

[9a4qv]

Dragane, jos nesto da mi razjasnis,

po svemu do sada navedeno, zakljucujem (pogresno ili ne  ) da otvoreni dipol ima veću otpornost zračenja od zatvorenoga pa je time i bolji. Dakle, zatvoreni dipol ima otpornost od 50 oma ali impedanciju od 200 oma? Otpornost otvorenog dipola je veća od 50 oma pa je sam time i efikasnost otvorenog dipola veća, jesam li dobro shvatio?

Otpornost je dakle prirodna, ona koja postoji, a impedanciju možemo mijenjati - transformirati bez obzira na otpornost.
To mi ja malo crna rupa u teoriji, daj malo podebljaj 

hvala,
Adam

[s56a]

YU1AW: Otvoreni dipol zbog duplo kraćeg provodnika ima nešto malo veću efikasnost.

Posto ti volis da cepas dlaku onda sledi mali popravak - upola kraci (ili duplo duzi, gnjavila me uciteljica u osnovnoj skoli :-).  Osecao sam ja intuitivno da kraci dipol mora imati malo manje gubitaka od duplo duzeg zatvorenog ali sam startao sa pogresnom logikom veceg pojacanja i impedanse petlji.  Rezultati MMANA simulacije verovatno imaju cestu  gresku usled malog rastojanja provodnika kod zatvorenog dipola. 

Juce mi napisao 4O3A da sam perspektivan pa jos ucim sa 64!  Malopre zavrsio 3 kV PSU sa remote soft start.  Slike slede da Goran ne brine za safety i moje zdravlje.

[AD6IW]

Ipak je imalo smisla da te prozivam,
Cekamo slike sa nestrpljenjem

[yu1aw]

Marijane u pravu si pravilno je reći upola kraći! Da me čuje moj sin filolog zacrveneo bi se od stida šta mu otac priča...

Adame, čini mi se da si pogrešno razumeo.

Stvari stoje dosta jendostavno. Antena ima samo dve aktivne otpornosti, otpornost zračenja Rz koja je ekvivalentna otpornost koja troši energiju tako što je zrači i otpornost gubitaka Rg koja predstavlja ekvivalentnu otpornost na kojoj se troši energija na toplotu. Kada je antena u rezonansi reaktivne otpornosti se potiru i ostaju samo te dve aktivne otpornosti. One predstavljaju impedansu dipola u rezonansi i možemo napisati Z=(Rz+Rg) + j0 oma

Uzmimo primer usamljenog otvorenog polutalasnog dipola čija je debljina provodnika vrlo mala u odnosu na talasnu dužinu.
Njegova impedansa je oko 73+j40 oma. Da bi ga doveli u rezonansu mora malo da se skrati i/ili da se napravi od debljeg materijala. U rezonansi mu je impedansa oko Z=68+j0 oma. U tih 68 oma sadržana je otpornost zračenja Rz i otpornost gubitaka Rg, obe preračunate (normalizovane) na istu ravan, tj. na priključke u sredini dipola.

To je vrednost impedanse koju ima dipol sam. Prilikom dodavanja elemenata ili bilo kakvog drugog uticaja, dipol menja otpornost zračenja i otpornost gubitaka zavisno od toga kakav uticaj na njega vrše okolni objekti.
Zato kod antena sa više elemenata imamo drugačije vrendnosti realnog dela impedanse kao i drugačiji medjusobni odnos Rz i Rg u njemu.

Uzmimo da taj usamljeni polutalasni dipol ima Rg=1 om i da je Rz=67 oma. Efikasnost mu je Eff=(Rz/(Rz+Rg)=(67)/(67+1)=0.985 ili 98.5%.

Uzmimo sada zatvoreni dipol. Njegova otpronost Rg je recimo 2 oma, impedansa u rezonansi je 4*(67+2)=276 oma. U tih 276 oma sadržane su učetvorstručene otpornosti zračenja i otpornosti gubitaka zbog transformacije impedanse koju vrši zatvoreni dipol. Dakle obe vrednosti su normalizovane na novu ravan posmatranja, a to su priključci zatvorenog dipola.
Efikasnost zatvorenog dipola je Eff=268/276=0.97 ili 97%, nešto malo manja samo zbog udvostručene Rg.

E sad, ako imamo antenu sa otvorenim dipolom i impedansom na njemu od 50 oma koja u sebi sadrži Rz+Rg antene, onda ako umesto otovrenog dipola stavimo zatvoreni, dobićemo impedansu od 200 oma.
Da li je to druga antena sa drugačijim Rz? Pa naravno da nije!
Samo je promenjena ravan posmatranja i ništa drugo. Antena ima poptuno istu efikasnost i dijagram kao i sa otovrenim dipolom, ako se izuzme zanemarljivo veća otpornost zatvorenog dipola i eventualno neki parazitni efekti koji su malo drugaćiji zbog promenjene geometrije dipola.

Vratimo se oblongu. On ima zatvorenu petlju, malo širu od zatvorenog dipola sa transformacijom 1:4 i malo užu od kvada koji ima transformaciju oko 1.8. Analize su pokazale da je transformacija impedanse kod oblong petlje 1:3.
Dakle ako se uzme da cela oblong antena ima ekvivalentnu vrednost otpornosti gubitaka Rg=2 oma onda je njena transformisana vrednost tri puta veća tj. 6 oma. Dakle oblong ima transformisanu vrednost Rz= 44 oma i transformisanu vrednost Rg =6 oma
Efikasnost oblong antene je Eff=44/50==.88 ili 88%.

Za jagi antenu sa otvorenim dipolom i ekvivalentnom Rg=1 om (jer je napravljena od upola manje dužine provodnika) transformisane (normalizovane) vrednosti će biti Rg=1 oma i Rz=49 oma. A sa zatvorenim dipolom (koji je zanemarljivo veće otpornosti Rg) biće Z=200 oma, Rz=196 oma i Rg=4 oma.
Efikasnost yagi antene je Eff=196/200=.98 ili 98%, ili Eff=49/50=0.98. Dakle oko 10 % bolje od oblonga.

Medjutim, mislim da je to mnogo manji problem jer i 88% je još uvek relativno visoka efikasnost.
Veći problem je prava netransformisana vrednost otpronosti zračenja oblong antene koja je Rz=48/3=16 oma!
Dakle to je antena sa relativno niskom otpornošću zračenja i svim onim manama koje ovakva vrednost Rz donosi.

Za konkeretnu antenu se može uzeti da je Rz faktor koji odredjuje bitne osobine antene jer svaka konkretna antena koja se sastoji iz odredjene dužine provodnika odredjenog preseka ima uvek isti Rg.
Ali se od tog materijala može napraviti bezbroj antena sa razlicitim Rz!
Dakle u tom slucaju, a o tome je bilo reci u poredjenju Oblonga i recimo  DL6WU yagi antene,
može se reci da je efikasnost svih tako napravljenih antena u najvecojj meri
zavisna od otporbnosti zracenja Rz jer sve one imaju isti Rg.

Rz je važan i zbog postizanja niskog Q faktora antene koji je dat kao Q=X/(Rz+Rg), odnosno ponašanja antene
u realnom okruženju.
Nije svejedno da li je taj nizak Q faktor postignut povecanjem Rz ili Rg.
Dve antene sa istom termodinamickom efikasnošcu mogu se potpuno razlicito
ponašati zbog razlicitog Q faktora.

Recimo antena sa Rz=4 oma i Rg=2 oma ima Eff=Rz/(Rz+Rg)=4/6=66.7%
Druga antena ima Rz=40 i Rg=20 oma i Eff=40/60=66.7%
Medjutim prva antena ima Q1=X/(Rz+Rg)=X/6 a druga Q2=X/60, razlika je 10 puta pri približno istom X!
Druga antena, zahvaljujuci svom visokim Rz, može sebi da dopusti i 10 puta vece
gubitke usled raznih konstruktivnih razloga i negativnih uticaja sredine, a da
još uvek bude bolja od prve! A da i ne govorimo o ponašanju jedne i druge u realnom okruženju!
Dakle, reproducibilnost antene i postizanje projektovanih performansi u realnom
okruženju zavisi od Rz, tj. Q faktora antene.

Cela stvar može da se posmatra i na drugaciji nacin i da se pokaže kakav je
uticaj Rg i Rz  na performanse antene.

Q faktor atene u rezonansi, tj. pri Fo, je Q=X/Ru ,gde je Ru=(Rz+Rg).
Širna radnog opsega za -3dB je data kao B=Fo/Q odakle se vidi da je relativna
širina radnog opsega odredjena odnosom Ru/X odnosnio sa 1/Q .
Dakle, za što vecu relativnu širina radnog opsega antene treba imati što manje X
i što vece Ru, odnosno što manji Q faktor antene.
Niža reaktansa X daje vecu širinu opsega. Zbog toga recimo vertikalke opterecene
sa kapacitivnim šeširom imaju vecu širinu radnog opsega od neopterecenih.
Za dobijanje što vece širine opsega Rg ima "pozitivan" efekat jer njegovo
povecanje snižava Q i povecava B.
Medjutim, da bi videli da li je to baš tako moramo pogledati kako stoji stvar sa
efikasnošcu.

Efikasnost je data, kao što smo vec rekli, Eff=Rz/Ru i sada se može pokazati da je
proizvod efikasnosti i širine opsega Eff*B=Rz/Ru*Fo*Ru/X što pokazuje da je
efficiency-bandwidth nezavisan od ukupne otpornosti antene jer posle skracivanja
dobijemo izraz Eff*B=F0*Rz/X.
Ovo nedvosmisleno pokazuje da se pri povecavanju Rg ustvari efikasnost
proprcionalno zamenjuje za širinu radnog opsega.
Ova fizicka cinjenica se veoma mnogo koristi kod profesionalnih HF antena koje
moraju da pokriju velike frekvencijske širine opsega. Cak i kod amatera se mogu
ponekad sresti, recimo onaj folded dipol sa otpornikom u sredini, T2FD.

Dakle, gornja jednacina za proizvod efikasnosti i širine radnog opsega, ciju
maksimalnu vrednost mi u svakom slucaju želimo kada su antene u pitanju, je u
krajnjoj liniji i mera kvaliteta antene.  Naravno ne i jedina, jer svaka antena
ima neku svoju specificnu namenu.

Ako malo pobliže pogledamo gornju jednacinu možemo da izvucemo neke korisne
zakljucke za procenu yagi i slicnih antena o kojima je ovde sve vreme rec.
Pre svega, jasno je da je otpornost zracenja antene Rz na odredjenoj Fo jedan od
glavnih faktora koji utice na ovaj Eff*B proizvod. Drugi faktor je X koji treba da
bude što manji.
Ocigledno je da sa istom kolicinom metalnih šipki mogu da se naprave razlicite
antene sa razlicitim X. Pošto u Q faktoru antene Q=X/(Rz+Rg) ucestvuju i X i Rz
može se videti da ce one antene koje imaju male gubitke (a sve yagi antene
napravljene od aluminijuma i sa dovoljno debelim šipkama ispunjavaju taj uslov) i
koje imaju najniži Q faktor, tj. najveci Rz pri najmanjem X, biti i najbolje
antene!
Isto važi i za sve antene sa približno istim Rg, tj. napravljenim od približno
iste kolicine i vrste materijala.
Dakle da rezimiramo:
Kada se porede dve yagi antene, sa slicnim Rg, tj. sa slicnim brojem elemenata,
bolja je ona koja ima manji Q faktor. I to se u praksi i pokazuje preko
neosetljivosti low-Q antena u odnosu na one high-Q antene.
Ali to znaci i da svako isterivanje eksteremno potisnutih sporednih snopova,
niže temperature, ili ekstremnog pojacanja yagi antena je i žrtvovanje optimalnih
vrednosti Rz i X, tj. optimalnog Q faktora antene.
Zato sam svojevremeno i tvrdio da su sva poboljšanja DL6WU i donekle DJ9BV
antena, ciji su autori našli meru u ovom žrtvovanju, ustvari samo drugaciji,
cesto vrlo loši, kompromisi koje pojedini autori prave u rešavanju odnosa ovih
bitnih parametara antene, ili receno istim recnikom, nemaju meru.

Da ne spominjemo da je nizak Q faktor antene itekako poželjan da bi se antena
ponašala u realnom okruženju tako da zadržava svoje dobre osobine i pri vrlo
invazivnom delovanju okoline, kao što su recimo kiša, inje, bliskost drugih
rezonantnih antena u stack-u, blizina velikih metalnih objekata i zemlje, drvece,
krovovi, stubovi u blizini antene, itd.
Vecina high-Q antena (čitaj low Rz antena) u praksi nikada ne dostigne one svoje performanse zbog
kojih je Q faktor (čitaj Rz) žrtvovan!

Nadam se da je sada jasnije...

[9a4qv]

Dragane, to te ja pitam 

Vjerovatno mi je trebalo puno vise vremena da ja procitam tvoj post nego sto je tebi trebalo da ga napises, ali mi je drago da si mi na jednostavan nacin pojasnio neke cinjenice koje su u knjizi objasnjene integralima, meni je sada jasnije, a drugi neka pitaju.

Hvala jos jednom na trudu
Adam, 4QV

[yu1aw]

Adame drago mi je da je sada jasnije.
Trebalo mi je prilično vremena ali izgleda da se pisanje isplatilo...

73, Dragan

[s56a]

YU1AW: U rezonansi mu je impedansa oko Z=68+j0 oma.

Otkud je ovaj podatak za beskonacno tanak provodnik?

Tvoj koncept Q-faktora je besmislen u rezonanciji kada je X=0.  Definicija radnog opsega je takodjer arbitrarna.

Umetno povecavanje Rg dodavanjem otpornika od par stotina Oma unutar zatvorenog dipola je standardni trik za pravljenje sirokopojasnih antena od 2-30 MHz.

[yu1aw]

Nije za beskonačno tanak provdnik, pročitaj prethodnu rečenicu...

To nije moj koncept... Ajde ne žuri, razmisli malo...

Definicija radnog opsega može biti arbitrarna ali ovde se radi o relativnom poredjenju pod istim uslovima.

Da, dodavanje otpornika i povećanje Rg je zamena efikasnosti za širinu opsega.

[s56a]

MMANA simulacija 145 MHz dipola sa 8 mm precnikom daje 73 Oma.  Ukoliko se zeli obdrzati tacno L/2, onda je potreban precnik od 63 mm za X=0, a MMANA neispravno racuna preko 100 Oma?

Koja je egzaktna definicija Q-faktora arbitrarne antene?  Nije valjda opet neki Long Yagi DL parametar?  Secam se loseg predavanja o antenama u Ljubljani pred tvojom pricom o tetrodama.