Похороны ЕН-антенны
Поизучал я тут экспериментально ЕН-антенну W0KPH. Работает она (правда далеко не так эффективно как об этом пишут) и работает на совершенно понятных, известных принципах.
Слышу ехидный вопрос:" А вот на http://www.eh-antenna.com/ и на www.qsl.net/w0kph пишут о новом принципе сложения сдвинутых по фазе на 90 градусов Е и Н полей". Вопрос понял. Авторов той писанины высеку.
Стоило бы это отнести в заключение, но не утерплю исразу выводы окончательные: вся наукообразная болтовня о "скрещивающихся полях" и второй, ранее не использованной части уравнений Максвелла есть сивой кобылы бред в темную ночь. Пишут это либо сознательные жулики, либо несведущие энтузиасты..
Итак начнем. Начнем с миктровертикала DL7PE. Его автор, DL7PE хотя бы не грешит наукообразным словоблудием, а пишет, что его вертикал работает на основе законов электродинамики (правда справедливости ради замечу, что и DL7PE местами откровенно путается, например, он путает входное сопротивление и сопротивление излучения, но тут хоть путаница в пределах приличия). Что такое этот вертикал (для тех, кто не видел) - это короткий (20....40 см для 20 м диапазона ) отрезок толстой (диаметром 1 дюйм) с обычной удлиняющей катушкой в точке питания. Вертикал требует резонансной земли - в данном случае использован внешняя сторона оболочки коаксиала - нужные четверть волны отсекаются ферритовым дросселем. Автор пишет, что эффективность его на 10..20 дБ ниже диполя (поверим пока). Никаких заклинаний о "скрещивающихся полях" он не приводит. И правильно делает.
Но вернемся к ЕН-антенне W0KPH (для 20-ки две банки из под пива с изолятором в середина и настроечной катушкой внизу). Сделал я ее макетик. И с первого включения он категорически отказался работать и резонировать! Почесал затылок - кабель у меня увешан ферритовыми трубками как новогодняя ёлка, а у автора нет. Подключил к антенне в месте подключения оплётки кабеля хорошую ВЧ-землю. И антенна сразу взрезонировала где и как описано!
1. Вывод первый - земля хорошая ей нужна обязательно. А в описании про это ни слова. Наверное надежда, что оплётка кабеля без ферритов на нём за какую-никакую землю сойдет.
Стал изучать распределение напряжения по антенне. Верхний цилиндр- как положено напряжение от его низа к верху растёт. А вот нижний цилиндр -совсем никак - нет на нём практически напряжения. А чему удивляться - он подключен к оплетке кабеля - а та, к нормальной ВЧ-земле. Длина цилиндра ничтожна, катушки настроечной последовательно с ним нет - откуда там напряжению, и тем более току взяться? А раз нет в нём тока - не излучает он ничего. Сказано - сделано. Убираю нижний цилиндр. Чуть подстраиваю катушку - резонирует! Меряю поле (но близко в 2 метрах всего) - излучает.
2. Вывод второй - нижний цилиндр в этой антенне совершенно не нужен. Никакой роли он не играет.
Ну так осталось у меня всего-то GP катушка удлиняющая, кусок провода (раньше шедший внутри нижнего цилиндра) и верхняя банка пивная (пиво с ананасом - ну и гадость доложу вам!). Выкидываю нижний провод и заменяю его нижней банкой, и наглухо соединяю её с верней - получается алюминиевый цилиндр высотой 35 см и диаметром 5 см, с удлиняющей катушкой внизу и нормальной землей в точке запитки. Это ж чистой воды микровертикал DL7PE. И работает также. Без всяких перекрещенных полей.
Забиваю последний гвоздь в гробик ЕН-антенн - начинаю делать разные катушки (а вдруг там большая катушка какое-то магнитное поле излучает) с одинаковой индуктивностью, но разными размерами. Не зависит от этого ничего. С катушкой диаметром 1 см, намотанной в несколько слоёв высотой в 1 см, и с однослойной катушкой диаметром 8 см антенна дает совершенно одинаковую напряженность поля (а вот сколько - то тема отдельного письма).
===================
Общий вывод. "Теория ЕН-антенн" - наукообразная бредятина, не имеющая отношения к реальным физическим процессам в этой антенне. Антенна W0KPH антенной ЕН не является (да собственно ЕН-антенной ни одна антенна в мире являться и не может, поскольку этих самых ЕН-антенн в природе нет. По крайней мере в таком виде как их описывает W0KPH. А есть обычные укороченные антенны, работа которых понята неверно и под это неверное понимание развезена "теория"). Антенна W0KPH это безграмотно переделанный и ухудшенный вертикал DL7PE (по сути работы, а кто из них был первым - не знаю). Нижний цилиндр этой антенны в таком включении совершенно не нужен. Антенна требует хорошей земли. При соединении обоих цилиндров в один , и включении удлиняющей катушки в основание GP эффективность антенны возрастает более чем вдвое.
====================
Насчет CFA антенн - я их не делал и не измерял. Но поскольку их описывают те же люди и теми же словами,, что и ЕН то сильно подозреваю, что это аналогичная туфта.
Итак други, помянем вставанием безвременно почившую ЕН-антенну, вместе с её "теорией". Аминь.
На похоронах "ЕН-антенны" я грозился рассказать про её уровень излучения. Поскольку там же было показано, что "ЕН-антенна" по сути является вертикальным излучателем типа GP и ухудшенным вариантом микровертикал DL7PE, то дальше мы сосредоточимся на этом микровертикале (высотой в 1...2% от длины волны).
Отступление.
Известно, что для вертикалов короче 1\4 волны (а для диполей - от полуволны и короче) уровень излучения от размеров практически не зависит. Нет, я не перегрелся, и на вертикал высотой 1 см поработать не желаю.Повторяю, эффективность антенны короче 1\2 волны от ее размеров почти не зависит. В идеальных условиях. В этой добавке все и дело. Поставьте в моделировщике материал без потерь и идеальную землю. Вы увидите, что на 14 МГц (далее везде все цифры для этой частоты) усиление 5-ти метрового штыря 5,11 dBi , при высоте 2,5 м оно уменьшается немного до 4,8 dBi , а при дальнейшем уменьшении остается практически неизменным - даже штырь в 1 см имеет ТАКОЕ ЖЕ САМОЕ УСИЛЕНИЕ 4,8 dBi. Несмотря даже на то, что сопротивление излучения падает пропорционально КВАДРАТУ укорочения , то есть очень быстро достигая чрезвычайно малых значений.
Но это в теории. На практике вылезает такой маленький нюансик как потери. Потери согласования и потери в земле. Например у штыря 50 см высотой входной импеданс 0,2+j1270 Ом. Для его согласования потребуется катушка с реактивным сопротивлением j1270 Ом (примерно 14 мкГн). Пусть холостая добротность этой катушки 300 (это очень хорошая, толстая катушка, цифра добротности почти предельно достижимая), значит сопротивление потерь в катушке 1270\300=4 Ома (с хвостиком, но мы не будем мелочиться ). Даже если мы имеем идеальную землю то уже КПД будет 0,2\4=5%. А если добавить и реально существующие несколько Ом потерь в земле, то КПД будет еще раза в два-три меньше. Выходит "замечательная" антенна с КПД 1..2% (усиление МИНУС 30..40 dBi).
И это обстоятельство ставит жирный крест на эффективности маленьких дипольных антенн. Что бы не писали заинтересованные производители. Держа в уме это обстоятельство, двинемся дальше.
Но все же остается вопрос - многие делали и ЕН антенну W0KPH и CFA и микровертикал DL7PE (объединяю их, тк по сути - это одна и та же антенна) и получили цифры их эффективности довольно высокие - на 5...20 dB ниже полноразмерного GP. А -5...-20 dB это совсем не то, что приведенные выше теоретические -30...-40 dB.
Из этого расхождения авторы упомянутых антенн делали вывод о неких магических, ранее неизвестных свойствах микровертикалов. Развозили целые теории. Ссылались на малоизвестные работы немецких профессоров. А на мой взгляд из этого расхождения напрашивается самый очевидный вывод - раз сам микровертикал излучать столько не может, значит излучает что-то другое, больших размеров!
Результаты практических измерений тока по антенне это подтвердили - излучает противовес! Который либо присутствует явно (как в вертикале DL7PE отсеченные ВЧ дросселем 5 метров наружной поверхности оплётки кабеля), либо неявно как в антенне W0KPH тоже внешняя сторона оплетки без дросселей (хоть и плохой противовес, но он нужен, при надевании ВЧ дросселя на кабель в точке питания, то есть лишении её противовеса, эта антенна напрочь отказывается работать).
Мои измерения показали, что ток в противовесе более чем в 10 раз выше, чем ток в самом вертикале, и противовес и излучает. Максимальное излучение было достигнуто, когда резонансный противовес висел в воздухе свободно и вертикально вниз. Уровень излучения антенны несколько снижался, если противовес шел горизонтально вбок и тоже в воздухе. Уровень излучения снижался сильно (децибел на 6..10) если противовес прихватывался скотчем прямо к кирпичной стене дома (ясно, тут ему излучать труднее). И очень сильное снижение уровня наблюдалось, если противовес укладывался прямо на железобетонный пол.
Файлы моделей (для горизонтального и вертикального противовесов) подтверждают сказанное. И заодно объясняют феномен 20...30-ти Ом входного сопротивления у микровертикалов (это сопротивление излучения противовеса).
Некоторые выводы и наметки "на потом" :
1. Львиную долю излучения обеспечивает не микровертикал, а противовес.
2. Если есть возможность расположить противовес (или кабель с ВЧ дросселем на расстоянии четверти волны от точки питания) в относительно свободном пространстве, то эффективность излучения такой антенной системы почти сравняется с полноразмерным штырём. Но надо понимать что в размеры антенны входит не только штырь в 30 см, но и противовес в 5м. То есть суммарная длина всей антенны - более 1/4 l , а при ТАКОЙ длине высокий уровень излучения удивлять не должен.
3. И наоборот, если противовес (или питающий кабель) лежат на земле, крыше (то есть не имеют возможность сколь-нибудь эффективно излучать), то эффективность антенны очень низка. Примерно такая же, если вы положите в аналогичное место диполь.
4. Если "перевернуть" антенну (то есть взять штырь полноразмерный 1\4 l), а противовес выполнить в виде микровертикала (короткий и толстый для снижения реактивности кусок трубы с настроечной катушкой), то эффективность такого штыря с "микропротивовесом" будет почти такой же как и при полноразмерных резонансных противовесах. Только полоса уже - как "токоприёмник" тока основного штыря короткотолстый противовес сможет работать в относительно узкой полосе.
