W publikacji „HF Tribander Performance” autorstwa N0AX i K7LXC znajdziemy ciekawy materiał na ten temat oraz częściową odpowiedź .
Autorzy pokusili się na porównanie kilku popularnych fabrycznych tribanderów. Najciekawsze jest to że porównania zostały zebrane na podstawie pomiarów fizycznych dokonanych w tych samych warunkach ( wysokość ,odległość ,otoczenie) a nie na podstawie danych podawanych przez producentów lub symulacji komputerowych. Całość publikacji jest dostępna po kliknięciu w zdjęcie tytułowe powyżej.
Z tabeli pochodzącej z publikacji i zamieszczonej poniżej wnioski są jednoznaczne.Pod względem najważniejszych parametrów elektrycznych tj: zysk, F/B zdecydowaną przewagę mają anteny wieloelementowe,pełnowymiarowe ,bez trapów.Widać także radosną twórczość producentów w podawaniu parametrów swoich konstrukcji. Weryfikacja parametrów za pomocą programów symulujących w przypadku anten z trapami jest mocno przybliżona ponieważ wymaga znajomości szczegółowych danych konstrukcyjnych jak np.dobroć obwodów itd dlatego te pomiary są dla nas amatorów tak istotne.
Jedynie anteny firmy „Force 12” są antenami nowoczesnej konstrukcji bez trapów z optymalnym rozmieszczeniem elementów dla każdego pasma na boomie i dedykowaną do pasma ich ilością . Pozostałe konstrukcje to rozwiązania w wielu przypadkach sprzed co najmniej 30 lat i starsze.
Gem – Gem Quad – Canada
Przypadkowa zbieżność nazwy firmy ze znakiem Jurka SP3GEM który razem z zespołem SP3KEY (SP3RBR) opracował antenę 2el QUAD 20/15/10M optymalizowaną w sześciu płaszczyznach. Antena zdobyła bardzo dużą popularność i cieszyła się doskonałą opinią.
Fazowanie anten kierunkowych w pasmach KF
Ten sam sygnał mierzony na dwóch identycznych antenach zainstalowanych na różnych wysokościach nad ziemią ma różną amplitudę i fazę. Warunkiem maksymalnego przyrostu i dodania tych sygnałów jest zrównanie faz oraz amplitud co przy powyższych założeniach jest bardzo trudne. Stosując dwie tak samo zasilane anteny, jedna nad drugą uzyskujemy poprawę sygnału o około 1-1,3 dB co nie jest dużą wartością. W tej sytuacji, dlaczego stosujemy fazowanie anten jak nie ma teoretycznej możliwości na duże przyrosty zysku ? W rozpatrywanym przypadku (anteny na różnych wysokościach) mamy do czynienia z dwiema indywidualnymi różnymi charakterystykami. W wyniku takiego rozwiązania otrzymujemy bardzo dobre wypełnienie użytecznych kątów elewacji, co jest ważne. Przy fazowaniu anten jedna obok drugiej w odległości jednej długości fali otrzymujemy zwiększenie zysku o ok. 3 dB. Takiej metody jednak generalnie na pasmach KF nie stosuje się ponieważ kąty promieniowania w elewacji pozostają bez zmian a na dodatek zawęża się główny listek charakterystyki w azymucie. W dalszej części postaram się przekonać, że zmiana (wypełnienie) kąta elewacji jest ważniejsza niż przyrost zysku o 3 dB.Przedstawmy to na konkretnym przykładzie.
Założenia :
- Fazujemy dwie anteny AK520 – 5 elementów yagi na 14 MHz. Pierwsza antena powieszona na 24 m druga na 14m.
- Zakładamy wielkość kątów użytkowych maksymalnie do 40 stopni. Na temat kątów użytkowych jest kilka publikacji i postaramy się je przedstawić w późniejszym terminie.
Zasilając antenę górną (24m) i otrzymujemy charakterystykę jak poniżej :
Rys 1.
Jak widać maksymalny zysk 14,94 dBi występuje pod kątem 12 stopni. Minimum występuje przy kącie 26 stopni, W tym miejscu mamy zysk -5,4 dBi (czytaj strata) co pokazuje charakterystyka poniżej (Rys 2):
Rys 2.
Zasilając antenę dolną (14 m) otrzymujemy charakterystykę jak niżej :
Rys 3.
Maksymalny zysk 14,1 dBi występuje pod kątem 19 stopni.
Zwróćmy uwagę ,że dla kąta 26 stopni (tam gdzie w antenie na 24 m wysokości mieliśmy -5,4 dBi ) zysk wynosi 13 dBi. Dla tego kąta promieniowania dolna antena jest lepsza od górnej o 18,4 dBi co pokazuje charakterystyka poniżej (Rys 4) :
Rys 4.
Zasilamy antenę dolną i górną (14 ,24 m) :
Rys.5.
Otrzymaliśmy maksymalny zysk 15,92 dBi przy kącie 13,8 stopni . Dla kąta 26 stopni zysk wynosi 8,7 dBi. Jak zauważymy charakterystyka jest lepiej wypełniona w przedziale kątów użytkowych. Przyrost zysku dwóch anten w stosunku do jednej wynosi 0,91 dBi. W wyniku zasilania dwóch anten średnia wysokość jest mniejsza dlatego kąt promieniowania wzrasta o około 1 stopień.
Proszę traktować to rozważanie tylko w celu zrozumienia na czym polega fazowanie anten na falach KF. Odstęp pomiędzy antenami zależy od wysokości górnej anteny jak i długości boomu. W przypadku postawienia anten na zboczu góry praktycznie nigdy nie fazujemy anten, jest to działanie bez celowe. Mamy wiele przykładów złych inwestycji. Nie mówię tutaj o tych wirtualnych antenach.
Często robimy takie analizy przy wyborze QTH na różnych ekspedycjach. Postaramy się dla przykładu przestawić taką analizę. Zawsze zabieramy anteny odpowiednie dla danej lokalizacji. Jeżeli jesteśmy blisko wody preferencję mają anteny VDA z polaryzacją pionową. Przy pracy ze skarpy np. w kierunku morza anteny o polaryzacji poziomej. Mamy pełna analizę z ekspedycji St. Barts zrobiona przez K1CC . Jeżeli uda się tą analizę przedstawić w języku zrozumiałym nie tylko dla ludzi z branży to pokażemy ją w najbliższym czasie.
Często słyszę zdanie „drugą antenę wieszamy w połowie wysokości” – nie ma nic bardziej mylnego. Dla przykładu poniżej na rys.6 widzimy charakterystykę dwóch anten AK520 powieszonych na wysokości 40 i 20m.
Zadam pytanie kto chciałby mieć taki zestaw anten, ja zdecydowanie NIE.
73 de sp3gem
Transformacja impedancji przy użyciu kabla koncentrycznego.
W celu łatwego przyswojenia sobie na czym polega transformacja impedancji będziemy rozważali dwa podstawowe skrajne przypadki . Pierwszy przypadek to kabel o długości ¼ fali (lambda/4) a drugi o długość ½ fali (lambda/2). Zawsze musimy rozważać długość elektryczną kabla koncentrycznego. Jest to bardzo ważne dlatego trochę więcej czasu poświęcimy temu tematowi. Prędkość rozchodzenia się światła (fala elektromagnetyczna) jest zawsze mniejsza kiedy rozchodzi się w innym środowisku jak próżnia czy atmosfera ziemska. Maksymalna prędkość z jaką może się rozchodzić fala elektromagnetyczna wynosi 299 792 458 m/s czyli 300 000 km/s. Jest to maksymalna prędkość światła wiedząc , że masa fotonu w spoczynku jest równa zeru. W przypadku fali akustycznej prędkość fali może być większa lub mniejsza w innych ośrodkach. Od 1983 r już nie istnieje dyskusja nad prędkością światła ponieważ Generalna Konferencja Miar i Wag ustaliła wzorzec 1 m. Jest to odległość jaką pokonuje światło (fala elektromagnetyczna) w czasie 1/299 792 548 sekundy. Dlaczego ten temat jest tak ważny. Zawsze długość fali jaką obliczymy musimy pomnożyć przez współczynnik skrócenia. Parametr skrócenia mówi nam o zmniejszeniu prędkości fali elektromagnetycznej w danym środowisku, w naszym przypadku w kablu koncentrycznym.
Jako przykład obliczymy długość ¼ fali o częstotliwości 3,750 MHz.
300/3,750=80 m
Czyli ¼ fali wynosi 20m. W zależności od rodzaju użytego kabla współczynnik skrócenia (k) wynosi od ok. 0,6 do ok. 0,87. Załóżmy , że mamy kabel RG213 nie spieniony (izolacja żyły środkowej-polietylen) o współczynniku skrócenia 0,66. W naszym przykładzie ¼ fali obliczamy w następujący sposób. Długość fali dzielimy przez 4 i mnożymy przez k = 0,66
¼ fali = (80×0,66)/4 = 13,2 m
Z doświadczenia wiem, że firmy produkujące kable zawsze zawyżają współczynnik skrócenia dlatego zawsze należy ten parametr pomierzyć. Poniżej przykładowe metody opisane w internecie:
Measuring Quarter Wave Coax Stubs using MFJ Analyzer
Na dzień dzisiejszy mamy do dyspozycji wiele przyrządów pomiarowych. Osobiście nie polecam MFJ chyba, że jesteśmy przekonani o dobrym skalibrowaniu. Mierząc MFJ możemy pomierzyć reaktancję ale nie wiemy jaki ma charakter, pojemnościowy czy indukcyjny. Dla osób z większym doświadczeniem przy takich pomiarach nie stanowi to większego problemu Zmieniając częstotliwość w górę lub dół i obserwując jak zmienia się impedancja możemy jednoznacznie powiedzieć jaki charakter ma mierzona antena na danej częstotliwości. Większość przyrządów pokazuje nam bezpośrednio charakter części urojonej.
Tyle wstępu który jest bardzo ważny.
Pierwszy przypadek, kabel o długości ¼ fali jest przedstawiony poniżej:
Rys.1
Z2=ZL x ZL/Z1 – Impedancja linii do kwadratu, podzielona przez impedancję wejściową.
Gdzie :
Z1- impedancja wejściowa
Z2- impedancja wyjściowa
ZL- impedancja linii
Obliczmy jaką impedancję mamy w przypadku jeżeli na wejściu Z1 mamy 50 omów i kabel ¼ fali 75 omów.
Z2= 75 x 75/50 = 112,5 om
Producent podaje impedancję kabla plus minus 5% czyli po transformacji możemy mieć 124 lub 102 omy.
Proszę zauważyć że mając antenę 50 omów i kabel 50 omów SWR jest zawsze 1:1,01 i nie może się zmieniać w zależności od długości kabla.
Zobaczmy (Rys2) co się dzieje jeżeli nasz odcinek kabla o długości ¼ fali o dowolnej impedancji jest na końcu zwarty. Wiemy, że matematyka nie pozwala dzielić przez zero dlatego zakładamy np. że impedancja zwarcia wynosi 0,01 om czyli bardzo blisko zera. Sprawdźmy co się dzieje na drugim końcu kabla. Dla przykładu posłużymy się kablem o impedancji 50om. Z2 = ZL x ZL/0,01 =50 x 50/0,01=250 000 omów czyli w porównaniu do 50 omów jest to praktycznie nieskończoność. Tłumacząc to inaczej jeżeli do linii zasilającej antenę podłączymy równolegle zwarty na końcu kabel długości ¼ fali to system dla danej częstotliwości nie zauważy jakiekolwiek zmiany SWR. Takie rozwiązanie daje nam zwartą antenę dla innych częstotliwości, tłumi parzyste harmoniczne czyli również pracuje jako filtr oraz zwarty koniec możemy uziemić. Jest to ważne przy występowaniu elektrostatyki. W swojej praktyce zawodowej na jednej linii zasilającej antenę montowałem ponad 30 takich pułapek i każda była uziemiona. Takie rozwiązanie było konieczne ponieważ ta antena była używana tylko w czasie sztormów czy burz.
Rys.2
Rozważmy przypadek co się dzieje jak mamy kabel o długości ¼ fali na końcu otwarty czyli impedancja jest nieskończenie wielka. Podstawiając do wzoru mamy impedancję kabla do kwadratu podzieloną przez nieskończoność czyli na drugim końcu mamy zero czyli kabel jest zwarty. W dalszej części pokażę jak możemy to wykorzystać w praktyce.
Przypadek drugi, kabel o długości ½ fali, pokazany poniżej:
Rys.3
Z1- impedancja wejściowa
Z2- impedancja wyjściowa
ZL- impedancja linii
Wzór na obliczenie impedancji po transformacji jest następujący.
Z1 = Z2
Czyli nie ma transformacji. To oznacza, że mając antenę o impedancji 50 omów i zasilając ją kablem o długości ½ fali x k o impedancji 50, 75, 600 omów zawsze będziemy mieli SWR 1. Czyli SWR nie zależy od zastosowanego kabla. Te same zasady obowiązują jeżeli długość kabla powiększymy o „n„ razy gdzie „n„ jest dowolną liczbą. Natomiast w przypadku ¼ fali żeby zachować transformację możemy daną długość pomnożyć przez liczbę nieparzystą. Wygląda to bardzo dobrze gdyby nie fakt, że zazwyczaj odległość nadajnika od anteny jest oddalona o kilka wielokrotności połówek fali i drugi fakt, my nie pracujemy na jednej częstotliwości tylko w określonym paśmie. Teoretycznie jest zawsze możliwość, że dla początku pasma mamy wielokrotność ½ fali a na końcu pasma mamy nieparzystą wielokrotność ¼ fali czyli maksymalną transformację. Jeżeli antena ma impedancję identyczną jak kabel koncentryczny to nie ma znaczenia jakiej jest długości. Z tej przyczyny zawsze stosujemy kabel koncentryczny o takiej samej impedancji jaką ma antena. W przypadku innej impedancji stosujemy transformator żeby spełnić ten warunek
Z tego rozważania możemy wyciągnąć następujący wniosek. Jeżeli nie znamy impedancji anteny a chcemy ją pomierzyć to zawsze musimy używać kabel pomiarowy który jest równy ½ fali lub jej wielokrotności. Nie ma takiego pojęcia jak strojenie anteny długością kabla koncentrycznego. Ta metoda zmienia tylko SWR pomiędzy kablem koncentrycznym a nadajnikiem a nie pomiędzy kablem i anteną.
Dzisiaj już mamy dostęp do dobrych przyrządów pomiarowych i łatwo możemy pomierzyć rezystancję jaki i reaktancję anteny. Impedancję anteny zapisujemy w postaci liczby zespolonej gdzie R –rezystancja jest częścią rzeczywistą liczby zespolonej natomiast X reaktancja jest częścią urojoną liczby zespolonej. Natomiast j jest to jednostka urojona. W matematyce jednostkę urojoną oznacza się literką „i„ ale my elektrycy mamy tę literkę zarezerwowaną dla oznaczenia prądu dlatego część urojoną oznaczamy literką „j„ .
Impedancje Z anteny zapisujemy jako Z = R+jX lub Z = R-jX. Jeżeli będziemy mieli +j to oznacza, że antena jest za długa czyli ma charakter indukcyjny natomiast jeżeli mamy –j to oznacza, że antena jest za krótka czyli ma charakter pojemnościowy.
UWAGA. Jeżeli taką antenę pomierzymy za pomocą kabla o długości ¼ fali to będziemy mieli wynik dokładnie odwrotny. Tak samo jak część rzeczywista podlega transformacji tak i takiej samej podlega część urojona. Inaczej mówią z pomiarów wyniknie, że antena jest np. za krótka a w rzeczywistości będzie za długa.
Znają te podstawowe zasady chciałbym podać przykład jak można wyżej przedstawione zależności wykorzystać ale już w trochę bardziej zawiłych połączeniach. Przedstawię dwie metody fazowania na kablach koncentrycznych dwóch anten typu Yagi. Klasyczny układ fazowania dwóch anten mamy przedstawiony poniżej :
Rys.4
Anteny są połączone dwoma kablami 75 omów ¼ fali. Daje to po transformacji 112 omów. Łącząc je równolegle mamy 56 omów. Uwzględniając tolerancję parametrów jakie podaje producent doświadczenia mogę stwierdzić tylko jeden przypadek gdzie kabel miał więcej niż 75 omów a pozostałe miały w granicach 72 omy. To daje nam po transformacji w granicach 102 omów czyli dwie anteny równoległe pokażą 51 omów. Jedna wada tego systemu. Anteny pracujące pojedynczo są zasilane bezpośrednio, natomiast jeżeli zasilamy dwie to zasilamy przez odcinki kabla ¼ fali. Gdyby antena miała w całym paśmie tylko składową rzeczywistą a nie miała tej części urojonej to wszystko jest OK. Praktycznie zawsze w jakimś punkcie pasma antena będzie miała część urojoną. Jeżeli pojedyncza anteny która jest zasilana bezpośrednio ma część urojoną np. –jX to po zasilaniu przez ćwiartki fali mamy zamianę części urojonej na +jX. Praktycznie nic się nie dzieje ale przy pojedynczej antenie nasz wzmacniacz widział na wyjściu – jX a przy dwóch antenach zobaczy +jX. Chcąc pracować na maksymalnej sprawności musimy zrobić korektę PI filtra.
Na rys. 5 przedstawię podobne rozwiązanie ale już bez tych wad.
Rys 5.
Jeżeli podłączymy nasz kabel zasilający 50 omów z TRX-em w punkcie B i mamy zwarty P2 to sygnał dociera do obu anten w tej samej fazie. Zauważmy, że w punkcie D mamy dwie anteny połączone równolegle. Każda z anten ma impedancję 50 omów dlatego punkt D musi być połączony z C i A za pomocą kabla o długości ¼ fali x k o impedancji 75 omów. Takie rozwiązanie daję nam transformację z 50 na 100 omów. Łącząc dwie anteny w punkcie D mamy dwie równoległe impedancje po 100 omów czyli 50 omów. Rozważmy co się dzieje jeżeli mamy zwarty P1 lub P3. Zwieramy P3 czyli umownie zasilamy górną antenę. Jak widzimy dolna antena jest również podłączona za pomocą dwóch odcinków o długości ¼ x k kabla 75 omów. W połowie tego połączenia mamy kabel ¼ fali x k 50 omów rozwarty .Przy zwartym P1 lub P3 w obu przypadkach jest otwarty P2. Na otwartym końcu mamy impedancję nieskończenie wielką czyli po transformacji 1/4 fali kabla 50 Omów mamy w punkcie D impedancję zero czyli zwarcie. Punkt D jest podłączony kablami 1/4 fali z A i C. Mając punkt D zwarty (impedancja zero) po transformacji na kablach 1/4 fali daje nam w punktach A lub C impedancje nieskończenie wielką czyli inaczej mówią antena nie „widzi„ tego odcinka kabla i wszystko co jest poza nim . K1GQ podaje tłumienie sygnału w drugiej antenie 35 dB (punkt C). Ja jak zrobiłem przełączanie na przekaźnikach RM dostałem tłumienie 25 dB. Przy zastosowaniu przekaźników gdzie pojemności miedzy stykami były zdecydowanie mniejsze dostałem tłumienie 36 dB czyli podobne. Co oznacza tłumienie 35 dB ?
Jak widzimy antena 1 ( punkt A) jest połączona fizycznie kablem koncentrycznym 75 Om o długości ½ fali (2x ¼ ) z anteną 2 (punkt C). Zakładamy, że antenę 1 zasilamy mocą 1 KW i obliczmy jak będzie doprowadzona moc do anteny 2. Tłumienie 36 dB daje nam różnice w mocy 3981,1 razy mniejsze. Pisząc prościej antena dolna mimo tego że jest fizycznie podłączona będzie miała doprowadzone tylko 0,25 W.
Vy 73 de sp3gem
Okres zmian aktywności Słońca wynosi 11 lat. Były wielkie zapowiedzi o dużej aktywności poprzedniego 24 cyklu. Prognozy okazały się nie trafione. Aktywność Słońca to nie jest nic innego jak zjawiska pogodowe zachodzące na tej gwieździe. Mamy osoby, które zajmują się pogodą na Ziemi i mamy osoby, które zajmują się innymi zjawiskami, pogodą na Słońcu.
Trochę historii dotyczącej obserwacji Słońca.
Dane o ilości plam na Słońcu możemy znaleźć już w średniowieczu. Pierwszym, który zauważył cykliczność plam na Słońcu był Niemiec Samuel Heinrich Schwabe. Z zawodu był aptekarzem, a astronomią zajmował się amatorsko. Był to rok 1844. Później Szwajcar Rudolf Wolf potwierdził zjawisko cykliczności aktywności Słońca. Tak jak pisałem powyżej obserwacje Słońca były prowadzone od dawna. Od roku 1610 kiedy zastosowano lunety do obserwacji i dzięki temu wszystkie zjawiska jak i ilość plam na Słońcu były dobrze opisywane. Rudolf Wolf na podstawie danych które zostały zapisane zrekonstruował kompletny cykl aktywności słonecznej. Były to lata 1755-1766. Jest to cykl słoneczny nr 1. Można przyjąć, że od 100 lat wszystkie zjawiska zachodzące na Słońcu mamy dobrze udokumentowane.
Wróćmy do stanu aktualnego czyli cyklu 25. Na dzień dzisiejszy już możemy przewidzieć większość zjawisk jakie nastąpią w tym cyklu.
Zmiana cyklu następuje, kiedy zmienia się biegunowość pola magnetycznego plam słonecznych. Nie następuje to z dnia na dzień, jest to pewne zjawisko rozłożone w czasie. NASA i NOAA ogłosiły w 2020 r, że cykl 25 rozpoczął się w grudniu 2019 r. Dlaczego warto zająć się tym cyklem. Poprzedni cykl 24 maksymalną ilość plam miał 116. Średnia wszystkich maksimów wynosi 179. Tutaj już widzimy, że cykl 24 był, ale nie miał żadnego praktycznego znaczenia dla nas krótkofalowców. Osobiście byłem bardzo mocno przygotowany antenowo, ale nic z tego nie wyszło. Na dzień dzisiejszy w cyklu 25 mieliśmy już 175 plam. Maksimum wystąpi w 2025r. Prognozowane jest 220 do 270 plam. Już dzisiaj możemy powiedzieć z dużym prawdopodobieństwem, że od stu lat będzie to największa aktywność słoneczna. Tak duża ilość plam na Słońcu ma duży wpływ na propagację, a w szczególności na wyższych pasmach zwłaszcza pasmo 10 i 12 m.
Jest również pewne zagrożenie przy takiej aktywności Słońca. Są to burze na Słońcu, zwłaszcza te duże powodują jonizację warstwy D jonosfery. Zjonizowana warstwa F, to zjawisko, które występuje tylko w czasie dużej aktywności Słońca jak i warstwa E pomaga nam w robieniu dalekich łączności. Warstwa E,F (F1,F2) powoduje odbicie fal radiowych natomiast, warstwa D tłumi fale radiowe. To tłumienie następuje niezależnie czy mamy zjonizowane warstwy E i F. Takie tłumienie przez warstwę D występuje w strefie dziennej czyli oświetlonej przez słońce. Może trwać kilka godzin lub kilka minut. W ostatnim CQWW SSB mieliśmy takie zjawisko, które trwało około 15 min. W czasie zawodów miałem włączoną stronę z portalu NASA i widziałem dokładnie jak to zjawisko zachodziło. Praktycznie w tym samym czasie MUF w EU jak i Stanach spadł z 35 do 8. Utrzymał się tylko w południowej części Afryki i Ameryki Południowej. Po 15 min wszystko wróciło do normy. Jonizacja warstwy D następuje tylko w strefie oświetlonej natomiast zjonizowana warstwa F może otrzymywać się przez dłuższy czas, to daje nam szanse na robienie łączności długą drogą przez strefę zaciemnioną. Po przekręceniu anteny na krótką drogę mimo, że praktycznie ta droga jest dwa razy krótsza, nie mamy sygnału. Inna jest sytuacja kiedy nie występuje jonizacja warstwy D. Jest to przypadek przychodzących sygnałów z dwóch kierunków. Jako, że drogi przychodzących sygnałów są o różnych długościach następuje falowanie sygnału. Jest to bardzo ważna informacja zwłaszcza w czasie zawodów. Mamy bezpośrednio informację o warstwie tłumiącej D czyli o propagacji w danym kierunku. Dzisiaj mamy SDR reverse beacon zwłaszcza na antypodach gdzie na podstawie odczytów praktycznie wszystko wiemy.
Trochę informacji o rozchodzeniu się fal radiowych. Jonosferę możemy podzielić na kilka warstw.
Warstwa D. Najniżej położona warstwa jonizująca. Jonizacja występuje w wyniku promieniowania ultrafioletu na tlenek azotu. Największa absorbcja występuje na częstotliwościach poniżej 10 MHz. Maksimum tłumienia występuje przy częstotliwościach w okolicy 1 MHz. Natomiast fale długie są odbijane przez tą warstwę. Ta warstwa występuje tylko w dzień. W nocy jest minimalna spowodowana promieniowaniem kosmicznym. Praktycznie nie ma to znaczenia przy łącznościach radiowych.
Warstwa E jest położona na wysokości 90-120 km. Powstaje w wyniku promieniowania X. Jonizacji podlegają cząsteczki tlenu. Warstwa E jest niezależna od pory dnia. W warstwie E może powstać warstwa Es. Są to małe obłoki o dużej gęstości elektronowej które odbijają fale o częstotliwości 25-250 MHz. Ta warstwa jest wykorzystywana przy łącznościach na 28, 50 czy 144 Mhz.
Warstwa F jest na wysokości 120-450 km. Jest to ta warstwa która najbardziej nas interesuje. Jonizacja tej warstwy F występuje przy dużej aktywności słonecznej i jest długotrwała występuje również w nocy. Warstwa F może składać się z F1 i F2. F1 jest na wysokości 120-230 km natomiast F2 jest na wysokości 220-450 km.
Mamy jeszcze dwie warstwy jedna poniżej warstwy D i nazywa się C oraz warstwę G powyżej warstwy F na wysokości 700-800 km. Te warstwy praktycznie nie mają wpływu na propagację. Warto nadmienić, że warstwa C występuje krótko przed świtem i tylko przy małej aktywności słonecznej.
Warto jeszcze wspomnieć o łącznościach przez „szarą strefę”.
Przy zachodzie słońca bardzo szybko zanika nam warstwa D, ale nie zanika nam warstwa F. Powstaje lina o dobrej propagacji i stacje, które są położone na tej linii są w strefie, gdzie jest możliwe robienie łączności. Czas w jaki możemy robić łączności jest zależny od wielu czynników. Pierwsze od częstotliwości. Na częstotliwości np. 7 MHz może wynosić nawet 1 godz. Natomiast na 160 m będzie to kilka minut. Również ważne jest położenie. W strefie równikowej wschód czy zachód słońca jest bardzo krótki dlatego na 160 m często mamy otwarcie propagacyjne nawet poniżej jednej minuty. Natomiast dla stacji położonych w okolicach polarnych ten czas jest zdecydowanie dłuższy. Również jest ważne to, czy mamy miesiące zimowe, czy wiosenne. Mimo, że położenie słońca jest identyczne to linie „szarej strefy” są kompletnie inne.
Podsumowując wszystko widzimy, że jakość naszych łączności zależy od jonizacji poszczególnych warstw jonosfery. Już mamy pewność, że cykl 25 będzie bardzo mocny i powstaną na 10 m nowe rekordy kraju, które mogą być bardzo długo na listach. Będzie możliwość robienia nawet przy prostych antenach i małą mocą ciekawych dx, a w szczególności na 10 m.
Jako ciekawostkę podam, że Polska w listopadzie 2023 r. uruchomiła w Chile na pustyni Atakama obserwatorium astronomiczne. Jest to najlepsze miejsce na naszym globie do obserwacji wszechświata. Pustynia Atakama jest najbardziej suchym miejscem na świecie. Są miejsca, gdzie nigdy nie notowano opadów deszczu. Pustynia jest skalista, czyli nie ma pyłów piaskowych. Chmury z nad Pacyfiku są blokowane przez zimny prąd Humboldta oraz góry Andy. Oczywiście takie obserwatoria nie liczą plam na Słońcu, robią to stacje automatyczne obsługiwane przez sztuczną inteligencję i wyniki mamy online.
Miałem pytanie dlaczego portale podają w tym samym czasie różne liczby Wolfa mówiącej o aktywności słonecznej.
Liczba Wolfa jest określona następującym wzorem
W=(10g+p)k
Gdzie
W liczba Wolfa
g liczba grup plam na widocznej sferze Słońca
p liczba widocznych plam
k współczynnik mówiący o czułości urządzeń do obserwacji każda stacja obserwacyjna ma swój określony współczynnik.
Liczbę Wolfa należy zawsze czytać z tego samego portalu żeby widzieć jakie zachodzą zmiany.
Będąc kilka lat temu u Piotra SP9RCL zobaczyłem wykonany przez Niego teleskop. Zainteresowałem się tym arcydziełem ponieważ w moich marzeniach było coś takiego. Ale już po paru minutach rozmowy przekonałem się dobrze, że pozostało to tylko w marzeniach. Precyzja wykonania tego jest niewyobrażalna. Byłem w dzień więc tylko mogłem skierować teleskop na Słońce i policzyć nasze ulubione plamy. Poprosiłem Piotra żeby coś napisał na ten temat. Poniżej załączam maila od Piotra SP9RCL
Ktoś zapyta – jaki związek ma krótkofalarstwo z astronomią???
Okazuje się, że jednak ma. Krótkofalarstwo tak jak sport, dzieli się na różne dyscypliny. Jedną z takich dyscyplin jest radioastronomia. Są koledzy, którzy budują wielkie anteny paraboliczne, czułe odbiorniki i nasłuchują sygnałów z kosmosu (między innymi szumów słońca). W moim przypadku było trochę inaczej. Przy Planetarium Śląskim w Chorzowie zawiązała się grupka zapaleńców, która postanowiła zbudować duży teleskop zwierciadlany o średnicy zwierciadła 50cm. W tym gronie byli specjaliści z różnych dziedzin ale nie było elektronika.
Po co elektronik przy budowie teleskopu? Zaraz do tego dojdziemy. Najważniejsze, że jeden z tych zapaleńców zapukał kiedyś do moich drzwi. Znaliśmy się wcześniej z pracy. Zapytał czy byłbym w stanie zrobić sterowanie do teleskopu. Wytłumaczył mi w kilku zdaniach o co chodzi i zaprosił do Planetarium. Obiecałem, że zastanowię się nad tym bo nigdy o tym nie słyszałem. Pojechałem na kilka spotkań, zebrałem najważniejsze informacje i po kilku tygodniach przyjechałem do Planetarium z gotowym sterownikiem.
Sterownik to tylko jeden z elementów ale bez niego teleskop mógł by „zapomnieć” o precyzyjnym szukaniu obiektów na niebie.
Tak czy inaczej, szybko się zaprzyjaźniliśmy i dołączyłem do grupy budującej trzeci co do wielkości teleskop w Polsce.
Mieliśmy gotowy sterownik, był już komputer który nim sterował ale do końca prac było jeszcze bardzo daleko. Przez 2 lata pracowaliśmy nad ręcznym wyszlifowaniem 50cm zwierciadła. Potem przystąpiliśmy do prac mechanicznych: tubus teleskopu, montaż (mechanizm na którym teleskop jest zawieszony) oraz kopuła, która przykrywa całe obserwatorium.
W tym czasie postanowiłem rozszerzyć swoją wiedzę w zakresie optyki i mechaniki precyzyjnej, żeby nie odstawać w grupie. W krótkim czasie postanowiłem zbudować własny teleskop. Jasne, że nie taki wielki. Na początek myślałem o czymś małym ale jeden z kolegów przypomniał mi to co wszyscy wiemy, że apetyt rośnie… Kupiłem więc taflę szklaną o średnicy 27cm. Po trzech miesiącach wyszlifowałem ręcznie zwierciadło paraboliczne o ogniskowej 1200mm. Z dokładnością 12 lambda (światło też jest Falą) 😊 Następnie płaskie zwierciadełko eliptyczne i po pół roku miałem gotowy teleskop w układzie Newtona, który okazał się „olbrzymi” jak na domowe warunki. Potrzebna mi była teraz ocena fachowców, czy to co zrobiłem jest coś warte. Po ogólnych oględzinach i dokładnych pomiarach optycznych jednogłośnie orzekli, że jest super. Od tej pory byłem traktowany jak równy w grupie. Od strony optycznej nikomu z całej grupy nie udało się nigdy wykonać takiego teleskopu.
Oczywiście prace nad wielkim teleskopem trwały dalej. Udało nam się znaleźć sponsora, który wybudował nam budynek o średnicy 5,5m. Postawiliśmy na nim gotową już kopułę a oczywiście pod kopułą schowaliśmy nasz teleskop. Rok 2009 został ogłoszony Międzynarodowym Rokiem Astronomii więc postanowiliśmy, że do końca roku oddamy teleskop do użytku. 25.11.2009r Nastąpiło uroczyste otwarcie Obserwatorium Astronomicznego, czyli udało nam się to co z założenia miało się nie udać. Grupka zapaleńców w wolnym czasie, pracując bez wynagrodzenia, zbudowała trzecie co do wielkości obserwatorium w Polsce.
Na zakończenie i podsumowanie, chciałbym wspomnieć o tym co bardzo ważne, przy tylu pasjach i obowiązkach zawodowych. Myślę tu o wyrozumiałości żony i umiejętnym połączeniu swoich pasji i obowiązków rodzinnych. Bez tego każda taka akcja musi skończyć się „katastrofą”!!.
Vy 73 Piotr SP9RCL
73 de sp3gem
Obliczenia dotyczące sił działających na anteny.
Obliczanie powierzchni anteny.
W tym artykule chciałbym wyjaśnić jak oblicza się powierzchnię anteny i jakim siłą poddawana jest antena w wyniku działania wiatru. Jako przykład obliczymy powierzchnię anteny AK415 4 el. na 15 m. Wymiary oraz parametry anteny znajdziemy na stronie gb312.pl.
Antena składa się z czterech elementów. Rozważymy reflektor, który składa się z następujących rur.
Rura fi25 mm długość 2 m
Rura fi20 mm długość 2 m (dwie rury)
Rura fi16 mm długość 1,75 m (dwie rury)
Rura fi20 mm wchodzi 9 cm w rurę fi25 dlatego do obliczeń będziemy brali pod uwagę długość 1,91 m.
Obliczamy powierzchnię do wiatru.
2m x 0,025m2 = 0,05 m2
2 x 1,91m x 0,02m = 0,0764 m2
2 x 1,75m x 0,016m = 0,056 m2
Razem reflektor ma powierzchnię 0,05+0,0764+0,056 = 0,1824 m2. Po zaokrągleniu w górę mamy 0,183 m2.
W podobny sposób obliczamy powierzchnie wibratora, pierwszego i drugiego direktora.
Po obliczeniach mamy następujące wyniki :
Ref = 0,183 m2
Wib.= 0,178 m2
D1 = 0,172 m2
D2 = 0,168 m2
W sumie antena ma powierzchnię 0,701m2
Można uwzględniać również elementy mocujące do nośnika, ale przy obliczeniach, ta poprawka była poniżej 1 % czyli tą operację możemy pominąć.
Antena jest wykonana z rur o powierzchni cylindrycznej. Oznacza to, że dla wiatru powierzchnia jest opływowa. W takim przypadku do obliczeń sił działających na antenę powierzchnię wyliczoną mnożymy przez współczynnik 0,7. Ten współczynnik koryguje różnice pomiędzy powierzchnią płaską i cylindryczną. W przypadku zastosowania nośnika elementów (boom) o przekroju kwadratowym nie stosujemy tego mnożnika.
Obliczanie sił działających na antenę.
Przy obliczaniach sił wiatru działającego na antenę przyjmujemy prędkość wiatru 150 km/godz. Gęstość powietrza 1,225Kg/m3. Przy założeniu tej prędkości oraz tej gęstości ciśnienie na dany element wynosi 1060 N/m2.
W naszym przypadku anteny AK415 która ma powierzchnię 0,701 m2 działają następujące siły.
F = 0,701 x 0,7 x 1060 = 520,14 N
N (Niuton) jest jednostką siły w układzie Si. Przed wprowadzeniem układu Si siłę wyrażaliśmy w KG pisane dużymi literami ponieważ małe litery oznaczały masę (ciężar). 1KG=9,91 N. W przybliżeniu możemy przyjąć 1N = 0,1 KG. Czyli na antenę działają siły w przybliżeniu 52 KG.
Zobaczmy co się dzieje jeżeli zamontujemy tą antenę na maszcie o wysokości 15m. Przy zastosowaniu reguły dźwigni możemy obliczyć siły łamiące nasz maszt u podstawy .
F = 15m x 520N = 7800 N
Czyli siła działająca (łamiąca) maszt przy podstawie wynosi 780KG. W rzeczywistości jest jeszcze większa ponieważ nie uwzględniliśmy działania wiatru na konstrukcję masztu. W ten sam sposób możemy obliczyć siły działające na rotor jakie wystąpią w przypadku bezpośredniego zamontowaniu antena na rotorze.
Jeszcze większy problem występuje przy oblodzeniu anten. Bardzo ważny jest dobór średnic przy projektowaniu anten. Osobom które chciałyby same projektować anteny polecam książkę:
Physical Design of Yagi Antennas napisana przez David B. Leeson, W6QHS. Wydane przez ARRL 1992r.
Osobiście uważam, że zostały tam opisane wszystkie warunki stresowe w przypadku anten.
Pamiętajmy, zysk anteny jest proporcjonalny do powierzchni zajmowanej przez antenę, oczywiście przy założeniu prawidłowego zaprojektowania.
Vy 73 de sp3gem