20-15-10m Triband Sloper
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A lógica subjacente a este design de antena foi a seguinte:- Simplicidade / baixo custo
- Campo destacável com pouco esforço por 1 ou 2 pessoas
- Capaz de trabalhar de forma eficaz sem uma torre ou rotador
- Direcional, de preferência eletricamente steerable
- Capacidade Multibanda, idealmente sem um sintonizador ou na pior das hipóteses, com uma gama limitada embutido autotuner
- Capaz de sobreviver a condições climáticas extremas
- Deve funcionar bem com um mastro relativamente curto
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Teoria
O projeto apresentado aqui é um manga de open- dipolo. Dipolos manga são uma abordagem clássica para a criação de antenas de banda larga:
Aqui, 'manga' um coaxial envolve o dipolo. É acoplado capacitivamente ao elemento dirigido dipolo, embora não de outra forma electricamente ligado ao mesmo.
Uma antena deste tipo tem duas depressões significativas na sua resposta de frequência SWR: uma na frequência de ressonância do dipolo, e um segundo na frequência de ressonância da manga. Utilmente, embora os cabos de aço não permanece tão baixo como o faz com os dois frequências de ressonância, é, no entanto, tende a permanecer relativamente baixo (por exemplo, da ordem de cerca de 10:1 ou então, bem dentro da gama de a maioria dos acopladores de antena) entre essas freqüências.
Desde mangas coaxiais são difíceis de construir, uma abordagem alternativa é frequentemente recomendada na literatura:
Aqui, a manga é substituído por um par de elementos condutores de cada lado do dipolo principal. Novamente, como com uma manga coaxial, estes elementos (normalmente chamado um manga aberta na literatura) não estão ligados electricamente ao ponto de alimentação e um par apenas capacitivamente.
Minha primeira tentativa de modelar uma antena dessas envolvido tentando colocar ressonâncias em 20m e 10m, a fim de manter a distância bem-comportado o suficiente para trabalhar bem com um sintonizador, mas NEC2 resultados não foram impressionantes - aparentemente, uma oitava inteira era um pouco demais. Minha segunda tentativa modelado ressonâncias a 20m e 15m, estendendo os elementos manga um par de pés e ajustes do seu comprimento para obter a ressonância no lugar que eu queria. Desta vez, eu tenho bons resultados em todo os 20 e 15 bandas, e cabos de aço bastante decente em toda a faixa de 17m o que exigiria um sintonizador, mas apenas um ajuste relativamente pequena para obter uma combinação perfeita. A resposta 10m sugado, no entanto, e assim eu continuei trabalhando.
Desta vez, eu tentei duas mangas desiguais, um sintonizado para a ressonância de 15m, o outro a 10 m. Este reteve os agradáveis depressões SWR de largura em 20 e 15 m, e ganhou outro no meio da banda de 10m - acordo com NEC2, uma antena deste tipo não seria necessário um sintonizador para 20 ou 15 e para a maioria de 10, e com uma forma justa sintonizador de faixa estreita seria bom para todos, de 20, 17, 15 e 10, e com um sintonizador de intervalo um pouco maior também é bom para 12m. Isso parecia bom o suficiente, então eu fui em frente com a construção.
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Espaçamento elemento
A partir dos resultados de modelagem, o espaçamento elemento (isto é, a distância entre o elemento dirigido dipolo e os elementos parasitários) não era muito crítico, mas era aparente que levando-os muito perto resultou na impedância reduzida alimentação ponto, e fazê-los demasiado afastados aparentemente se não lhes acoplamento bem o suficiente para obter bons e de baixo SWR mergulhos nas outras freqüências ressonantes. Depois de um pouco de experimentação e otimização genética utilizando 4nec2, tornou-se evidente que 1,49 "elemento de espaçamento elemento foi a distância preferida, então eu arredondado que a de 1,5" para facilitar a construção e passou a projetar a antena.[ editar ]
Dipolos inclinados
Dipolos inclinadas, também chamados de slopers ou full-slopers , são um compromisso interessante entre o clássico flat-top dipolo e uma configuração vertical. Nesta abordagem, uma extremidade do dipolo é suspensa (por meio de um isolador) de uma torre, eo outro é fixada ao solo, de novo através de um isolador, de tal modo que a parte mais baixa do dipolo está a poucos metros acima do solo. Alguns da literatura recomenda um ângulo de 45 graus, apesar de um ângulo ligeiramente mais rasa, na verdade dá melhor front-to-back.Dipolos inclinadas são antenas direcionais. A razão para isto é demonstrado pelo seguinte esquema:
Aqui, nós mostram uma secção transversal através da resposta em forma de donut clássico polar de um dipolo típico. Montado verticalmente, dipolos são essencialmente omnidirecional. Montado horizontalmente, tipicamente uma figura-8 padrão é visto. Inclinação que a estrutura por meio de 45 graus, como mostrado acima, resulta em um dos lados do padrão apontando para cima no ar e para a frente, e do outro lado do padrão apontando para o chão. Isto resulta em uma resposta antena que está dentro de um par de db em qualquer lugar a partir dos lados para a frente, com um valor nulo em forma de coração na parte traseira, que está no seu máximo apontando directamente por trás da antena. O padrão de se assemelha ao de um Yagi 2-elemento ou Moxon, embora com um lobo mais largo e um ganho de pouco menos.
Interestingly, usual experience about soil quality is turned on its head with this kind of antenna, particularly with regard to front-to-back performance. In this case, you actively want the ground to eat the back lobe rather than reflect it, so the poorer the ground, the better -- exactly the opposite of the usual approach.
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Baluns
Slopers are inherently somewhat unbalanced as a consequence of their ends being in rather different electrical environments. Consequentially, in order to avoid RF feedback on the screen of the feed line back to the shack, it is necessary to use a balun. My preference is to use a 1:1 voltage balun mounted right at the feed point. Though it's probably also feasible to use a choke balun in line with the feed line, e.g. mounted at the mast, radiation from the feedline between the choke and the feed point would most likely mess up the antenna pattern. Since such baluns are pretty cheap even for full legal limit power handling capability, I'd recommend just using one.[ editar ]
Electrically Steered Arrays
3 slopers attached to a single mast, 120 degrees apart
Since slopers have a wide, flat polar response curve, they are well suited to the construction of electrically steered arrays. Two antennas back-to-back on a single mast would allow, by selecting between the antennas with an antenna switch, the null to be flipped in the forward/backward axis. Adding a third antenna and spacing all three 120 degrees apart makes it possible to rotate the beam (and, actually, more usefully the rear facing null) a bit more accurately. Going to four or more elements is probably unnecessary, given the relative lack of directivity of the pattern.
Nothing more complicated than a 3-way antenna switch is necessary. A remote switch mounted at or near the mast is ideal, though it's also quite valid to simply run a separate feed line from each antenna back to the shack (as is the case with my own setup).
Note that this is not a phase-steered array -- only a single element is driven at a time.
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Design Methodology
My design approach initially involved creating an antenna model in 4nec2, which was parameterised for the length of each element and for the element spacing. I used the genetic optimization features in 4nec2 to evolve a first-cut design, which was then optimized further by hand-tweaking until I got something that did what I wanted it to. This is an oversimplification, somewhat, because there were a few false starts. The tweaking overall took a few evenings work. Eventually, this resulted in a successful model that had the behaviour I wanted. I then exported the geometry by cutting and pasting from the NEC2 output file to a Mathematica workbook, which was then used for detailed calculation of the wire lengths. Since NEC2 gives only the coordinates of the ends of the wires, it was useful to be able to calculate the wire lengths in Mathematica. I also used Mathematica to create the visualisation of the 3-element antenna shown above, and also to help figure out how many of each kind of spacers I needed to make.[ editar ]
4nec2 Model
This is actually a second attempt at a 4nec2 model -- the original ended up very messy after many hours of hacking around trying various ideas. This is the result of redoing the model so that it could be included in a relatively understandable form in the slides for the talk I gave at the SBARA (South Bay Amateur Radio Association) meeting on January 14th 2011.Final dimensions for this version of the antenna were:
- 10.17858m 20m Dipole
- 6.899761m 15m Sleeve
- 5.047893 10m Sleeve
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