Antenna di configurazione atipica (1/3 lambda?)

Aperto da 1vr005, 20 Aprile 2021, 17:46:06

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1vr005

Ciao a tutti,
modificando un modello MMANA di antenna 3/4 lambda UHF mi è uscito quasi per caso questo disegno, che risulta avere stazionarie basse e radiation pattern accettabile in VHF con radiali orizzontali di circa 0.08 lambda (quelli originariamente 1/4 d'onda in UHF).
I calcoli sono di impedenza 50 Ohm, SWR 1, guadagno 1.95 dBi a 0.8 gradi, che tutto sommato non è malaccio.
Si tratta di una configurazione ben nota e non adottata per ragioni varie o mi sono imbattuto in un evento di serendipity?
Ho riscalato il progetto e con pochi ritocchi pare poter funzionare anche in 11 metri, mentre non ho (ancora) provato a realizzarlo materialmente. Anche perché devo ancora decidermi a provare la 3/4 d'onda che differisce da questo disegno solo perché lo stilo è di 52 cm anziché 68 e i radiali sono 3 anziché 4. Ogni cosa al suo tempo.
Se funziona, a me questa cosa non pare disdicevole perché a costo di un guadagno ai bassi angoli un po' minore, rispetto a una 1/2 alimentata alla base è altrettanto alimentata alla base ma più corta, e rispetto a una ground plane, con la penalizzazione di di uno stilo ben più lungo, ha radiali molto più corti e orizzontali. Se sopra i 6 o 10 metri cambia poco, sotto quelle soglie radiali corti e orizzontali in certi contesti possono fare la differenza fra poter e non poter istallare.
Ma, come immagino, ho riscoperto l'acqua calda?

Come dicevo non ho provato a costruirla in pratica. Ho effettuato solo il test più elementare antibug di MMANA 3 free, che è quello di far ruotare l'antenna sull'asse Z.

Modello


Misure


Free space



1 lambda dal suolo


È da valutare quanto interessante sarebbe in 11 metri, perché sarebbe lunga circa 3,6 - 3,7 metri con radiali lunghi solo 88 centimetri. Molto simile a una mezz'onda, la quale è oltre un metro più lunga ma non ha necessariamente radiali e però richiede complicazioni di adattamento per collegarla al cavo coassiale.

Chiedo pareri ed esperienze e allego il file di MMANA. [emoji1]


1vr005

Mi è venuto il dubbio che alla fin fine fosse equivalente a una ground plane solo con un po' di lunghezza dei radiali spostata nello stilo e per qualche combinazione non progettata di fattori impedenza 50 ohm nel punto di alimentazione, ma fatti due conti trovo che la gp è lunga, con quello stesso rapporto fra lambda e sezione del conduttore, 0.479 lambda mentre questo progetto - radiali compresi - arriva a 0,407 lambda. Non mi pare proprio la stessa cosa.
Il confronto in MMANA fra questa configurazione e una semplice GP a 3 radiali inclinati ad altezze (del punto di alimentazione) di 0,5 e 1 lambda dal suolo mostra un leggero vantaggio per questa configurazione nel guadagno ai bassi angoli ma forma del pattern molto simile.
Sono lontano dal capire cosa succeda.

1vr005

Non ho un modello MMANA di 5/8 VHF pronto, ma ne ho uno UHF.
Quindi ho riscalato e ri-fittato il modello di 1/3 lambda dai 2 metri ai 70 cm e ho effettuato il confronto, a 1 lambda da terra, con la 5/8. La quale a suo tempo era stata ottimizzata in lunghezza dello stilo e valore dell'induttanza alla base, per il solo ROS. Cioè senza massimizzare il guadagno in cambio di un paio di punti decimali di ROS in più.
A me il risultato pare di sostanziale equivalenza ai bassi angoli, mentre il modello a 1/3 lambda potrebbe prendere un po' di rumore dal cielo in più.
1/3 lambda in nero, 5/8 in rosso.
Questa si fa in venti minuti con bacchette da saldatura, un SO-239 e qualche morsetto. Vediamo se riesco a realizzarla in giornata. Stilo di 22,7 cm e radiali di 5.5 cm.

1vr005

Il primo prototipo che ho realizzato, con misure per i 70 cm, non funziona. O meglio, ci ricevo e apro un link nazionale a poco meno di 50 km di distanza con meno di 1 watt, ma posso fare lo stesso con baofeng con gommino e comunque le stazionarie sono alte.
Suppongo di essere incappato in un bug di MMANA.



Per scrupolo, ho misurato l'esemplare come lo ho costruito e poi ho immesso da zero in MMANA le sue misure effettive, e anche misurando i radiali dal loro estremo al bordo del teflon (anziché dal polo caldo come ho fatto io in fase di costruzione) dovrebbe funzionare lo stesso, seppur con 1,6-1,7 anziché 1,1 di ROS.

Ros atteso (secondo il modello originario)


e ros osservato. [emoji85]


1vr005

Mi arrendo. Non sono riuscito  farla funzionare.  [emoji36]
Una possibilità è che non facciano bene contatto i radiali ma 1) al tester risultano ben collegati e 2) ho montato l'antenna su uno di quegli SO-239 abominevoli che non si lasciano saldare e quindi non posso saldarci i morsetti tramite i quali fisso con la vitina i radiali.
Non so usare altri simulatori con i quali potrei valutare se si tratti di un abbaglio di MMANA o cosa, ma la conclusione empirica è che l'esemplare per i 70 cm che in MMANA funziona nella realtà non funziona. [emoji35]
Un'altra conclusione è che per armeggiare su un'antenna UHF, 5 metri di rg58 sono troppi. Il ripetitore che ricevevo con quella 1/3 arrivava, seppur più basso, anche quando toglievo l'antenna dal tubo che la sosteneva lasciando in posizione il cavo in verticale. In compenso non funzionava neanche controllandola con un cavo di 1,45 m (con rf-choke costituito da 4 spire di cavo in aria sia quello di 5 metri sia quello corto). Da aggiungere che quando ho aggiunto il choke, le letture di ROS sono cambiate sostanzialmente - conservando però il mancato funzionamento dell'antenna.  [emoji90]

AZ6108

#5
a che altezza è la base dell'antenna (ed i radiali), rispetto al suolo nel modello ?

oltre a questo, dai un'occhiata alla distribuzione delle correnti (non ricordo se MMANA lo permetta, in NEC si può fare) dato che potrebbe spiegare perché il coassiale funga da antenna; considera che in 2m o 70cm una choke avvolta in aria non è il massimo, dato che è facile che vada in autorisonanza

inoltre, che valori hai, nel modello, per R e J ?
Presa di terra: manciata di terriccio che, cosparsa su apparecchiature elettroniche, ne migliora il funzionamento


AZ6108

#6
ok visto tutto, hai la base a Z=0 ossia al suolo, idem ovviamente per i radiali; cambia l'altezza dal suolo e vedi cosa viene fuori; se poi ti va, prova 4NEC2 o, se preferisci, ezNEC che, ad oggi, è totalmente gratuito (io preferisco 4NEC2 perché usa file di testo per i modelli ma per chi arriva da MMANA ezNEC probabilmente è più facile)
Presa di terra: manciata di terriccio che, cosparsa su apparecchiature elettroniche, ne migliora il funzionamento


1vr005

Tanto per cominciare, noto che da bravo zuccone, ho preso le misure da un modello da realizzare in bacchetta di alluminio ma poi per la comodità di saldare direttamente sul connettore ho usato un filo di rame rigido isolato. In UHF non so che effetto questo possa avere in termini di frequenza di risonanza.
Comunque non ho più quella roba, ho riciclato tutto. Visto che le stazionarie erano stellari e comunque non si sarebbe trovato un cane per provare non è valsa la pena di sviluppare ulteriormente il progetto.

AZ6108

Citazione di: 1vr005 il 04 Gennaio 2023, 19:31:48
Tanto per cominciare, noto che da bravo zuccone, ho preso le misure da un modello da realizzare in bacchetta di alluminio ma poi per la comodità di saldare direttamente sul connettore ho usato un filo di rame rigido isolato. In UHF non so che effetto questo possa avere in termini di frequenza di risonanza.
Comunque non ho più quella roba, ho riciclato tutto. Visto che le stazionarie erano stellari e comunque non si sarebbe trovato un cane per provare non è valsa la pena di sviluppare ulteriormente il progetto.

in UHF basta poco per "sballare" tutto quanto, in HF invece hai una tolleranza più elevata, quindi, se modelli un'antenna per V/UHF fai attenzione ad impostare correttamente i vari parametri del modello

per quanto riguarda quest'ultimo, non sono in casa e quindi non riesco a provare con NEC, ma mi riprometto di farlo appena possibile

ciao, Andrea.
Presa di terra: manciata di terriccio che, cosparsa su apparecchiature elettroniche, ne migliora il funzionamento


AZ6108

#9
Ok, come promesso, ho simulato l'antenna in NEC (4NEC2) usando questo modello


CM ground plane
CE

SY freq=145               ' frequenza di disegno
SY wave=(300/freq)        ' lambda

SY vfac=0.33              ' fattore calcolo stilo
SY styl=(wave*vfac)       ' lunghezza stilo

SY rfac=0.08              ' fattore calcolo radiali
SY rads=(wave*rfac)       ' lunghezza radiali

SY base=(wave*0.25)       ' altezza base antenna
SY vert=(base+styl)       ' altezza vertice antenna

SY wire=0.00125           ' raggio conduttore
SY matr=58000000          ' materiale 58000000=rame, 37700000=alluminio

SY segv=51                ' segmentazione stilo
SY segh=11                ' segmentazione radiali

' verticale
GW  1 segv 0 0 base               0              0   vert wire

' radiali
GW 11 segh 0 0 base   (rads*sin(0))   (rads*cos(0))  base wire
GW 12 segh 0 0 base  (rads*sin(90))  (rads*cos(90))  base wire
GW 13 segh 0 0 base (rads*sin(180)) (rads*cos(180))  base wire
GW 14 segh 0 0 base (rads*sin(270)) (rads*cos(270))  base wire

' palo/coassiale
'GW 20 segv 0 0 base-0.02 0 0 0 wire

' terreno (reale, standard)
GE  1
GN  2  0  0  0  13  0.005

' carico conduttori
LD  5  0  0  0  matr

' attiva kernel esteso
EK

' punto di alimentazione
EX  0  1  1  0  1.  0  0

' frequenza di test
FR  0  0  0  0  freq  0

' fine
EN



e con i risultati visibili nell'immagine sotto; da notare che, scommentando il conduttore 20 (GW 20) nel modello, si nota che sul coassiale/palo sono presenti correnti e che il valore di SWR aumenta, questo significa che l'antenna non è ben bilanciata e, pertanto, sarà necessario piazzare una choke al punto di alimentazione onde evitare che la linea di alimentazione vada a far parte del sistema radiante

per ricalcolare l'antenna per altre frequenze è sufficiente modificare il simbolo "freq"
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1vr005

#10
Cribbio, quindi non era una traveggola di MMANA ma l'antenna dovrebbe funzionare veramente.
Rivedendo il mio file del modello, avevo lasciato impostato il materiale "no loss", ma vedendo la foto che ho postato osservo che il prototipo aveva lo stilo di rame isolato (filo elettrico rigido). Sospetto di aver trovato stazionarie molto alte ovunque perché a causa dell'isolante sullo stilo, l'antenna risuonava molto più in basso di dove mi aspettavo, magari a 400 o 405 MHz.
Benone, se è così, si possono costruire antenne decorose con scarso ingombro orizzontale (minore di quello delle ground plane 1/4 d'onda e delle 5/8) usando uno stilo di circa 1/3 d'onda e radiali di circa 1/12 d'onda. Ma è presto per inviare il link della discussione all'Accademia di Svezia: bisogna riuscire a far funzionare qualche esemplare. Ci proverò.
Grazie mille.

AZ6108

Citazione di: 1vr005 il 09 Gennaio 2023, 09:57:47
Cribbio, quindi non era una traveggola di MMANA ma l'antenna dovrebbe funzionare veramente.
Rivedendo il mio file del modello, avevo lasciato impostato il materiale "no loss", ma vedendo la foto che ho postato osservo che il prototipo aveva lo stilo di rame isolato (filo elettrico rigido). Sospetto di aver trovato stazionarie molto alte ovunque perché a causa dell'isolante sullo stilo, l'antenna risuonava molto più in basso di dove mi aspettavo, magari a 400 o 405 MHz.
Benone, se è così, si possono costruire antenne decorose con scarso ingombro orizzontale (minore di quello delle ground plane 1/4 d'onda e delle 5/8) usando uno stilo di circa 1/3 d'onda e radiali di circa 1/12 d'onda. Ma è presto per inviare il link della discussione all'Accademia di Svezia: bisogna riuscire a far funzionare qualche esemplare. Ci proverò.
Grazie mille.

il problema, secondo me, è il fatto che l'antenna è sbilanciata, per cui il coassiale entra a far parte del sistema radiante "allungando" l'antenna; per evitarlo è necessario piazzare una choke subito sotto il punto di alimentazione; per chiarire, l'immagine sotto mostra la distribuzione e l'intensità delle correnti (curve volutamente ingrandite), a sinistra l'antenna "da sola" a destra con un "palo" (coassiale), come vedi le correnti sul "palo" sono tutt'altro che negligibili ed infatti il valore di SWR si alza



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AZ6108

#12
Confermato, ho modificato il modello NEC aggiungendo una linea di alimentazione (tag TL - transmission line)


CM ground plane
CE

SY freq=145              ' frequenza di disegno
SY wave=(300/freq)        ' lambda

SY vfac=0.33              ' fattore calcolo stilo
SY styl=(wave*vfac)      ' lunghezza stilo

SY rfac=0.08              ' fattore calcolo radiali
SY rads=(wave*rfac)      ' lunghezza radiali

SY base=(wave*0.25)      ' altezza base antenna
SY vert=(base+styl)      ' altezza vertice antenna

SY wire=0.00125          ' raggio conduttore
SY matr=58000000          ' materiale 58000000=rame, 37700000=alluminio

SY fwid=0.00125          ' ampiezza segm alimentazione
SY fseg=1                ' segmentazione alimentazione
SY fhgt=wire*3            ' altezza segm alimentazione
SY fimp=50                ' impedenza linea alimentazione
SY flen=(wave*0.50)      ' lunghezza linea alimentazione

SY segv=51                ' segmentazione stilo
SY segh=11                ' segmentazione radiali

' verticale
GW  1 segv 0 0 base              0              0  vert wire

' radiali
GW 11 segh 0 0 base  (rads*sin(0))  (rads*cos(0))  base wire
GW 12 segh 0 0 base  (rads*sin(90))  (rads*cos(90))  base wire
GW 13 segh 0 0 base (rads*sin(180)) (rads*cos(180))  base wire
GW 14 segh 0 0 base (rads*sin(270)) (rads*cos(270))  base wire

' segmento alimentazione (per TL)
GW 30 fseg 0 -fwid fhgt 0 fwid fhgt wire

' terreno (reale, standard)
GE  1
GN  2  0  0  0  13  0.005

' carico conduttori
'LD  7  0  0  0  2.1  wire  ' isolante
LD  5  0  0  0  matr       ' conduttore

' coassiale
TL  1  1  30  1  fimp flen 0 0 0 0

' attiva kernel esteso
EK

' punto di alimentazione
EX  0  1  1  0  1.  0  0

' frequenza di test
FR  0  0  0  0  freq  0

' fine
EN



se si varia la lunghezza della linea di alimentazione da 1/2 lambda ad 1/4 lambda, il valore di SWR schizza da 1.12 a 6.e4, per cui, a meno di non voler giocare con la lunghezza del coassiale, è obbligatorio piazzare una buona choke al punto di alimentazione dell'antenna e quest'ultima deve essere ben isolata/distanziata dal palo di supporto; per provare in NEC, basta variare il valore di "flen" e far girare la simulazione
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AZ6108

#13
ulteriore test ed ulteriore conferma, ho aggiunto una choke


CM ground plane
CE

SY freq=145              ' frequenza di disegno
SY wave=(300/freq)        ' lambda

SY vfac=0.33              ' fattore calcolo stilo
SY styl=(wave*vfac)      ' lunghezza stilo

SY rfac=0.08              ' fattore calcolo radiali
SY rads=(wave*rfac)      ' lunghezza radiali

SY base=(wave*0.25)      ' altezza base antenna
SY vert=(base+styl)      ' altezza vertice antenna
SY bott=base-0.01        ' stub per choke

SY resX=1000              ' choke: resistenza Ohms
SY resJ=5000              ' choke: reattanza Ohms


SY wire=0.00125          ' raggio conduttore
SY matr=58000000          ' materiale 58000000=rame, 37700000=alluminio

SY fwid=0.00125          ' ampiezza segm alimentazione
SY fseg=1                ' segmentazione alimentazione
SY fhgt=wire*3            ' altezza segm alimentazione
SY fimp=50                ' impedenza linea alimentazione
SY flen=(wave*0.25)      ' lunghezza linea alimentazione

SY segv=51                ' segmentazione stilo
SY segh=11                ' segmentazione radiali

' verticale
GW  1 segv 0 0 base              0              0  vert wire

' stub per choke
GW  2    1 0 0 bott              0              0  base wire

' radiali
GW 11 segh 0 0 base  (rads*sin(0))  (rads*cos(0))  base wire
GW 12 segh 0 0 base  (rads*sin(90))  (rads*cos(90))  base wire
GW 13 segh 0 0 base (rads*sin(180)) (rads*cos(180))  base wire
GW 14 segh 0 0 base (rads*sin(270)) (rads*cos(270))  base wire



' segmento alimentazione (per TL)
GW 30 fseg 0 -fwid fhgt 0 fwid fhgt wire

' terreno (reale, standard)
GE  1
GN  2  0  0  0  13  0.005

' carico conduttori
LD  5  0  0  0  matr

' choke
LD  4  2 1 1 resX resJ


' coassiale
TL  2  1  30  1  fimp flen 0 0 0 0

' attiva kernel esteso
EK

' punto di alimentazione
EX  0  1  1  0  1.  0  0

' frequenza di test
FR  0  0  0  0  freq  0

' fine
EN



e con la choke inserita subito sotto il punto di alimentazione, variando la lunghezza del coassiale la variazione di SWR è minima (i valori della choke vanno sicuramente aggiustati, io li ho impostati "a spanne"), quindi, come ipotizzato, è OBBLIGATORIO inserire una choke, altrimenti l'antenna andrà a risuonare "altrove", in base alla lunghezza del coassiale

[edit]

per ulteriore verifica, ho provato diverse lunghezze di coassiale ed anche cambiato la frequenza da 145 a 27 MHz ed il valore SWR resta comunque basso; resta ora da ottimizzare il valore della choke, ma quello non credo sia un grosso problema
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AZ6108

#14
GRRRR [emoji31] ho sbagliato !!

Per la fretta non ho spostato il punto di alimentazione nel modello con la linea coassiale ed i risultati ovviamente sono stati falsati, il modello corretto è questo



CM ground plane
CE

SY freq=146               ' frequenza di disegno
SY wave=(300/freq)        ' lambda

SY vfac=0.33              ' fattore calcolo stilo
SY styl=(wave*vfac)       ' lunghezza stilo

SY rfac=0.08              ' fattore calcolo radiali
SY rads=(wave*rfac)       ' lunghezza radiali

SY base=(wave*0.25)       ' altezza base antenna
SY vert=(base+styl)       ' altezza vertice antenna
SY bott=base-0.005        ' stub per choke

SY resX=1000              ' choke: resistenza Ohms
SY resJ=5000              ' choke: reattanza Ohms


SY wire=0.00125           ' raggio conduttore
SY matr=58000000          ' materiale 58000000=rame, 37700000=alluminio

SY fwid=0.00125           ' ampiezza segm alimentazione
SY fseg=1                 ' segmentazione alimentazione
SY fhgt=wire*3            ' altezza segm alimentazione
SY fimp=50                ' impedenza linea alimentazione
SY flen=(wave*0.50)       ' lunghezza linea alimentazione

SY segv=51                ' segmentazione stilo
SY segh=11                ' segmentazione radiali

' verticale
GW  1 segv 0 0 base               0              0   vert wire

' stub per choke
GW  2    1 0 0 bott               0              0   base wire

' radiali
GW 11 segh 0 0 base   (rads*sin(0))   (rads*cos(0))  base wire
GW 12 segh 0 0 base  (rads*sin(90))  (rads*cos(90))  base wire
GW 13 segh 0 0 base (rads*sin(180)) (rads*cos(180))  base wire
GW 14 segh 0 0 base (rads*sin(270)) (rads*cos(270))  base wire



' segmento alimentazione (per TL)
GW 30 fseg 0 -fwid fhgt 0 fwid fhgt wire

' terreno (reale, standard)
GE  1
GN  2  0  0  0  13  0.005

' carico conduttori
LD  5  0  0  0  matr

' choke
LD  4  2 1 1 resX resJ


' coassiale
TL  2  1  30  1  fimp flen 0 0 0 0

' attiva kernel esteso
EK

' punto di alimentazione
EX  0  30  1  0  1.  0  0

' frequenza di test
FR  0  0  0  0  freq  0

' fine
EN



ed i risultati sono MOLTO diversi, in breve l'antenna presenta un'impedenza al punto di alimentazione totalmente diversa [emoji13], un sistema per riportarla all'impedenza desiderata è quello di usare una rete di adattamento, ma a questo punto la semplicità si va a far benedire
Presa di terra: manciata di terriccio che, cosparsa su apparecchiature elettroniche, ne migliora il funzionamento

1vr005

Grazie AZ6108. A quanto ci ho capito, l'antenna funziona secondo modello MMANA solo senza cavo e senza palo, è corretto? Se è così, più che all'accademia di Svezia, il link va inviato a striscia la notizia, per ricevere il meritato tapiro [emoji1] 
D'altronde, se fosse stato possibile far andare facilmente un'antenna così relativamente piccola con scarso ingombro orizzontale e alimentazione diretta a 50 ohm senza ulteriori complicazioni, sarebbe stata scoperta da molto tempo e si sarebbe trovata già in commercio.

AZ6108

Citazione di: 1vr005 il 14 Gennaio 2023, 17:23:37
Grazie AZ6108. A quanto ci ho capito, l'antenna funziona secondo modello MMANA solo senza cavo e senza palo, è corretto? Se è così, più che all'accademia di Svezia, il link va inviato a striscia la notizia, per ricevere il meritato tapiro [emoji1]
D'altronde, se fosse stato possibile far andare facilmente un'antenna così relativamente piccola con scarso ingombro orizzontale e alimentazione diretta a 50 ohm senza ulteriori complicazioni, sarebbe stata scoperta da molto tempo e si sarebbe trovata già in commercio.

si... funziona se piazzi il tx al punto di alimentazione [emoji23] almeno stando ai modelli che ho provato ed ovviamente ammesso che io non abbia "cannato" qualcosa nei modelli (già capitato [emoji13])
Presa di terra: manciata di terriccio che, cosparsa su apparecchiature elettroniche, ne migliora il funzionamento