další info >>>> | O anténách |  |  |  | Kontakt
Co předcházelo experimentům s vyzařováním na nízkých úhlech
Úvod V článku "Vliv vyzařovacího úhlu antény na report při spojení na velké vzdálenosti" jsem popsal poslední experimenty z roku 2014, pomocí kterých jsem si chtěl dokázat opakovatelnost některých spojení na velkou vzdálenost s nejjednodušší, ale dobře vyzařující anténou směrem k horizontu. Několik zkušeností a závěrů jsem v článku popsal a současně jsem s ohledem na přicházející zimu ukončil tyto experimenty. V tomto článečku chci pro úplnost popsat také pár historických věcí, které předcházely experimentům a které mě motivovaly. A píšu o tom hlavně proto, že tento článek vzbudil u čtenářů velké množství ohlasů, připomínek, námětů i otazníků. Čtenářům chci poděkovat. Vše, o čem zde píšu, je vztaženo pouze k pásmu 14 MHz, ale k různým datům a tedy i podmínkám v létech 2008 až 2014. 1. Vlastnosti QTH Že má QTH zásadní vliv na to, jak nám půjdou nebo nepůjdou DX spojení je věc všeobecně známá. Osobně si myslím, že s tím, abych mohl posoudit vlastnosti QTH, nemám dostatečné zkušenosti. Nicméně, dokumentoval jsem si několik experimentů z těchto QTH: Ružomberok (OM), Benecko, Luční Bouda, Špindlerovka, Pec pod Sněžkou, Poledník poblíž Železné Rudy, Lipenská přehrada (poblíž Černé v Pošumaví), Vranovská přehrada, Orlická přehrada (poblíž vodní elektrárny), Slapská přehrada (Měřín) a Györ (HA). A samozřejmě se od těch dob domnívám, že mi to vždy lépe chodilo z lokalit s větší nadmořskou výškou. Úmyslně jsem vynechal rovné rozsáhlé pláže v Primorsku, odkud to také chodilo dobře. Nenašel se ani jeden z hamů, který by mi tuto hypotézu vyvrátil. Nikdy jsem nezkoušel vysílat z velké výšky H. Chystám se však na to a mám připravenou anténu typu Single Zeppelin pro experiment na letadle, který bych chtěl zrealizovat v roce 2015. Zatím jsem anténu Single Zeppelin ověřoval na různých skalnatých kopcích jako neuzemněnou anténu, aby mě nepotkalo nějaké nemilé překvapení. Hamové, kteří mi napsali o svých zkušenostech, připouštějí, že vyzařování směrem k horizontu má vliv na četnost DX spojení, která lze realizovat. Napsáno polopaticky, z kopců chodí DX spojení lépe. 2. Použitá pásma a protistanice Přestože jsem od roku 2006 byl slyšet na různých pásmech od 80 metrů do 10 metrů, základní zkušenosti, o kterých píšu, jsou vztažené jen na pásmo 14 MHz. Když jsem se podíval na statistiky, mám však nejvíce realizovaných spojení v pásmu 15 metrů a velké množství spojení na pásmu 10 metrů. Čtenáři, kteří mi poslali připomínky, že udělali za určitých podmínek extrémní množství spojení na 10m a určitě nikoliv jen s anténami, které vyzařují směrem k horizontu, mají pravdu. V pásmu 10 m lze snadno realizovat vertikální antény, které jsou již s ohledem na délku vlny v obrovské výšce nad zemí. Takové antény mají velké množství silných postranních laloků na vyšších úhlech. Zpravidla nebudeme schopni zjistit, kterým lalokem DX signál přijímáme. A někteří z vás zjistili, že i když odjeli z vysokého QTH, že dělali stejná DX spojení i tam, kde jim anténa nemohla zářit k horizontu ani náhodou. Rovněž tuto zkušenost mám za sebou a byl jsem vyškolen po návratu z Benecka i z Ružomberoku. Podmínky v pásmu 10 m nám navíc velice zajímavým způsobem ovlivňuje ES vrstva u středně dlouhých (transatlantických) DX spojení. Děkuji ok2hf (Petrovi), který mi tuto skutečnost popsal provedením vlastních experimentů. Na kopcích však nemohu vyloučit vyzařování vyššími laloky ani u antén pro pásmo 20m. Počet experimentů, které jsem udělal, rozhodně není dostatečný ani k tomu, abych mohl změnit tvrzení, že většina DX spojení od protinožců se dělá na nízkých úhlech. Neodvážím si však ani tvrdit, že četnost těchto DX spojení je vyšší. Raději se budu držet při zemi a budu pouze tvrdit, že s velice málo ziskovými anténami, které však byly konstruované a navržené tak, aby opravdu nemohly vysílat pod vysokými úhly, jsem spojení s protinožci realizoval s vynikajícími reporty. A také mohu potvrdit skutečnost, že když jsem použil ověřené a vyzkoušené antény, které nemohly přijímat na nízkých úhlech, tak jsem ve stejnou dobu tytéž, s jinou anténou dekódovatelné stanice buď nedekódoval, neslyšel a nebo je dekódoval s mnohem horším reportem. Ale to se dostávám k historickému jádru, na které mě kdysi přivedla moje anténa Delta Loop pro pásmo 80 metrů. 3. V počátcích byl Delta Loop pro pásmo 80 metrů .... Používal jsem ji na všech pásmech. Anténa byla instalovaná nízko a měla nepříjemná minima. Pro DX na 20 metrech se samozřejmě nehodila, ale byla to moje první anténa, se kterou jsem zrealizoval své první spojení dlouhou cestou (long path). A byla to také první reálná anténa, u které jsem rozhodl, že vyzařování antén budu modelovat trochu jinak, než jen jednoduchými drátovými modely, se kterými pracují standardní mmana, eznec, atd. Skutečnosti: - momentové metodě výpočtu antén věřím za určitých předpokladů - věděl jsem, že nikdy směrovou charakteristiku delta loopu v horizontální rovině nezměřím - měl jsem omezenou možnost měnit geometrii antény změnou závěsných bodů Předpoklady: - měl jsem vyvinuté první sondy na měření proudu v anténním drátu - měl jsem označené vzdálenosti "na anténním drátu ve směru po drátě" a znal jsem tedy jednak místa závěsných bodů a polohu sond Cíle: - byl jsem odhodlán změřit nejenom impedanci na svorkách antény, na to mi konečně stačila i AA-200, ale takové měření není k ničemu, pokud si chceme udělat představu o vyzařování. A tak jsem se pustil do dvou nebo tří metod, které používám dodnes: 1. Snažím se modelovat každou anténu s ohledem na její okolí. Na shodu modelu a reálné antény usuzuji, když mi odpovídají co nejpřesněji hodnoty magnitud proudů v anténním drátu s hodnotami modelu. Vede mě t tomu samotný princip momentové metody výpočtu antén. Jenže pokud si položíte otázku, co dělat, pokud se hodnoty proudů neshodují? Zahodit MININEC či NEC a jít na to se štípačkami a nějak docílit přizpůsobení? Sami víte, že snad kromě dipólu tudy cesta nepovede. Prostě platí teorie o vzájemných impedancích různých anténních soustav. Nicméně, právě delta loop byl u zrodu první metody. Výchozím bodem byl samozřejmě jednoduchý drátěný model. Finálním bodem však byl model, který měl velice podobné hodnoty proudů ve vodiči delta loopu. Princip je jednoduchý, ale provedení až tak jednoduché není. Nicméně, vznikla metoda, při které jsou proměnnými v určité míře tyto prvky: - výšky závěsných bodů (skutečné geometrické a teoretické, které odpovídají modelu, se liší) - reaktance, kterými se z anténního drátu "ztrácí" energie; pro delta loop jsem je dával jen do závěsných bodů - prvky, které mohou vzájemnou impedancí ovlivňovat anténní zářič (u delta loopu to byly stožáry, kovové díly žlabů, atd ....) Nebudu dále napínat, použitá metoda aproximace byla metoda nejmenších čtverců, pouze funkce byla složitější a s více rozměry. Metodu používám i pro posuzování mnohem složitějších směrových antén a chci ji popsat ve specializované publikaci. K delta loopu však uvedu alespoň srovnání charakteristik far field v pásmu 14 MHz u jednoduchého a optimalizovaného modelu. Stařičké charakteristiky jsem našel a jsou zde: Všimněte si těchto detailů. Jednoduchý model nám dává možná optimističtější výsledek, ale o ten mi vůbec nešlo. V diagramech je vidět maximum vyzařování a nepříjemná minima, která ta anténa má. S tím však nadělám pouze to, že budu měnit geometrii závěsných bodů, což jsem rovněž praktikoval. A maximum (ve směru osy x) jsem si nastavil na azimut 241° (směr LU) a soutěžil jsem, zda za měsíc udělám víc Brazilců než Argentinců nebo naopak. I na takovou prostou anténu tam byli každý den odpoledne nebo večer. Jenže tam také ráno byly ZL stanice. Mnohem později jsem se začal zajímat o to, zda je náhodou nedělám dlouhou cestou. 4. Později to byly pokusy se směrovkou ... Delta Loop stále stál a na střeše byla DHF-6 (snad jsem to nepopletl, 5 pásem od ECO antenne, na 14 MHz tři trapované prvky). Anténu jsem měl nízko, ale šla dobře doladit. A tak jsem si užíval směrovky, dělal hezká spojení s NA, JA, Hawaii i Tichomoří, jenom jaksi jsem neslyšel ZL stanice, které jsem dělal na delta loop. To by asi naštvalo každého ....A také jsem si udělal jednoduchou dvouprvkovou Jungle Job. Nebylo jí kam dát, šla na druhý stožárek na střeše. Měl jsem jen jeden rotátor a tak jsem jí nainstaloval do stejného azimutu, jako zářil delta loop. A rovněž i na tuto anténu jsem dělal tytéž ZL stanice. A tak jsem zjistil, že stačilo otočit i s tou pětipásmovou směrovkou a samozřejmě, že fungovala také skvěle. Tak jsem vlastně dospěl k tomu, že dlouhá cesta je velmi použitelná a spojení jsou vzrušující. Od těch dob mám v deníku nejvíc spojení s PY, LU, VK a ZL stanicemi. Jenže červíček hlodal dále. Měl jsem delta loop, který dobře zářil do LU a dlouhou cestou do ZL. Jenže mi na něj nešly spojení s VK. Když se podíváte, tak má hlavní lalok dost úzký a hned vedle je minimum, které může být i 10 dB a to už je dost. Pokud mi někteří z vás odpoví, kolik je to jenom stupňů S, odmítám ten argument. Na digimódech a JT 65 považuji S metr za důležitý snad jen k tomu, abych viděl, že RX není přehlcován silnými signály (nemám špičková a extrémně odolná rádia), ale když vám budou chybět 3 dB nebo méně, je to otázka, zda spojení uděláte jako FB nebo ho neuděláte vůbec. To je moje základní zkušenost z digimódů. Ale vrátím se k anténám a uvedu další charakteristiku: Obrázek je ilustrativní a dobový. Ale byl jsem rád, že jsem našel data v archivu. Na obrázku jsou dvě pozice. Pozice 1 je pozice, kdy jsem v azimutu asi 70° nebo 80° dělal ZL stanice v nové poloze antény na delta loop. A nešlo mi tak dobře Japonsko. Pozice 2 je pozice, kterou jsem potřeboval na VK. A skutečně, když jsem změnil geometrii závěsných bodů, chodil mi ten směr lépe, usuzuji tak na mnohem vyšší četnost VK stanic a spojení se slabšími VK stanicemi. Jaký však mohl být rozdíl v síle signálu? Možná, že i 10 dB nebo více a jak jsem řekl, to už je dost.... 5. Ještě později to byla výzva ... Zatímco jsem po pokusech, které jsem popsal v předchozím textu, začal věnovat extrémní pozornost směrovosti antén a kacířsky jsem přeháněl, zveličoval a psal články o tom, jak je směrovost důležitá, začal jsem se zajímat i o směrovost ve svislé rovině. V této době jsem definitivně opustil anténní monstra, která mi směrovost u antén ničila. Experimenty se poznaly podle toho, že jsem zpravidla míval na stožáru jen jednu anténu. A definitivně jsem opustil s experimenty střechu domu. Předpokládal jsem, a to s ohledem na QTH, že pokud dokážu dělat stejná DX spojení se stejnou četností na málo ziskové antény, ale s dobrou směrovostí, dopracuji se nějak k definici minimální (chcete-li jednoduché, nenáročné) antény, která se hodí pro komunikaci s protinožci.
Na obrázku vpravo jsem namaloval charakteristiky obou delta loopů, které jsou na pozici 1 a pozici 2 (viz předchozí text), charakteristiku nízkého Jungle Job, h pouze = 7 m a vertikálu s kapacitními klobouky (dle vzoru Hy Gain), tedy fyzikálně řečeno, antény zkrácené téměř na 50 %, leč účinné a ve výšce 6 metrů zářící už také druhým horním paprskem (2nd sidelobe). To je to vyzařování vertikálu pod úhlem 45° . U těchto experimentů jsem skončil v roce 2013 na pásmu 20m. Bohužel, vše potřebné jsem nedokumentoval a netušil jsem, že se budu stěhovat do nového domu a QTH již v březnu 2014. Ale vrátím se k létům 2011, 2012 a 2013. |
6. Co se mi potvrdilo a nepotvrdilo Očekával jsem, že rozliším těch kritických 10 dB, které jsem rozlišil na delta loopech. U delťáků to bylo jednoznačné. Bez změny geometrické konfigurace to prostě současně do směru ZL a VK nechodilo. Jenže ono to u ostatních antén chodilo stejně, pokud jsem použil vertikál ve výšce h = 6m, Jungle Job ve výšce 7 metrů (na obrázku označeno jako yagi h = 7, černá) i delta loop na pozici 1, zelená). Kdybych přijal teorii, že se se signály na VK dostávám i paprsky, které dopadají ve vyšších úhlech, musel bych si snad všimnout rozdílné síly signálů. Kdybych použil vertikálu uzemněného, mohl bych si rozdíly vysvětlit např. zpackanou účinností. Jak znovu zdůrazňuji, já jsem si vysvětlení udělal tím, co jsem označil tím zeleným kroužkem na obrázku. To by znamenalo, že signály dopadaly na anténu pod nízkým úhlem. Podle modelů tam má pouze jediná anténa o něco horší zisk (jde o červený delta loop v pozici 2, který opravdu nechodil), dle nepřesných charakteristik skutečně snad ne o více, než 10 dB, ale kdo ví, jak to je. Vždyť víme, jak se při modelování pracuje se zrcadlovým obrazem antény. Nemohu tedy nijak prokázat, že to není více než 10 dB .... V tomto okamžiku jsem musel experimenty v roce 2013 ukončit. Na novém QTH nemám možnost realizovat delta loopy a nemám ani příhradový stožár. Pokud jsem chtěl pokračovat v experimentech, mohl jsem jen s mnohem skromnějším vybavením, které jsem popsal v článku, na který se odkazuji v úvodu a znovu zde. A nemusím vám snad ani zdůrazňovat, s jakou účinností (ziskem) pracuje např. GAP Titan DX ve výšce asi 30 cm nad zemí. Určitě nemůže zářit na 20 metrech vyššími laloky, nechodí tak dobře, jako ty druhé vertikály, ale chodí a cílená spojení jsou realizovatelná. Do letošního roku jsem tedy vstoupil s hypotézami o důležitosti vyzařování antény k horizontu, s poznatkem, že, znovu opakuji, jsem dokázal opakovat v pásmu 20m pokusy, při kterých jsem dělal spojení s VK stanicemi s dobrými reporty, malými výkony, s extrémně málo ziskovými anténami a na nízkých úhlech. 7. Co bych měl v rámci objektivity uvést Těch věcí je celá řada. Ale ty důležité jsou: a) Předně se necítím být odborníkem na ionosférické šíření. I když studuji krátce tuto disciplínu, začal jsem se zajímat o ionosférické vrstvy, jejich výskyt, záznamy z ionosférických sond, nedokážu definovat celou řadu aspektů pro to, abych dokázal udělat realistický návrh ionosférického spoje. Proto se omlouvám všem, které jsem v mailech otravoval možná se stupidními dotazy k této tématice. b) S ohledem na bod a) předpokládám, že méně zeslabený signál bude, pokud se bude odrážet mezi dobře vodivými vrstvami ionosféry. Možná se mýlím, ale energeticky mi to u malých výkonů nesedí, pokud by se paprsek odrážel od Země. Pokud je však toto pravda, pak by mělo být naším cílem naučit se do takového vlnovodu nějak vstupovat s co nejjednodušší anténou. Možná to někdo umí, já nikoliv, ale rád bych to také uměl. c) Domnívám se, že spojení s využitím Pedersenova jevu (Pedersen Ray) by měla jít realizovat na vysokých úhlech dopadu. Tady bych snad měl mít šanci, že taková spojení udělám snadno s výše instalovanou anténou yagi (nebo LPDA), která bude mít možnost vyzařovat horními sidelobes. Tato spojení bych neměl slyšet na vertikály, pokud Pedersen Ray bude fungovat. Vertikál je však tak málo zisková anténa, opravdu minimum, u kterého můžeme být rádi, že QRP QSO vůbec realizujeme a protistanici slyšíme. Abych měl vlastní názor, jak jste si v článečcích všimli, věnuji se ziskovým víceprvkovým vertikálům. A tudy půjde moje cesta v roce 2015, bude-li mi dovoleno. d) Nebo mi opravdu někde chybí znalosti, které souvisejí s ionosférickým šířením. Proto se nezlobte, když kladu základní a možná stupidní dotazy, které se týkají šíření vln. Hlavou se mi honí, zda vrstvy ionosféry jsou soustředné (ke gravitačnímu středu Země), zda elektromagnetickou vlnu lze ve větší vzdálenosti od antén považovat za rovinnou, zda pro znázornění trajektorie spoje lze použít geometrickou optiku, zda v ionosféře platí Maxwellovy rovnice bez materiálových konstant, tedy v jakém vztahu jsou empirické a hypotetické hodnoty indexů lomu. A jak vůbec lom vypadá. Naprosto netuším, zda ionosféra tvoří či netvoří mřížku, na které dochází k ohybu vln, atd. atd. V této disciplíně jsem prostě začátečník, který neví a netuší, jak jeho ionosférický vlnovod vypadá uvnitř. e) Proto znovu zdůrazňuji, závěry dělám jen k tomu všemu, co mi bylo divné a co jsem zde popsal. Jde o jevy, které souvisí s úhlem dopadu vzdálených DX signálů. V žádném případě nemohu vyloučit, že někde dělám nějakou systémovou chybu, na kterou jsem nepřišel. Jsem ve stádiu, kdy si dávám poznatky do souvislostí nebo ty souvislosti hledám. A těch mých skutečně dokumentovaných experimentů není a nebude tolik, abych z toho mohl objektivně zevšeobecňovat.
© 2014 Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 20. 11. 2014