Κεραία VHF τύπου HB9CV με 2 επιπλέον κατευθυντήρες

[GeorgeVita]

Κεραία VHF τύπου HB9CV με 2 επιπλέον κατευθυντήρες

Η κεραία τύπου HB9CV παρουσιάστηκε το 1950 από τον Ελβετό ραδιοερασιτέχνη Rudolf Baumgartner, έχει μικρό μέγεθος και το βασικό κατασκευαστικό χαρακτηριστικό της είναι η οδήγηση δύο ενεργών στοιχείων με διαφορά φάσης ώστε να ενισχύεται η εκπομπή/λήψη προς τη μία πλευρά και να ακυρώνονται τα σήματα από την αντίθετη κατεύθυνση.

Η κεραία HB9CV έχει μεγαλύτερη απολαβή (κατευθυντικότητα) από τις Yagi Uda παρομοίου μήκους και καλύτερη απόρριψη σημάτων από την αντίθετη πλευρά (f/b ratio).

Στη βασική της μορφή είναι όπως το παρακάτω σχήμα:



Πολλοί ραδιοερασιτέχνες έχουν ασχοληθεί με κατασκευές της HB9CV σε διάφορες μπάντες προσθέτοντας μάλιστα και επιπλέον παθητικά στοιχεία (κατευθυντήρες ή και ανακλαστήρα). Κατά διαστήματα έχουν κυκλοφορήσει και "βιομηχανοποιημένα" προϊόντα από τις εταιρείες WIMO, Diamond Antenna, Sirio κλπ.

Σε παλιά έκδοση του "The Radio Communications Handbook", υπάρχουν στοιχεία για την κατασκευή κεραίας HB9CV για τα VHF καθώς και γραφήματα απόδοσής της:





Το πλήρες κείμενο και τα σχέδια σε δύο σελίδες pdf: VHF_HB9CV.pdf

Στο internet υπάρχουν αρκετά βοηθήματα υπολογισμού μεγεθών όπως το:
http://www.changpuak.ch/electronics/HB9CV.php

Με τη βοήθεια των παραπάνω, υπολόγισα μια έκδοση της HB9CV με 2 επιπλέον στοιχεία ως κατευθυντήρες:



Γενικά χαρακτηριστικά (σύμφωνα με αντίστοιχα βιομηχανοποιημένα προϊόντα):
Συχνότητα λειτουργίας: 144-146 MHz
VSWR τυπικά: έως 1.5:1
Απόρριψη σημάτων από την αντίθετη πλευρά (Front To Back Ratio): 12 dB
Απολαβή: 10.8 dBi (8.66 dBd)
Μέγιστη ισχύς: 100 W
Τυπική σύνθετη αντίσταση: 50Ω
Βύσμα σύνδεσης: SO-239 UHF
Μέγιστες διαστάσεις: πλάτος 1035mm, μήκος boom 1350mm


Οπως φαίνεται στο σχήμα, έχω αφήσει μεγαλύτερο το boom στην πίσω πλευρά για να δοκιμάσω στήριξη σε εκείνο το σημείο. Μαζεύω τα υλικά και ενημερώνω αναλόγως της προόδου κατασκευής της!

73!

[GeorgeVita]

Παρατήρησα ότι στις παραμέτρους για τους υπολογισμούς περιέχεται η διάμετρος των στοιχείων, έτσι παραθέτω τα μεγέθη που "βολεύουν" στη μηχανολογική κατασκευή, μήπως και χρειάζεστε κάποιο από αυτά.

- τετράγωνο boom 20mm x 20mm από αλουμίνιο πάχους 2mm (άρα εσωτερικά 16mm x 16mm)
- όλα τα στοιχεία από σωλήνες αλουμινίου με εξωτερική διάμετρο 8mm πάχους 1mm (άρα εσωτερικά 6mm)
- γραμμή μεταφοράς που συνδέει τα 2 ενεργά στοιχεία από μονόκλωνο χάλκινο σύρμα διαμέτρου 2mm σε απόσταση 3-4mm από το boom με μία διέλευση μέσα από το boom στη μέση της απόστασης. Πιθανή χρήση καλωδίου RG-213 χωρίς τη θωράκιση. Σύνδεση με τα ενεργά στοιχεία με βίδα/γκρόβερ/παξιμάδι και ροδέλα-ακροδέκτη για κόλλημα του καλωδίου.
- βύσμα SO-239 βιδωμένο στο boom, κοντά στο σημείο "A" μέσω πυκνωτή (άγνωστης τιμής προς το παρόν)

Τοποθέτηση του connector στο boom:


Απόσταση 25mm από το ενεργό στοιχείο που θα περάσει μέσα από την τρύπα στα δεξιά.



Διαμπερής τρύπα για ευκολία στην κόλληση του πυκνωτή με τον κεντρικό ακροδέκτη του βύσματος SO-239.

[GeorgeVita]

Λεπτομέρειες σύνδεσης των ενεργών στοιχείων:


Στο σημείο τροφοδοσίας έγινε τρύπα στο στοιχείο και στερεώθηκε με βίδα η κόσα που κολλήθηκε η γραμμή μεταφοράς φτιαγμένη από μονόκλωνο ηλεκτρολογικό καλώδιο 4mm² (περίπου Φ2mm). Για να κρατηθεί σταθερή απόσταση από το στοιχείο και το boom, χρησιμοποιήθηκαν κομμάτια από το εσωτερικό μονωτικό καλωδίου RG8/RG213.





Ο μεταβλητός πυκνωτής θα χρησιμοποιηθεί για την επιβεβαίωση της αναγκαίας χωρητικότητας.
Μετά θα τοποθετηθεί σταθερός κεραμικός πυκνωτής.

[GeorgeVita]

Μετά από πολλές προσπάθειες/αστοχίες που μάλλον εντοπίζονται στο σημείο τροφοδοσίας, πέτυχα σχετικά σταθερή λειτουργία με χρήση RG213 αντί του χάλκινου σύρματος:







Ο πυκνωτής συντόνισε το σύστημα στη μέγιστη χωρητικότητά του (>60pF) κάτι που μου φάνηκε περίεργο.

Οι πρώτες δοκιμές "στο χέρι" έδωσαν βελτιωμένη εκπομπή κατά +6...+8dB σε σχέση με το απλό κεραιάκι ("rubber") του φορητού πομποδέκτη που ήταν η γεννήτρια του σήματος. Λήψη σε απόσταση 5 χλμ. οπτικής επαφής.

Λόγω της ημέρας, δεν έχασα την ευκαιρία να κλείσω ραντεβού με εργαστήριο για δοκιμές σε ανηχοϊκό θάλαμο.
Οπως παρατηρείτε, ο τεχνικός αναρωτιέται που θα τοποθετήσει το δείγμα της κεραίας μου:

[GeorgeVita]

Τελικά στην κεραία HB9CV με 2 επιπλέον κατευθυντήρες χρησιμοποίησα πυκνωτή χωρητικότητας περίπου 75pF και την ανέβασα στην ταράτσα τοποθετώντας τη να κοιτάει το ζενίθ.






Ξεκίνησα ήδη τις μετρήσεις σε πραγματικό χώρο με ακριβή γεννήτρια (ISS) αλλά φθηνό S-meter!

Στο παρακάτω gif είναι σημειωμένα τα σημεία εκπομπής της ακριβής γεννήτριας (ISS σε τροχιά περίπου 405 km πάνω από το έδαφος) και οι ενδείξεις σήματος σε "μπαράκια" του S-meter Kenwood TM-V7E (μέγιστη ένδειξη "S7"):



Η συχνότητα λήψης είναι 145.800 MHz, διαμόρφωση FM, το λαμβανόμενο σήμα ήταν διαμορφωμένο μάλλον με σήμα SSTV, δεν έχει γίνει "κεντράρισμα" στη συχνότητα για να μειωθεί το φαινόμενο doppler.

Από τις πρώτες μετρήσεις φαίνεται γενικά ο εμπρόσθιος λοβός ακτινοβολίας της κεραίας που έχει την παρακάτω θέση διπόλων στο χώρο:



Βέβαια, για να βγει σοβαρό συμπέρασμα από τέτοιες "πραγματικές" μετρήσεις, πρέπει να γίνουν πολλές μαθηματικές διορθώσεις...

[GeorgeVita]

Σήμερα 14-ΑΠΡ-2018 ο ISS είχε ένα καλό πέρασμα για τις μετρήσεις. Η πορεία του (ΒΔ-ΝΑ) ήταν σχεδόν στο επίπεδο που δημιουργούν τα στοιχεία της κεραίας όπως είναι τοποθετημένη αυτή τη στιγμή. Αν και υπήρχε κενό (σιγή) στην εκπομπή του σήματος, με την επανέναρξη της μετάδοσης το σήμα ήταν στο μέγιστο (7 μπάρες) και έπεφτε έως το όριο του BUSY (Αλεξάνδρεια) που ήταν αρκετά συμμετρικό με αυτό της αρχής λήψης (Αδριατική):



Στα δεξιά του χάρτη υπάρχουν όλα τα στοιχεία της πορείας και της θέσης του ISS στο διάστημα έτσι ώστε κάποια στιγμή να γίνει μια μαθηματική επαλήθευση.

Ομως, οι δοκιμές με τον ISS δεν μπορούν να συνεχιστούν γιατί το "11-14 April SSTV Events and DIPLOMA" έλαβε τέλος! Αρχίζει η αναζήτηση άλλης γεννήτριας με σταθερό σήμα (ραδιοερασιτεχνικός δορυφόρος με beacon).