měření na anténách typu dipól, invert V a HB9CV

Elektrotechnické mìøení (4)
JAN BOCEK, OK2BNG (jan.bocek(vitkovice.cz)
ING. TOMÁŠ KLIMÈÍK, SWL (tomas.klimcik(vitkovice.cz)
Jak jsme již v minulém, pokraèování konstatovali, je pøirozenou snahou každého radioamatéra mít co nejvìtší výkon. Sebevìtší výkon je nám však k nièemu, pokud jej nejsme
schopni pøi spojení dostat do pøijímaèe protìjší strany. Jedinou cestou jak toho dosáhnout je mít anténu s dobrou úèinností. A když už jsme vìnovali tolik èasu pøemýšlení, jakou
anténu si postavit a obìtovali nejen èas, ale i peníze na její realizaci, je dobré si ji umìt i
promìøit.
Mìøení na anténách
pro pásmo 28 MHz. Výška 18 m. Napájecí
kabel 75 Ω o délce 50 m.
4. Smìrová šestielementová yagi anténa typu
OWA (Optimized Wideband Antenna) pro
pásmo 28 MHz ve výšce 22 m. Napájecí kabel 75 Ω o délce 150 m.
5. Soustava 3 šestielementových yagi OWA
antén v patrech ve výškách 22 / 16 / 10 m.
Napájecí kabel 75 Ω o délce 150 m.
Mìøil: Jan Bocek
Datum: 1.8.2000
Èásti:
1. Mìøení impedance antény a pomìru SWR
v širší kmitoètové oblasti
2. Vyhodnocení grafických závislostí SWR na
kmitoètu
Použité mìøicí pøístroje:
1. HF/VHF SWR Analyzer, model MFJ-259B,
rozsah 1,8 - 170 MHz, referenèní impedance
50 Ω. Pro mìøení využito: SWR, R, X, Z, f.
2. SWR / PWR metr typu RS-107 firmy Reace
(Japan), rozsah 10 / 100 / 1000 W. Pøi mìøení se kalibruje v poloze SET. Impedance
50 Ω.
3. SWR / PWR metr typu SX-100 firmy Diamont, rozsah 30 / 300 / 3000 W. Kalibrace na
rozsahu, impedance 50 Ω.
Cíl mìøení:
Ovìøit mìøením, že daná anténa je dobrá.
Promìøované antény:
1. Dipól „Invertované Vee“, délka 2x 18 m pro
pásmo 80 m - SSB èást. Výška 18 m nad
zemí. Napájecí kabel 75 Ω o délce 28 m.
2. Dipól „Invertované Vee“, délka 2x 19,5 m pro
pásmo 80 m - CW èást. Výška 18 m nad
zemí. Napájecí kabel 75 Ω o délce 150 m.
3. Smìrová dvouprvková anténa typu HB9CV
6el. OWA / 28 MHz
2,5
SWR
SWR
MFJ259B
2,0
TX
SWR
A1
Konektor
v hamovnì
A2
A3
tovém rozsahu, tj. od 1,8 MHz (spodní rozsah
mìøicího pøístroje) a pro hodnoty kmitoètu po
50 až 100 kHz odeèítáme hodnoty R, X, Z
a SWR a zapisujeme je do tabulky 1. Citlivìji
postupujeme v oblasti vysokých hodnot R a Z,
kde je ladìní ostøejší. Vhodné je najít a zaznamenat místa s nejvyšší impedancí (v našem
pøípadì 3,5 a 4,5 MHz).
V dalším kroku pøipojíme k anténì SWRmetr a budiè - použijeme napøíklad TRX IC-730
s Pout okolo 30 - 50 W. Volíme takový výkon,
aby se v poloze kalibrování SWR-metru dala
nastavit plná výchylka (poloha SET). Potom
v poloze TEST odeèteme hodnotu SWR. Vše
zapisujeme do tabulky 2. Mìøíme pøibližnì do
hodnoty SWR = 5. Pøed tímto mìøením je
dobré otestovat SWR-metr na zátìži 50 Ω
a pøesvìdèit se tak o jeho použitelnosti pro tuto
úlohu.
Stejným zpùsobem promìøíme anténu 2 pro
CW pásmo 80 m - všechny hodnoty zapíšeme
do tabulek 3 a 4.
Obdobnì pomocí MFJ-259B a SWR-metru
promìøíme i antény 3, 4, 5 jen v jiném kmitoètovém rozsahu (10 - 30 MHz) a výsledky zapisujeme do tabulek 5, 6, 7, 8, 9. Ve všech mìøeních
vìnujeme zvýšenou pozornost kmitoètovým
oblastem, ve kterých impedance a SWR prudce vzrùstá.
2. Vyhodnocení grafických závislostí SWR
na kmitoètu
A) Antény A1 a A2 - pro 80 m CW a SSB
Na obr. 3 a 4 jsou graficky znázornìny
závislosti Z a SWR na kmitoètu pro antény
80 m - CW a SSB. Mìøením pomocí MFJ259B jsme získali køivku užší, která dosahuje
vyšších hodnot SWR v minimu svého prùbìhu
ve srovnání s prùbìhem namìøeným pomocí
SWR-metru RS-107. Prùbìh køivky impedance
v pásmu používání je plochý a je podobný prùbìhu SWR. Rezonanèní kmitoèet CW antény
je 3550 kHz, u SSB antény 3750 kHz.
Na základì výše uvedeného mùžeme obì
antény oznaèit jako dobré.
A4
1,5
A5
Z
Tabulka 1 - Anténa A1 pro SSB - mìøeno
MFJ-259B
Z
[Ω ]
100
75
50
25
1,0
27,0
27,5
28,0
28,5
f [MHz]
29,0
Obr. 1 - Zjednodušené schéma zapojení "Mìøení na anténì" a výsledky mìøení.
a) Náhradní schéma antény 6/6/6 - OWA / 28 MHz:
RA1 = 50 Ω 50/75
RA2 = 50 Ω 50/75
RA3 = 50 Ω 50/75
T1
l1
l2
l1 = l2 = l3 = koax 75 Ω
T2
l3
Napájeè
75 Ω / 50 m
25/75
75 Ω
75 Ω
T2 = transformátor λ/4 - 25/75 Ω,
koax 50 Ω, délka 1,7 m
b) Náhradní schéma antény 6el. OWA / 28 MHz:
RA = 50 Ω
Napájeè
75 Ω / 50 m
50/75
T1
75 Ω
75 Ω
T1 = transformátor λ/4 - 50/75 Ω, koax 60 Ω, délka 1,76 m
Obr. 2 - Náhradní elektrické schéma napájení 6el. antén typu
OWA.
1. Mìøení impedance antény a pomìru
SWR v širší kmitoètové oblasti
Pro pøehlednost je souèástí obr. 1
jednoduché schéma zapojení. Na konektory v hamovnì jsou pøipojeny napájeèe
jednotlivých antén, takže veškerá mìøení
budeme provádìt „na stole“. Na obrázku je
pro ilustraci uveden prùbìh SWR a Z dané antény pouze v kmitoètové oblasti blízké její rezonanci, èímž mùže pùsobit pøíliš
ideálním dojmem - srovnej s prùbìhem
v širším kmitoètovém rozsahu na obr. 7.
Na obr. 2 je elektrické schéma smìrových antén 4 a 5. Podle nìj jsme schopni
ovìøit správnost jejich zapojení.
Postup mìøení:
K anténì 1 pøipojíme MFJ-259B a anténu pomalu prolaïujeme v širším kmitoè-
Kmitoèet
[MHz]
R
[Ω]
X
[Ω]
Z
[Ω]
SWR
1,800
2,000
3,000
3,500
3,600
3,700
3,750
3,800
3,850
4,000
4,500
10
10
20
150
56
38
33
30
30
38
170
15
5
93
130
64
23
10
16
29
70
160
18
12
95
200
56
45
30
35
43
82
230
5,2
8,2
15,6
5,8
2,5
1,6
1,5
1,7
2,2
4,5
7,6
Tabulka 2 - Anténa A1 pro SSB - mìøeno
RS-107
Kmitoèet
[MHz]
SWR
Kmitoèet
[MHz]
SWR
3,450
3,500
3,550
3,600
3,650
3,700
5,0
4,0
3,0
1,6
1,2
1,1
3,750
3,800
3,850
3,900
3,950
1,0
1,4
2,0
3,0
5,0
Tabulka 3 - Anténa A2 - pro CW, mìøeno
MFJ-259B
Z
[Ω ]
200
5
h=18 m
SWR
,5
19
4
150
3
100
2,5
75
2
50
1,5
25
19
,5
m
m
75 Ω
Z - MFJ-259B
SWR - MFJ-259B
SWR - RS-107
1
2
3,5 3,6 3,7 3,8 3,9
3
4
5
f [MHz]
Obr. 3 - Prùbìh SWR a Z u antény Inverted Vee pro 80 m - SSB (tab. 1 a 2).
Z
[Ω ]
200
5
SWR
4
150
3
100
Z - MFJ-259B
2,5
50
2
SWR - MFJ-259B
1,5
SWR - RS-107
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
f [MHz]
Obr. 4 - Prùbìh SWR a Z u antény Inverted Vee pro 80 m - CW (tab. 3 a 4).
Kmitoèet
[MHz]
R
[Ω]
X
[Ω]
Z
[Ω]
SWR
2,000
2,800
3,300
3,400
3,500
3,550
3,600
3,700
3,800
4,500
5,000
6,300
8,500
9,000
9,600
2
5
30
20
30
46
46
60
30
170
200
8
5
250
10
90
14
180
100
40
20
50
120
100
160
280
19
15
220
20
90
14
180
100
50
50
70
120
100
230
350
20
15
320
20
25,0
16,0
23,0
10,0
2,4
1,5
2,5
5,5
7,5
7,5
14,0
6,5
10,0
9,4
4,5
Tabulka 4 - Anténa A2 pro CW - mìøeno
RS-107
Kmitoèet
[MHz]
SWR
Kmitoèet
[MHz]
SWR
3,400
3,450
3,500
3,550
3,600
5,0
3,0
1,2
1,0
1,2
3,650
3,700
3,750
3,800
2,5
5,5
8,0
10,0
B) Anténa A3 - HB9CV pro 10 m
Grafická závislost Z a SWR na kmitoètu je
na obr. 5 a 6. Na obrázku 5 je detailnìji znázornìna oblast od 27 do 30 MHz, kdežto obr. 6 nás
seznamuje se širším okolím zkoumané pracovní oblasti. Význaèné zvlnìní prùbìhu Z a SWR
je zpùsobeno opakující se sériovou a paralelní
rezonancí celé soustavy napájeè - anténa.
Teprve v již zmiòované pracovní oblasti se prùbìhy Z a SWR sejdou. Rozdíl v hloubce kolena
køivky SWR namìøeného pomocí MFJ-259B
(1,5) a RS-107 (1,0) je zpùsoben pøítomností
signálu v anténì, který zhoršuje použití „aktivního“ SWR-metru, kterým MFJ-259B urèitì je.
Hladší prùbìh získaný pomocí RS-107 vychází
z jeho menší citlivosti.
Anténu na základì tohoto mìøení mùžeme
opìt prohlásit za dobrou.
Tabulka 5 - Anténa A3 - mìøeno MFJ-259B
Z
[Ω]
5
200
SWR
SWR - MFJ-259B
4
150
3
100
Z - MFJ-259B
2,5
SWR - RS-107
2
50
1,5
1
27,0
27,5
28,0
28,5
29,0
29,5
30,0
f [MHz]
Obr. 5 - Prùbìh SWR a Z u antény HB9CV pro pásmo 10 m (tab. 5 a 6).
Kmitoèet
[MHz]
R
[Ω]
X
[Ω]
Z
[Ω]
SWR
10,000
10,600
14,100
15,760
17,400
18,800
20,200
21,900
23,490
24,780
26,120
27,000
27,400
28,000
28,140
28,670
29,000
29,300
30,000
30,950
32,700
10
8
555
9
287
12
263
13
158
16
254
30
34
50
62
69
75
130
44
20
51
50
3
300
4
305
2
219
2
192
3
62
46
14
30
35
15
40
56
82
6
96
47
9
626
10
419
12
345
14
248
16
262
55
37
60
70
70
85
140
93
20
100
10,8
9,0
18,0
6,1
15,5
4,7
10,6
4,1
9,6
3,1
5,8
3,3
1,6
1,8
1,9
1,5
2,1
3,2
4,7
2,5
5,4
5
Tabulka 6 - Anténa A3 - mìøeno RS-107
SWR
Z
[Ω]
400
SWR
Z
4
300
3
200
2,5
2
100
1,5
1
10
15
20
25
26
27
28
29
30
33
f [MHz]
Obr. 6 - Prùbìh SWR a Z u antény HB9CV pro pásmo 10 m (tab. 5).
200
Z - MFJ-259B
SWR
SWR - MFJ-259B
2,5
150
SWR - SX-100
2,0
100
1,5
50
SWR
Kmitoèet
[MHz]
SWR
27,000
27,500
28,000
28,100
28,250
3,0
1,6
1,4
1,2
1,2
28,500
28,700
29,000
29,500
1,4
1,7
1,8
3,0
C) Anténa A4 - mono šestielementová OWA pro
28 MHz
Na obr. 7 je zase graf namìøených hodnot.
Vyplývá z nìj, že pasivní SWR-metr RS-107
oproti MFJ-259B opìt trochu „vylepšil“ køivku
prùbìhu SWR. Prùbìh impedance Z je v nejpoužívanìjším segmentu kmitoètu 28 - 28,5
MHz zcela vyrovnaný a prudký vzrùst impedance je ohranièen kmitoèty 26,3 a nahoøe 30 MHz.
Je to dùkaz, že jde skuteènì o dobøe optimalizovanou širokopásmovou anténu. Toto mìøení
dokázalo, že patøí mezi vynikající antény.
Tabulka 7 - Anténa A4 - mìøeno MFJ-259B
Z
[Ω]
3,0
Kmitoèet
[MHz]
Kmitoèet
[MHz]
R
[Ω]
X
[Ω]
Z
[Ω]
SWR
26,300
26,770
27,000
27,100
27,300
27,500
27,800
28,000
28,150
28,500
28,700
29,000
29,300
29,500
29,700
30,000
230
33
44
51
72
75
61
55
56
51
72
75
50
25
28
210
114
24
8
13
17
22
19
8
5
13
17
22
18
10
54
155
250
41
45
53
74
78
65
56
56
53
74
78
45
28
60
261
5,8
2,0
1,2
1,3
1,5
1,7
1,5
1,2
1,1
1,3
1,5
1,7
1,3
2,0
4,0
7,2
Tabulka 8 - Anténa A4 - mìøeno SX-100
1,0
26,0
26,5
27,0
27,5
28,0
28,5
29,0
29,5
30,0
f [MHz]
Obr. 7 - Prùbìh SWR a Z u antény 6el. OWA pro pásmo 10 m (tab. 7 a 8).
Z
[Ω]
3,0
200
SWR
SWR
Kmitoèet
[MHz]
SWR
26,600
26,730
26,800
26,900
26,950
27,050
27,200
27,440
2,8
2,0
1,8
1,5
1,3
1,1
1,2
1,3
27,940
28,000
28,200
28,460
28,600
28,700
28,770
28,850
1,1
1,0
1,0
1,1
1,3
1,8
2,0
2,5
SWR - MFJ-259B
2,5
150
2,0
100
1,5
50
SWR - SX-100
Z - MFJ-259B
1,0
26,0
26,5
27,0
27,5
28,0
28,5
29,0
Obr. 8 - Prùbìh SWR a Z u antény 3x 6el. OWA pro pásmo 10 m (tab. 9 a 10).
48
Kmitoèet
[MHz]
29,5
30,0
f [MHz]
D) Anténa A5 - soustava 3 šestielementových
yagi antén OWA pro 28 MHz
V dùsledku paralelního spojení 3 antén
vzniká celá soustava impedancí a transformátorù, což se projeví výraznì zmìnìnými prùbìhy sledovaných velièin (viz obr. 8) v porovnání
se samostatnou anténou (obr. 7). I tady mùžeme pozorovat již známý rozdíl ve výsledcích
mìøení SWR podle toho, jaký pøístroj jsme
použili. Charakter obou prùbìhù však i zde
zùstává stejným. Tento trend potvrzuje i prùbìh
Z, který je v oblasti rezonanèního kmitoètu
v rozsahu 60 - 70 Ω pomìrnì vyrovnaný.
Pøesto, že náhradní schéma elektrického
zapojení celé anténní soustavy (viz obr. 2) je
pomìrnì složité, dokazuje toto naše promìøení
SWR a Z, že její zapojení je správné. V pracovní oblasti 28 - 29 MHz je SWR a PWR dobré.
RŽ 2/02
Tabulka 9 - Anténa A5 - mìøeno MFJ-259B
Tabulka 10 - Anténa A5 - mìøeno SX-100
Kmitoèet
[MHz]
R
[Ω]
X
[Ω]
Z
[Ω]
SWR
Kmitoèet
[MHz]
SWR
Kmitoèet
[MHz]
SWR
22,900
24,000
26,900
27,100
27,200
27,300
27,500
28,000
28,400
28,600
28,700
28,800
28,900
29,000
29,300
30,500
92
13
24
30
37
42
61
64
48
41
46
48
52
70
22
92
317
22
24
38
46
55
79
75
62
42
19
33
50
90
67
276
326
26
34
50
60
70
100
98
70
60
50
60
73
113
70
290
25,0
4,6
2,5
2,4
2,5
2,6
2,7
2,6
2,4
2,0
1,4
1,6
2,2
3,3
4,7
19,0
26,960
27,060
27,260
27,360
27,520
27,650
28,300
28,520
28,580
28,670
1,8
2,0
2,2
2,0
1,8
1,7
1,6
1,6
1,5
1,2
28,710
28,750
28,800
28,840
28,880
28,900
28,950
29,000
29,200
1,1
1,0
1,1
1,3
1,5
1,6
1,8
2,0
2,4
V tabulce pak najdeme kmitoèty, které
odpoví-dají vysoké impedanci Z a ohranièují tak
pásmo použitelnosti antény - v našem pøípadì
27,5 - 29 MHz.
Také tato anténa patøí mezi dobré antény.
RŽ 2/02
Závìr a shrnutí poznatkù
Na závìr je dobré poznamenat, že výše
uvedená mìøení jsou zatížena urèitou systémovou chybou - nikdy totiž nejsme v hamovnì
schopni namìøit skuteèné hodnoty SWR a Z,
protože zejména nestejné délky vedení použitého k napájení antén vnášejí do mìøení urèité
nepøesnosti. Skuteèné hodnoty namìøené pøímo na anténì bývají zpravidla vždy lepší. Nicménì cílem mìøení bylo zjistit, zda jsou antény
dobré a tento cíl byl splnìn.
Úplnì na závìr tohoto mìøení bychom chtìli
vyøknout nìkolik pouèení:
1. Mìøíme-li pomocí SWR-metru, je nutno
ho nejdøíve zkalibrovat se správnou
zátìží.
2. Pro získání pøesvìdèivého názoru na
kvalitu antény je tøeba ji promìøovat
v širším kmitoètovém rozsahu s okrajovými hodnotami SWR alespoò 5 nebo
vyššími.
3. SWR u rezonanèních antén má být
menší než 1,5.
4. Namìøené hodnoty nejen zapisujeme do
tabulek, ale také graficky znázorníme.
5. U dobré antény nesmí být prùbìh SWR
v rezonanèní oblasti „ostrý“.
6. Souèástí protokolu o mìøení antény by
mìlo být její náhradní elektrické schéma.
49