Środowisko i sprzęt pomiarowy
Celem testów w środowisku fizycznym było porównanie efektywności w odbiorze oraz nadawaniu dwóch skonstruowanych anten.
Testy w środowisku fizycznym (podobnie jak część pomiarów) zostały wykonane w wolnej przestrzeni.
Zgodnie z założeniami zastosowano kable sygnałowe z tego samego materiału i o tej samej długości; radiostacje użyte podczas testów stanowiły te same modele:
Yaesu FT817nd a ich parametry były bliźniacze tzn. filtry wejściowe wyłączone, przedwzmacniacz wyłączony, tłumiki wejściowe wyłączone.
Dodatkowym atutem był udział w testach trzeciego zestawu pomiarowego. Składał się on z anteny typu dipol półfalowy (2 ramiona po ok. 5m każde, środek anteny zawieszony około 6m nad ziemią),
którego parametry również zostały zmierzone oraz opisane na podstronie Pomiary. Trzecie urządzenie to również Yaesu FT-817nd z ustawieniami parametrów pracy tak jak opisano wyżej.
Każdy z zestawów pomiarowych zasilany był bateryjnie (za pomocą akumulatora prądu stałego) co miało znaczący wpływ na wyeliminowanie sygnałów zakłócających pochodzących z sieci elektroenergetycznej.
Komputery zostały wyposażone w oprogramowanie w tej samej wersji (WSJT-Xv2.2) a poziom wejściowy sygnału w każdym urządzeniu był ustawiony na taką samą wartość wzmocnienia.
Przy pracy emisjami cyfrowymi ważna jest również synchronizacja czasu. Rozbieżności w czasie przed synchronizacją wynosiły nawet 2 sekundy, co przy oknie czasowym emisji FT-8 wynoszącym 15 sekund jest wartością niedopuszczalną.
Po synchronizacji czasu odchylenie wynosiło poniżej +/- 50ms i uznaję ten wynik za poprawny.
Na zdjęciach poniżej przedstawione są wszystkie 3 anteny użyte w pomiarach oraz testach nasłuchowych. Poniżej zdjęcie dipola półfalowego, dokładny opis oraz zdjęcia anten EH i Magnetic-Loop znajdują się na odpowiednich podstronach.
Pomiar TDR przewodów sygnałowych
Kable sygnałowe były wykonane z tego samego materiału i tej samej długości. Ponadto kable były nieuszkodzone co zostało zbadane reflektometrem. Poniżej znajdują się reflektogramy z pomiaru fidera do anteny EH oraz anteny Magnetic-Loop.
Nasłuch równoległy przez 60 minut
Po zestrojeniu i pomierzeniu anten bliźniacze systemy radiowe zgodnie z opisem powyżej zostały uruchomione i przeprowadzony został nasłuch równoległy. Czas trwania testu to 60 minut. Zgromadzone raporty zostały poddane analizie a wyniki zostały zaprezentowane poniżej. Diagram Venna prezentuje zestawienie odebranych i poprawnie zdekodowanych wiadomości przez każdą z anten w badanym czasie.
Diagram Venna
Każda z anten działa poprawnie w sposób odbiorczy - umożliwia odebranie i zdekodowanie wielu wiadomości wysyłanych przez różne stacje nadawcze. Antena półfalowa odebrała największą liczbę wiadomości, antena EH odebrała najmniej wiadomości.
Każda z anten odebrała również sygnały które nie zostały odebrane przez pozostałe dwie anteny, przy czym antena typu dipol odebrała takich stacji najwięcej.
Widać że antena EH oraz antena Magnetic-Loop nie działają tak dobrze jak antena półfalowa i jest to wniosek łatwy do przewidzenia. Uważam jednak że uzyskane wyniki przemawiają na korzyść anten kompromisowych z uwagi na ich wielokrotnie mniejsze wymiary fizyczne w porównaniu z anteną typu dipol.
W porównaniu dwóch anten kompromisowych lepszymi wynikami w kontekście pracy w środowisku fizycznym odznacza się antena Magnetic-Loop.
Warty podkreślenia jest fakt, iż wiele stacji zostało odebranych przez antenę dipol oraz Magnetic-Loop przy jednoczesnym nieodebraniu sygnału tych stacji przez antenę EH. Wpływ na to może mieć kierunkowość każdej z anten oraz fakt, iż antena Magnetic-Loop jest bardziej selektywna co w tym przypadku jest zaletą. Potwierdza to wyniki uzyskane podczas Pomiarów.
Sygnały odebrane przez każdą z badanych anten: 1868 [link]
Sygnały odebrane przez którąkolwiek z badanych anten: 5351 [link]
Galeria map z nasłuchu (stacje odebrane przez poszczególne anteny)
Odebrane stacje dzięki włączonemu raportowaniu do portalu pskreporter.info można było łatwo zaprezentować w sposób graficzny na mapie. Pod znakiem wywoławczym SP2RCH wysyłano raporty zebrane przy pomocy anteny EH; pod znakiem SQ2RBY wysyłano raporty zebrane przy pomocy anteny Magnetic-Loop; pod znakiem SP2SJ wysyłano raporty zebrane przy pomocy anteny typu dipol.
Zgodnie z raportami antena EH odebrała wiadomości wysłane przez 180 stacji nadawczych; antena Magnetic-Loop pozwoliła na odebranie sygnałów od 215 stacji a antena półfalowa pozwoliła na zdekodowanie sygnałów od 222 stacji nadawczych. Są to wyniki zbieżne z analizą raportów zaprezentowanych powyżej na diagramie Venna.
Testy nadawania (TX via FT-8)Nadawanie przez 30 minut
Do testów nadawczych użyte zostały te same zestawy pomiarowe (radio, fidery, program) tylko anteny były różne. Badanie polegało na przeprowadzeniu kilku symulowanych łączności ze stacją odniesienia. Sygnały były nadawane przez 30 minut anteną EH a następnie przez 30 minut anteną Magnetic-Loop. Moc podawana na anteny stanowiła w obu przypadkach 5W. W tym czasie możliwe było przeprowadzenie ponad 10 łączności z wymianą raportów zawierających odstęp sygnału od szumu przez obie stacje. Stacja odniesienia wykorzystywała antenę typu delta o długości 80m zawieszonej około 30m nad ziemią. Odległość zestawów nadawczych od zestawu odniesienia wynosiła około 5,5km. W związku z powyższym, łączności były przeprowadzone z wykorzystaniem fali przyziemnej a nie odbitej. Otrzymane wyniki z uwagi na falę przyziemną oraz możliwe zmiany w propagacji są orientacyjne i tak należy je traktować. Dowodzą jednak tego, iż anteny działają, są sprawne odbiorczo oraz nadawczo ponieważ możliwe jest przeprowadzenie dwustronnej łączności. Dokładne testy (z równoległym nadawaniem) tak aby pominąć zmiany w propagacji mogą stanowić przedmiot kolejnych badań i testów w przyszłości.
Galeria map z nadawania (stacje które odebrały sygnał z danej anteny)
Wyniki uzyskane przez każdą z anten są zbliżone do siebie. Sygnał z anteny Magnetic-Loop zdekodowały 72 stacje odbiorcze, w przypadku anteny EH było to 58 stacji. Warty podkreślenia jest fakt że sygnały nadawane były w różnym czasie zatem mogła się zmienić również liczba stacji odbiorczych wysyłających raporty do portalu pskreporter.info. To kolejny powód aby otrzymane wyniki traktować orientacyjnie.
Łączności modulacją foniczną (QSO via SSB)Dodatkowym testem sprawdzającym użyteczność anten były łączności w modulacji jednowstęgowej (SSB). Przeprowadzone zostały łącznosci foniczne z 3 stacjami zagranicznymi (dwie stacje z Włoch oraz jedna z Ukrainy). Z uwagi na odległość od stacji nadawczej, łączności przeprowadzone zostały z wykorzystaniem fali odbitej. Moc nadawcza również wynosiła 5W. Raporty (5,5 - 5,7) otrzymane od korespondentów były zbliżone niezależnie od wykorzystanej anteny. Warty uwagi jest również fakt iż antena EH pozwoliła na nasłuch korespondenta z Australii (modulacja SSB) co stanowi w mojej ocenie duże osiągnięcie.
WnioskiAntena Magnetic-Loop
Antena Magnetic-Loop stroi się najostrzej, każdorazowa zmiana częstotliwości pracy wymaga dostrojenia anteny.
Kondensator o dużym zakresie częstotliwości pozwala pokryć również inne pasma. Rozwiązaniem braku precyzyjnego strojenia może być zastosowanie dodatkowego, mniejszego kondensatora lub zastosowanie przekładni zębatej.
Zastosowany kondensator pozwala na pracę mocą max. 10W. Z uwagi na wysokie napięcie na kondensatorze praca większą mocą może go uszkodzić.
Antena uzyskała lepsze wyniki w testach nasłuchowych. Może być to spowodowane większą selektywnością i większymi rozmiarami fizycznymi (w porównaniu z anteną EH).
Antena EH
Antena EH cechuje się charakterystyką SWR podobną do dipola (mimo wielokrotnie mniejszych rozmiarów). Dzięki temu nie wymaga przestrajania przy zmianie częstotliwości. Pracuje jednak tylko w jednym pasmie które trzeba określić na etapie projektowania.
Antena powinna pozwolić na pracę moca nadawczą około 25-30W. Nie była testowana przy większych mocach, jednak pole elektromagnetyczne wytwarzane już przy małej mocy jest znaczne.
Ta konstrukcja jest o wiele trudniejsza w strojeniu, wymaga podglądu charakterystyk wybranych parametrów a strojenie wymaga zmian w fizycznych parametrach cewek. Ponadto antena EH jest bardziej czuła na zmiany w bezpośrednim otoczeniu w porównaniu z anteną Magnetic-Loop.
To wszystko może składać się na jej małą popularność.
Podsumowanie
Każda z anten spełniła założenia projektowe . Każdą z anten dało się poprawnie zestroić choć wymagało to odpowiedniego sprzętu oraz dużej ilości czasu.
Zmierzono wiele parametrów i przeprowadzono testy odbiorcze oraz nadawcze mając na uwadze jak największą porównywalność zestawów pomiarowych. Wszystkie pomiary i testy dowodzą tego iż obie konstrukcje działają poprawnie .
Dodatkowym atutem były pomiary i testy odbiorcze trzeciego zestawu z dipolem półfalowym. Stanowi to ciekawy punkt odniesienia dla wyników otrzymanych przez antenę EH oraz Magnetic-Loop.
Obie konstrukcje są wielokrotnie mniejsze od dipola, ale otrzymane wyniki nie są wielokrotnie gorsze od dipola.