Acest calculator de antene interactiv (captura) a aparut din dorința de a ușura munca constructorilor de antene EFHW pentru că va scuti o grămadă de încercări, tăieri și coborâri ale antenei de pe pilon.
Am luat în calcul următoarele variabile: banda și frecvența de acord (se poate alege zona CW, digital sau SSB, de exemplu), grosime fir, cu sau fără izolație (se modifică factorul de viteză), înălțimea instalării, raportul UNUN (transformator de impedanță; de obicei, la EFHW se folosește un UNUN 49:1 sau 64:1).
Configurația geometrică (Sloper, Inverted-V, Inverted-L, Orizontală) influentează parametrii. De exemplu o antenă EFHW trasă ca "Inverted-L" va avea o impedanță și o lungime ușor diferită față de una întinsă perfect orizontal sau ca "Sloper" (înclinată). Pentru simplificare, în astfel de configurații se ia în calcul înălțimea medie.
Rezultate: lungimea firului radiant, lungimea contragreutății, impedanța la capătul antenei, impedanța reflectata în coaxial și SWR estimat la ieșirea transformatorului de adaptare.
Chiar dacă e "alimentată la capăt", curentul are nevoie de o cale de întoarcere. O contragreutate (fir scurt legat la masa UNUN-ului) sau lungimea recomandată a cablului coaxial (care acționează ca și contragreutate) până la un șoc RF (Choke-balun) este o informație vitală.
Valoarea condensatorului de compensare
La antenele EFHW multibandă, se adaugă adesea un condensator de înaltă tensiune (ex: $100-150\text{ pF}$) în paralel cu primarul UNUN-ului pentru a compensa reactanța pe benzile superioare (40m, dacă rezonanța de bază e în 160m).
SWR-ul estimat pe benzile superioare
Dacă antena este tăiată pentru 160m ($1.8\text{ MHz}$), ea va rezona și în 80m ($3.6\text{ MHz}$) și 40m ($7.2\text{ MHz}$). Calculatorul ar putea arăta lungimea ideală care reprezintă cel mai bun compromis pentru toate cele trei benzi (pentru că armonicile nu sunt perfect matematice din cauza efectului de capăt).
Cum ar influența variabilele algoritmul
Pentru a calcula lungimea fizică ($L$), formula de bază este:
$$L = \frac{142.5}{f} \times V_f$$
Unde $f$ este frecvența în MHz, iar $V_f$ este factorul de viteză modificat de variabile:
- Fir chel vs. fir izolat
Izolația din PVC adaugă o capacitate distribuită. Firul izolat scurtează antena cu încă 2% până la 5% față de firul de cupru chel (un $V_f$ de $0.95 - 0.97$).
- Înălțimea față de sol
Cu cât antena este mai aproape de sol (sub $0.25\,\lambda$), cu atât capacitatea față de pământ crește, ceea ce scade frecvența de rezonanță. Calculatorul aplică un factor de corecție care lungește/scurtează firul în funcție de înălțime.
- Grosimea firului
Un fir mai gros are o bandă de lucru mai largă și un efect de capăt mai pronunțat, necesitând o lungime fizică ușor mai scurtă (efectul de reducere a factorului de formă $\lambda/d$).
Am stabilit întâi fundamentul matematic și factorii de corecție empirici pe care i-am folosit în algoritm.
Când calculăm o antenă EFHW, provocarea principală este că factorul de viteză total ($V_{ftotal}$), care nu este o constantă fixă (cum ar fi $0.95$), ci este un produs al mai multor degradări induse de mediu și materiale.
1. Formulele de bază și factorii de corecție
Formula generală pentru lungimea fizică a firului ($L$ în metri) pentru o jumătate de undă ($\lambda / 2$) este:
$$L = \frac{150}{f} \times V_{ftotal}$$
$$V_{ftotal} = V_{f\_chel} \times K_{izolatie} \times K_{inaltime} \times K_{grosime}$$$$K_{inaltime} = 1.0 - \left(0.04 \times \left(1.0 - \frac{H_{\lambda}}{0.25}\right)\right)$$
Unde $f$ este frecvența în MHz, iar $V_{ftotal}$ este determinat astfel pentru a stabili valorile și ecuațiile de corecție:
- Factorul de viteză de bază ($V_{f\_chel}$)
Pentru un fir de cupru perfect suspendat în spațiu liber, efectul de capăt reduce lungimea cu aproximativ $3\% - 5\%$.
Valoare standard: $V_{f\_chel} = 0.96$
- Corecția pentru izolație ($K_{izolatie}$)
Izolația (mai ales PVC-ul standard) are o permitivitate dielectrică mai mare decât aerul ($\varepsilon_r > 1$), ceea ce încetinește unda electromagnetică și face ca firul să "pară" mai lung electric decât este fizic.
Fără izolație (fir chel): $K_{izolatie} = 1.0$
Cu izolație subțire (ex: emailat): $K_{izolatie} = 0.99$
Cu izolație PVC standard (conductor electric clasic MYF/FY): $K_{izolatie} = 0.97$ (o reducere de $3\%$)
- Corecția pentru înălțimea față de sol ($K_{inaltime}$)
Aici intervine capacitatea parazită față de sol. Efectul este critic dacă antena este la o înălțime mai mică de $0.25 \times \lambda$. Pentru a calcula lungimea de undă în metri: $\lambda = \frac{300}{f}$.
Putem aproxima factorul $K_{inaltime}$ printr-o funcție dependentă de raportul $H_{\lambda} = \frac{\text{Înălțime}}{\lambda}$:
Dacă $H_{\lambda} \ge 0.25$, solul influențează foarte puțin rezonanța: $K_{inaltime} = 1.0$
Dacă $H_{\lambda} < 0.25$, firul trebuie scurtat suplimentar pentru că solul "trage" frecvența în jos. O aproximare empirică bună pentru calculatoare este:
(De exemplu, la sol direct ($H=0$), factorul scade cu $4\%$, adică $0.96$).
- Corecția pentru Grosimea firului ($K_{grosime}$)
Un fir mai gros are o capacitate proprie mai mare, ceea ce scade nesemnificativ lungimea fizică necesară, dar lărgește banda (SWR mai bun pe o plajă mai mare).
Pentru fire subțiri ($1 - 1.5\text{ mm}^2$ / AWG 16-14): $K_{grosime} = 1.0$
Pentru fire groase ($2.5 - 4\text{ mm}^2$ / AWG 12-10): $K_{grosime} = 0.995$
- Lungime contragreutate.
Scriptul folosește formula $0.05 \times \lambda$ aplicând și un factor de viteză redus de $0.95$, deoarece contragreutățile stau de regulă mai aproape de pământ/acoperiș decât radiantul principal.
2. Impedanța Rezultată (aproximare)
Impedanța la capătul unei antene EFHW ($Z_{EFHW}$) nu este fixă. Ea variază teoretic între $2000\,\Omega$ și $4000\,\Omega$ în funcție de înălțimea față de sol și diametrul firului. O formulă empirică utilă pentru calculator, bazată pe înălțimea $H$ în metri și banda $\lambda$:
- La înălțimi mici ($H < 0.1 \times \lambda$), impedanța scade din cauza pierderilor în sol: $Z \approx 1800 - 2200\,\Omega$.
- La înălțimi medii/mari ($H \ge 0.2 \times \lambda$), impedanța se stabilizează: $Z \approx 2500 - 3200\,\Omega$.
Dacă utilizatorul alege un UNUN 49:1 (cel mai comun), transformatorul va vedea această impedanță și o va reflecta către stație ($Z_{out} = \frac{Z_{EFHW}}{49}$). Idealul este să obținem $50\,\Omega$ (adică $Z_{EFHW} = 2450\,\Omega$).
De ce sper să placă constructorilor?
1. Este interactiv
Văd pe loc cum dacă bifează "Fir izolat", lungimea calculată scade automat cu zeci de centimetri (sau chiar metri în banda de 160m!).
2. Are avertisment practic
Am lăsat o notă la final care amintește că lungimea e cea calculată teoretic, dar în realitate e bine să lași o rezervă pentru noduri și acord fin, rezerva care trebuie pliata pe fir, pentru a nu influența rezonanța.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu