City Windom (OCF dipol zasilany od końca) na 7 i 14 MHz

[SP2BPD]

Sporządziłem krótką wersję anteny City Windom (nazwa wprowadzona przez UA3AHM, choć w internecie można znaleźć kilku "wynalazców" i kilka nazw tej anteny).




Rysunek zapożyczam z 5 strony opracowania: http://www.duplexers.eu/catalog/testHF/a..._OH2BR.pdf .

Wymiary:
* ramię długie 15,9 m drutu 1,6 mm;
* ramię krótkie 3,78 m RG58.

Transformator 1:4 w układzie Ruthroffa, 12 zwojów bifilarnie na rdzeniu Ferroxcube TX36/23/15-4C65 (analog FT140-61), pomierzone straty transmisji mniejsze niż 0,1dB.

"Izolator końcowy" to dławik: 14 zwojów RG58 na FT240-43 (nawinięty z przerzutką po 7 zwojach).

Uzyskany SWR: 1,2 @7MHz rosnący do 1,7 @7,2 MHz;
1,6 @14MHz zmniejszający się do 1,2 @14,35MHz.



Uwagi:

* wspomniany kompromisowy rezultat SWR dla dwóch pasm uzyskałem strojąc antenę do rezonansu na f=6,95 MHz, uzyskana długość całkowita (15,9 + 3,78 = 19,68 m) wydaje się zbyt mała, jednak należy uwzględnić, że ramię krótsze anteny jest przedłużone odcinkiem kabla RG58 nawiniętym na rdzeniu FT240-43, więc efektywna jego długość wynosi więcej niż 3,78m;

* uzyskana impedancja dławika wynosi:
14,9kOhm (43,5dB) @7MHz,
9,4kOhm (39,6dB) @14MHz,
przy zastosowanej metodzie pomiarowej:

generator sygnalowy => dławik => 6dB tłumik (50Ohm) => SDR

(próbowalem też innych metod pomiarowych, ale dała się odczuć niewystarczalność miniVNA Pro do pomiaru tak dużych impedancji, zarówno w trybie reflection jak i transmission odczytywałem impedancje mniejsze od ww. a częstotliwość rezonansowa dławika przesunięta była w dół);

* po 10 minutach ciągłego nadawania telegrafią z mocą 100W
temperatura rdzenia FT240-43:
- podniosła się z 20 do 43 stopni C dla 7 MHz,
- pozostała niezmieniona (tj. 20 st. C) dla 14MHz;

* to był główny test anteny, przekonałem się, że impedancja dławika zastosowanego w oryginalnej City Windom (wartość podawana przez producenta to ok. 3kOhm, patrz wykres na stronie 3 wspomnianego opracowania) jest zdecydowanie za mała dla pracy CW z mocą 100W; jej twórca sam zresztą to przyznaje, podając w specyfikacjach: "Max. power input 100 W (PEP) (no more 3 min. SSB)" (http://www.duplexers.eu/catalog/HF/antennas/windom6/, strona zarchiwizowana dostępna przez http://archive.org/web/) ;
zastosowany przeze mnie dławik o 3-5 razy większej impedancji pozwala na intensywną pracę CW;

* antena ta mogłaby pracować w 4 pasmach (dodatkowo 15m i 10m) pod warunkiem zastosowania bardziej szerokopasmowego dławika (np. na rdzeniach z materiału 31), mój wykazuje tylko 1,1kOhm impedancji dla 21 MHz, to zbyt mało by zapewnić wystarczającą izolację,
mogą to zilustrować pomiary prądu na ekranie kabla kilka metrów od dławika po "domowej" jego stronie:
jeśli jako I przyjąć wartość prądu dla 7 MHz, to dla 14 i 21 MHz otrzymałem odpowiednio: 2*I oraz 30*I;

* numerami 1 i 2 na rysunku oznaczyłem 2 dodatkowe dławiki (o impedancji ~5 kOhm) . Służą one głównie polepszeniu właściwości odbiorczych anteny: blokowaniu zakłóceń "domowych" indukujących się na kablu i transportowanych w jej kierunku. Pierwsze testy pokazały, że te 2 dławiki umieszczone w odległ. ok. 5m od dławika głównego i wzajemnie od siebie tłumią wystarczająco skutecznie zakłócenia pochodzące z budynku. Okazała się więc, że antena ta może być cicha. Więcej o problemie pełzania zakłóceń z budynku po kablach w stronę anteny w tym wątku: http://sp-hm.pl/thread-3106.html ;

* wygląda na to, że dobrze wykonana (solidny dławik!) antena City Windom pozbawiona jest wad anteny End Fed, mało tego - może być lepsza też od klasycznej anteny Windom, której zwisający kabel zasilający staje się często źródłem kłopotów zarówno przy nadawaniu jak i odbiorze;
w City Windom kabel prowadzony jest wzdłuż linki odciągu (mocowany do niej), co jest korzystniejszym rozwiązaniem mechanicznym, dzięki któremu może zostać wyposażony w dodatkowe dławiki odsprzęgające (1 i 2) .

Uwagi, propozycje, pytania mile widziane.

[SQ5KVS]

Dławiki można łączyć szeregowo, np. jeden z dużą ilością zwojów który będzie miał dużą dobroć na paśmie np. 40m i drugi na 15m.

[SP2BPD]

Karol, dzięki,

podobną uwagę napisał Rick, DJ0IP na forum yahoo Windom Antenna, gdzie równolegle opisałem swój twór. Rick zaproponował 13 zwojów na FT240-61 lub 9 na FT240-51, przy czym ten nowy dławik miałby się znaleźć od strony anteny, a mój sprawdzony 14 zw. na FT240-43 od strony domowej.

Niestety nie będę miał okazji więcej eksperymentować w najbliższym czasie. A rzecz może wymagać czasochłonnych i wielekroć powtarzanych prób, ze względu na to, że na każdym paśmie antena będzie miała inną efektywną długość. Izolator końcowy od strony domowej nie istnieje przecież, jest tylko liniowo rozłożona impedancja prowadząca do stopniowego wygaszania sygnału. Obawiam się, że uzyskanie trzeciego pasma może być trudne.

[SQ5KVS]

A czy przypadkiem nie chodzi tu o to aby dany dławik/dławiki miały po prostu największą impedancję na danym paśmie a sumarycznie, na pasmach? Jej długość chyba nie ma tu wiele do rzeczy, po prostu chodzi o "odcięcie" tego końca anteny od reszty świata.

[SP2BPD]

Tak, o to oczywiście chodzi. Natomiast trudność może polegać na takim zgraniu wielu zmiennych (długości ramion, technika wykonania i kolejność podłączenia dławików), by uzyskać rozsądny SWR na każdym pasmie. Dla anteny Windom o określonej długości opracowano szereg sposobów doprowadzenia jej do rezonansu na 7 nawet pasmach http://hamwaves.com/cl-ocfd/en/index.html . Eksperyment potwierdził to co pokazywały modele i rachunki.

City Windom nie da się tak łatwo symulować ze względu na trudny do zdefiniowania obiekt, jakim jest dławik. Np. opisana przeze mnie antena wykazuje rezonanse na 6,95 i 14,42 MHz. Aby uzyskać zbliżone wartości f rezonansu i impedancji w modelu 4nec2 trzeba przyjąć długość krótszego ramienia jako 4,61m, a nie 3,78m, jak jest w realu. Dławik nawinięty jest ok. 150 centymetrami kabla. Te 83 cm różnicy to mniej więcej połowa dławika. Co będzie w przypadku połączenia szeregowego kilku różnych dławików?

Zagadka, którą może rozwikłać tylko uporczywe eksperymentowanie. Chwilowo nie będę miał na nie czasu, zadowolę się więc dwoma pasmami. Może ktoś inny przejmie pałeczkę w tym miejscu.

P.S. Oczywiście można osłabić założenia projektu, zgodzić się na mniejszą impedancję dławika, większe straty mocy. Tyle że wtedy nie będziemy mieli do czynienia z anteną powtarzalną, o dobrej sprawności i odporności na zakłócenia bliskie przy odbiorze. Jak to często się dzieje z antenami OCFD: jednemu ona będzie działać, innemu nie. Komuś wybuchnie balun a innemu antena rozstroi się, bo żona wywiesi pranie.

Edit 1:
dla zainteresowanych: równolegle odbywa się rozmowa na temat City Windom
- tutaj: http://sp7pki.iq24.pl/default.asp?grupa=...mat=387910 ,
- i tu: https://groups.yahoo.com/neo/groups/wind...opics/7643

Edit 2:
- sposób na dodanie następnych pasm: wydłużenie anteny i umieszczenie kondensatora między trafo 1:4 i dłuższym ramieniem, rozwiązanie stosowane w klasycznych Windomach;
- kondensator ten może być wykonany z tegoż kabla RG58;
- opisane tutaj: http://mirradio.ru/product_info.php?products_id=4206 i tu: http://www.radioscanner.ru/forum/topic41014-31.html (wpisy 26 Июн 2017 18:29:47 i 29 Июн 2017 17:22:07 );
- przy czym ja bym uparcie walczył o większą niż w antenie komercyjnej impedancję dławika głównego i koniecznie dodał 2 dławiki wspomagające (patrz: http://sp7pki.iq24.pl/podglad_posta.asp?...za=2459684 i http://sp7pki.iq24.pl/podglad_posta.asp?...za=2459874 )

[SP2BPD]

Eksperyment - porównanie tej anteny z podobnej długości Random Wire (kawał drutu za oknem). Random Wire dostrojona za pomocą tunera, za "ziemię" posłużył grzejnik i instalacja c.o.

7 MHz


14 MHz


W obu przypadkach dolna część wodospadu to Random Wire, część górna to antena z tego wątku. Takiego zaszumienia jak w Random Wire można się spodziewać w przypadku wszystkich anten balkonowych (wędki itp.) korzystających z "ziemi" jaką stanowią elementy stalowe konstrukcji budynku i wszelkie metalowe instalacje (woda, c.o.). Z kolei niskie szumy testowanej anteny to wynik tego, iż oddalona jest ona od domowych źródeł zakłóceń (w tym przypadku o ok. 8-10 metrów), a dławiki skutecznie tłumią niepożądane prądy płynące po koncentryku.

I jeszcze przy pomocy 4nec2 uzasadnienie, czemu zastosowałem dwa dławiki pomocnicze:



Kolor zielony to rozkład prądu przy pobudzeniu od strony domu (zakłócenie).
Z - impedancja dławika głównego ("izolatora końcowego")
Z1, Z2 - impedancje dławików pomocniczych.
Rin - impedancja (rezystancja) wejściowa odbiornika przeniesiona przez kabel i trafo 1:4 do zacisków anteny, Rin=200 Ohm.

Oto tłumienie zakłóceń w przypadku, gdy występuje jeden z dławików Z1, Z2 oraz dla obecnych obu dławików. Za poziom odniesienia 0dB przyjąłem moc wydzielaną w Rin dla Z1=Z2=0 Ohm.

f= 7,05 MHz; Z= 14,9 kOhm
Z1= 0; Z2= 5 kOhm => -10 dB
Z1= 5 kOhm; Z2=0 => -17 dB
Z1= Z2= 5kOhm => -23 dB

f= 14,05 MHz; Z= 9,5 kOhm
Z1= 0; Z2= 5 kOhm => -10 dB
Z1= 5 kOhm; Z2=0 => -5 dB
Z1= Z2= 5kOhm => -17 dB

Obecność obu dławików pomocniczych zapewnia dodatkowe tłumienie zakłóceń lokalnych w granicach 3 do 4 S.

Odległość pomiędzy dławikami to ~1/4 długości fali dla największej częstotliwości pracy anteny. Raczej nie powinno się tego dystansu zwiększać, gdyż przy odległości bliskiej 1/2 dł. fali skuteczność tłumienia znacznie maleje.

[MOSFET]

Urzekła mnie 'cisza' pokazana na wodospadach. Czy nie będzie dużą profanacją wykonać tą antenę 'jak wyjdzie' i dostrajać ATU? Czy antenę z wątku można 'zmusić' do pracy na 80m? Wiem, że jest City Windom na 80m, ale nie zmieści mi się fizycznie. Dla mnie 30m to maksimum na co mogę sobie pozwolić (od okna na 8-mym pietrze w bloku do latarni).

[SP2BPD]

Aspektów jest kilka, więc odpowiem w punktach:

1/ 30 metrów odległości to jest minimalny dystans dla anteny o długości 20 m. Wypada oddalić się co najmniej 6m od budynku (lepiej byłoby więcej). Pozostałe 4m to odległość od lampy (która oby nie generowała zakłóceń).

2/ Antena ta jest dwupasmowa (7 i 14 MHz) z możliwością rozszerzenia o pasmo 21 MHz, ewent. 28 MHz - ale to wymagałoby dalszych eksperymentów. Nadawanie na innych pasmach (10, 18, 24 MHz z dostrajaniem ATU) wymagałoby obniżenia mocy, by nie zniszczyć rdzenia, na którym nawinięty jest transformator 1:4.

3/ Rozszerzenie o pasma 21 MHz i 28 MHz wiązałoby się z użyciem bardziej szerokopasmowych dławików, prawdopodobnie z materiału 31. Przy czym główny dławik "izolator końcowy" musiałby być cięższy od obecnego, wykonanego na 1 rdzeniu FT240-43.

Edit: Wygląda na to, że pojawiło się rozwiązanie nie zwiększające wagi całości (użycie rdzenia FT240-31), patrz poniżej post #15.

4/ Rozwiązaniem, które wymyśliłem dla siebie jest wykorzystywanie tej anteny jako odbiorczej na wielu pasmach (antena odporna na zakłócenia home made !) i jako nadawczej na pasmach dwóch: 7 MHz i 14 MHz. Na pozostałych pasmach jako nadawczej mogę używać wspomagającej, drugiej anteny Random Wire - czyli kilkadziesiąt metrów drutu dostrajanych skrzynką AH-4 z metalowym dachem traktowanym jako masa/ziemia.

5/ Problemy związane z szerokopasmowym wykorzystaniem anteny jako odbiorczej widzę dwa:

5a/ Straty związane z poważnym niedopasowaniem w punkcie zasilania anteny mogą spowodować, że poziom odbieranych szumów "cywilizacyjnych" zbliży się niebezpiecznie lub nawet będzie niższy od szumów własnych odbiornika. Np. w Krakowie, w miejscu gdzie zmierzony poziom szumów odpowiada kategorii "residential" (patrz Recommendation on Noise ITU-R P.372-13, rysunek 10, str 16, do pobrania: https://www.itu.int/rec/R-REC-P.372/en) w najbardziej ciche dni szum odebrany na 3,5 MHz jest wyższy o ok. 10 dB od szumu własnego mojego odbiornika. To jest OK. Jednak ta sama antena w warunkach cichych wiejskich (quiet rual) będzie dostarczać do odbiornika szum poniżej jego szumów własnych. Więc słabszych stacji, skądinąd możliwych do odebrania przy pomocy anteny dopasowanej, nie usłyszy się.

5b/ Przy uwzględnieniu 5a/ antena z dławikami, które zastosowałem może spokojnie pracować jako odbiorcza od ok. 3 do ok. 22 MHz. Poniżej i powyżej tego zakresu impedancja dławików jest zbyt mała, by skutecznie tłumić ewentualne zakłócenia wyprodukowane w domu. Oczywiście można odbierać i poza ww. zakresem, jednak trzeba się liczyć z tym, że poniżej 3 MHz i powyżej 22 MHz częścią anteny staje się też kabel koncentryczny wchodzący do domu. Rozszerzenie tego zakresu wiązałoby się z zastosowaniem rdzeni z materiału 31 i większą wagą całości.

Jeśli zdecydowałbyś się zaryzykować budowanie tej anteny, to służę zdalną pomocą (tutaj lub przez email).

[MOSFET]

Zaryzykuję na pewno. Już rozpytuję o potrzebne rdzenie. Nie mam totalnie warunków na 'prawilny' dipol, o to dowiązanie do latarni też miałem ze spółdzielnią 'jazdy', ale dzięki Bogu się uspokoiło i jakoś ludzie przywykli do widoku mojego LW. Niestety, LW wykorzystujący jako przeciw-wagę aluminiową zabudowę balkonu, zbiera QRMy jak dziadek chory na zespół Diogenesa. Jak moja YL ogląda telewizję, to nie mam szans na QSO ze stacjami poniżej "ruskiego QRP " (100W PEP).

Co myślisz o zastosowaniu rdzeni walcowych nanizanych na kabel (jak w tym rosyjskim rozwiązaniu 'fabrycznym' ?)

[SP2BPD]

ponownie w punktach:

1/ Rdzenie walcowe na kablu ("Maxwell choke") nie zapewnią wymaganej impedancji (nawet przy zastosowaniu kilkudziesięciu sztuk). Jestem przekonany, że rozwiązanie "fabryczne" jest bardzo, bardzo niedoskonałe: przez zbyt małą impedancję dławika głównego i brak dławików dodatkowych.

2/ Można by jednak takie rdzenie (np. CST19/11/12-3S4) wykorzystać i wielokrotnie przewlec przez nie cienki kabel RG316, formując kilka szeregowo połączonych dławików w miejsce "izolatora końcowego" na rdzeniu FT240. Jeśli szedłbyś w tak cienki kabel, daj znać - zdaje się, że mam gdzieś notatki z pomiarów prototypu.
Ale uprzedzając fakty ostrzegam, że sumaryczna waga będzie większa niż przy pojedynczym rdzeniu toroidalnym.

3/ Skoro wspomniałeś 100W PEP: ww City Windom przetestowana jest do 100W CW.

4/ LW możesz próbować uratować przez dodawanie dławików na koncentryku. Jednak znacząco poprawić sytuacji z zakłóceniami raczej się nie uda.

OK?