Antenner i teori och praktik

SM7EQL

Kortvågs- och UKV-tekniker
Häromdagen lyssnade jag en stund på 28 MHz som var öppet mot USA. Ganska goda signalstyrkor på 80 m antennen och SP600. Fick faktiskt lite blodad tand när jag kom på att jag för många år sedan fick en 6 elements Cue Dee med på köpet när jag skaffade några andra monobandsantenner för 14 och 21 MHz.

28 MHz har aldrig intresserat mig särskilt mycket och enligt landlistan har jag bara 16 kryss, d v s 16 DXCC-länder körda sedan 1969. Mycket att ta igen med andra ord. :rolleyes:

Antennen har precis rotats fram ur gömmorna under ogräset och nästa steg blir en ordentlig högtryckstvätt för att rensa bort den skånska leran och därefter uppsmörjning av bultar m m. Alla detaljer ser ut att finnas och är i förhållandevis gott skick så kanske man skulle ta sig i kragen och klättra upp med antennen i masten.

Någon dokumentation med mått har jag inte funnit så kanske någon här på Ham.se kan ge mig måtten. Cue Dee 628 heter antennen.

attachment.php


Med måttband har jag i alla fall mätt upp elementlängderna som använts av förra ägaren och märken i bommen skvallrar om placeringarna. Siffrorna matades in i EZNEC-simulatorn och plotten det ser väl rimlig ut. Gain 15 dBi markgain inräknat och huvudloben i 7 graders elevation med antennen på 21 m höjd. Dock kommer jag inte ihåg vilka värden på konduktivitet och Er som marken häromkring har men det spelar nog mindre roll vid horisontell polarisation. Real MININEC ground 0,005S/m och Er13 har jag använt.

Jag har möjlighet att montera antennen på olika höjder från c:a 16 m upp till knappt 25 m. Enligt simuleringarna så skiljer det inte så där värst mycket mer än att högre höjder ger fler och smalare lober samt att elevationsvinkeln för lägsta loben sjunker någon grad. Gain är det samma inom några tiondels dB. Av praktiska skäl väljer jag 21 m där monteringen mot masten blir enklast.

Men, en sak som jag funderade på och som kanske någon kan reda ut är huruvida dessa teoretiska djupa dipp mellan loberna verkligen existerar i verkligheten. I teorin är det solklar men i min trädgård och grannarnas trädgårdar finns såväl små som stora träd och buskar. Några hus och uthus hamnar också inom antennens närområde.

Är det inte så att dessa djupa dipp kan tänkas fyllas ut och dippen i verkligheten kanske bara blir några få dB eller så? Jag kan inte minnas att denna frågan varit uppe till diskussion men nog måste väl någon gjort en helikoptermätning för att kika på typiska KV-yagis över mark och hur loberna ser ut. Inte nu för att det kanske spelar någon roll i praktiken utan bara av ren nyfikenhet.

Ordet är fritt

/Bengt


.
 

Attachments

  • h21m.jpg
    h21m.jpg
    41,8 KB · Views: 525
En gång i tiden gjorde jag en moxon-antenn för 70 cm. Då den (också) har horisontal polarisation och riktverkan blir strålningsdiagrammet ungefär som ditt ovan om man ser den från sidan. Antalet "flikar" beror på höjden och våglängden och är verkligen tydliga i verkligheten. Genom att luta antennen framåt sakta kunde man räkna dippen utan problem.

Dippen återfinns troligen även på 10 m speciellt om höjden över mark är så hög att de får "blomma ut" fullt.
 
Är det inte så att dessa djupa dipp kan tänkas fyllas ut och dippen i verkligheten kanske bara blir några få dB eller så?

Nej dessa "dippar" kan bli ganska djupa. Man kan vid något givet tillfälla hamna i en nolla
beroende på den inkommande strålningsvinkeln just vid det tillfället och kan mycket väl
tappa 10 - 15 dB, dock ligger de reflekterande skicken sällan på konstant höjd utan varierar i höjd så man kan klara sig lite bättre.
 
Orsaken till sidoloberna och de djupa "dipparna" är interferens mellan vågor som kommer från den fysiska antennen och från dess spegelbild i marken.

Då uppstår det utsläckning i fjärrfältet mellan vågor som går direkt mellan antennen och en betraktare långt bort och vågor som reflekterats från marken. Eftersom markreflexen är ganska väldefinierad på 28 MHz blir utsläckningen effektiv och "dipparna" djupa.

Däremot har detta ingen direkt praktisk inverkan, eftersom spridningen av strålgången vid jonosfärisk utbredning gör att infallsvinklarna för en given förbindelse uppträder i ganska stora intervall.

73/
Karl-Arne
SM0AOM
 
I praktiken kan vi inte göra så mycket åt "dipparna" mer än möjligtvis sätta upp fler antenner på olika höjd som kan kombineras eller kopplas in allt efter behov - så som några av de större conteststationern ser ut.

De infallande vågorna får väl också ses som ett diffust "strålknippe" snarare är en laserpekare vars smala stråle reflekterats i en perfekt spegel. Som EKM skriver så är de joniserade skikten i ständig förändring och reflektionspunkten kan väl ses som en diffus volym där uppe.

Det jag funderade på och försökte dra en parallell till är att i dämpade mätkammare för EMC- eller antennmätningar använder vi absorbenter i form av antingen koner eller ferritplattor som har till uppgift att minska oönskade reflektioner i väggar och tak. Här blir det tydligt att ju effektivare absorbenterna är ju renare blir antennloben och ju mer fylls "dippen" ut. Ett perfekt dämpat rum närmar sig free space.

Om vi tänker oss att 6 ele 28 MHz yagin nu monteras på ett fritt fält utan vare sig andra master, träd, byggnader m m så är det lätt att föreställa sig att förlusterna i området där markreflektionen sker är låg vilket ger en splittrad huvudlob med djupa "dipp" och fler sådana ju högre över marken antennen sitter.

Men om marken istället är belamrad med träd och buskar med grönt fuktigt grenverk så borde dessa träd till viss del fungera som absorbenter i likhet med konerna i det dämpade mätrummet.

Av erfarenhet vet jag att införande av små förhållandevis ineffektiva absorbenter i ett odämpat rum har stor inverkan på djupet i de minimum som skapas genom interferens. Det sker mycket i början men för att bli av med minimumen helt så krävs större och effektivare absorbenter.

Så om nu simuleringsprogrammen där någon sorts "real ground" utan träd etc ger "dipp" i häradet -15 dB används, är det då inte rimligt att anta att dessa djupa dipp i viss mån fylls ut i ett fall där antennens omgivning innehåller absorbenter i form av stora träd och byggnader. Ganska stora i förhållande till våglängden 10 m.

/Bengt
 
Last edited:
Ett mycket intressant ämne. Jag har gjort omfattande försök med antenner på olika höjder och vid olika frekvenser. Antennmasten står på ett 30 meter högt berg, men inom 300 till 500 meter finns nästan lika höga berg i en del riktningar. De "förstör" strålningsdiagrammet.
Jag har använt programmet HFTA som följer med ARRL Antenna Book för att gissa strålningsdiagrammet, HAM Cap för att gissa aktuell strålningsvinkel och Reverse Beacon Network för att få mätvärden, förutom omfattande lyssning och en del förfrågningar till motstationer. Jag får starta en egen tråd någon gång för att diskutera resultaten, men bifogar en bild som visar att en DIPOL på 10-15 meters höjd kan ge samma signalstyrka som en 3 el beam på 25 meters höjd under en stor del av dygnet i JA och ZL. Vid andra tidpunkter är beamen mer än 10 dB bättre.
HFTA har en del buggar, men om man genomgående håller sig till "feet" och inte använder "stackar" verkar resultaten rimliga.
Vidare får man göra ett antal körningar i närliggande riktningar och höjder för att sortera bort anomalier.

/Roland
 

Attachments

  • Mot Japan.jpg
    Mot Japan.jpg
    97,6 KB · Views: 94
BRF:
>tt diskutera resultaten, men bifogar en bild som visar att en DIPOL på 10-15 meters >höjd kan ge samma signalstyrka som en 3 el beam på 25 meters höjd under en stor del >av dygnet i JA och ZL. Vid andra tidpunkter är beamen mer än 10 dB bättre.

De refleterande skickten ändrar sig i höjd under dygnets timmar samt var på en solfläckscyckel vi befinner oss spelar också in på resultatet. Alltså vid viss tid/period
på en solfäckscyckel är detta fullständigt normalt.

AOM:
>Däremot har detta ingen direkt praktisk inverkan, eftersom spridningen av strålgången >vid jonosfärisk utbredning gör att infallsvinklarna för en given förbindelse uppträder i >ganska stora intervall.

Riktigt men jag vet att man vid vissa givna tillfällen kan hamna i "nollorna" och det mycket väl inverkar, dock är detta som sagt inte statiskt så man kanske kan generalisera
och säga att det inte har någon praktisk inverkan.

Det viktigaste är ju egentligen var man har huvudloben, har man en ensam Yagi är det
inte mycket man kan göra än att sätta den på en höjd som generellt fungerar bra.
Då det gäller 28 MHz är det ingen större fara att sätta antennen mycket högt, man
kan nästan aldrig sätta den för högt, dvs ju lägre strålningsvinkel på huvudloben desto
bättre.
Då det gäller frekvenser som 14 och 18 MHz kan man nog tänka sig för, på dessa band
kan man mycket väl sätta antennen för högt och få för låg strålningsvinkel på huvud-
loben.

Jag kan ju som exempel berätta ett fall från det verkliga livet. En gång i tiden hade jag
en 20m 5 el Yagi stack med antennerna på 14m och 30m. Den antennen fungerade mycket bra och behövde aldrig någon "switchning", dvs man kör endera övre undre eller
båda i fas. Båda antennerna i fas var det enda läget som gällde.
Då en dag byggde jag om och satte antennerna på 19m och 38m och då blev det något
helt annat. Märkte att stationer med antenner typ 3 el Yagi på 20m höjd började nästan
bli starkare än jag, detta gällde SM2 - USA (speciellt östkusten). Just i denna veva
fick jag igång en 4 el Yagi för 14 MHz på 21m höjd, hade nu nått att jämföra mot.
Upptäckte då att 4 el Yagin kunde vara 10-15 dB bättre mot USA östkust än 5/5 Yagi
stacken, i detta fall hade jag säkert problem med någon nolla mellan loberna. 5/5 Yagi
antennen var däremot helt dominant tex långa vägen VK/ZL. Detta är ju inte konstigt
heller. Nåja det var lätt att fixa situationen med switchning så att jag istället kunde
köra 5/5 Yagi antennerna "ur fas" istället för "i fas", då var ordningen återställ igen.
Detta gällde precis runt ett solfläcks maxima. Då man är runt ett minima spelar det
ingen roll längre, dvs 5/5 stacken "i fas" är alltid bättre än "ur fas".
Alltså kontentan är att på 14 MHz måste man tänka sig för när man börjar få antenner
2 väglängder upp, för en singel Yagi är det på tok för högt.
När man sen går högre i frekvens blir det mer och mer så att ju lägre strålningsvinkel
desto bättre och på 28 MHz kan man nästan aldrig ha en antenn för högt.
 
Last edited:
Sådant här är notoriskt svårt att uttala sig om.

Det skulle behövas kunskaper om reflektionskoefficienten hos markens belopp och fas
för ett stort urval av infallsvinklar på den aktuella frekvensen.

Vad man vet så är inträngningsdjupet hos normal jord endast några dm vid 30 MHz, så beloppet av reflektionskoefficienten ligger nära 1 när infallsvinkeln är liten.

Absorbenter måste dels ha en liten egenreflektionskoefficient, och dels vara formade så att de ger en tillförlitlig absorption på den aktuella frekvensen. För frekvenser runt 30 MHz behöver då måtten i alla ledder på dessa vara i häraden 5 - 10 m för att effektivt kunna absorbera fält som faller in nära rätvinkligt mot ytan.

Det bör gå att med strålgångsoptik rita upp hur interferensmönstret uppstår på olika avstånd från antennen i fjärrfältet som funktion av antennhöjden.

73/
Karl-Arne
SM0AOM
 
28 MHz är ett roligt band. Jag har kört med 5 el Que Dee både härifrån Björklinge (SM5) och Norrsundet (SM3). Antennen har varit placerad på TV-maströr några meter över husnocken, och kanske 10-15 meter över marknivån. Har ofta fått respons typ "only station in Europe" då jag kört runt midnatt mot västra US och Canada och ibland mot KL7 och KH6. Några gånger har det också funkat att köra ZL via Alaskavägen! ;-)

En del av de där kontakterna kräver gott CW/brus-öra. Har du det är det bara att sätta upp antennen och börja lyssna! Enjoy! ;-)

Sture
 
Ja det skall bli kul att prova ett nytt band Sture.

Idag har jag plockat isär alla detaljer kring gamma-mataren på drivelementet. Nog lika bra att göra en fullservice och byta ut PL-kontakten till en N. Det är en svag punkt i konstruktionen men i övrigt är det nog inga problem.

Efterlyser mått på Cue Dee 628 om någon nu har sin manual kvar. Jag noterade att kortslutningsklammern för gammamataren suttit på två vitt skilda ställen så nu vet jag inte vilket som är det rekommenderade om något. Sak samma med de andra elementlängderna. Någon har fibblat med måtten och gjort antennen något längre. Kanske för 27 MHz! :rolleyes:

/Bengt
 
Last edited:
Bengt:
Det kan tänkas att jag har mått på 628´an. Är uppe i Kiruna just nu så kan inte kolla men
om jag inte glömmer bort det ska jag kolla då jag kommer hem i morgon.
 
Sture, skulle tro att det är samma mått i allt väsentligt. I alla fall gamma-mataren. Vill du scanna och maila?

Janne, ja kolla gärna. Vet man om Cue Dee designade antennerna för CW/SSB eller det finns mer optimerade mått för CW? Kan inte skilja så mycket men här är det only CW-delen som gäller.

/Bengt
 
Last edited:
BRF:
>tt diskutera resultaten, men bifogar en bild som visar att en DIPOL på 10-15 meters >höjd kan ge samma signalstyrka som en 3 el beam på 25 meters höjd under en stor del >av dygnet i JA och ZL. Vid andra tidpunkter är beamen mer än 10 dB bättre.

De refleterande skickten ändrar sig i höjd under dygnets timmar samt var på en solfläckscyckel vi befinner oss spelar också in på resultatet. Alltså vid viss tid/period
på en solfäckscyckel är detta fullständigt normalt.
.

Jo, men det var inte det jag ville påvisa utan att i vissa riktningar har i mitt fall en låg dipol lika kraftig lob vid en låg strålningsvinkel som beamen på 25 meters höjd. Fenomenet kommer av bergen som ligger några hundra meter bort. Detta bekräftas av otaliga tester.

/Roland
 
EQL:
Jag skulle inte alls lita på att 528 är väsentligt lika i designen som 628.
Jag kommer inte ihåg om man hade CW och SSB mått. Det är himmelens länge sedan
jag kollade på det där. Ska kolla i pärmen då jag kommer hem.

BRF:
Aha jag missade berget, tänkte inte på det. Ja en antenn med högre strålningsvinkel
är säkert bättre än en lägre i det fallet men man förlorar ju hela tiden i låga vinklar
hur än man gör. Trist med berg!!
 
Föresten Bengt. Vet inte hur jag skall säga detta men man måste komma ihåg att CUEDEE
designerna är mycket gamla, gjordes nog på sent 70 tal och tidigt 80 tal. I många fall
användes inte datorsimulering. Mycket av det där vet jag att man kan få till mycket
bättre med datorsimulering, i alla fall om man vet vad man gör. Många designer var nog
inte helt lyckade.
 
Ja det var ju en tänkvärd kommentar Janne. Kanske bättre att köra en hel optimeringrunda från scratch och se vad som kan åstadkommas.

Jag mätte som hastigast upp bef elementlängder med måttband och matade in siffrorna i EZNEC mest för att se om det blev rimliga svar och hur loberna skulle placera sig. Det är den plotten jag klippte in i mitt första inlägg. Dock har jag inte tagit hänsyn till de minskande elementdiametrarna utan använt 25 mm rakt av. Det blir ju så himla många sifferrader att mata in...

/Bengt
 
Bengt, nej det blir inte bra. Du måste ta hänsyn till element tapering. Jo många siffror
blir det men det är ett måste.
 
Jag vet, jag gjorde ju så på min 18 MHz Monobander och det gick bra. Japp, bara att kavla upp skjortärmarna och börja knappa in alla måtten.

/Bengt
 
Jag har fått tag på alla mekaniska mått till CueDee 628 nu. Antennen är också helrenoverad och helt återställd till fabriksinställningarna. Förmodligen en god start att arbeta vidare ifrån. ;)

Det är väl ganska troligt att antennen kommer att fungera tillräckligt bra och SVF hamna inom rimliga värden när den kommit på plats på 21,5 m höjd över marken. Dock hade det varit intressant att närmare undersöka huruvida gamma-matningen är optimalt injusterad eller ej och om inte justera in den ordentligt.. Man vill ju gärna ha SVF 1:1 eller hur?

Det går att temporärt montera antennen på rätt höjd i masten men bommen förskjuten så att gamma-matningen kan nås för justering. Lite bökigt blir det men det är i alla fall en möjlighet för att kunna finlira med matningen på plats. Några andra CueDee monobanders jag haft uppe har visat ganska dålig SVF i häradet 2:1 på bästa frekvens och andra i häradet 1,3:1 eller så.

Hur gör andra när SVF trimmas in i de fall matarelementet inte är nåbart eller svårligen nåbart när antennen är monterad på rätt höjd uppe i masten där den skall sitta?

Jag vet många som trimmat och haft sig med antennen på en trappstege några meter över marken men kan inte tänka mig att det är en användbar metod även om den är bekväm...

Och så här ser antennen ut i EZNEC när alla måtten på elementlängder och de olika segmentens diameterar matats in. Många rader kod blev det men nu är det gjort.

attachment.php


EZNEC anger 16,3 dBi gain motsvarande c:a 8,5 dBd i free space vilket väl kan vara rimligt. Huvudloben peakar i 7 grader.

Drivelementets beräknade impedans vid resonans är 25 ohm och hamnade strax över 28,0 MHz. Bör inte vara några problem att anpassa mot 50.

/Bengt



.
 

Attachments

  • h21m_tapered_ele.jpg
    h21m_tapered_ele.jpg
    39,4 KB · Views: 222
Last edited:
Back
Top