Сказки про антенны - 2

Мне пишет Михаил - UA4NE...

Здравствуйте, Сергей.

Процитирую Вас: "Еще есть ЛЕГЕНДА про "шумность" замкнутых и не замкнутых антенн... Но, про это потом."

http://rx3akt.narod.ru/skaz_ant.htm

С нетерпением жду Вашей статьи на тему этого мифа.

Я-отвечаю...

Привет, Михаил!

Петлевая РЕЗОНАНСНАЯ (имеющая в точке питания чисто активное сопротивление) антенна, образована путем замыкания концов полуволнового диполя перемычкой той же, полуволновой длины. Что при этом изменяется по сравнению с диполем? Увеличивается входное сопротивление... Все остальное в принципе не изменяется. ВЫВОД: - рамка по своим свойствам для приема и для передачи ни чем не отличается от диполя (исключая небольшую разницу в именно эфирных шумах, образованную за счет разницы в диаграммах направленности). И рамка и диполь принимают ОДИН И ТОТ ЖЕ эфир, с одинаковой эффективностью! От куда же берется разница по шумам у этих антенн? Почему же ХЭМЫ страдают от статики и других явлений природы? Ответ простой - из за своей неосведомленности от куда берутся те шумы, которые они принимают за эфирные. Как правило, наши коллеги не понимают смысла СИММЕТРИРОВАНИЯ в точке питания полотна, подменяя его несколькими витками кабеля фидера, пропущенными через БОЛЬШОЕ ферритовое кольцо. То, что это не имеет ни какого отношения к симметрированию, можно понять из простого эксперимента с эквивалентом нагрузки и собствонным ПАЛЬЦЕМ. Этот эксперимент описан в одной из статей на моем сайте.   http://rx3akt.narod.ru/shptl.html

Попутно разберемся с легендами о симметричности и симметрировании. Выясним, как очень просто определить является ли тот или иной ШПТЛ симметрирующим, или авторы только заявляют об этом свойстве, а симметрии там и в помине нет. Тут нам снова поможет “Его Величество – Эксперимент” и “Его высочество – теоретический анализ результатов эксперимента”. Сперва разберемся, что такое симметричный выход и чем он отличается от несимметричного. Оказывается тут все зависит от конструкции трансформатора. Вот, например, самый простой случай – ШПТЛ с коэффициентом трансформации 1:1. Любой настоящий или мнимый ШПТЛ (Бывают и такие! И не редко!) можно легко проверить с помощью своего домашнего трансивера. Достаточно присоединить к выходу трансформатора активную нагрузку (эквивалент) с сопротивлением, соответствующим к-ту трансформации, и проверить КСВ на 50-ти омном входе при максимальной мощности передатчика (максимальная точность КСВ метра) в заданном диапазоне частот. Если ШПТЛ настоящий, то КСВ должен быть близок к идеалу т.е. 1,0 и в ШИРОКОЙ полосе частот (на то он и ШИРОКОПОЛОСНЫЙ трансформатор!) Желательно иметь открытый на передачу трансивер с непрерывным перекрытием и не в коем случае не включать внутренний антенный тюнер. Свойство симметрии проверяется при приеме с помощью ПАЛЬЦА (не 21-го! Хотя, можно и им!). Симметрия - суть РАВНОПРАВИЕ обеих выводов нагрузки относительно земли (корпуса трансивера). При приеме какой-либо станции (можно вещательной, это удобнее...) при прикосновении ПАЛЬЦЕМ или отверткой к концам нагрузки, присоединенной к СИММЕТРИЧНОМУ выходу ШПТЛ, по показаниям S-метра и на слух все должно быть одинаково. Но уровень сигнала должен быть на один бал (-6 дБ или два раза по U) меньше на каждом несимметричном выходе. (это в случае к-та трансформации 1:1). В качестве нагрузки кратковременно даже для 100 Вт передачи удобно применять резистор МЛТ-2 на 51 Ом. При этом наблюдается интересный эффект - во время приема синала через симметрирующий транс, при проведении ПАЛЬЦЕМ по корпусу этого резистора с одного края будет слышна радиостанция, в центре резистора - ее слышно не будет, а с другого края - будет слышно так же, как с первого. Только при таких условиях трансформатор можно считать симметрирующим. Попробуйте разные конструкции ШПТЛ-ов, которые публикуются в литературе и в интернете. Результаты Вас могут сильно удивить...

Если уж применяется правильное по конструкции симметрирующее устройство в виде ШПТЛ-а, то об оптимальном согласовании сопротивлений все равно забывают. (Смотри соответствующую статью на моем сайте, которая так и называется "ОПТИМАЛЬНОЕ СОГЛАСОВАНИЕ АНТЕНН"). Что же получается в результате этих ошибок? Получается, что внешняя поверхность оплетки кабеля фидера является ЭЛЕМЕНТОМ АНТЕННЫ, как на передачу, так и на прием. Последнее более СТРАШНО, так как и является первопричиной появления "шума" на входе приемника. На самом деле это не шум эфира, а наведенные из БЫТОВОЙ осветительной сети помехи, которых там великое множество. При меньшем, чем у рамки, входном сопротивлении диполя, кабель, подклю ченный к нему имеет несколько больший антенный эффект. Надо бороться с первопричиной, а не следствием - убирать антенный эффект фидера! От куда берутся наводки? Напомню, что все железные конструкции современного железобетонного дома накрепко соединены с НЕЙТРАЛЬЮ подходящего к строению трехфазного силового фидера. Кстати, бытовые помехи не различают, какой провод сети является фазовым, какой нейтральным. Помехи распространяются СИНФАЗНО - или ОДНОВРЕМЕННО И РАВНОПРАВНО по обоим проводам к розетке. Заземляющий контакт современной ЕВРОРОЗЕТКИ является просто ДУБЛЕРОМ проводда нейтрали и на уменьшение уровня шумов никакого влияния не оказывает. Кабель идет вдоль этих железок внутри дома или вдоль стены и на всем своем протяжении напрямую ВСАСЫВАЕТ ПОМЕХИ! Не уменьшает уровень помех применение ЛЮБОГО отдельного заземления. НОРМАЛЬНАЯ АНТЕННА ВООБЩЕ НЕ ДОЛЖНА "ЧУВСТВОВАТЬ" КАКОЕ ЛИБО "ЗАЗЕМЛЕНИЕ" КОРПУСА ВАШЕЙ АППАРАТУРЫ. ЕСЛИ ЕСТЬ РАЗНИЦА НА ПРИЕМ ИЛИ ПЕРЕДАЧУ, ПО КСВ, ПРИ РАБОТЕ С ВАШИМ ЗАЗЕМЛЕНИЕМ ИЛИ БЕЗ НЕГО, ЭТО НАПРЯМУЮ ГОВОРИТ О ТОМ, ЧТО ВЫ ИСПОЛЬЗУЕТЕ (ЧАСТИЧНО) В КАЧЕСТВЕ АНТЕННЫ ВАШУ ОСВЕТИТЕЛЬНУЮ СЕТЬ СО ВСЕМИ ЕЕ ПОМЕХАМИ!!! При этом у вас разговаривают телевизоры во время вашей передачи, зависают компьютеры... А на прием - ужасные помехи! НЕ путать необходимость применения ЗАЩИТНОГО (не сигнального!) заземления корпусов аппаратуры! Применение ЗАЩИТНОГО заземления - это необходимость!

Кстати, ПРАКТИЧЕСКИЕ эксперименты по сравнению шумов рамочных и дипольных антенн, проведенные в полевых условиях, на слетах, в отсутствии бытовых помех, показали, что разницы не наблюдается!

Что же делать при наличии шумов, и как бороться со статикой?

1) Необходимо применять ПРАВИЛЬНЫЕ симметрирующие и согласующие устройства в точке питания полотна

2) Для борьбы со статикой необходимо просто ЗАМКНУТЬ полотна диполя дросселем с большой индуктивностью, расположенном НА ВЕРХУ, в точке питания диполя. Перед установкой дросселя, его необходимо проверить "НА СТОЛЕ".. При замыкании таким дросселем эквивалента нагрузки КСВ не должен ухудшаться. Применение дросселя "чудесным" образом превращает разомкнутый диполь в накрепко замкнутый по гальванике. Но, и дросселя не требуется, когда применяется ПРАВИЛЬНОЕ согласующе-симметрирующее устройство в виде ШПТЛ-а...

UA4NE еще пишет...

Я полностью с Вами согласен. Корни этого мифа, скорее всего, идут из того факта, что магнитная антенна не чувствительна к электрическому полю местных "электрических" источников помех, если она находится в непосредственной близости от них.

Но петлевой диполь или дельта - рамка отнюдь не магнитная.

Но как пишут, она обладает свойством "самосимметрирования", поэтому и антенный эффект фидера выражен слабее Диполя. Отсюда, как бы, и меньше шумит.

Для себя я сделал такой же вывод, что сама антенна тут не причем, и первопричина всех бед - именно антенный эффект фидера. А уж как с ним бороться - дело десятое. Даже если антенна и позволяет питать ее через "правильный" балун, но и тогда ферриты в дополнение к нему будут не лишними.

Из дома на 20-ке работаю на полуволновый вертикал, запитанный с конца через 1/4 КЗ симметричный шлейф, проложенный по стропилам шиферной крыши.

На 40-ке - приемная антенна RX3AKT. Она же - приемная для скиммера UA4NE.

На всех фидерах дроссели и распределенные ферриты.

Сильное ВЧ поле в аппаратной я буквально "чувствую" своим здоровьем (есть такая проблемка еще с детства), поэтому ферритов на фидерах всегда в избытке.

На тему помех от "дома" Гончаренко недавно выложил хорошую статью "Прием около источников помех" http://dl2kq.de/ant/3-73.htm

С уважением, Михаил, UA4NE

Я - отвечаю...

Привет, Михаил!

Я с Гончаренко не согласен в том, что напряженность полей помехи и полезного сигнала будут ПО РАЗНОМУ изменяться от размеров антенны и от расстояния от источника помехи. Тем более на 160 м, как в его статье. Ведь там ближняя зона будет гораздо больше, чем 1...2 метра. (Размер зоны не зависят от размеров и конструкции антенны, а зависят от длины волны) Например, на конкретный участок проводника антенны - той ИНВЕРТЕД-V, которую он рисует в статье, наведется СУММАРНОЕ поле от сигнала и помехи совершенно такое же, как на короткую антенну той же длины, что этот участок. Соотношение сигнал-шум будет одинаковым. Для длинной антенны ИНТЕГРАЛЬНОЕ соотношение сигнал-шум (полезный принимаемый сигнал - синал помехи от дома) ожидается даже лучше, чем у малой антенны у нижнего конца диполя т.к. верхний участок его нарисованной антенны далеко от крыши. Другое дело, что большая антенна, как более эффективная, будет ловить не только ближние помехи.

А с магнитной ферритовой антенной он вообще загнул - как он ее на передачу заставит работать? Ведь нам только приемные антенны не интересны.

Короче - Гончаренко в своей статье напридумывал всякого очень много, а все верят...

UA4NE снова пишет...

Меня этот вопрос тоже занимает - размер той зоны приемной антенны, которая наиболее восприимчива к местной помехе и из которой (зоны) надо стемиться все источники помех убирать.

Точный ответ может дать математическое моделирование в любой программе, даже в MMANA, она позволяет вывести в текстовый файл *.csv таблицу направлений, магнитуды и фазы вектора электрического поля в каждой точке вблизи антенны. Но с этой таблицей надо ковыряться, а программ для ее автоматической обработки нет (точнее, у Гончаренко есть, но он ее не выкладывает). И обещает, что в GAL-ANA такое средство визуализации ближнего поля появится и даже рекламирует эти картинки. Мне такой инструмент нужен по работе, наверное, придется самому писать прогу, этой GAL-ANA не дождесся.

Я упоминал ранее о своих опытах с косвенным экспериментальным определением "зоны восприимчивости" (назовем ее так) местной помехи. Приемная антенна - короткий активный вертикальный штырь, рабочий диапазон 1,5 - 30 МГц (см. фото во вложении). Оказалось, что размер этой зоны практически не зависит от частоты, и далее 3 метров местная помеха этой антенной уже не воспринимается.

В этом эксперименте я решал практическую задачу - определить место на фидере, на каком минимальном удалении от антенны нужно разместить дроссель, отсекающий от ее "зоны восприимчивости" шумовую помеху, которая поступает к антенне (в данном случае от китайского преобразователя DC-AC) по оплетке кабеля. Естественно, в корпусе самой антенны (активной части) встроенный дроссель имеется, он отсекает кондуктивное проникание помехи в антенну, но не препятствует индуктивной наводке через поле. Так и получились эти 3 метра.

Допускаю, что этот эксперимент был не вполне корректен (спектр шумовой помехи был по диапазону неравномерный), а зона восприимчивости - не совсем то, о чем пишут в учебниках, когда анализируется структура поля элементарного электрического диполя и дается "граничная" цифра лямбда / 2пи.

Но ведь именно ее размер нас на практике и интересует для разных конкретных приемных антенн.

Я - отвечаю...

А где взять исходные данные для моделирования? Явно, что их надо получить сперва экспериментальным путем... иногда этого бывает достаточно без моделирования.

Т.к. напряженность поля помехи была примерно одинаковой во всей полосе КВ (что легко можно было бы предположить ранее), то появляется возможность упростить эксперимент - измерять помеху на одной частоте, на слух, с помощью приемника на шесте... типа миноискателя.

Для себя я сделал вывод - если излучающая часть антенны хорошо согласована и отсимметрирована, то применение всевозможных ферритовых изделий вдоль фидера не дает ни каких результатов, не плохих, не хороших! Ничего не изменяется субъективно! Хотя, повторяю, лишние ферриты не помешают...

UA4NE добавляет...

Даже если в точке питания всё согласовано и отсимметрировано, остается еще взаимодействие антенны и оплетки фидера (тоже ведь проводник -))) через поле антенны - как при передаче, так и при приеме. Именно с этой проблемой я и боролся при помощи дросселей и ферритов. Не выпустить наведенные полем антенны токи в оплетке за пределы ближней зоны при передаче и не впустить помехи с оплетки в эту же ближнюю зону при приеме.

Я-отвечаю...

В своих рассуждениях про АНТЕННЫ я совсем забыл еще про один источник помех - это цепи питания приемника. (поэтому я о них и не писал, что это уже не относится к антеннофидерному тракту) У всех без исключения ИМПОРТНЫХ трансиверов этой проблемы НЕТ! Там все сделано очень грамотно за счет эффективной экранировки и применения фильтров по питанию. У самодельных трансиверов (может и у некоторых промышленных) такая проблема есть. Я проверяю ее наличие простым экспериментом... Ставлю согласованную, хорошо экранированную нагрузку на антенный вход и пытаюсь принять сигналы мощных станций из эфира или местного генератора. Зачастую очень мощные сигналы мне все равно удается принять. По степени подаавления их я и сужу об уровне проникновения в приемник помех поступающих через сетевой (да и другие имеющиеся) входы. Конечно, здесь я имею ввиду аддитивную, а не мультипликативную помеху, то есть ту помеху, которая поступает по отрицательному и положительному проводу питания в ПРОТИВОФАЗЕ. Кстати, помеха, которая входит (выходит) в трансивер синфазно по обоим проводам питания уже относится к антенным помехам. Она дает "ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ПУТЬ", помимо всевозможных заземлений, токам, текущим по ВНЕШНЕЙ поверхности оплетки ПРЯМО В СЕТЬ со всеми ее прелестями! Ни какие гальванические развязки в трансформаторах и в импульсниках ее не задерживают. Она проходит прямо в провода осветительной сети КАК НОЖ СКВОЗЬ МАСЛО! . Как раз то, о чем мы говорили в предыдущих письмах. Очевидно, что при заглушенном антенном входе, этого вида помех не будет.

В этой связи можно затронуть частую тему про сравнение "ШУМНОСТИ" различных импульсных блоков питания. В своей статье ... http://qrx.narod.ru/bp/s_ibp.htm

и здесь...  http://forum.qrz.ru/showthread.php?s=be8412a59a477088994ede7751fe0783&p=64399

я утверждаю, что при правильном подходе к экранированию и фильтрации, как со стороны блока питания, так и со стороны трансивера, при отсутствии антенного эффекта фидера применяемой антенны, ЛЮБОЙ, самый шумный блк питания, не должен ощущаться приемником в виде помех. То есть - это вопрос схемотехники, а не антенн.

Вот, что я еще хотел добавить к этой интересной теме про помехи...

И это еще не все...

RX3AKT 73!