Stakning af beamantenner

Transkript

4 OZ1RH OZ9DE Presentation OZ1RH Presentation: OZ1RH, Palle Licensed 1963, extra class 65 DXCC, 200 countries conf. HF MHz: First /P SSB contests place in activity tests x10 elm Wisi /P 1972 på Møns klint GO03b = JO64GX 9/6/ :28 AM 1999 OZ1RH. All rights reserved. 4

5 OZ1RH OZ9DE Presentation OZ1RH Aktiv i: OZ9EDR/OZ5W contest team OZ1HQ 40 m SSB 1 QRV som: 1998: 7Q7RH Malawi 2002: XP1AB Grønland 2019: KH8/OZ1RH American Samoa OZ9EDR/P JO64GX /6/ :28 AM 1999 OZ1RH. All rights reserved. 5

6 Stakning af beamantenner Foredrag af OZ1RH om hvordan du opnår stor rækkevidde Indledning og emnets begrænsning Generelt om stakning af antenner Definitioner Ønsker til vidunderantenne Hvad sker der når antenner stakkes Stakningsafstanden Valg af antenner De mekaniske problemer og sammenfasning Stakning af VHF antenner Stakning af HF antenner Afslutning

7 Indledning Målgruppe: Du som ønsker større rækkevidde til DX på HF, VHF eller UHF, alt fra 100 Km til EME Efter foredraget skal deltagerne: vide hvad der kan opnås ved stakning kende kompromiser vedr. stakningsafstand vurdere om en antenne er egnet til stakning kende forskellen på stakning på HF og VHF 9/6/ :28 AM 2012 OZ1RH. All rights reserved. 7

8 Emnets begrænsning Kun beamantenner til HF, VHF og UHF DX antenner er vandret polariseret, ikke lodrette "Comet"-antenner for at række til nærmeste repeater til SHF bør paraboler overvejes

9 Definitioner At stakke antenner: Betyder her sammenkobling af flere ens antenner for et bånd, så de virker som een OZ5W/P 2x7 elm 50 MHz

10 Definitioner E-plan: Elektriske feltliniers plan, dvs. elementernes plan, typisk vandret H-plan: Magnetiske feltliniers plan = lodret HF 3-30 MHz: M VHF MHz: 6 M og 2 M UHF MHz: 70, 23, 13 cm SHF MHz: 3 cm=10 GHz

11 Definitioner 3 db åbningsvinklen

12 Definitioner Udstrålingsvinkel er den vinkel hvor ground gain er størst Hvad er så ground gain?

13 Radiation angle, ground reflection and ground gain The radiation angle is the angle where the signal and the signal from the ground image of the antenna are in phase The radiation angle of a horizontal beam is almost only dependent on the height 9/6/ :28 AM 2019 OZ1RH. All rights reserved. 13

14 Definitioner Udstrålingsvinkel er den vinkel hvor ground gain er størst

22 Ønsker til vidunderantenne 1. ønske: Højt gain: Gain fås ved at koncentrere effekten i én retning Formel Gain db d = 10 log 10 (42.000/Φ E Φ H ) - 2,15 hvor Φ E og Φ H er 3 db åbningsvinklerne i grader Formlen forudsætter: Φ<40 0 back og side loops < -20 db Stort gain => smal stråle

23 Ønsker til vidunderantenne Husk disse reklametricks: Gain målt i dbisotrop er 2,15 db større end dbdipol På HF tillægges ofte 5-6 db groundgain Du kan redde dig 8 db ekstra gain hvis du tror på reklamerne... Få hellere nogle reelle db ved at stakke

24 Ønsker til vidunderantenne 2. ønske: Bred stråle i vandret plan så vores CQ høres af mange 3. ønske: Smal stråle i vandret plan, så vi ikke hører QRM 4. ønske: Lave sideloops og godt front/back mindre QRM lettere at beame med samler ikke støj op, vigtigt ved EME og hvis naboen stadig har plasma TV

25 Ønsker til vidunderantenne 5. ønske: Det skal være mekanisk muligt... Hvis den blev der oppe var den ikke stor nok

26 Ønsker til vidunderantenne 6. ønske: Godt SWR? Husk at en dummyload har godt SWR 100 M RG-58 har godt SWR...

27 Ønsker til vidunderantenne 7. ønske: Lav udstrålingsvinkel DX på HF <5-20 grader På VHF troposcatter giver 1 grad lavere 9-12 db større signalstyrke! Ved ducting er det kun signaler, der rammer ind i ducten <1 grad, der udbredes Ved Es, MS og Aurora op til ca.10 graders udstrålingsvinkel

28 Udstrålingsvinkler på VHF Højden er antennens højde over flad reflekterende jord. Skrånende terræn giver lavere udstrålingsvinkel. Bånd: 144 MHz Højde Grader Reflektionspunkt i m afstand i m , ,

29 Hvad sker der når antenner stakkes? Lodret stakning af vandrette beams: E-plan (azimut) næsten uændret, dog med større sideloops H-plan (elevation) påvirkes 3 db åbningsvinklen i lodret plan halveres stort set Udstrålingsvinklen er stort set uændret, den afhænger næsten kun af højden

30 Hvad sker der når antenner stakkes? Stakning med for stor afstand medfører: max. gain, ca. 2,9 db smal hovedstråle i stakningsplanet store sideloops i stakningsplanet mekanisk problematisk Stakning med for lille afstand medfører: bred hovedstråle i stakningsplanet ikke store sideloops i stakningsplanet gain < 2,5 db Vælg hellere for lille afstand end for stor!

31 Stakningsafstanden Stakningsafstanden er et kompromis mellem gain og sideloops Formel for afstanden hvis max gain ønskes: D opt =λ/2sin(φ/2) hvis Φ<30 0 er D opt =57λ/Φ Vælg 0,9 eller 0,95 af D opt pga. sideloops Normalt kræves større afstand vandret end lodret fordi Φ H > Φ E og sideloops før stakning er 2 db større i H-planet

32 Stakningsafstanden Realistisk kompromis: gain 2,5 db ved lodret og 2,7 db ved vandret stakning hovedstrålens bredde halveres stakningsplanet sideloops vokser til -13 db i stakningsplanet mekanisk acceptabelt

33 Valg af antenner Antennerne skal være egnet til at stakke: godt udstrålingsdiagram: 1. sideloop < -18 db f/b > antennens gain start med en antenne med højt gain, men husk db i = db d +2,15 og dbreklame = dbx + Check ud fra 3 db åbningsvinklerne: Gain db d = 10 log 10 (42.000/Φ E Φ H ) - 2,15

34 Valg af antenner Max opnåeligt gain afhænger stort set kun af boomlængden Pas på med for lav impedans i fødepunktet, ikke under 10 Ω Check SWR båndbredden er den meget lille så alt er kritisk er den meget stor fordi der er tab? Påvirkes antennen af regn og sne fordi alt er kritisk?

35 Valg af antenner Hvis du køber antennerne: brug en seriøs fabrikantes tal, hvis de passer med formlerne check fabrikantens NEC beregning check udstrålingsdiagrammet for sideloops efterregn evt. med yagi optimeringsprogrammer check afprøvningerne på nettet Husk: naturlovene kan sjældent overskrides, heller ikke i reklameafdelingen!

39 Mange antenner tilsammen skal blive til 50 Ω Combiner fra 2x50 til 50 ohm: Det er bare 2x50 Ω parallelt = 25 Ω der optransformeres i en ¼ λ transformator til 50 Ω Koster omkring 100 EUR hos 9/6/ :28 AM 2019 OZ1RH. All rights reserved.

41 Mange antenner tilsammen skal blive til 50 Ω Combiner fra 4x50 Ω til 50 Ω, metode 2: 2 gange 2x50 Ω parallelt = 25 Ω transformeres til 100 Ω der så parallelforbindes til 50 Ω 9/6/ :28 AM 2012 OZ1RH. All rights reserved. 41

42 Undgå at stakke i modfase Sammenkobling i samme fase: Elektrisk lige lange coaxkabler til combiner Kabler fra samme tromle pga. varierende hastighedsfaktor Ens baluns på antennerne, højre og venstre side må ikke ombyttes => modfase. Gælder også indmaden i færdigkøbte baluns Antennerne monteres ens. Den ene må ikke vendes på hovedet, da det bytter om på højre og venstre side => modfase Bom/mastbeslaget monteres lige langt fra fødepunktet så antennerne er i samme fase 9/6/ :28 AM 2012 OZ1RH. All rights reserved. 42

43 Mange antenner tilsammen skal blive til 50 Ω Stackmatch: Blackbox antenneomskifter som skifter mellem alle kombinationer af 1, 2 eller 3 50 Ω s antenner og resultatet bliver altid 50 Ω 9/6/ :28 AM 2012 OZ1RH. All rights reserved. 43

45 Mange antenner tilsammen skal blive til 50 Ω Stackmatch: Altid 50 Ω...det kan man da ikke! og dog, den indeholder en 1,8 til ~50 MHz bredbånds ferrit ringkernetrafo fra 22,5 Ω til 50 Ω og nogle relæer 9/6/ :28 AM 2012 OZ1RH. All rights reserved. 45

46 Mange antenner tilsammen skal blive til 50 Ω Stackmatch: Altid 50 Ω...det kan man da ikke! og dog, den indeholder en 1,8 til ~50 MHz bredbånds ferrit ringkernetrafo fra 22,5 Ω til 50 Ω og nogle relæer 1 antenne=50 Ω ret igennem => SWR 1 9/6/ :28 AM 2012 OZ1RH. All rights reserved. 46

47 Mange antenner tilsammen skal blive til 50 Ω Stackmatch: Altid 50 Ω...det kan man da ikke! og dog, den indeholder en 1,8 til ~50 MHz bredbånds ferrit ringkernetrafo fra 22,5 Ω til 50 Ω og nogle relæer 1 antenne=50 Ω ret igennem => SWR 1 2 antenner=25 Ω trafo til 50 Ω 25/22,5=SWR 1,1 9/6/ :28 AM 2012 OZ1RH. All rights reserved. 47

48 Mange antenner tilsammen skal blive til 50 Ω Stackmatch: Altid 50 Ω...det kan man da ikke! og dog, den indeholder en 1,8 til ~50 MHz bredbånds ferrit ringkernetrafo fra 22,5 Ω til 50 Ω og nogle relæer 1 antenne=50 Ω ret igennem => SWR 1 2 antenner=25 Ω trafo til 50 Ω 25/22,5=SWR 1,1 3 antenner=16,7 Ω trafo til 50 Ω 16,7/22,5=SWR 1,35 9/6/ :28 AM 2012 OZ1RH. All rights reserved. 48

49 Mange antenner tilsammen skal blive til 50 Ω Betjeningspanelet til en 3->1 Stackmatch kan programmeres forskelligt for RX og TX

50 Mange antenner tilsammen skal blive til 50 Ω Betjeningspanelet til en 2->1 stackmatch Med mulighed for modfase Φ

51 Mange antenner tilsammen skal blive til 50 Ω Stackmatch kan programmeres til forskellige RX og TX kombinationer af antennerne Send på alle og lyt på den bedste, det er måske den uden QRM Alle store conteststationer har Stackmatch 9/6/ :28 AM 2012 OZ1RH. All rights reserved. 51

52 OZ1HQ 40 m SSB QSO på 24 timer OZ3XO

53 OZ1HQ 40 m SSB QSO på 24 timer O OZ3XO

55 Stakning af HF beams Hvorfor få 2,7 db når signalerne er S9 +20 db og vi alligevel ikke kan høre noget for QRM? Fordi flere antenner kan give db forskel! 9/6/ :28 AM 2012 OZ1RH. All rights reserved. 55

56 elevation angle in degrees Stacked 5 elm 20 Meter Yagis 14 m boom 15 og 30 m oppe Optimale åbningsvinkler 18º 30 m oppe 15 m oppe BEGGE 5º USA 12º DX VK/ZL 4º decibels

57 elevation angle in degrees Stacked 5 elm 20 Meter Yagis 14 m boom 15 og 30 m oppe Optimale åbningsvinkler 18º 30 m oppe BEGGE USA 12º 15 m oppe 5 db 5º DX VK/ZL 4º decibels

58 elevation angle in degrees Stacked 5 elm 20 Meter Yagis 14 m boom 15 og 30 m oppe Optimale åbningsvinkler 18º 30 m oppe 15 m oppe BEGGE 5º USA 12º DX VK/ZL 4º decibels

59 elevation angle in degrees Stacked 5 elm 20 Meter Yagis 14 m boom 15 og 30 m oppe db Optimale åbningsvinkler 18º 30 m oppe 15 m oppe BEGGE 5º USA 12º DX VK/ZL 4º decibels

60 Kør noget EME til slut...