Как можно получить больше усиления и хорошую диаграмму? Мечта для большинства людей - 4 штыря, которые приводят к дополнительным 5.5 децибелам усиления по отношению к одиночному вертикалу. Однако, как видно на рисунке, использование системы из 4 штырей, требует много площади - не забываем считать место необходимое для противовесов! Это также требует четырех мачт, или по крайней мере одну, способную поддерживать четыре проволочных вертикала. Многие радиолюбители, позывные которых указаны в тексте под рисунком, изобрело альтернативные концепции, используя одну мачту поддерживающую провода вертикалов, разного вида : с инвертированным L элементом или slopers, все из которых более просто установить чем систему с 4 полноразмерными штырями. Здесь описывается другая альтернатива: «FVR Spitifire Array», которая по параметрам близка по работе с 4 штырями, но намного более компактна и может быть установлена по существу на том же самом месте, уже занятом единственным вертикалом и его радиалами. Кроме того, стоимость модернизации мачты с применением Spitfire является весьма незначительной. 1 ft = 0,3048 м
|
Spitfire - это конструкция, которая использует обычную основанную мачту как активный элемент с добавлением рефлектора и директора. Что является уникальным в этой системе - то, что неактивные элементы установлены с размерами равными половине длины волны, которые не заземлены, в отличие от предыдущих концепций, где все элементы заземлены. Как показано на рисунке, элементы свернуты на концах, чтобы выполнить требования по размеру половины длины волны. Преимущество незаземлённых элементов состоит в том, что они не используют или не нуждаются в заземлении радиальной системы, чтобы обеспечить малые потери в земле. Это не приводит к ухудшению к. п.д. вертикала, что видно в компьютерной программе моделирования. Реально увеличение количества противовесов уменьшает потери в земле и поэтому устраняет паразитные распределения токов, вызванные в неактивных элементах. Spitfire действительно использует заземляющую радиальную систему под мачтой. Основания неактивных элементов располагаются приблизительно 3.5 м над землей. Это расстояние достаточно высоко для безопасности достаточно чтобы делать необходимую работу по настройке системы. Единственный критичный размер в системе Spidfier - расстояние от мачты до концов неактивных элементов. Это было определено опытным путем через компьютерное моделирование и получилось что расстояние, которое максимизирует F/B равно одной четверти длины волны как показано на рисунке. Усиление не особенно чувствительно к этому размеру. Показанная конфигурация обеспечивает 2 направления переключения (вперед - назад). Можно превратить это в систему на 4 направления. |
Переключение направления выполняется простым переключением реле, которое добавляет длину провода в горизонтальной части неактивного элемента, чтобы изменить направление излучения от директора к отражателю или наоборот. Одно реле замкнуто, в то время как другое разомкнуто. |
На рисунке показано как выполнить Spitfire на 4 направления. Еще два неактивных "крыла" добавляются перпендикулярно к двум, которые показывали ранее. Система работает с двумя из четырех проводов одновременно. Два провода по сторонам расстраивают (заземляют в точке изгиба ) так, чтобы они не соединились в систему. Это было определено через компьютерное моделирование, которое показало что использование всех четырех неактивных элемента одновременно не улучшало параметры относительно использования только двух. Мачта всегда запитана как активныйый элемент. Чтобы излучать в направлении 1, элемент №1 включается как директор, а элемент №2 как рефлектор. Элементы 3 и 4 заземлены Чтобы переключать в направлении 3, элементы 1 и 2 были бы заземлены, а элементы 3 и 4 оторваны от «земли» .Элемент № 3 должен быть директором, а № 4 рефлектором. В этой системе, четыре направления переключения, показанные на рисунке могут быть легко реализованы. Вся система занимает такое же место в пространстве как занято четверьволновыми противовесами под мачтой.
|
Система Spitfire была рассмотрена через обширное компьютерное моделирование с популярным EZNEC Образец диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, взятый под углом возвышения 25 градусов показан на рисунке по сравнению с всенаправленным одиночным вертикалом. Теоретический F/B приближается к 30 децибелам на частоте резонанса. |
Вычисленный коэффициент усиления показан в пределах 160-метрового диапазона. Частота резонанса - приблизительно 1830 кГц. Усиление сохраняется с начала диапазона до “окна JA”, и понижается резко выше этого. Для сравнения ниже показано усиление отдельного вертикала (приблизительно на 5 децибел меньше) в участке диапазона 160 м. |
На этом рисунке показано вычисленное отношение F/B, которое достигает максимума почти в 30 децибел на частоте резонанса и показывает довольно узкополосную характеристику, в отличие от усиления. Это предлагает, что настройка системы, чтобы достигнуть этого теоретического F/B, будет довольно критичной. Увеличение в F/B в пределах 2 МГЦ не имеет большого значения, так как диаграмма будет ужасно искаженной и усиление в этой области ниже 0 dBi. |
Образец диаграммы в горизонтальной плоскости Spitfire по сравнению с «мечтой – 4 штырями» (под углами возвышения 25 градусов). С 4 штырями обеспечивается дополнительное увеличение усиления приблизительно на 0.5 децибела в переднем направлении и несколько лучшем подавлением тыла, но диаграмма Spitfire находится в допустимых пределах этого значения!
Неактивные элементы должны быть тщательно настроены на соответствующие резонансные частоты. Просто отмерить длину элемента согласно формуле или по расчету компьютерной модели не достаточно. Более точно длину необходимо подобрать в реальных условиях, когда учитываются влияния скоростного фактора изолированного провода и эффекты влияния «земли» и окружающих предметов. Мы настоятельно рекомендуем выполнить измерение частоты резонанса директора и рефлектора. Чтобы сделать это, угол каждого элемента временно разрывают и включают в него антенный анализатор (типа MFJ-259, который мы использовали). Резонанс может быть определен в точке минимума КСВ. Длины горизонтального директора и рефлектора приведены к резонансным частотам, определенным компьютерной моделью: 2.00 Мгц для директора и 1.90 Мгц для рефлектора. (Высокая резонансная частота рефлектора может показаться странной, но сказывается последствие наклонной геометрии элемента. При настройке одного элемента, важно, что штырь и другой неактивный элемент разрывают чтобы они не влияли на измерение. (Мы измеряем резонанс элемента, а не общий резонанс всей системы). Чтобы сделать это, штырь электрически отрывают от земли в основании, а другие неактивные элементы опущены или удалены полностью во время настройки. |
Система Spitfire, которая выполнена у K1VR на 32 метровой мачте, показана на рисунке. Чтобы увеличить наглядность, проводные неактивные элементы были выделены красным цветом. Проводные элементы фактически установлены на уровне точки 29 м из-за 40-метрового Beam выше. Эффект погрузки различных лучей кончается башней, отдельно резонирующей МЕНЕЕ ЧЕМ 1.5 МГЦ, но не устраняет множество от работы FB! Мачта питается через гамму, шунтирующая систему подачи, которая замыкается на мачте на 80-футовой (24 м) точке. Гамма “прут’ едва видим в этой фотографии на правой стороне мачты. Приблизительно 60 противовесов ¼ волны установлены на основании под мачтой. |
Примечание UT7QF :
Для GP диапазона 160м достаточно мачты, высотой 30-35 м.
Точка подключения гамма-согласования - 23-24 м от земли.
Расстояние от мачты до провода 35-45 см. Запитка через конденсатор 130-170 пФ непосредственно кабелем 50 Ом.
Реле переключения направлений расположены в водонепроницаемом пластмассовом контейнере от продуктов, который закреплён на деревянной рейке. Коробка с реле располагается приблизительно на 3-х метровом уровне над землей и соединения с реле сделаны через проходные изоляторы, установленные на коробке. |
Система Spitfier - гибкий проект, который имеет множество инсталяционных возможностей. Мы уже обсудили 2-и версии с 4 направлениями. Компьютерное моделирование указывает, что концепция работает хорошо по широкому диапазону высот мачты. Резонанс башни на 160 - не предпосылка для хорошей работы. Проект был применен к 100 футам (30,5м) ! Мачту K1VR промоделировали по сравнению с мачтами высотой 180 футов (54,8м) и получили превосходные результаты также. Сворачивающаяся геометрия крыльев просто изменена для различных высот мачты. Мы также измерили проект к 80-и 40-метровым версиям. Другой вариант, который может представлять интерес к тем, кому бросают вызов малым габаритам использования только один паразитный элемент крыла и находится под развитием. Наконец, для тех, кто ищет "предел" большее увеличение усиления может быть получено поэтапными строительством нескольких Spitfire...
С двумя мачтами, с растоянием от ½ до 5/8 длины волны обособленно (расстояние не критично), система из двух идентичных Spitfire может быть построена, как показано на рисунке. Оба Spitfire питаются в фазе. Максимальное усиление будет выше на 3 дБ и может быть переключено в вперёд/назад. |
Вычисленный образец диаграммы направленности (в возвышениях 25 градусов) показан и по сравнению с одиночным Spitfire. Последствие увеличения усиленияния - сужение переднего лепестка. Отклонение от сторон также увеличивается значительно, с небольшим количеством незначительных лепестков, остающихся по бокам и с тыла. |
Система с двумя направлениями была построена K1VR с декабря 1997. Получены неплохие результаты и он готов продолжить модернизацию с полной конфигурацией на 4 направления. Мы узнали, что самая большая техническая сложность - необходимость тщательно настроить паразитные элементы в резонанс, по причинам, обсужденным ранее. Главное препятствие правильной настройке - остаточное нежелательное влияние мачты и другого элемента изменяющей резонанс системы. Мы находимся все еще в процессе совершенствования системы.
Размеры для диапазонов 160, 80, 40 м приведены на рисунке ниже :
АВТОРЫ: John Kaufmann W1FV
Fred Hopengarten K1VR
Перевод: Игорь Сериков UT7QF 06.10.2003г
ПЕРЕВОД сделан по просьбе UT1FA
Оригинал статьи можно почитать на английском языке:
http://www. yccc. org/Articles/Spitfire
