Wersja końcowa:
Etapy powstawania anteny EH:
Opis konstrukcji
Projekt:
Przy projektowaniu mojej anteny EH w głównej mierze sugerowałem się informacjami opracowanymi przez Vladimira Kononova UA1ACO zgodnie z zawartością jego strony internetowej www.flateh.narod.ru.
Przedstawione poniżej pliki pochodzą z tej strony internetowej.
Bardzo pomocne w zrozumieniu koncepcji anteny EH oraz jej strojeniu było opracowanie właściciela patentu na antenę EH - Teda Harta W5QJR - "Introduction to EH Antennas".
Vladimir UA1ACO sugeruje wykorzystanie programu eh6.exe opracowanego przez VK4ANW.
Istnieje również plik.xls pozwalający na obliczenie fizycznych parametrów anteny EH opracowany przez Teda Harta.
Przy projekcie mojej konstrukcji wymiary fizyczne anteny przyjąłem zgodnie z opisem UA1ACO dotyczącym anteny na pasmo 14MHz (link).
Konstrukcję cewki dopracowywałem poprzez strojenie i śledzenie zmian w charakterystyce SWR oraz impedancji konkretnego egzemplarza zbudowanego przeze mnie.
Budowa:
Antena została zbudowana z dwóch płyt miedzianych o wymiarach 160mm x 200mm. Grubość każdej płytki to 0,5mm. Odległość między płytami miedzianymi wynosiła 32mm. Jest to również średnica cewek strojeniowej oraz dopasowującej. Obie cewki zostały wykonane z drutu miedzianego w izolacji z tworzywa sztucznego. Drut miał średnicę 0,56mm. Cewki zostały nawinięte na rurę z tworzywa sztucznego o średnicy zewnętrznej 32mm. Cewka strojeniowa posiadała około 17 zwojów, cewka dopasowujaca posiadała około 3 zwoje. Schematyczny rysunek przedstawiający konstrukcję anteny EH wykonanej przeze mnie znajduje się poniżej.
Schemat anteny EH:
Strojenie:
Opracowania Teda W5QJR oraz Vladimira UA1ACO podają, iż do strojenia wymagany jest miernik natężenia pola. Wskazania miernika pola którym dysponowałem uznałem za zbyt mało precyzyjne by dobrze zestroić antenę EH. Swoją konstrukcję zestroiłem śledząc kształt charakterystyki SWR, fazy oraz obserwując poziom składowych impedancji.
Uważam że jest to dokładniejsza metoda pozwalająca zrozumieć jak zmienia się kształt wykresów przy zmianach w konstrukcji anteny (np. zmiany parametrów fizycznych jednej lub drugiej cewki, zmiana liczby zwojów, tego jak blisko siebie znajdują się poszczególne zwoje cewki itd.).
Urządzenie którego użyłem w pomiarach i przy strojeniu anteny EH to RigExpert AA-600.
Działanie anteny opiera się na założeniu, że gdyby udało się uzyskać zgodność fazową wektorów pól E oraz H, cała energia doprowadzona do anteny zostałaby wypromieniowana.
Kluczem do zestrojenia anteny EH jest zrozumienie iż częstotliwość rezonansu anteny (tam gdzie osiągany jest "dołek SWR") i częstotliwość maksymalnego promieniowania anteny EH to dwie różne częstotliwości. W moim przypadku rozbieżność ta wynosiła około 150-200 kHz.
Dopiero konfiguracja anteny w taki sposób aby niski SWR i maksymalne promienioniwanie występowały przy tej samej częstotliwości oznaczają poprawne zestrojenie anteny. Vlad UA1ACO opisał dokładnie na swojej stronie jego sposób strojenia anteny EH (link).
Stroiłem swoją antenę zmineiając indukcyjność (parametry fizyczne) obu cewek i patrząc w jaki sposób zmieniają się poszczególne charakterystyki. Docelowo próbowałem osiągnąć efekt opisywany przez Teda Harta i Vlada. Proces ten został dobrze zobrazowany na wykresach pochodzących z opracowania Teda Harta:
Proces ten jest trudny, długotrwały i żmudny. Nie da się zrobić tego dobrze w krótkim czasie. Nad zrozumieniem co się zmienia na wykresie przy zmianie fizycznych parametrów cewki oraz uzyskaniu zbieżności obu wartości przy jednej częstotliwości spędziłem kilka godzin. Do tego potrzebny był sprzęt umożliwiający podgląd tych charakterystyk. Pisze o tym również Ted Hart, choć sugeruje on że da się to zrobić bez urządzenia pokazującego wykresy a dysponując jedynie miernikiem SWR oraz miernikiem pola. Osobiście uważam że jest to o wiele trudniejsze - trudniej jest określić co dokładnie i w jaki sposób zmienia się przy zmianach w konstrukcji anteny. Podobne spostrzeżenia ma również Vladimir UA1ACO.
Zmiana indukcyjności cewki strojeniowej skutkowała "przesunięciem wykresu SWR" w osi częstotliwości (zmiana rezonansu anteny). Z moich obrserwacji wynika że zbliżenie zwojów do siebie lub zwiększenie liczby zwojów skutowało wzrostem indukcyjności i zmniejszeniem częstotliwości rezonansowej.
Zmiana indukcyjności cewki dopasowującej nie miała wpływu na częstotliwość rezonansową. Zmieniała się impedancja anteny i następowało "obniżenie" charakterystyki SWR. Wpływ zmian w cewce dospasowującej na charakterystykę SWR został pokazany poniżej.
Zmiany parametrów cewki dopasowującej:
Zmiany w jednej i drugiej cewce pozwoliły osiągnąć niski SWR, dopasowanie impedancyjne i max. poziom promieniowania przy tej samej częstotliwości. Tutaj również przesunięcie fazowe wynosiło 90 stopni. Wówczas pole elektromagnetyczne generowane wokół anteny było największe. Wtedy również nie promieniował fider. Badałem poziom pola na całej długości fidera i na etapie strojenia pole wokół fidera było zauważane przez miernik. W momencie dobrego zestrojenia anteny EH fider nie promieniował w żadnym miejscu a pomiar przeprowadzony był na całej jego długości. Jedynie przy samej antenie pojawiało się pole elektromagnetyczne, ale bylo ono generowane przez antenę a nie przez fider. Zestawienie parametrów po zestrojeniu mojej anteny EH zaprezentowano poniżej.
Parametry uzyskane przy strojeniu anteny EH:
Zaprezentowane powyżej wartości oznaczają iż możliwe jest uzyskanie zamierzonego efektu to znaczy niski SWR wraz z przesunięciem fazy równym 90 stopni oraz dopasowanie impedancyjne przy tej samej częstotliwości.
Ogólne problemy przy strojeniu anten (nie wynikające z ich konstrukcji) zarówno w przypadku anteny EH jak i Magnetic-Loop były zbliżone. Postanowiłem opisać je dokładniej w jednym miejscu. Szczegóły znajdują się na podstronie Pomiary.