40M Faz (Phased) Vertikal Anten

Merhaba
Bu yazımda bir süredir yapmayı düşündüğüm, ama henüz fırsat bulamadığım bir phased array anten projesini anlatacağım.
Umarım bir sonraki contestte bu anteni çalıştırabiliriz.

Bildiğiniz gibi, vertikal antenler düşük gönderme açıları sebebiyle özellikle DX yani uzak mesafe çalışmak için tercih eidlen bir anten türü.
Ayrıca yer sıkıntısı , ya da bir dipol için yeterli yüksekliğe sahip olmayan  istasyonlar, portable istasyonlar için tercih edilen bir tür. Ancak kazançlı bir anten değil.
Peki bu antene kazanç ilave edebileceğiniz bir yöntem olduğunu söylesem??


Aslında bu yöntem tipik bir yagi antende uygulanan yöntemin aynısı.

Bir transmit elemanı, bir reflektör elemanı.

Faz farksız ve tek yönlü bir anten yapmak isterseniz,

Mevcut anteninizin 1/4 dalgaboyu uzağına koyacağınız, biraz daha uzun bir parça reflektör olarak, ya da biraz daha kısa bir parça director olarak çalışacaktır.

Örneğin..
7 mhz için bir anteniniz var. Bu antenin güneydoğu yönüne yaklaşık 40 cm daha uzun bir vertikal dikerseniz (hiçbir koaksiyel bağlantısı olmayan bir vertikal sadece)  kuzeybatıya doğru çalışan basit bir vertikal yagi anteniniz olacaktır.
Kuzeybatı yönüne doğru verici vertikalden 20 cm kısa bir vertikal daha dikecek olursanız da 3 elemanlı bir yagi anten yapmış olursunuz.

Tabii, bu anten yapması basit olsa da , sabit yönlü bir anten olacaktır.  Ben hep avrupa ile konuşurum gerisi beni bağlamaz diyorsanız bu yöntem işinize yarar.


Peki, Her yönle konuşayım derseniz ne yapacaksınız?


Bu sefer Ön ve Arkadaki antenler arasında bir faz farkı yaratmanız gerekir.

Bu tip antenlere phased array antenler denir.

Peki tam olarak nedir..

Anteninizden yayılan dalga kendi ile aynı frekansta ama farklı fazda bir dalga ile birleşir ise, iki dalga arasındaki faz farkına göre birbirini güçlendirir ya da sönümler.

acs.psu.edu dan alınmıştır.

Yukarıdaki görselde göreceğiniz gibi, dalgalar aynı fazda ise sinyal gücü iki kat artmakta, aralarında faz farkı 180 derece olduğunda ise sıfırlalanmaktadır.

Peki bu temel fizik bilgisi nasıl işimize yarayacak??

İki vertikal anten kullandığımızı farz edelim.

Her iki antenden gelen sinyalin belirli bir yönden geldiğinde her iki sinyali aynı faz farkı ile cihazımıza taşısak, tam tersi yönden geldiğinde ise aralarında bir faz farkı olmasını sağlasak,  ilk durumda sinyalimiz güçlenecek (çünkü her iki sinyal birbirini arttırıcı şekilde üstüste binecek) diğer durumda ise dalgalar birbirini sönümleyecek ve ters yönde gelecek olan sinyallere karşı sağır olacaktır.

Tabii bu antenlerin doğrultusunda gelecek olan sinyaller için geçerli.

Eğer sinyaller bu array e yandan geliyor ise, bu gecikmeler eşit olacağı için yanlardan gelen sinyali normal duymaya devam edecektir.

Bu anten ile teoride 3 db gönderme ve almada kazancınız olacak(yani iki kat güçlenecek) ayrıca, ters yöndeki sinyalleri baskılayacağı için daha az gürültülü bir dinleme yapabileceksiniz.

Peki , bu faz farkını nasıl oluştururuz..

1- Antenler arasındaki mesafe buna sebep olacaktır.

İki anten aasında 1/4 dalgaboyu mesafe koyarsanız, iki anten arasında 90 derece bir faz farkı oluşur.

2- Antenlere giden koaksiyel kabloların boylarında farklılık oluşturursunuz. Kablo uzunluğu da sinyalin gecikmesine yani bir faz farkına neden olacaktır.

Bu iki parametreyi kullanarak istediğiniz gecikme oranlarını yakalamanız mümkün.

Bu konuda bazı temel ölçekleri ve yöntemleri paylaşacağım.

G4AAX'in sayfasından aldığım iki farklı çizim şu şekilde..

İlk çizimde antenler arası 1/8 lambda boşluk koyulmuş. Birbirine yakın iki anten ile yapılmış bir sistem mevcut.

Koaksiyel kablolardaki faz farkları da belirtilmiş. Bunların hesaplaması ile ilgil link yazının sonunda yazacağım. ELinizdeki koaksiyel ve kullanacağınız frekansa göre bu hesaplamaları hassas bir şekilde yapmaız gerekiyor.

7.1 MHz için hesaplanan ölçüler , vertikal yüksekliği , 11.07,  radyal yüksekliği , yerden 1 metre (yukseltilmis radyaller kullanmanız gereken radyal sayısını azaltır. 2 yukseltilmis radyal yaklaşık 16 toprak seviyesinde radyale denktir.)  Radyal uzunluğu,    9,68m , Vertikaller arası mesafe ise 5.3metredir.

Şemada göreceğiniz gibi, bir adet röle kullanılmış. Bu röle'nin pozisyonuna göre antenin hangi yönü dinleyeceği ortaya çıkmakta.  

İkinci şekilde ise 1/4 dalgaboyuna göre hesaplanmış bir phasing array yöntemi görülmekte.

Burada iki adet röle kullanılmış.

Switch1 ile antenin tüm yönleri dinleyip dinlememesi seçilebilirken, switch 2 ile hangi yön dinleneceği seçilebiliyor.

Yapımı için dikkat etmek gerekenler şu şekilde.

Önce her bir vertikali ayrı ayrı kullanacağınız frekansa göre ayarlayıp ölçün. En ideal SWR oranlarını tutturun.

Daha sonra, arada kullanılacak koaksiyel kablolar için hesaplama yapmaya geldi.

http://www.va7st.ca/christman.htm  adresinde bir hesaplama sayfası var.

Öncelikle bilmeniz gereken kullandığınız kablonun velocity faktörü.

Her ne kadar kablonun üzerinde ya da üreticisinin sayfasında bir velocity faktor bilgisi bulunsa da tam olarak doğru olmayabiliyor.

Yİne de yaklaşık hesaplama için ilgili sayfadaki bilgiler kullanılır.

Misal olarak velocity factoru 0.66 olan bir koaksiyel kablo ile 7.150 mhz için bir hesaplama yaptığımızı farz edelim.

Şimdi burada yazan bilgileri inceleyelim.

Üstteki şekilde 71 derece fark içeren kabloyu yapmak için, yaklaşık 5.460m kablo lazım. Tam değeri bulmak için ise, Antenna analyzer'ımızı 9.063 mhz e alıp, Z değeri ölçümü moduna alıp, Z değerini minimum olana kadar kısaltmamız gerek.

84 derecelik iki tane kabloya ihtiyacımız var. Bunun  için de önce kablomuzu yaklaşık 6.5m den kesip, 7.661 mhz te minimum Z değerini bulana kadar kabloyu kısaltmalıyız.


Bu ölçülere göre testinizi yaparken, muhtemelen swr değerlerinizin bozulduğunu fark edeceksiniz. Bu aşamada ister anten tuner isterseniz anten boyu ile oynamak suretiyle uygun swrlere inebilirsiniz.

Bu antenin en büyük avantajı dinleme ve göndermede yönlü olmasıdır.
Limitli alanda alt bandlarda yönlü bir anten büyük avantaj sağlar.

Faz farklı anten yapımı zor ise, her zaman parazitik beslemeli yani yazının en başında bulunan anten yapılabilir. Ama onun yön değişimi için arkada bulunan radiator'un yerini manual değiştirmeniz gerekecektir.
Antenlerin yayılma patterni şu şekildedir.

Çizimlerde  nokta nokta olanlar normal vertikal, kalın çizgi ise phased array anten.

73