Het meten van het stralingsdiagram van een hf antenne
De stralingsdiagrammen van diverse antennes zijn heel gemakkelijk te simuleren of op
VHF te meten.
Maar hoe zou het stralingsdiagram van een HF antenne er in de praktijk uitzien?
Het idee is simpel: rijd met een Rx een rondje rond een zendende antenne en registreer
de sterkte.
Helaas is een rondje rond een antenne rijden onmogelijk, want er is geen cirkelvormige
weg rond de antenne. Door de landerijen en door sloten rijden is niet handig.
Ik bedacht een truuk om gewoon over bestaande wegen te rijden en ondanks veranderende
meetafstanden toch een stralingsdiagram te kunnen maken.
Gebruikte apparatuur:
======================
De ontvangantenne is een miniwhip die op een magnetische kleefvoet is gemonteerd.
De RX is en RA5000 van AOR
De RA5000 heeft een middenfrequent output. Hieraan knoopte ik een AD8307 ic.
Deze geeft een gelijkspanning af die een maat is voor de sterkte van het ontvangen signaal.
Als bijkomend voordeel is dat de output logaritmisch is, waardoor het gemakkelijk in
dbm geijkt kan worden.
De gelijkspannings output van de AD8307 wordt door een AVR microprocessor gemeten en op
een sdkaartje weggeschreven.
De plaatsbepaling wordt gedaan door middel van een GPS unit, die ook weer aan de AVR
gekoppeld is.
Hoe werkt het nu allemaal:
===============================
Je rijd over beschikbare wegen op een paar kilometer afstand een rondje rond de zendantenne.
Elke seconde wordt een meting van de signaal sterkte gedaan en tegelijkertijd geeft de
GPS unit aan waar je je precies bevindt.
De AVR maakt een file op de sdkaart waarin van elke meting de locatie in noorderbreedte en
oosterlengte staat, samen met de sterkte van het ontvangen signaal.
Vervolgens stop je sdkaart thuis in een personal computer en je maakt een kaartje
waarop de signaalsterkte van elke meting als een stipje getekend is. Hoe sterker het signaal is, hoe
verder dit stipje van de antenne af wordt getekend.
Je ziet op dit kaartje precies in welke richting de antenne het sterkste afstraalt.
De praktijk:
=================
In de praktijk blijkt het nogal ingewikkeld om bovenstaande uit te voeren.
Allereerst, hoe kom je op HF aan een gevoelige antenne voor op de auto?
Het blijkt dat een miniwhip antenne het prima doet. Deze werd op een oude
magnetische kleefvoet op het dak van de auto gezet.
De AD8307 werd in een klein kastje gezet. In- en output snoeren eraan en klaar.
Het kastje met de AVR microprocessor en display had ik al als universeel meetapparaat in
de kast staan.
Hieronder de gehele setup op de bijrijders stoel in de auto.
Voor het meet-kastje ligt het GPS printje en links daarvan de vierkante GPS antenne.
Bij het eerste stukje rijden bleek dat het acculaadsysteem van de auto te veel stoorde, dus
alle meetapparatuur maar op een aparte 12V accu aangesloten.
De Software:
==============
Het is de software die het echte werk doet.
Ik schreef de software voor de AVR128 met de BASCOM compiler en de software voor de
PC met de Purebasic compiler.
Omdat de GPS de coordinaten in noorderbreedte en oosterlengte geeft moest dat eerst
omgerekend worden naar Kilometer coordinaten van het Nieuw Amersfoort grid.
Dit is het grid dat op de normale stafkaarten staat.
Ik moet bekennen dat me dit niet helemaal is gelukt want ik krijg zo af en toe
een fout van 200m. Hier moet ik voorlopig maar mee leven.
Eerst worden de punten waarop gemeten is op de kaart gezet. Dit is de witte lijn geworden.
Dan komen de echte sterkte metingen. Maar dat is ingewikkelder dan je zou denken, want
sommige metingen worden vlakbij de zendantenne gemeten en andere veel verder weg.
Dit geeft dan een onwerkelijk beeld.
Dus moet de afstand tussen het meetpunt en de zendantenne in rekening gebracht worden.
Toen me dit gelukt was kreeg ik een redelijk stralingsdiagram.
De resultaten
=============
Hierboven het stralingsdiagram van een halve golf vertical op 20m.
De groene puntjes zijn de gemeten sterktes zonder afstand correctie
De rode puntjes zijn de gemeten sterktes met afstand correctie. Dit vormt dus het
echte stralingsdiagram.
De witte lijn wordt gevormd door alle punten waarop gemeten is.
De dikke rode punt is de zendantenne.
Hierboven het stralingsdiagram van een full size inverted V op 40m.
Het is niet zo mooi als een gesimuleerd stralingsdiagram want je ontvangt
met direct zicht de grondgolf. Je krijgt dus te maken met allerlei opbstakels zoals
huizen, viaducten, bossen, dijken en soms zelfs hele dorpen.
Het plan:
===========
Op de volgende velddag ( in 2020 ) alhier willen we gaan experimenteren met een
Rombic antenne.
Misschien kunnen we met deze truuk een idee krijgen hoe goed hij gaat werken.
Even om te bekijken....
de berekeningen: ( je kunt dit hoofdstuk beter overslaan.........)
=====================================================
HET OMREKENEN VAN DE GPS GRADEN NAAR KILOMETER VAN HET NIEUW AMERSFOORD GRID.
Hiermee kan elk door de gps gemeten punt op een stafkaart gezet worden.
Het is niet de nauwkeurigste methode, maar de resultaten vind ik acceptabel en gelden
alleen voor de directe omgeving van Meedhuizen
Output van de Gps/AVR unit :
datum
utc meetwaarde graad
min graad min
14-12-2019 11:42:38 , 540.59998 , 5316.84544 , 0654.49495
Dit
betekent: 5316.84544 =
53 graden noorderbreedte en 16.84544 minuten
0654.49495 = 6 graden oosterlengte en 54.49495 minuten
Dit nu omrekenen naar decimale graden
noord_graden = 53 + 16.84544 / 60 = 53.28076 decimale graden noord
oost_graden = 6 + 54.49495 / 60 = 6.90825
decimale graden oost
Nu de kilometers van het Nieuw Amersfoort grid uitrekenen ( Xcoord en Ycoord)
hierbij zijn de graden en kilometers van
de zendantenne nodig als referentie punt. ( Noord_ref en Oost_ref)
Noord_ref = 53.280939 ; decimale graden
van de zendantenne noorderbreedte
Oost_ref = 6.906493 ;decimale graden van de zendantenne oosterlengte
X_antenne = 256.4 ; de
kilometers in het nieuw amersfoord grid van de zendantenne horizontaal
Y_antenne = 589.3 ; de
kilometers in het nieuw amersfoord grid van de zendantenne verticaal
Eerst in de horizontale richting:
gradenverschil = oost_graden - oost_ref
Km1 = gradenverschil * 110.0 * Cos(noord_ref *
pir) : pir = 3.14159265
/ 180
Xcoord = X_antenne + Km1
Uitrekenen geeft Xcoord = 256.516
Dan in verticale richting
gradenverschil = noord_graden - noord_ref
Km2 = gradenverschil * 113.7
Ycoord = Y_antenne + Km2
uitrekenen geeft Ycoord = 589.279
De getallen 110.0 en 113.7 zijn door mij proefondervindelijk bepaald.
Zo kreeg ik het beste resultaat.
HET IN REKENING BRENGEN VAN DE AFSTAND TUSSEN DE ZENDANTENNE EN DE RX
Het idee is niet zo ingewikkeld maar de wiskundige uitwerking wel.
En die is nodig om afstandverrekening te kunnen doen.
Als je de afstand tot de zendantenne 2 maal zo groot maakt,
wordt het signaal 6 db zwakker.
4 maal zover geeft 12 db zwakker.
8 maal zover geeft 18 db zwakker.
4 is 2 tot de macht 2 en geeft 2 maal 6 db verzwakking
8 is 2 tot de macht 3 en geeft 3 maal 6 db verzwakking
Je ziet nu de formule ontstaan:
2 tot de macht 3 geeft 3 maal 6 db verzwakking
2 tot de macht x geeft x maal 6 db verzwakking
8 maal zover: 8 = 2 tot de macht x ---> x = 3 ---> 3 * 6 db = 18 db verzwakking
nu bijvoorbeeld: 9 maal zo ver: 9 = 2 tot de macht x ---> x = ?
daar is een formule voor: x = log(9) / log(2) ; log is de natuurlijke logaritme.
x = 3.17
Dus 9 maal zo ver geeft 3.17 * 6 db verzwakking.
Nu zijn we waar we wezen willen.
Als je nu een standaard afstand tot de zendantenne kiest kun je voor elke
afstand uitrekenen hoeveel db het sig sterker of zwakker zal zijn op
die standaard afstand.
Deze waarde tel je op bij de meting en klaar.
de formule wordt dan: de te tekenen db's =
log(standaardafstand / afstand van meting) / log(2) * 6 db +
gemeten db's
Dan heb je uitgerekend hoe sterk het signaal zou zijn op die standaard afstand
Die sterkte is als rood in de grafieken getekend.
De rode puntjes zijn nu dus geen dbm meer maar relatieve db's