РАДИОВЕЩАТЕЛЬНАЯ РАДИОСТАНЦИЯ YSJW С ЕН АНТЕННОЙ RADIO CADENA GENTE, AM 700 EL SALVADOR, CA

      Ted Hart (W5QJR)
        Статья с сайта http://www.eh-antenna.com/
         оригинал статьи (на английском) в PDF формате, можно посмотреть ЗДЕСЬ

ВВЕДЕНИЕ:

Этот документ рассказывает о рабочих характеристиках ЕН Антенны, используемой на радиостанции YSJW. Как и во всем мире, затраты на монтаж новой радиостанции, прежде всего, диктуют стоимость доступного стационарного оборудования. Естественно большая стоимость является препятствием для потенциальных клиентов, но если стоимость все же приемлема, то местоположение, в свою очередь, также может явиться препятствием для монтажа оборудования. В любом случае, если количество необходимого земельного участка значительно меньше для установки антенны, которая не требует применения системы противовесов (радиалов), тогда экономическая выгода монтажа радиостанции становится очень желательной.

Так и обстоит дело в Ель-Сальвадоре, где стоимость земли очень высока, даже если земля не пригодна к употреблению в сельском хозяйстве, кроме возможно выращивания бананов или плантаций кофе. Сальвадор - очень холмистая область, созданная старыми вулканами. Поэтому, вне главной столичной зоны Сан-Сальвадора, пики и долины не благоприятны для монтажа антенн для радиостанции и на них нет достаточные плоских областей для закапывания и установки противовесов (радиалов), за исключением вершин холмов. Эти факторы и сыграли главную роль, для выбора ЕН антенны для радиостанции.

Необходимость в большом участке земли становится еще более острой, когда Вы знаете, что эта радиостанция работает на частоте 700 КГц, таким образом каждый закопанный радиальный провод (противовес) должен быть 351 фут (примерно 107 метров) длиной. Для 120 радиальных закопанных проводов, необходим круг, охватывающий 8,9 акров (36 017 кв. метров). Однако, земля всегда покупается и продается прямоугольными участками, таким образом полная требуемая площадь земли в акрах была бы 11.3 акра (примерно 45 730 квадратных метра!).

МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ:

Антенна расположена на склоне горы,с координатами: 13°45 ' 42" Северной широты и 89°13 ' 19.5" Западной долготы. Рисунок 1 показывает антенну на фоне горы. Ее расположение показано красной точкой на рисунке Рис. 2, взятом с Google Earth, на фоне Сан-Сальвадора и горы. Несмотря на неблагоприятное расположение радиостанции и антенны, ее работа была исключительно хорошей.

РАДИОВЕЩАТЕЛЬНАЯ ЗОНА:

К сожалению, в этой гористой области, нет разветвленной сети дорог, передвигаясь по которым, можно бы было измерять напряженность поля от антенны, есть только несколько дорог но измерения с их использованием, не являются практически ценными. Единственная альтернатива, это использование сравнительных данных по уровню поля с уже установленных антенн других радиостанций. Для образца можно использовать данные напряженности поля от «обычной» антенны радиостанции, установленной на вершине холма, с закопанными радиальными проводниками (противовесами). Эта радиостанция работает на частоте 540 КГц с уровнем мощности 5500 ватт, в то время как мощность, на радиостанции с ЕН антенной равнялась 2500 ватт. Сравнительные измерения были проведены на большой площади и затем данные были перенесены на карту. Эта карта приведена в приложении и озаглавлена «Рабочие характеристики радиостанции YSJW».

Антенна расположена на склоне горы, 13°45 ' 42" Северной широты и 89°13 ' 19.5" Западной долготы. Рисунок 1 показывает антенну на фоне горы. Ее расположение показано красной точкой на рисунке Рис. 2, взятом с Google Earth, на фоне Сан-Сальвадора и горы. Несмотря на неблагоприятное расположение радиостанции и антенны, ее работа была исключительно хорошей.

Чтобы была возможность создать ток через сопротивление излучения, необходимо уменьшить реактивное сопротивление конденсатора. Это может быть сделано, добавляя индуктивность, имеющую ту же самую величину реактивного сопротивления как и в конденсаторе, на рабочей частоте. Таким образом, создается резонансный контур, как показано на рисунке Рис. 6. Катушка индуктивности может быть с отводом, чтобы обеспечить необходимое согласование с коаксиальной линией передачи в 50 Ом. Полная схема антенны изображена на рисунке Рис. 7.

На рисунке Рис. 8 изображены большие цилиндры, из которых состоит ЕН антенна. Настроечная катушка расположена ниже более низкого цилиндра.

Чтобы иллюстрировать полное сопротивление антенны как функцию от частоты, на рисунке Рис. 9 приведен такой график.

На графике приведены характеристики для входного сопротивления, реактивного сопротивления, и КСВ/10 для AM радиовещательной ЕН антенны, которая работает на частоте 700 КГц. Необходимо также отметить, что достаточно только изменить величину индуктивности настроечной катушки, чтобы перестроить антенну на любую другую частоту между 500 и 1200 КГц. Для частот более чем 1200 КГц можно использовать меньшую по геометрии антенну.

Расчет был взят из набора уравнений, для определения параметров ЕН антенны, который был включен в компьютерную программу. Размеры изготовленной ЕН антенны обеспечивают подобные характеристики как показано в приложении. Заметьте, что сопротивление излучения достигает максимума по сравнению с обычной антенной, которая имеет почти постоянное сопротивление в широком частотном диапазоне. По этой причине ЕН антенна фактически устраняет гармоническое излучение.

Реактивная составляющая входного сопротивления изменяется от «+» до 0 на рабочей частоте и далее уходит в «-» на верхних частотах. Антенна для этой радиостанции имеет диаметр 36 дюймов (90 см.) и длину 39 футов (около 12 метров, с двумя цилиндрами). Эта ЕН антенна установлена на высоте 1/8 длины волны (примерно 53 метра). Эффективность этой ЕН антенны, которая является типовой для всех ЕН антенн, больше чем 90 %, не смотря на то, что полная длина антенны - только 2,8 % от длины волны, по сравнению со стандартной антенной с физической длиной 25 % от длины волны.

Чтобы понять концепцию ЕН антенны, удобно рассмотреть электрическое (E) и магнитное (H) поля антенны, как показано на рисунке Рис.10. Здесь важно понять, что полная длина антенна – является малой частью от длины волны. По этой причине цилиндры - конденсаторы имеют незначительную индуктивность.

Когда возникает высокое напряжение между двумя цилиндрами ЕН антенны, это способствует возникновению поля Е. Если напряжение высокое в точке между цилиндрами, то на концах цилиндров оно равно нулю. Поэтому, есть большая разница напряжения между двумя концами каждого цилиндра. Это разность напряжений, является причиной возникновения тока в цилиндрах и магнитного поля Н вокруг цилиндров.

Теперь мы имеем все необходимые компоненты, чтобы получить излучение, которые включают концентрированное поле E, являющееся физически ортогональным к полученному полю Н, и они находятся во временной фазе, отсюда и идет название ЕН антенна. Это происходит, потому что поле E и области поля Н созданы одним приложенным напряжением. Другими словами, в то время как напряжение радиочастоты создает (чередующаяся синусоидальная волна) поле E, существует и поток тока проводимости на поверхности цилиндров, который и создает поле Н.

Обратите внимание, что E и Н поля находятся в пределах сферы, определенной диаметром сравнимым с длиной антенны, и нет никаких реактивных полей. В отличие от обычных антенн, имеющих реактивные поля, простирающиеся на, приблизительно 1/3 длины волны от антенны. Эти характерные особенности совершенно очевидно различаются в информации, представленной ниже.

Синяя кривая на графике – сопротивление излучения, фиолетовая кривая - реактивное сопротивление, и желтая кривая - КСВ. Для графика КСВ, он был разделен на 10, чтобы позволить отсчитать КСВ на шкале графика. Значение КСВ 20 на графике, представляет истинное значение КСВ=2. При КСВ=2 полоса пропускания составляет - от 685 до 720 КГц, ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО 35 КГц. По уровню 3 децибела - ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО 105 КГЦ. Поскольку антенна - по существу последовательное соединение, сопротивление излучения может быть рассчитано следующим образом: Q=XL/R=F/BW, где XL - реактивное сопротивление катушки индуктивности настройки. Обычно мы использовали бы реактивное сопротивление емкости антенны; однако есть шунтирующая емкость, прежде всего емкость самой настроечной катушки. Поэтому, более точно использовать реактивное сопротивление настроечной катушки чем емкость антенны. R - полное сопротивление антенны, включая и сопротивление излучения и сопротивление потерь в катушке. F - рабочая частота, и ширина полосы - +/-ширина полосы по уровню в 3 децибела. Перестраивая уравнения мы находим R=XL*BW/F.

КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА: Чтобы гарантировать полное понимание работы ЕН антенны, используемой этой радиостанцией,можно воспользоваться компьютерной программой, чтобы анализировать антенну и включать специфические особенности для этой радиостанции. Программа устроена следующим образом: первая секция вычисляет параметры, чтобы возможно было изготовить антенну и настроить ее на рабочую частоту. Затем, измерения полного сопротивления сделаны на уже изготовленной антенне и эти данные, по ширине полосы, введены в программу. Это дает необходимую информацию, чтобы позволить вычисление КПД антенны. Заключительная секция программы вычисляет напряжения и токи в антенне. Как правило, оценочная величина сопротивления излучения используется в начальном проекте, чтобы позволить получить параметры, типа напряжения и тока, которые могут иметь влияние на строительство антенны. Чтобы воспользоваться программой, должны быть введены рабочая частота и размеры антенны. Затем, диаметр настроечной катушки и диаметры проводов. Емкость антенны и сосредоточенная емкость настроечной катушки вычисляются в результате работы программы, чтобы получить суммарную емкость. После этого может быть рассчитана величина индуктивности катушки настройки. После того, как антенна настроена, реальная ширина полосы измерена и введена в программу. Это позволяет рассчитать сопротивление излучения. Затем, рассчитывается сопротивление потерь в катушке, основанное на оценке добротности катушки. Эти данные в дальнейшем используются, чтобы вычислить КПД антенны. Заключительная секция программы вычисляет различные токи и напряжения в системе антенны. Интересно обратить внимание на то, что это ЕН антенна имеет большую емкость (192 Пф) и большое сопротивление излучения (больше чем 170 Ом). По этой причине ширина полосы пропускания значительно больше, чем у обычной антенны и эффективность также очень высока.

ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЕТА ЕН АНТЕННЫ

Written by Ted Hart CEO EH Antenna Systems

Частота (МГц) = 0.70

Диаметр Цилиндров (дюймы) = 36

L/D отношение = 6

Полная Длина (дюймы) = 468

Емкость Антенны (Пф) = 192

ДРУГИЕ ПАРАМЕТРЫ:

Собственная емкость катушки (Пф) = 9.2

Паразитная емкость(Пф) = 20.0

Полная емкость (Пф) = 221.0

Индуктивность (МкроГн) = 234.1

Реактивное сопротивление (Ом) = 1029.3

Диаметр Катушки (дюймы) = 24.0

Шаг намотки (дюймы) = 1.0

Витки = 23.7

Длина Катушки (дюймы) = 23.7

Длина провода = 148.7

Измеренная ширина полосы по уровню 3 децибела (КГц) = 121

Сопротивление излучения (Ом) = 177.9

Добротность Антенны = 5.8

ВЫЧИСЛИТЕ КПД АНТЕННЫ:

Принимаем добротность катушки = 200

RF Сопротивление в катушки (Ом) = 5.9

КПД антенны (%) = 96.8

КПД антенны (децибел) =-0.142

ПАРАМЕТРЫ МОЩНОСТИ В АНТЕННЕ:

МощностьПередатчика (ватты) = 12 000

Линия передачи Z (Ом) = 50

Напряжение Линии передачи (СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ) = 775

Ток Линии передачи (СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ) = 15

Напряжение между Цилиндрами (СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ) = 9725

Напряжение между Цилиндрами (P-P) = 27230

Ток между Цилиндрами (СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ) = 8.2

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОСТАНЦИИ YSJW

Этот документ описывает рабочие характеристики радиостанции YS JW расположенной на севере Сан-Сальвадора, El Salvador, и сравнение работы ЕН антенн в сравнении с обычными антеннами. Не совсем удачно, что есть очень немного дорог в той местности, где расположена антенна, таким образом, нет возможности провести нормальные измерения полей, как принято для радиостанций в Соединенных Штатах. Поэтому данные, представленные в этом документе приведены в сравнении с уровнями напряженности поля от различных радиостанций. ЕН антенна расположена низко, на склоне холма и по сравнению с обычной антенной, расположенной на намного более высоком горном хребте того же холма. Это предполагает существенное преимущество для станций, расположенных в более высокой точке.

ЕН антенна выбрана была прежде всего потому, что местоположение не было подходящим для закапывания радиальных проводов в землю. Территория страны El Salvador - результат вулканической деятельности, таким образом это очень неровный ландшафт. Где есть маленькие плоские участки поверхности, они были давно застроены. Мачта антенны имеет три (3) уровня оттяжек, один из которых - на том же самом уровне что и сама антенна, второй - приблизительно на 12 футов выше основы и третий, приблизительно на 15 футов ниже антенны. Это сказано для того, чтобы иметь общее представление. ЕН антенна окружена банановыми деревьями и плантациями кофе, потому что эту территорию не использовать для другой деятельности.

Диаграмма изображает относительное местоположение радиостанций и местоположения, где были сделаны измерения. Есть список радиостанций и цветовых кодов, чтобы идентифицировать эти радиостанции на диаграмме. Радиостанции сгруппированы приблизительно на 89 ° 13' 30" западной долготы. Что не показано на диаграмме – так это относительная высота расположения радиостанций. Это имеет главное значение, учитывая гористый ландшафт местности, что очень существенно сказывается на более длинных трассах. По этой причине только лучевые уровни обозначены на диаграмме для расстояний больше чем 10 км. На третьей странице есть список нормализованных взвешенных данных для всех расстояний. Обратите внимание, что на близком расстоянии, уровень для YSHV только немного выше чем YS JW, расположенной немного ниже в 1,85 км и также немного дальше в 5 км. Различие становится более контрастным для более длинных трасс, и можно предположить, что это происходит вследствие того, что YSHV расположена намного выше на холме, таким образом увеличивая напряженность поля для более удаленных точек. И наоборот, холм искажает ДНА, таким образом обеспечивая пониженный уровень в малой дальности.

При сравнении ЕН антенны и стандартных антенн, интересно обратить внимание, что до 10 км дальности, уровни сигналов остаются примерно сравнимыми. Для целей сравнения, все уровни мощности разных радиостанций были нормализованы, так же как и частотное отношение. Сделано это потому, что более низкие частоты имеют меньшие потери чем верхние частоты. Как было предварительно сказано, ЕН антенна была установлена на высоте 0.14 длины волны над землей. Если бы ЕН антенна была поднята на высоту 0.25 длины волны, потери в земле уменьшились бы и дополнительно значительно увеличилось бы полезное излучение (больше чем отношение мощностей на 2 децибела или отношение напряжений на 4 децибела). На расстоянии 39 км это увеличение дало бы прибавку уровня сигнала в 1,59 раза и равнялось бы 1,6 по сравнению с 1,82 милливольтами от стандартной антенны, установленной на большой высоте на горе!

перевод с английского В.Кононова (UA1ACO) 04.2008г. источник информации сайт UA1ACO