НА ГЛАВНУЮ - - адрес этой страницы -- http://ra6foo.qrz.ru/noiseless.html -- версия 17 05 2009 -- НА ГЛАВНУЮ

Низкотемпературные антенны в YA 3.54 и в MMANA

апрель 2013 г. Эта страница готовилась в мае 2009 г сначала просто как файл для себя, в котором собраны графики и результаты расчетов нескольких антенн для их сравнительного анализа и выводов для работы в этом направлении. Возможно кому нибудь эти расчеты и графики также были полезны. Для сравнения были взяты антенны из заявленных (кроме RA6HLF16) как малошумящие и на которые, во избежание ошибок, есть полные и достоверные сведения о размерах.

Тем, кто работает на УКВ отражением от Луны известен такой параметр антенны как G/T. G это усиление антенны, а Т- ее шумовая температура. Полезный сигнал мы принимаем с одного направления, а тепловые шумы со всех сторон: шум неба с полусферы над антенной, а шум земли с полусферы под антенной. Земной шум можно значительно ослабить, если поднять главный лепесток диаграммы выше горизонта, а боковые и задние лепестки максимально подавить. Для расчетов в YA 3.54 приняты: материал элементов алюминий, элевация антенны 30°, шум неба 200 гр. Кельвина, шум земли 1000 гр. Кельвина. Здесь надо понимать так, что в 1000 гр. входит и всякий другой шум, производимый на земле, так называемый техногенный шум. Чем больше G/T в +, тем лучше. Формула, по которой идет расчет G/T, выглядит так: Ga dbi - 10 log Ta.
Антенна не только принимает внешний шум, но и шумит сама. Шумит в ней её сопротивление потерь, которое зависит от диаметра, качества материала элементов и от равномерности распределения токов в них. Последнее особенно важно, т.к. при одинаковых материале и диаметрах собственный шум однотипных антенн может различаться в 3 и более раз. Шум R потерь выражают также в температуре потерь Тlos. В антеннах ВК она может быть от 3 до 10 гр. Кельвина. Более подробно о Tlos на странице Шумовая температура АФС .
Создание низкотемпературных антенн очень сложная задача. При этом надо учитывать динамику множества факторов, большая часть которых в прямых числовых значениях в расчетах не выдается. Задача многократно усложняется необходимостью удержания этих и других важных параметров антенны в необходимых пределах в полосе частот.
Лучшие по Ta и G/T антенны собраны в таблицу VE7BQH, часть которой с антеннами от 9.3 до 11.6 м приведена ниже.


Ниже приведены результаты расчетов одиночных антенн, стеков из них 4,25х4,25 м и 4,8х4,8 м.


ОДИНОЧНЫЕ АНТЕННЫ

RA3AQ14 длина 9,6м расчет в MMANA: G= 14.46 дб, ΔG Id/AL= 0.17дб, T los = 5,7°
YU7EF 15 длина 10,06м расчет в MMANA: G= 14.81 дб, ΔG Id/AL= 0.18 дб, T los= 6,1°
RA6FOO17 длина 10,85м расчет в MMANA: G= 14.85 дб, ΔG Id/AL= 0,18 дб, T los= 6,1°
RA6HLF 16 длина 10,15м расчет в MMANA: G= 14.28 дб, ΔG Id/AL= 0,14 дб, T los= 4,8°
Усиление G для антенн из чистого алюминия. ΔG Id/AL- разность усилений антенны из идеального материала и алюминия. Значение T los для антенны из чистого алюминия, получено из ΔG Id/AL.


РАСЧЕТ ОБЩИХ ПАРАМЕТРОВ ОДИНОЧНЫХ АНТЕНН в YA 3.54






РАСЧЕТ T los, Ta, G/T ОДИНОЧНЫХ АНТЕНН в YA 3.54


RA3AQ14 длина 9,6м расчет в MMANA: G= 14.46 дб, ΔG Id/AL= 0.17дб, T los = 5,7°
YU7EF 15 длина 10,06м расчет в MMANA: G= 14.81 дб, ΔG Id/AL= 0.18 дб, T los= 6,1°
RA6FOO17 длина 10,85м расчет в MMANA: G= 14.85 дб, ΔG Id/AL= 0,18 дб, T los= 6,1°
RA6HLF 16 длина 10,15м расчет в MMANA: G= 14.28 дб, ΔG Id/AL= 0,14 дб, T los= 4,8°


СТЕКИ 4.25 х 4,25




РАСЧЕТ Tlos, Ta, G/T СТЕКОВ 4,25 х 4,25 м в YA 3.54


СТЕКИ 4.8 х 4,8





РАСЧЕТ T los, Ta, G/T СТЕКОВ 4,8 х 4,8 м в YA 3.54>


RA3AQ14 длина 9,6м расчет в MMANA: G= 14.46 дб, ΔG Id/AL= 0.17дб, T los = 5,7°
YU7EF 15 длина 10,06м расчет в MMANA: G= 14.81 дб, ΔG Id/AL= 0.18 дб, T los= 6,1°
RA6FOO17 длина 10,85м расчет в MMANA: G= 14.85 дб, ΔG Id/AL= 0,18 дб, T los= 6,1°
RA6HLF 16 длина 10,15м расчет в MMANA: G= 14.28 дб, ΔG Id/AL= 0,14 дб, T los= 4,8°

Примечания:
- Считаю, что резкий рост КСВ выше 144.5 МГц у YU7EF15 не только слишком большая цена за низкотемпературность, но и создаст трудности в реализации ее параметров в реальной антенне.
- У всех антенн расчитанное усиление в YA 3.54 больше, чем в MMANA. Разность близка к разности усиления антенн из идеального материала и алюминия.
- Традиционный вопрос: "а вы их делали и испытывали?" в данном случае неуместен. Натурные испытания сложны (см. статью UA3DJG на УКВ портале "Оценка качества ЕМЕ-системы") , результаты зависят от множества внешних факторов и проводятся для измерения G/T не антенны или стека, а для измерения G/Tsys, т.е. всей антенно-фидерной системы. Сравнительные натурные испытания группы антенн должны производиться в одинаковых условиях одинаковой аппаратурой и одновременно всех антенн, поэтому никем не производились. Данные, приведеные в таблице VE7BQH получены расчетом моделей, состоящих из нескольких проводов определенной длины, позиции и диаметра и не более того. Могу лишь предположить, что при одинаковом конструктивном исполнении наиболее близкие к расчетным параметры будут иметь антенны, имеющие в модели более широкую полосу частот вверх от расчетной.


Таблица перевода ΔG alum. в Tlos
ΔG alum.0.080.090.100.110.120.130.14 0.150.160.170.180.190.200.210.220.23 0.240.250.26
Tlos2.7°3.1°3.5°3.8°4.2°4.5° 4.8°5.1°5.4°5.7°6.1°6.5°6.9° 7.3°7.7°8.0°8.3°8.7°9.0°


G/T ПАРАМЕТРЫ СТЕКОВ 2 Х 2 ИЗ АНТЕНН НА 144.1 MHz
TYPE OFLGAINEHGaTlosTaG/T
ANTENNA ( WL/M )( dBd )( m )( m )( dBd )( °K )( °K )( dB )
CC17B24.51/9.314.534.284.0620.474.99234.82-1.08
DK7ZB 144.71/9.7515.044.734.5421.026.90>245.10-0.73>
K1FO 184.77/9.914.724.354.1420.634.54234.66-0.93
M2 28 XPOL4.80/9.915.224.864.6621.1917.11257.51-0.77
HG217DX4.82/10.0.14.814.634.4320.788.14256.05-1.16
DJ9BV 4.84.83/10.0 14.65 4.404.1820.575.85 255.84-1.37
M2 5WL4.83/10.014.804.564.3520.748.70251.18-1.11
YU7EF 154.84/10.014.984.444.2320.924.89221.29-0.38
SM5BSZ 14A4.89/10.1115.144.544.3321.034.43238.02-0.59
RA3AQ-154.92/10.1515.144.674.4821.104.42239.26-0.54
SM5BSZ 144.95/10.215.294.724.5121.193.02233.77-0.68
SM2CEW 194.98/10.314.914.474.2620.849.38233.77-0.70
DJ9BV O-5WL5.02/10.415.054.694.4921.015.23242.70-0.70
K5GW 175.06/10.514.994.644.4420.966.16244.55-0.78
K1FO 195.18/10.715.014.474.2720.924.04232.19-0.59
#RU1AA 155.27/10.915.554.854.8521.556.02235.76-0.03
RU1AA 155.27/10.915.554.854.6521.505.99236.28-0.09
M2 18XXX5.32/11.015.074.554.3521.017.95240.56-0.66
M2 32 XPOL5.62/11.6215.705.235.0421.6915.02250.74-0.16

Antennas marked with a "#" have stacking dimensions for XPOL antennas by VE7BQH
WL/M - Длина антенны в лямбдах/метрах. E H - расстояние между антеннами в стеке
Tlos - -сопротивление потерь антенны в гр. Кельвина. Ta - Полная температура антенны в гр. Кельвина.
Это включает боковые лепестки,задний лепесток и сопротивление потерь антенны или стека.
G/T- Число,отображающее качество,определяющее способность приема антенной или стеком слабых
сигналов = (Ga + 2.15) - (10*log Ta). Чем больше в плюс число,тем лучше.
E/H Stacking, G, Ga and G/T расчитаны на YA 3.54 by Goran Stenberg,SM2IEV
Были приняты для расчетов температуры: Tнеба= 200 градусов K;Tземли = 1000 градусов K

Примечание: Tземли = 1000 градусов K это шум, менее,чем на 1 балл (5,5 дб) превышающий тепловой шум земли. В городских условиях он может превышать этот шум на 2...3 балла, что соответствует Т земли 4000...16000 гр. К. В таких условиях антенны с максимальным для их длины усилением теряют преимущество и в лидеры по G/T выходят антенны с максимальным подавлением вне главного лепестка, причем отрыв может быть значителен, до 1...2 дб соответственно.


УЧЕТ ПОТЕРЬ В МАТЕРИАЛЕ АНТЕНН В ПРОГРАММАХ MMANA, NEC 2 и YA 354

Возьмем для примера YU7EF-15 и сделаем расчеты в MMANA, NEC и YA 354 на частотах 143, 144, 145, 146, 147 и 148 МГц с идеальным материалом и с алюминием. Из результатов расчетов возьмем активную часть входного сопротивления и его разность и усиление и его разность. КПД нормальных УКВ антенн около 99% и нас интересуют в первую очередь потери при приеме, независимо от того, где и в какой форме они происходят. Имея в модели только проводники определенной длины, позиции, материала и диаметра логично предположить, что все потери происходят только на активном сопротивлении скин-слоя. Будем считать, что увеличение входного сопротивления антенны из алюминия происходит в основном за счет сопротивления потерь R пот. в реальном материале, и в меньшей степени за счет несколько иного распределения токов в элементах, а уменьшение усиления - в основном за счет потерь в реальном материале и в меньшей степени за счет небольшого изменения параметров антенны.

.MMANANEC 2 YA 354
f МГцR alΔ RG alΔ GT losR alΔ R G alΔ GT losR alΔ RG alΔ GT los
14224.970.1814.230.113.8°25.530.12 14.30.062.0°24.36014.320.063.41°
14324.30.2514.580.144.8°24.760.2 14.650.082.7°23.5014.660.075.46°
14439.870.2614.830.196.5°40.390.3 14.90.124.2°37.86014.970.064.38°
14520.870.9914.610.4616°19.270.3 14.750.3110.5°19.62015.050.032.54°
1462.1660.7213.21.5855°1.8180.37 13.571.1740.5°1.44012.572.04115.7°
1470.9690.5038.693.21112°0.780.32 9.272.4385°0.46011.710.020.76°
1481.4220.7052.212.97102°1.2160.5 2.632.2879°0.7104.980.010.35°

В таблице:
R al - активная часть Z вх. антенны из алюминия. Δ R - разность R al - R идеал. G al - усиление антенны из алюминия. Δ G - разность G идеал.- G al.
T los - температура потерь в антенне, В YA 354 расчитанная непосредственно, в MMANA и NEC 2 расчитанная по Δ G. Расчет R пот. и T los на основе Δ G см. на странице Шумовая температура АФС

Из результатов расчетов можно сделать выводы о том, что:
1 - Расчеты R al и G al в NEC 2 и в MMANA на частоте на 300 КГц выше чем в NEC 2 практически совпадают в полосе рабочих частот антенны, а различия на частотах, где R и Jx имеют экстремальные значения и крутизну хода, вполне соответствуют и конечной точности расчетов и различиями вычислительных ядер NEC и MMANA.
2 - R al и G al в расчетах в YA 354 практически совпадает с расчетами R идеал. и G идеал. не только в MMANA NEC 2, но и с собственными расчетами, т.е. YA 354 в расчетах Rвх. и G антенны не учитывает активное сопротивление реального материала и остается неясным, как в таком случае YA 354 учитывает его при расчете Т los.
3 - Экстремальные и явно нереальные значения T los в YA 354 на частотах 146 МГц и выше, видимо следствие ограниченных возможностей DOS программ и ограничений самой YA 354.
4 - T los в параметре G/T составляет малую часть от Т и возможная ошибка в расчете T los на рабочих частотах 144...145 МГц в 1...2° существенно не влияет на расклад сил в таблице VE7BQH.
5 - В то же время составляющая G в формуле G/T прямо зависит от расчетного усиления G. Отличия в 0,2...0,4 дб усиления при равной общей щумовой температуре Т существенно влияют на сравнительную оценку качества антенны, а расхождение расчетов Gal в YA 354 с расчетами в NEC 2 и MMANA на разных частотах достигает 3 дб.

НА ГЛАВНУЮ               HitMeter.ru - счетчик посетителей сайта, бесплатная статистика