.

Ο λόγος στασίμων 1:1 ενός κεραιοσυστήματος, δεν συνεπάγεται τον 1:1 λόγο μεταφοράς ισχύος, προς την κεραία!

Monday, 25 February 2008

ΔΙΠΟΛΑ ΚΑΙ ΤΟ ΥΨΟΣ ΑΥΤΩΝ


Πόσο ψηλά πρέπει να είναι ένα δίπολο ;

Δίπολες κεραίες – ο επηρεασμός του ύψους πάνω από το έδαφος

Συχνά ακούγεται η ερώτηση: πόσο ψηλά πρέπει να είναι το δίπολό μου; Ή αλλιώς, θα δουλέψει καλά το δίπολο μου σε αυτό το ύψος;
Δυστυχώς αυτές οι ερωτήσεις δεν μπορούν ν’ απαντηθούν αν πρώτα δεν πούμε για πια δουλειά θέλουμε το δίπολο, με άλλα λόγια πως σκοπεύουμε να δουλέψουμε με αυτό.
Μερικοί πιθανοί στόχοι για ένα δίπολο μπορεί να είναι:
DX επαφές
Τοπική εργασία: δίκτυα και κουβεντούλα
Κατευθυντικότητα: κέρδος προς μια περιοχή, ή βύθισμα προς μια άλλη
Πολυκατευθυντικότητα.
Αντίσταση στο σημείο τροφοδοσίας 50Ω
Όπως και να ‘χει, έτσι και ξεκαθαρίσετε τι ακριβώς θέλετε να κάνετε με το δίπολο σας, τότε μπορείτε να δείτε μέσα από τα σχήματα ακτινοβολίας αν τελικά θα πετύχετε το ζητούμενο.
Κάνω την υπόθεση ότι οποίος διαβάζει αυτό καταλαβαίνει ότι για DX επαφές απαιτείται χαμηλή γωνία ακτινοβολίας, με επιθυμητό κάποιο κέρδος προς την DX περιοχή.
Δίκτυα και κουβεντούλα, απαιτούν πολύ υψηλότερη γωνία ακτινοβολίας και πολυκατευθυντική εκπομπή. Η απόρριψη μιας συγκεκριμένης περιοχής μπορεί να είναι το ζητούμενο σε ορισμένες περιπτώσεις.
Αντίσταση κοντά στα 50Ω, θα βοηθήσει στον συντονισμό και στην μεταφορά από και προς το κοάξιαλ μας.
Όπως καταλαβαίνετε πολλοί απ’ αυτού του στόχους είναι μοναδικοί και δεν μπορεί να εφαρμοστούν δύο μαζί.
Υπάρχουν πάρα πολλά πράγματα που μπορεί να ζητήσουμε να μας κάνει ένα δίπολο. Αυτά που έχουμε προαναφέρει είναι και αυτά που εξαρτώνται από το ύψος του από το έδαφος. Γι’ αυτό λοιπόν δεν θα επεκταθούμε σε θέματα πολυσυχνοτικής (multiband) λειτουργίας, τροφοδοσία με ανοιχτή γραμμή και τα συναφή. Έτσι ας περιορίσουμε την έρευνα, στο πως τα χαρακτηριστικά ενός διπόλου αλλάζουν μεταβάλλοντας το ύψος του από το έδαφος.
Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα κατασκευάσθηκε σαν μοντέλο ένα υποθετικό συρμάτινο δίπολο χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα EZNEC (του W7EL). Το μοντέλο αυτό είναι κατά πολύ μέσα στις δυνατότητες επεξεργασίας του προγράμματος. Για όσους μπορεί να ενδιαφέρονται εδόθησαν οι πάρα κάτω προδιαγραφές:
Υλικό: 2.5mm χάλκινο σύρμα
Μήκος: 21.05m
Τύπος εδάφους: καλό (διαγ. 0.005 )
Συχνότητα: 7.00Mhz με κάποια μεταβλητότητα για συντονισμό του δίπολου ανάλογα με τις μεταβολές του ύψους.
το δίπολο υπολογίστηκε για διάφορα ύψη ξεκινώντας από τα .05 του μήκους κύματος (2.15m) έως τα 4 μήκη κύματος (170.7m) πάνω από έδαφος με καλή διαγωγιμότητα. Κάποιος μπορεί να διαφωνήσει με τον υπολογισμό των 170 μέτρων για ένα δίπολο των 40 μέτρων. Μην ξεχνάμε όμως ότι τα στοιχεία μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε άλλες μπάντες και ένα δίπολο των 10 μέτρων μπορεί άνετα να ανέβει στα 40 μέτρα ύψος.
Ο παρακάτω πίνακας μας δείχνει τα αποτελέσματα. Στις δύο πρώτες στήλες δίνεται το ύψος της κεραίας σε μήκη κύματος και σε μέτρα. Οι δύο επόμενες δείχνουν το μέγιστο κέρδος προς την επιθυμητή κατεύθυνση ( κατά πλάτος του σύρματος) ακολουθούμενο από την γωνία εκπομπής και τα -3 dB κάθετου εύρους ακτινοβολίας. Οι επόμενες δύο στήλες δείχνουν πάλι το κέρδος και την γωνία ακτινοβολίας/εύρος ακτινοβολίας, αλλά, για την κατά μήκος διεύθυνση (από τα άκρα του σύρματος).Τέλος οι τελευταίες δύο στήλες δίνουν την σύνθετη αντίσταση του σημείου τροφοδοσίας και την ακριβή συχνότητα συντονισμού για το συγκεκριμένο ύψος.
ύψος
ύψος

Επιθυμητή κατεύθυνση
Επιθυμητή κατεύθυνση

Άκρη Δίπολου
Άκρη Δίπολου



μήκη


Κέρδος
Γωνία Εκπομπής

κέρδος
Γωνία Εκπομπής

Συχν. Τροφοδ
σίας
Συχνο
τητα
κύματος
μέτρα

(dbi)
Εύρος ακτινοβολίας

(dbi)
Εύρος ακτινοβολίας

Z
Συντο
νισμού











4.0*
171.4

7.75
4 / 4

5.57
72 / 13


6.93
3.0
128.5

7.83
5 / 5

5.25
68 / 14

77+ j11
6.94
2.0*
85.7

7.80
7 / 7

0
39 /

75 + j12
6.95
1.5
64.3

7.72
9 / 10

-2.50
33 /

75 + j11
6.96
1.0*
42.8

7.64
14 / 15

-11.00
20 /

74 + j08
6.96
.9
38.5

7.03
16 / 17

-8.30
22 /

85 + j13
6.94
.8
34.3

7.16
18 / 19

-6.40
25 /

84 + j26
6.88
.7*
30.0

7.95
20 / 22

-4.50
30 /

70 + j30
6.88
.6
25.7

8.35
23 / 26

-1.95
40 /

60 + j16
6.94
.5*
21.4

7.45
28 / 33

-0.51
43 / 33

71 - j00
7.00
.4
17.1

6.06
35 / 47

1.30
59 / 102

93 + j04
6.98
.3*
12.9

5.59
50 / 137

4.71
90 / 80

100 + j32
6.86
.2
8.6

6.70
90 / 118

6.70
90 / 67

71 + j56
6.77
.1*
4.3

8.21
90 / 103

8.21
90 / 66

23 + j39
6.84
.05
2.14

9.61
90 / 99

9.60
90 / 72

7 + j12
6.95

* γραφικές απεικονίσεις γι’ αυτές τις κεραίες δίνονται πάρα κάτω
Ανάλυση της «Επιθυμητής Κατεύθυνσης:
Το πρώτο πράγμα που προσέχουμε είναι ότι το κέρδος στην επιθυμητή (κατά πλάτος) διεύθυνση μεταβάλλεται πολύ λίγο σε σχέση με το ύψος. Η μόνη αλλαγή στο σχήμα είναι στην γωνία εκπομπής του πρωτεύοντος λοβού. Καθώς η κεραία πλησιάζει όλο και περισσότερο προς το έδαφος η γωνία ακτινοβολίας γίνεται μεγαλύτερη και το -3 dB κάθετο εύρος ακτινοβολίας γίνεται πιο ευρύ. Σημειώστε ότι κάτω από το σημείο αναφοράς του μισού μήκους κύματος η γωνία εκπομπής αυξάνεται δραματικά. Εάν δε το δίπολο χαμηλώσει στα 0.3 μήκη κύματος η περισσότερη ακτινοβολία φεύγει κάθετα. Αυτό εξηγεί κιόλας τον «κανόνα» που θέλει το δίπολο να είναι σε ύψος το λιγότερο ½ του μήκους κύματος για να δουλέψει DX. Χωρίς να είναι απόλυτο όμως γιατί υπάρχει και το NVIS ή ΣΚΠΚ για το οποίο θα μιλήσουμε πάρα κάτω.
Ανάλυση της ακτινοβολίας των Άκρων:
Συχνά βλέποντας την γραφική απεικόνιση του διπόλου, βλέπουμε μία οξεία κοιλιά ακτινοβολίας στα άκρα του διπόλου. Αν και τεχνικώς είναι ακριβές, μπορεί να είναι πολύ παραπλανητικό καθώς και ο πίνακας δείχνει, διότι προσπαθούμε να απεικονίσουμε ένα σχήμα 3 διαστάσεων με 2 διαστάσεις. Είναι μεγάλης σημασίας το γεγονός ότι, υπάρχει ένα μεγάλο κέρδος στα άκρα του διπόλου το οποίο ακτινοβολείται με μεγαλύτερες γωνίες. Λόγο των πολλαπλών λοβών οι οποίοι δημιουργούνται πάνω από το ½ του μήκους κύματος δεν είναι εύκολο να αποτυπωθεί σε επίπεδη μορφή. Επιλέχθηκε να επιδειχθεί το κέρδος και η γωνία εκπομπής για τον δευτερεύων λοβό με την χαμηλότερη γωνία ακτινοβολίας αλλά, δεν πρέπει να παραγνωρίζουμε ότι αρκετά συχνά υπάρχει ένας πρωτεύων λοβός σε υψηλότερη γωνία.
Ανάλυση του Σημείου τροφοδοσίας:
Το μήκος της κεραίας αναφοράς επιλέχτηκε να συντονίσει στο ύψος του μισού μήκους κύματος. Όπως ήταν αναμενόμενο η αντίσταση του σημείου τροφοδοσίας άλλαζε σημαντικά με κάθε αλλαγή του ύψους. Έτσι λοιπόν επιβεβαιώνεται αυτό που συνιστούν όλοι λέγοντας ότι ανάλογα την τοποθεσία κόβουμε ανάλογα και το δίπολό μας. Επαναλαμβάνω το ύψος έχει πολύ μεγάλη σημασία. Την αντίστοιχη συχνότητα συντονισμού για το κάθε ύψος μπορούμε να την δούμε στην τελευταία στήλη.
Λοιπόν, Πόσο ψηλά πρέπει να είναι το δίπολο για να δουλεύει καλά;
Επιστρέφουμε λοιπόν για να δούμε τι θέλουμε να καταφέρει το δίπολό μας.
Για DX, το μεγάλο ύψος είναι απαραίτητο αφού περισσότερη ισχύς συγκεντρώνεται μεταξύ των 5 και 15 μοιρών και αυτό είναι το μεγάλο πλεονέκτημα. Ύψη γύρο στο ένα μήκος κύματος είναι απαραίτητα για να έχουμε και πλευρική εκπομπή στις ίδιες μοίρες. Όπως και να ‘χει το «ψηλότερα» δεν είναι και καλύτερα. Δώστε προσοχή στο μέγεθος των δευτερευόντων λοβών στην διεύθυνση κατά πλάτος του διπόλου. Μερικά ύψη δείχνει ότι δουλεύουν καλύτερα από κάποια άλλα στην καταπολέμηση του τοπικού QRM.
Για τοπικές επαφές χαμηλότερα ύψη δείχνουν να είναι πιο αποτελεσματικά. Προσέξτε πόσο πολυκατευθυντικό το δίπολό μας γίνεται στα μικρά ύψη. Κάτω από τα 0.4 του μήκους κύματος υπάρχει λιγότερο από 1 dB εξασθένησης στα άκρα του διπόλου, πράγμα το οποίο συνιστά ένα ύψος μεταξύ 0.3 και 0.4 του μήκους κύματος να είναι το ιδανικό για τοπικά δίκτυα και κουβεντούλα.
Η αντίσταση του σημείου τροφοδοσίας και το ταίριασμά της με την γραμμή μεταφοράς δεν δείχνει να έχει μεγάλη σημασία εκτός, από τα πολύ χαμηλά ύψη. Τα αποτελέσματα του ύψους σε 2:1 εύρος στασίμων δεν ερευνάται από το πρόγραμμα.
Διαγράμματα Ακτινοβολίας
Στο πρώτο διάγραμμα έχουμε ένα δείγμα της ανύψωσης και κατά πλάτος (λευκή γραμμή) και από το άκρο (κίτρινη γραμμή) για ένα ύψος 4 μήκους κύματος ή 170 μέτρων. Σημειώστε την σημαντικά υψηλή γωνία ακτινοβολίας προς όλες τις κατευθύνσεις συν το γεγονός των εξαίρετων λοβών χαμηλής γωνίας. Γωνία ακτινοβολίας (takeoff angle) 4°.

Αυτό το διάγραμμα δείχνει το δείγμα ανύψωσης για ένα ύψος 2 μήκων κύματος ή 85 μέτρων. Το λευκό ίχνος είναι κατά πλάτος του διπόλου. Το κίτρινο ίχνος είναι κατ’ άξονα (από τα άκρα). Ακόμα, αρκετή ακτινοβολία σε μεγάλες μοίρες. Γωνία ακτινοβολίας 7°.



Αυτό το διάγραμμα δείχνει το δείγμα ανύψωσης στο ύψος του 1 μήκους κύματος ή 42 μέτρων. Το λευκό ίχνος είναι κατά πλάτος και το κίτρινο κατ’ άξονα. Ο δευτερεύων λοβός είναι κάτω στις 47 μοίρες αλλά, ο πρωτεύων είναι στις 14 μοίρες.



Το διάγραμμα αυτό είναι ένα δείγμα ανύψωσης για ένα ύψος 0.7 του μήκους κύματος ή 30 μέτρα.
Το λευκό ίχνος είναι κατά πλάτος και το κίτρινο κατ’ άξονα. Ο πρωτεύων λοβός είναι στις 20 μοίρες. Προσέξτε τον μεγάλο κάθετο λοβό που εμφανίσθηκε.

Αυτό το διάγραμμα μας δείχνει ένα δίπολο στο μισό του μήκους κύματος ή 20 μέτρα. Η λευκή γραμμή είναι κατά πλάτος του διπόλου ενώ η κίτρινη κατ’ άξονα (από τα άκρα).
Αυτό είναι το κλασικό σχήμα με τον πλέον επιθυμητό κι ενδεικνυόμενο λοβό για DX επαφές, έτσι όπως το δέχεται η διεθνής βιβλιογραφία! (ARRL Antenna Book, Les Moxon G6XN)

Αυτό το διάγραμμα δείχνει την ανύψωση για ένα ύψος 0.3 του μήκους κύματος ή 13 μέτρα.
Το λευκό ίχνος είναι κατά πλάτος και το κίτρινο κατ’ άξονα.
μπαίνουμε σε κατάσταση «συννεφοθερμαντήρα» τώρα. Αλλά αυτό το θέμα της χαμηλής κεραίας θα μας απασχολήσει σε άλλο σημείο και άλλο άρθρο.

Αυτό το σχέδιο δείχνει την ανύψωση για ένα ύψος της τάξης του 0.1 του μήκους κύματος ή 4 μέτρα.
Το λευκό ίχνος είναι κατά πλάτος του διπόλου ενώ το κίτρινο κατ’ άξονα.

Όπως θα είδατε στα διαγράμματα, δημιουργείται το εξής παράδοξο.
Όταν το δίπολο είναι αρκετά χαμηλά η γωνία ακτινοβολίας του είναι κάθετη με αποτέλεσμα να μετατρέπεται σε ¨συννεφοθερμαντήρα¨ και να δουλεύει πολύ καλά με το φαινόμενο NVIS ή ΣΚΠΚ.*
Σε ένα μέτριο αλλά και εφικτό ύψος δουλεύει σαν κλασική DX κεραία.
Σε πολύ μεγάλο ύψος δε, τα κάνει κει τα δύο. ΑΛΛΑ!
Την κεραία των 7Mhz δεν μπορούμε να την σηκώσουμε στα 170 μέτρα, πόσο μάλλον την κεραία των 3.5Mhz στα 440 μέτρα, ενώ την κεραία των 28Mhz, ενώ μπορούμε να την σηκώσουμε στα 40 μέτρα δεν μας χρειάζεται ο κάθετος λοβός και εκτός αυτού για την μπάντα των 10 μέτρων υπάρχουν καλύτερες κεραίες!
Πολλά 73’s de M/SV3AUW