 |
|
Часть 1 |  |
|
136/500kHz
RA3TTS
VLF/LF/MF Band Amateur Radio
|
|
|||||||
|
Часть 1. Вертикальный излучатель  Хочу поделиться своими наработками моделирования укороченных антенн VLF диапазона в симуляторе MMANNA, длиной не более 10метров. Должен сразу предупредить, что я не специалист в области моделирования, а любитель, соответственно есть вероятность не точности в расчётах и как следствие ошибочности суждений, выводов. Просто имейте это в виду.Цель - моделирование укороченного вертикального излучателя на диапазон 136кГц. По расчётам, это будит вертикально подвешенный или стоящий излучатель (в зависимости от диаметра), высотой 10метров, приподнятый от земли на 1м. В качестве излучателя будут рассчитаны медная проволока и алюминиевая трубка разного диаметра. Медная проволока диаметром 0,1 – 3мм, алюминиевая трубка 5 – 1000мм. Понятно, что в реальности никто не будит делать излучатель из трубы диаметром 1000мм, но всё же, интересно. Количество сегментов устанавливается автоматически самой программой. Считается, что достаточно несколько (4-6) сегментов на длине провода в четверть волны. В предложенной антенне их получается 6, этого более чем достаточно. Непосредственно под вертикалом будит заземление. Таким образом, точкой питания станет нижний конец вертикала и верхний конец заземления на расстоянии 1м от земли. Конечно, в реальности таких идеальных условий нет, часто приходится тянуть кабель к антенне с одной стороны, а заземление с другой. Но ведь речь идёт не о совсем реальной антенне, а больше о расчётной, которую конечно, при желании, можно потом попытаться реализовать на практике. В качестве заземления в MMANNA оставлена посредственная земля - сельская местность, холмы средней высоты, среднее облесение, тяжелые глинистые почвы - (обычно стоит по умолчанию), диэлектрическая проницаемость 13, проводимость 5 мС/м, оставлю всё как есть. Почему? Потому что такую антенну, предположительно, если и будит ставить, то только сельский радиолюбитель или радиолюбитель дачник на приусадебном участке, в основном этим, и обусловлен выбор оставленных параметров земли. Если антенна будит в городе на земле где кругом асфальт, то величину проницаемости можно выбрать другую, например 5 и 1мС/м или 30 и 1мС/м. В каждом конкретном случае земля своя. Задача – выяснить, на что влияет диаметр вертикального излучателя. Есть ли зависимость электрических величин - сопротивление излучателя, реактивность, усиление или ослабление сигнала относительно изотропного излучателя, диаграмма направленности, от диаметра излучателя. Чего ожидать в случае согласования укороченного вертикального излучателя с 50Ом нагрузкой.  
(Таб.1.) Излучатель - вертикально подвешена медная проволока длиной 10м, диаметром 0,1 – 3мм. Высота подвеса над землёй 1м. Провод заземления 1мм.
Исходник: vertical_10m_(0.1/3mm).maa  Рис.1. Активное сопротивление излучателя.  Рис.2. Реактивное сопротивление излучателя. (Таб.2.) Излучатель - вертикально подвешена алюминиевая труба длиной 10м, диаметром 5 – 1000мм. Высота подвеса над землёй 1м. Провод заземления 1мм.
Исходник: vertical_10m_(5/1000mm).maa  Рис.3. Активное сопротивление излучателя.  Рис.4. Реактивное сопротивление излучателя. Теперь не много о табличных параметрах, стоит рассмотреть детально каждый столбец, их девять.Rad(mm) Первый столбец, это диаметр излучателя. Специально начал с тонкого провода, хотел проследить, что называется от а, до я, поэтому не стоит смущаться провода диаметром 0,1мм. И так, для Таб.1. медный провод 0,1 – 3 мм. Для, Таб.2. алюминиевая трубка 5 – 1000 мм. Такой разброс позволит более детально проанализировать работу излучателя, особенно в контексте согласования излучателя с нагрузкой. Так же любопытно понаблюдать, что изменится в параметрах излучателя с увеличением диаметра. R(om) Второй столбец, это активное сопротивление излучателя. Как можно заметить из Таб.1. и Таб.2. у всех очень низкое сопротивление, все величины менее 1 Ома. Исключение составляют провода диаметром 0,1 – 0,2мм, там сопротивление 5.648 и 1.446 Ом. jX(om) Третий столбец, это реактивная составляющая излучателя. Реактивность огромная, особенно у медного провода. С другой стороны чему удивляться, ведь используется только l/220 от всей антенны при общей длине волны 2200 метров. У алюминиевой трубки, с увеличением диаметра излучателя, реактивность заметно уменьшается. Ga1(dbi) Четвёртый столбец, это усиление к изотропному излучателю. Параметр, который оценивает работу нашей расчётной антенны относительно абстрактной всенаправленной антенны, не зависящей от высоты и свойств земли. Оценивает потери только в излучателе. Параметр на первый взгляд не большой и даже вселяет оптимизм, но это не совсем так, лучше всего его рассматривать в месте с таким же параметром - Ga2(dbi) - он учитывает потери при согласовании на 50Ом нагрузку. Elev(deg) Пятый столбец, это вертикальный угол излучения антенны. Низкий угол излучения 16.7, 16.8 градусов, очень даже не плохо для VLF антенны но, учитывая размеры излучателя l0 м, сложно сказать, насколько будет эффективен такой излучатель, думаю, сильно обольщаться не стоит. Ind(uH) Шестой столбец, это индуктивность катушки согласования в мкГн. Для согласования излучателя с его большой реактивностью и, например, приёмником, или передатчиком, понадобится компенсирующая индуктивность (обычно применяют вариометр). Эта индуктивность колеблется от нескольких микрогенри, до пары десятка тысяч. В этом столбце привожу посчитанную индуктивность, для каждого диаметра провода из первого столбца. Некоторые значения не реальны и показываю абсурдность такого согласования, то чего делать не следует. Qual(q) Седьмой столбец, это добротность, добротность катушки индуктивности. Добротность вариометра влияет на выходное сопротивление. Катушка с высокой добротностью имеет не значительные потери, а значит не большое собственное сопротивление, напротив низкая добротность вносит заметные потери и соответственно обладает повышенным собственным сопротивлением. Катушка индуктивности, помимо основной своей функции компенсации реактивности, она, ещё своим внутренним сопротивлением, способна увеличить сопротивление излучателя. Ga2(dbi) Восьмой столбец, это усиление к изотропному излучателю после согласования. Этот параметр оценивает потери не только в излучателе, но и в катушке согласования (вариометр), даёт реальную оценку потерь всей антенны, рассчитанный на сопротивление 50Ом. SWR(om) Девятый столбец, это КСВ, на 50Ом нагрузке. Оно может быть разным - сопротивление, не суть. Главное, показать работу излучателя, и привязать к какому-то знаменателю, в радиолюбительской практике обычно 50Ом. Пример: Возьмём проволочный излучатель диаметром 1мм (Таб.1.). Чтобы согласовать 1мм излучатель с 49.98Ом нагрузкой понадобится индуктивность 22632.1мкГн. Индуктивность необходима, что бы компенсировать реактивность излучателя -19339, а добротность Q388 в таблице подобрана таким образом, что бы компенсировать низкое сопротивление излучателя 0.138Ом и получить на выходе 49.98Ом. Если в процессе изготовления катушки, добротность, окажется ниже расчётной, например не Q388, а Q100, то выходное сопротивление будит уже не 49.98Ом, а 193.5Ом. Не случайно, привожу этот параметр Qual(q) в таблице, так как иногда на него не обращают должного внимания. В результате согласования излучателя с нагрузкой, потери составят -32.79dbi. Для ясности понимания, что такое потери величиной -32.79dbi, приведу другой пример: Мощность передатчика 100Вт, подключаю к вертикальному излучателю с потерями -32.79dbi, так вот, реально излучаться будит всего 0.032 Ватта (32мВт(ERP)). 100 Watts: dBi Watts(ERP) -40 0.006 -30 0.061 -20 0.610 -10 6.098 Подводя итог, хочется отметить. Конечно, данный излучатель не пригоден для работы на передачу в таком виде, в каком он здесь представлен, собственно я и не ставил себе такой цели, мне хотелось понять распределение всех величин по излучателю, их взаимодействие между собой, какое влияние они оказывают друг на друга. И, в итоге получить ответ, что собой представляет укороченный излучатель длинноволнового диапазона 136кГц. Обновил 15.02.2014 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Copyright MyCorp © 2024 |
