Enkel fältstyrkemeter för 1179 kHz

Det är lätt hänt att göra tankevurpor. Jag har redan gjort jättemånga sådana i alla mina projekt och fler skall det bli. Lita på det! Det är av misstagen man lär sig sägs det ju. :rolleyes:

Jag har plockat fram mätvärdena från en tidigare undersökningen av hur bilens orientering påverkade monopolantennens lob när den var monterad mitt på taket på en V70. Baserat på 100 mätvärden med 25 st i varje huvudriktning front, höger sida, bak och vänster sida så är medelavvikelsen mellan de olika riktningarna 0,09 dB mätt under totalt 1 timma och på 27 km avstånd. Skillnaden mellan lägsta resp högsta registrerat mätvärde i hela serien är 0,38 dB.

Mätvärdena från loop-antennen på samma mätplats med loopen på 10 m avstånd från bilen gav en största avvikelse mellan lägsta och högsta registrerat mätvärde om 0,24 dB. Även detta under samma tidsperiod 1 timma. Vid just detta tillfället noterades dock ingen sådan större avvikelse där monopolen tappade signal i förhållande till loop-antennen som den vi diskuterat i tidigare inlägg.

Syftet med undersökningen var att finjustera antennfaktorn i monopolen för bästa överensstämmelse med loop-antennen så att de båda antenner indikerar samma värde. Så lite som 0,1 dB justering på gainpotentiometern ger stora utslag och märks tydligt. Nu gällande inställning har visat god överensstämmelse med mätresultaten från de andra mätplatserna men där avvikelserna mellan antennerna från plats till plats ofta kan uppgå till någon dB och i enstaka fall så mycket som 3-6 dB. Dock kan det ha funnits nergrävda ledningar i marken som naturligtvis kan koppla och ge korrupta mätvärden. Jag noterar sådana oönskade effekter här i gatan där jag känner till var kommunen har sina elkablar. Stor påverkan blir det så det gäller att försöka komma ut en liten bit på åkrarna när det skall mätas noggrant med loopen.
 
Om jag minns mitt Skåne rätt finns det både gott om åkrar och små "infarter" från vägarna där bonden tar sin väg ut på åkern med traktorn :)
 
Jo tack, det finns många leriga markvägar vi använt oss av men det kan ändå vara svårt att finna helt fria ställen utan elstängsel och näraliggande kraftledningar m m. Det går att se i den insamlade rådatan att några av de platser som vi inte var riktigt nöjda med men ändå stannade och mätte ifrån har gett tveksamma resultat. Det har med få undantag varit i närheten av någon lantgård eller skogsparti eller bara i skuggan av en höjd en bit bort. En liten hussamling på landet drar ner E-fältnivån 5-10 dB medan det värdet på loopen inte påverkar mer kanske 2-3. Men allt sådant mixtrande ger ju erfarenheter och vi har också sett att kurvorna blivit jämnare för varje gång vi kunnat isolera bort oönskad påverkan och brister i mätutrustningen. Det är som med all annan mätning. Det finns massor av "osynliga" parametrar som påverkar och ibland har man maximal otur så att alla avvikelserna sammanfaller och adderar sig på värsta tänkbara sätt. Har man då för få mätvärden så går det inte att dra några säkra slutsatser alls.

Om man jämför med rådatan från 1928 års mätningar från olika rundradiostationer så är våra avvikelser mindre men efter att man medelvärdesbildat 1928 års mätvärden längs mätsträckan så följer de den teoretiska linjen nästan exakt. Man kan se att vissa mätvärden som varit uppenbart tveksamma sorterats bort eller viktats. Men så brukar man ju göra.
 
Last edited:
SM7EQL said:
Kurvan utgår ifrån uppmätt medelvärde av 83,41 dBuV/m x km från sex mätpunkter i en sektor av 150 grader med helt fri sikt till antennen. Låter man beräkningsprogrammet räkna baklänges så skulle det krävas 2,57 W ERP eller 15,5 mV/m för att generera 83,41 dBuV/m x km.
Click to expand...

Tycker att antennen borde generera en högre utstrålad effekt än 2,5 W om man tittar på strålningsresistans, jordförluster och sändareffekt. Måhända absorberas en del effekt i den närliggande vegetationen. Är det ca 50 m avstånd till träden?

antenn.JPG
Finns tillgång till motorsåg... ?
 
Last edited:
Ja jag vet inte vad jag skall tro Christer. Verkningsgraden är beräknad till c:a 13% inkl okänt loss i L-nätet. Det är den ERP som behövs för att generera den fältstyrkan vi mätt upp på 1 km avstånd. Du angav c:a 75% teoretiskt värde i ett tidigare inlägg. Den ursprungliga T-antennen från 1928 som var 40 m hög med 90 st 100 m radialer mättes upp mer noga 1939 då man ville jämföra den med den nya halvvågsantennen. Verkningsgraden för T-antennen beräknades då till 56%. Så att vår pyttelilla 15 m höga antenn med fyra radialer och topplinor skulle prestera 75% verkar orimligt. Kanske har vi någon dB loss i L-nätet som skulle förbättra verkningsgraden en aning och möjligen är de dielektriska förlusterna i antennens reaktiva zon större än vi hoppas. Bara en teori. Inmatad effekt till L-nätet är mätt till 20 W på en Bird 43 som visar rätt på 100 W nivån. 250 W plugg.

Hela beräkningen som landar i 2,57 WERP utgår ifrån att den kalibrerade loopen där det finns spårbar kalibreringsdata på antennfaktorn är frisk. Resten av mätutrustningen har jag också full koll på inom några tiondelars dB.

Antennen är flyttad till en betydligt friare plats än på bilden ovan och 1 km mätningarna har gjorts i sex riktningar med helt fri sikt till antennen. Mätvärdena ligger mycket nära varandra. Tror det var några tiondels dB mellan fem av dem och ett värde som var aningen lägre.
 
Det är måhända inte meningsfullt att försöka beräkna utstrålad effekt baserat på teoretisk strålningsresistans och antennström.
Får förpassa mina antennböcker till ett mörkt hörn av vinden.
 
Last edited:
Efter att ha projekterat ett antal antenner för 518 kHz och gränsvågsområdet vill jag påstå att jordförlusterna alltid underskattas.

Det går åt ett mycket stort antal radialer för att få upp verkningsgraden till 40-50% i synnerhet på 518 kHz.
Dessutom behöver radialerna vara ganska långa för att förlustresistansen ska förbli hanterlig.

Man fick nöja sig med en uppmätt verkningsgrad i häraden 20-25% på 518 kHz för 50 m höga vertikaler med toppkapacitans, och 30-40 radialer. Det fanns stationer med "feta signaler" på 500 kHz som Norddeich Radio DAN, och de använde 70-80 m höga metalltorn med stora kapacitanshattar och 100-tals radialer nära saltvatten.

73/
Karl-Arne
SM0AOM
 
DAN kommer jag ihåg som en av de riktigt starka!

Men då låter ju 13% verkningsgrad på vår antenn nästan lite för bra? Finns det något bättre sätt att mäta verkningsgrad i antennsystemet än så som jag gjort?

Ineffekten kan mätas med ganska hög noggrannhet och är då känd. Fältstyrkan på t ex 1 km avstånd kan också mätas och under förutsättning att mätantennen är korrekt kalibrerad så fås även här hög noggrannhet. Fler mätpunkter ökar noggrannheten.

Jordförlusterna den första kilometern anses av FCC m fl vara försumbara för mark med god konduktivitet. Vad jag kunnat se så räknar man med 0,2-0,4 dB lägre värden på 1 km avstånd relativt inverse distance värdena. Man kan anta att det lägre värdet gäller för en antenn med ett stort jordplan och mycket god markkonduktivitet och det högre värdet för få radialer och mycket god konduktivitet som vi förmodligen har i denna delen av Skåne.Jag har inte funnit något belägg för att det är så men tycker det verkar logiskt.
 
Med allting annat konstant så minskar verkningsgraden som funktion av kvadraten av våglängden, så en antenn på 518 kHz får 1/4 av verkningsgraden av en för 1036 kHz.

Det är inte markförlusterna i fjärrfältsområdet som är dimensionerande, utan de som uppstår i själva området runt där radialnätet slutar.
Där uppstår en diskontinuitet mellan ledda vågor eller konduktionsströmmar på utsidan av radialerna och fria vågor eller förskjutningsströmmar vilka utbreder sig både i rymden precis ovanför marken och nere i marken.

Den metod för att bestämma verkningsgraden som används är den näst bästa jämfört med helikoptermätningar av fjärrfälten i en tillräckligt stor halvsfär runt antennen.

73/
Karl-Arne
SM0AOM
 
SM7EQL said:
[...] Den enda kommentar jag finner i litteraturen om detta är en FCC-rapport där man kort klargör att fältstyrkemätningar skall ske med skärmade loop-antenner för att få stabila och repeterbara mätvärden. Det kan säkert stämma då monopolen är mycket känslig för hur jordplanet ser ut och dess utbredning samt höjd över marken samt matarkabelns längd och förläggning. Strömdrosslar för att helt isolera bort matarkabelns inverkan hjälper inte här. Om monopolens höjd ökas från noll (marknivå) till 1 m så ökar signalnivån c:a 6 dB och fortsätter att öka med ökad höjd. Detta har dock tagits hänsyn till när antennen monterats och kalibrerats på biltaket. Loop-antennen däremot ger i princip konstant utnivå oberoende av höjd över marken. En mindre skillnad om c:a -0,1..0,2 dB har noterats vid markmontering och c:a +0,5 dB om loopen placeras <50 cm över biltaket. Men även denna påverkan går naturligtvis att kompensera för om så önskas. Dock är loopen opraktisk för mobilt bruk och under färd då den behöver riktas mot sändaren med ganska hög noggrannhet för att få korrekta mätvärden.

Ju mer man lär sig ju fler frågor dyker upp. Tur att det finns massor av fritid att lägga på sådana här projekt som några av mina närmaste kompisar redan klassat som fullständigt meningslösa. -Varför, varför, säger de?
Click to expand...

Bengt, när jag läste teoretisk elektroteknik hade boken (David Cheng: Field and wave electromagnetics) den elementära magnetiska antennen och den elementära elektriska antennen, en liten slinga respektive två korta (jämfört med våglängden) spröt. De analyserades grundligt och i fjärrfältet ser de likadana ut. Därför är yagin och quaden liknande: ett matat element med liknande parasitelement framför och bakom. Dessutom tänker jag att om man bara har ett ben i antennen, så försöker naturen hitta ett annat ben. Då kan det variera om man inte har ett bra jordplan. Begreppet motvikt är jag inte förtjust i, då det är antennens andra ben. Vad säger antennexpertisen här?

En vän undrar varför jag ägnar mig åt amatörradio, när det finns internet. Då undrar jag varför han flyttar pjäser på ett bräde på sin fritid.

PS Jag får medge att jag har inte läst Erik Halléns Elektricitetslära särskilt mycket.

Edit: Hallén
 
För övrigt: Jag lyckades inte höra sändaren när jag senast var i Skåne och Själland. Det är ett intressant projekt, Bengt!
 
En antenn har exempelvis strålningsresistansen 1 Ohm. Denna antenn matas med strömmen 1 Ampere. Utstrålad effekt blir 1 Watt enligt Ohms lag. Detta kan inte påverkas av jordnätets utformning.
 
Jordnätet påverkar i alla fall hur mycket av din beräknade effekt om 1 W ERP som kan hållas borta från att värma maskarna i marken. Dvs ett bättre jordnät ger mindre förluster omedelbart under antennen och därför högre signalstyrka på avstånd även om den beräknade ERP:n är 1 W. Din metod visar alltså inte att antennen i sig är effektiv eller hur dålig den är.

Hela frågan vrider sig kring problemet att mäta ERP från en antenn med okänd verkningsgrad. Det enda vi känner till är hur mycket effekt som matas in till antennsystemet och vilken fältstyrka som genereras på 1 km avstånd. Mer vet vi inte. Men vi vill gärna veta vad det uppmätta värdet motsvarar i ERP och vilken verkningsgrad antennen har. När vi vet det så kan vi göra en bedömning av huruvida antennsystemet är bra eller dåligt vilket i sin tur ger en vink om hur bra vi lyckats och om det finns någon förbättringspotential. Så tycker jag man bör kunna se på saken ur ett användarmässigt perspektiv.

Jag har läst att rundradiofolket redan på 20- och 30-talen brottades med problemet att fastställa ett värde på ERP för korta antenner för LF- och MF-banden. Beräkningar av ström m m gav inte rättvisande resultat på grund av olika faktorer som man inte hade tillräcklig koll på och som inte lät sig mätas upp. Jordnätets styvhet var en sådan faktor. Ett sätt att komma runt problemen blev då att mäta fältstyrkan som genererades på ett avstånd från antennen väl utanför närfältet men inte så långt bort att markens egenskaper skulle börja påverka allt för mycket. Det var så som mätmetoden att mäta fältstyrkan refererat till 1 kW @ 1 mile och sedermera @ 1 km uppstod. Ur den uppmätta fältstyrkan @ 1 km så kunde sedan ERP räknas ut teoretiskt. Det är så FCC gör när man fastställer om en rundradiostation uppfyller kraven genom s k Proof of performance mätningar. FCC beräkningsprogram bygger på den principen och även det programmet jag använder där man refererar den beräknade ERP @ 1 km till en kort förlustfri monopole.

Om jag fattat saken rätt så skulle de 15 mV/m @ 1 km som vår antenn genererar motsvaras av 2,57 W ERP från en förlustfri monopol. Dvs en antenn som inte går att realisera i praktiken. Men trots den orealiserbara antennen så har vi fått en siffra på ERP. Så gjorde Kungliga Telegrafverkets Radiobyrå också i mätningarna 1928 och 1939. Knappar jag in deras mätvärden i programmet så stämmer resultatet perfekt med den antennverkningsgrad de räknat ut.

Det här är ett mätteknisk mycket intressant problem även inom amatörradion då vi ju har tillstånd för 1 W eirp på 472 kHz bandet. Så i princip borde alla som använder det bandet ha tillgång till mätutrustning och behärska dessa mätmetoderna eller hålla den inmatade effekten till antennsystemet så låg att den teoretiskt möjliga utstrålade effekten garanterat understiger 1 W eirp.

Undrar om PTS själva har utrustning för sådan tillsyn av maximalt tillåten eirp och vilken metod de i så fall avser använda om det uppstår behov av kontroll.
 
PTS har i teorin dessa möjligheter i likhet med alla andra genom att skicka ut en mätbil med R&S ESH3 och HFH-Z2 mottagare och antenn, och göra samma sorts mätningar och kurvanpassningar som Bengt/EQL gjort.

Sedan man gjort sig av med den helikopterburna mätutrustning som fanns fram till 80- och 90-talen kan man inte längre göra direkta mätningar av den utstrålade effekten i alla riktningar och därmed antennens strålningsdiagram och totalverkningsgrad.

Jag misstänker att ev. effektöverträdare på 137 och 472 kHz kan göra detta ganska riskfritt.

73/
Karl-Arne
SM0AOM
 
Last edited:
AIB skrev: "Dessutom tänker jag att om man bara har ett ben i antennen, så försöker naturen hitta ett annat ben. Då kan det variera om man inte har ett bra jordplan. Begreppet motvikt är jag inte förtjust i, då det är antennens andra ben."

Så kan man kanske se det. Det andra benet är i regel matarkabeln som kan förläggas på olika sätt från gång till gång och därmed fås olika resultat. De första mätningarna jag gjorde med en kommersiell aktiv mätantenn (monopol) av fabrikat Singer blev tämligen ostabila och mätvärdena varierade inom ca 10 dB beroende på kabellängd och placering av antennen. Den antennen var avsedd för EMC-mätningar enligt MIL STD 461. Efter att ha läst en utredning som sedan resulterade i ändring av kalibreingsrutiner och rekommenderad mätuppställning i standarden så framkom att många mätlabb i USA i åratal med stor sannolikhet mätt helt fel och det är ju tragiskt. Problemen bestod i att kalibreringsmetoden som tillverkarna angett för denna typ av antenner i sig gav repeterbara värden men att olika fabrikat av samma sorts aktiva antenner gav avvikande värden. Det handlade om någon till några dB om jag minns rätt.

Jag jämförde för skojs skull några olika mätuppställningar i EMC-labbet och kunde konstatera att det var lätt hänt att få stora avvikelser i häradet 10 dB eller mer beroende på hur och om man jordade mätantennens egna lilla jordplan i skärmrummets golv eller på en plåt på bordet. Så jag insåg problemet. Om man får så olika värden utan att i sak bryta mot standarden som den var skriven så är det ju svårt att bestämma vilket värde som är rätt. Samma sak gäller för utomhusbruk där antennen när den används för vissa EMC-mätningar placeras 1 m över marken. Olika värden beroende på etc. Vilket är rätt?

Genom att tillverka en jordstav med ett kort spjut ner i marken och en kapacitiv platta för att dels hålla avståndet 1,0 m konstant och dels få en tillräckligt god jord av det lilla jordplanet 62 x 62 cm som tillhör antennen så gick det att helt komma bort ifrån matarkabelns påverkan. Mätuppställningen blev nu helt stabil. Dock fick antennfaktorn räknas om för att de uppmätta värdena skulle stämma överens med värdena från den kalibrerade loopen som jag här använder som referens i alla mätningarna. Men efter den modifieringen så är monopolen fullt användbar den också.

För bilmontage tillverkade jag en egen aktiv antenn då det visade sig att Singer-antennen ändrade förstärkning med temperatur. Från rumstemperatur till c:a 10 grader utomhus ändrade sig gain drygt 1 dB. Det är oanvändbart. Förstärkningen i den nya aktiva antennen minskar 0,1 dB från c:a 25 grader till 10 grader. Så tar man hänsyn till den tiondelen och kalibrerar antennen hängande utanför fönstret i förväntad arbetstemperaturen precis inför en mätning så blir det bra.

Biltaket och bilens kaross fungerar som ett impedansstabiliserande referensjordplan av samma slag som används inom en del EMC-mätningar. Ett stort plåtklätt bord som man sedan bygger upp de olika mätuppställningarna på. Som jag skrev tidigare så blir antennens utnivå otroligt stabil då bilens yta är relativt stor och förhoppningsvis inte ändrar form om man kör försiktigt. Man kan nog anta att kapacitansen mot vägbanan inte heller varierar så pass mycket att det spelar någon roll. Dock ändrar sig mätvärdena några tiondels dB hit och dit om dörrarna öppnas eller bakluckan fälls upp. Så det får man hålla i minnet om det skall mätas noga.
 
You must log in or register to reply here.
Back
Top