Kratka analiza DL6WU antena

[9a6c]

Potražio sam na webu nešto o DL6WU antenama i naletio na jednu zanimljivi analizu koju je uradio LB Cebik, W4RNL (SK). Meni zanimljiva zato, jer se čini da DL6WU pristup nije baš naišao na odjek preko Atlantika.
LB je inače bio i tehnički urednik časopisa ANTENNE X ako se ne varam, i u svoje doba imao je jako veliki broj analiza i članaka na svojoj web stranici koja je njegovom smrću prestala funkconirati.

Istinabog, radi se o stvarima iz prošlog stoljeća, ali vrlo vjerojatno mnogo toga i dalje vrijedi pročitati radi lakšeg shvaćanja materije.

Evo poveznice:

http://on5au.be/content/a10/vhf/wu.html

Isplati se potrošiti pola sata.

GG

[yu1aw]

Da dodam još malo literature u vezi sa DL6WU antenama, davno napisane ali veoma aktuelne i korisne.
Naime, Rajner DJ9BV je na kraju svog poznatog članka o analizi šumne temperature antenskih sistema za 70 cm dodao i nekoliko interesantnih zapažanja u vezi sa antenama, a posebno se osvrnuo na poređenje novih, kompjuterom optimiziranih, u odnosu na DL6WU antene koje su ručno optimizirane. O niskom Q faktoru DL6WU antena  svedoči primedba br. 2 u kojoj se konstatuje da Ginterove antene imaju najmanje gubitke usled skin efekta, što potvrđuje niske amplitude cirkulišućih struja u elementima zahvaljujući vrlo niskom Q faktoru.
Nisam objavio ceo članak zbog kopirajta nego samo izvod sa interesantnim primedbama i izvor.

Pozdrav, Dragan yu1aw

[9a6c]

Meni se dopala posljednja napomena na spisku...

[9a4qv]

Nastavno na Draganove prezentacije, jedan kolega je napravio 7el.yagi prema dizajnu DL6WU.
Korišten je kalkulator koji se može skinuti na webu a isti se naslanja na DL6WU proračune.

Antena je dizajnirana za izolirane elemente na boomu i zatvoreni dipol sa prilagođenjem 1:4.

Rezultat se može vidjeti na mjerenjima i proračunu Q-faktora u privitku.
BW za swr 1:2 je skoro 18MHz! što je više nego 10%
Na osnovu istoga izračunati Q faktor antene je 6.35!
Pa sad, "ko voli - nek izvoli" 

QV

[9a6c]

Čisto da se ohrabre mogući graditelji - o kojem se točno programu radi? Ja koristim VK5DJ, ostali mi baš i ne funkcioniraju iz različitih razloga.
Inače je baš ovakva antena bila ključ uspjeha ekipe IO2V koja je nakon više pokušaja uspjela uzeti prvo mjesto u IARU R1 VHF prije dvadesetak godina s Marmolade JN56WK. S ledom i bez njega grupe 4*7 el odradile su posao bez greške.
Ako s ene varam, bilo je šest fiksnih sistema i još 20 el SHARK na rotatoru za pokrivanje gluhih smjerova prema doli i tako:-))

G

[yu1aw]

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

[9a5ay]

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.   

Pozdrav dragi moji
Ovdje je sve naopako, rezonancija nije definirana "fenomenom" i ne može biti nikako jer je fenomen posljedica nečega. Stvari stoje jednostavno da nemože biti prostije. Npr akoželite antenu rezonantnu na 144.200Mh z onda je mamtematika sljedeća 300/144,200=2,08m dužina dipola, to je puna lambda koja može biti preračunata na pola i četvrt lambde ali to je to. Ništa ne zavisi o "fenomena" jer fenomen nije faktor. Neki to pokušavaju usporediti sa velocity faktorom što je nemoguće jer se velocity uključuje u formulu izračuna dok je "fenomen " posljedica nečega i od njega ne zavisi ništa, dakle nije dio nikakve jednadžbe za projektiranje antene.
Pozz
Damir, 9a5ay

[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

[9a6c]

Kriv sam

Kad sam sve ovo nanovo iščitao, rekao bih da treba dodati samo riječ u rečenicu iz citata pa bi čak i meni bilo jasno šta antena misli:-))

Ne bi da ispravljam Bibliju, samo bi je nadopunio u smislu obzirom da se nesretna antena našla u novom okruženju čega jadna nije ni svjesna, a kako su je ne njenom voljom produženi elementi doveli u novo okruženje:

"...ona se u NOVOM radnom opsegu..."

Jer moja je pretpostavka bila da joj je zadan željeni radni opseg kojeg i koristimo? A novi je nastao kao rezultat promjena uzrokovanih vanjskim utjecajem, pa se jadna pogubila i čini joj se da ne radi tamo di su joj rekli nego negdje gore ili iznad njoj jasnog radnog opsega...

Iz svega je razvidno da u određenom broju slučajeva dolazi do nesporazuma između antena i autora, a ponekad i kod nas nesretnih graditelja.

A možda je samo u pitanju moj neukroćeni urednički gen, ko zna...

[yu1aw]

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

[9a4qv]

Kolega koji je napravio 7el.DL6WU antenu koju sam zakačio u ovome topicu daio si je truda i sada napravio 7el.LFA (G0KSC).

U privitku se nalazi SWR dijagram i proračun Q faktora.

Q fakrot iako malo viši od DL6WU antene je još uvijek prihvatljiv.

Pa eto, tko voli nek izvoli, a tko je lijen ili ima dvije lijeve ruke nek se obrati Marinu 9A5M za navedene antene.

Sada ćemo još zamoliti Marina da nam odradi pokus polijevanja vodom obje antene u istim uslovima pa da nam pošalje SWR dijagrame da vidimo što bi to u praksi značilo kad se jedna i druga antena sa relativno niskim Q faktorom ali ipak različitim nađu pod kišom.
Nećemo ga tjerati da antene nosi u frižidere PIK Vinkovaca...

QV

[9a6c]

Baš čekam da mi aliexpress isporuči nanovna h4 pa da i ja pogledam neke fenomene i istuširam te antene da vidim hoće li prepoznati svoju novu radnu frekvenciju.

[AD6IW]

Skin efekt, precnik, materijal zracecih elementa su kriticni. Deblji elementi i krace antene imaju veci BW,
i manji utjecaj na spoljne elemente.
Utjecaj kisnih kapi velicine 0.5mm na talasnu duzinu od 2M je 0.025%. Frekventni shift je 360kHz,
dakle u radnom opsegu antene. 10-15MHz shift nije realan,mozda sa ledom ili snijegom ili na 2.4GHz.

[9a5ay]

.Deblji elementi i krace antene imaju veci BW,
i manji utjecaj na spoljne elemente.   

Pa zemo tako je, nazad nešto iz te silicijske doline konkretno ali nije moglo proći bez matematikica, ajd bar smo pošteđeni kvačica. Malo šale.
Pozdrav dragi moji
Damir, 9a5ay

[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