RN3AUS Summer LF Experiments 2018 / Мои летние эксперименты
на Длинных Волнах
RN3AUS summer
LF-experiments 2018
или
Антенна на воздушном
шаре
. 
Предисловие.
Работать на передачу мне удается пока только летом, c
дачи в KO85HA, где есть возможность развернуть передающую
антенну; в городе это по-прежнему совершенно невозможно.
На участке помещается лишь небольшая Г-образная антенна 20
метров длины с высотой подвеса не более 7 метров.
Результаты с такой антенной получаются довольно скромные.
Так, например, с усилителем мощности 500 Вт и током антенны 2А
излучаемая мощность составляет лишь Pизл= (Hэфф * Iант)^2 / 1670
= (5.9 * 2)^2 /1687= 0.083 Вт = 83 мВт. При
этом мой сигнал принимался в лучшем случае у SM2DJK, 1296 км.
Эффективная
высота антенны рассчитывается по формуле
Hэфф=Hactual * (2Ch+Cv)/2(Ch+Cv),
где
Сh = 5 * длина горизонтальной части,
Cv = 6 * длина вертикальной части.
Если антенна состоит из двух проводов, разнесенных на 1 м, то
емкость увеличиваются примерно в 1,6 раза.
В моем случае Сh = 5 * 20 * 1.6 =160 пФ, Cv = 6 * 7 *
1.4 = 68 пФ, Hэфф = 7 * (2*160+68)/2(160+68) = 5.9 м
Хотелось большего. В 2015 году были проведены эксперименты с
антенной длиной 150 метров. Она подключалась к дальней точке
полотна Г-образной антенны и натягивалась с небольшим подъемом
по высоте к дереву, стоящему на краю борта песчаного карьера, на
дне которого, напомню, и находится мой участок. На фотографии
антенный провод для наглядности обведен толстой линией, иначе
его практически не видно.
Как видно, антенна почти горизонтальна, ее правая часть
(начало) поднята над землей на 7 метров, левая (конец) выше
правой на 15 метров. Действующая высота антенны, по моим
оценкам, близка к 11 м. Такое полотно имеет значительно большую
емкость, так что для настройки в резонанс нужно было
использовать лишь половину обмотки вариометра + его подвижная
катушка в среднем положении. Это около 1-1.5 мГн.
Максимальный ток антенны, которого удавалось достичь с имеющимся
усилителем мощности - 2.8...3 А. Излучаемая мощность при этом,
вероятно, составляла 0,6 - 0,7 Вт.
В этом году, прежде чем приступить к описываемым далее
экспериментам, в течение двух недель я использовал такую
антенну. Затем полотно было свернуто.
Были достигнуты следующие результаты:
Запомним уровни приема у EW6X -19 dB и 2E0ILY -24 dB
На этом эксперименты со "старой" антенной были завершены.
Стало ясно, что с имеющейся аппаратурой и антенной достигнут
максимум возможного. Не удается поднять ток антенны выше 3 А.
Чтобы это сделать, вероятно, необходим новый усилитель мощности,
в несколько раз более мощный. Но ведь и сейчас аппаратура
раскачивается без проблем до 600 Вт, при этом усилитель почти не
греется. Следовательно, основная доля мощности поступает в цепь
антенна-земля. Потери в земле, должно быть у меня велики. Грунт
- песок, лишь в огороде поверх песка тонкий слой почвы. На
глубине 30 метров от поверхности залегает водонасыщенный слой.
Заземление организовано путем забивки стального уголка длиной
около метра в грунт, плюс по длине участка растянут "радиал"
длиной 20-25 метров. Не заметил влияния этого радиала на ток
антенны. Такое впечатление, что основной путь ВЧ тока в землю
проходит через межобмоточную емкость силовых трансформаторов
блока питания и далее в силовую сеть поселка и в нулевой ее
провод...
Кстати, несколько слов об аппаратуре. Затем мы вернемся к
экспериментам.
Аппаратура.
Передатчик состоит из трех частей: синтезатора, блока питания и
усилителя мощности. Все они полностью самодельные.
Видео: ВЧ-дуга
Синтезатор.
Уже много лет использую DDS-синтезатор на микроконтроллере
AtTiny2313, он подробно описан здесь: DDS-синтезатор
передатчика
В журнале Радио №№ 9-10/2012 была опубликована моя статья
"Возбудитель передатчика диапазона 136 кГц"
Обсуждение синтезатора и управляющей программы шло на форуме: DDS-синтезатор
передатчика
В новой конструкции в качестве опорного генератора синтезатора
был использован рубидиевый стандарт частоты 10 МГц FE-8680,
приобретенный б/у через Сергея RV3APM (SK).
Описание этого устройства можно посмотреть здесь:
5680A_Data_Sheet_RUS.pdf
FE-5680_manual_rus.pdf
Блок питания.
В БП используются два мощных и тяжелых трансформатора от
источников бесперебойного питания. Чтобы иметь на выходе
напряжение 24 В, вторичные обмотки трансформаторов включены
последовательно, а первичные параллельно. Выпрямитель -
мостовой, на диодах Шоттки 200 В, 50 А. Каждый диод установлен
на индивидуальном радиаторе. Для защиты вторичных обмоток на
случай теплового пробоя диодов служит предохранитель F1
(автомобильный "флажковый" 30А). Выход блока питания также
защищен аналогичным предохранителем. В цепи первичных обмоток
установлены автоматические предохранители-размыкатели 5А в
каждом проводе. Один из них, F2, имеющий удобную "клавишную"
конструкцию, выведен на переднюю панель и служит для
включения-выключения изделия. На холостом ходу выпрямленное
напряжение составляет 34 В. Охлаждение диодов и трансформаторов
осуществляется вентилятором 12 В. Резистор R2 гасит избыток
напряжения. Выходной ток измеряется стрелочным амперметром на
30А, для которого необходим измерительный шунт 75ШИП1-30-0,5.
Наличие выходного напряжения индицируется сигнальной лампочкой
27 В. Непосредственно к выходным разъемам БП подключен
конденсатор C3, служащий для защиты от возможных ВЧ наводок со
стороны усилителя мощности. Признаком срабатывания
предохранителя F4 служит погасание лампы HL1 при работающем
вентиляторе охлаждения. Если сработал F1 - вентилятор также не
будет работать. Следует заметить, что F4 работает на постоянном
токе, а F1 - на переменном. В процессе эксплуатации выяснилось,
что F1 довольно сильно греется и даже иногда выходит из строя
при выходном токе 25 А (с F2 при этом все нормально). Рекомендую
ставить сюда не малогабаритные ВАЗовские предохранители, а более
крупные. Особое внимание следует уделить качеству контактов и
применению соединительных проводников достаточного большого
сечения, иначе при длительной работе возможен сильный разогрев и
оплавление изоляции.
Длительная работа источника питания в режиме 24 В х 25 А
выявила также заметный нагрев сердечников трансформаторов до
температуры 60-65 градусов. До такой же температуры могут
нагреваться и радиаторы диодов, поэтому принудительный обдув
является необходимым.
Усилитель мощности.
Усилитель мощности двухтактный, в каждом плече по два
транзистора IRFP260. Радиаторы плечей раздельные, что позволило
установить транзисторы на них непосредственно, без изолирующих
прокладок. Предварительный усилитель
выполнен на микросхеме TDA2030A. УМ может работать при питающем
напряжении от 14 до 42 В. Схема усилителя в целом повторяет уже
многократно проверенную на практике (это уже четвертый УМ
собранный мною по подобной схеме):
Как всегда в моих конструкциях, усилитель снабжен несколькими
защитами: от перегрева, от короткого замыкания, от превышения
напряжения питания, от перегрузки по току потребления, от
выбросов напряжения на выходе. Впрочем, к счастью, усилитель
все время работал штатно и ни одна из защит не
срабатывала. Только однажды возникла не сразу найденная мною
неисправность - механически отломилась ножка у стабилизатора
VR2.
Из новшеств - цепи затворов силовых транзисторов дополнены
схемой форсированного закрывания на транзисторе BC327 и диодах
1N4148. Опыт эксплуатации положительный - коммутационные потери
уменьшились, нагрев радиаторов при длительной работе на полной
мощности очень небольшой.
Печатная плата нового варианта УМ: печатная плата
Кроме того, коммутация выходных обмоток трансформатора Т3 теперь
осуществляется "цифровым" способом.
Первичная обмотка осталась без изменений, а вторичная состоит из
5 обмоток с числами витков: 2, 3, 4, 6, 8. То есть каждая
следующая обмотка имеет в корень из 2 большее количество витков.
Коэффициент трансформации, следовательно, возрастает как степень
двойки. Теперь, используя реле, можно комбинировать эти обмотки,
получая любой желаемый коэффициент трансформации с 32
градациями. Схема "цифровой" коммутации приведена на рисунке.
Печатная плата, схема, текст программы, прошивка
микроконтроллера находятся здесь: Digital Transformer TX
Микроконтроллер AtTiny13 тактируется от внутреннего генератора.
Желаемый коэффициент трансформации задается переменным
резистором. Контроллер считывает управляющее напряжение с движка
переменного резистора (ножка 1 - АЦП), переводит его в 5-ти
разрядный двоичный код и выдает его на выходы (ножки 2-7). Если
на выходе логическая 1, срабатывает соответствующее реле и
подключает требуемую обмотку. Индикация установленного
коэффициента трансформации осуществляется светодиодами двоичным
кодом, что оказалось вполне наглядно. Особенно удобна, на мой
взгляд, простота управления вращением ручки переменного
резистора.
У меня были некоторые сомнения - будет ли контроллерная схема
устойчиво работать в условиях мощных ВЧ-наводок, не начнут ли
хаотически переключаться реле и выдержат ли их контаткы выходной
ВЧ ток усилителя? Оказалось, схема работает надежно.
Единственное пожелание - переключение обмоток лучше производить
при отсутствии сигнала возбуждения (не "на ходу"). Да обычно это
и не требуется - в процессе настройки антенны постепенно,
шагами, увеличиваем коэффициент трансформации для получения
максимального тока антенны, а далее во время работы ничего
изменять уже не нужно. По сравнению с "классической" схемой, где
вторичная обмотка имеет ограниченное число отводов, новая
"цифровая" коммутация обеспечивает более точный и "плавный"
подбор согласования УМ с антенной.
Видео: управление цифровым
трансформатором (13 Мб)
Примечание. Получилось так, что в трех из четырех экспериментах
с антеннами на воздушных шарах использовался не этот новый
усилитель мощности (в нем возникла неисправность, упомянутая
выше), а более старый, описанный в журнале Радио №8 2013.
У него менее совершенная схема и слабые радиаторы, но работал он
превосходно и грелся не сильно.
Эксперименты с подъемом антенн на воздушных шарах
Предыстория.
Итак, постепенно я убедился, что с горизонтальной низко
подвешенной антенной, даже очень длинной, трудно достичь чего-то
большего. Уже несколько лет у меня зрела
мысль поднять антенну повыше с помощью либо воздушного змея,
либо шара.
ЗМЕЙ.
Со змеем у меня имелся довольной большой и положительный
опыт. Еще в 2009 году был сконструирован большой коробчатый
змей. В ветреную погоду он был запущен на нити длиной 300 метров
и устойчиво "стоял" в небе на высоте 100-150 метров. Помнится,
его оказалось гораздо труднее "стащить" оттуда вниз, чем
запустить! Тяга на нити достигала нескольких килограммов, этого,
конечно, хватило бы для подъема проволочной антенны такой же
длины. У меня сохранилось несколько фотографий. Еще раз напомню,
это старые материалы, 2009 года.
Конструкция змея классическая коробчатая, из деревянных
реек и синтетической ткани. Соединение реек нитками на клею. В
верхней части змея добавлены "крылышки" для увеличения
устойчивости и подъемной силы. Однако их лучше было бы
разместить внизу (или просто перевернуть змей) - тогда
достигалась бы автоматическая стабилизация угла атаки: чем
сильнее ветер, тем меньше угол атаки, так как хвостовую часть
начинало бы поднимать, и наоборот.
Запуск трудностей не представляет, но делать это лучше вдвоем.
Один держит катушку с нитью, другой относит змей на расстояние
метров сорока и, при натянутой нити, толкает змей вверх, помогая
воздушному потоку захватить его. Дальше, если ветер есть, змей
довольно охотно взмывает вверх, для чего нить нужно тянуть на
себя, а затем постепенно ее отпускать, разматывая с катушки.
Если подъемная сила ослабевает, вновь тянем нить на себя.
Чередуя эти движения, несколько напоминающие действия рыбака,
выуживающего крупную рыбу, удается поднять змей на высоту. Когда
змей преодолеет первые тридцать метров подъема, процесс идет
гораздо более устойчиво. На этой высоте ветер есть почти всегда,
даже если у земли он слабый.
Дальше просто позволяем нити разматываться до самого конца. Ниже
на фото змей виден совсем вдалеке. Можно заметить, что нить не
идет к змею напрямую, а сильно оттягивается ветром в сторону.
Змей в небе летает практически самостоятельно, без
управления нитью; просто стоишь и держишь ее. Угол места змея
можно оценить градусов в 30, значит высота его подъема равна
половине длины нити. Нить 300 м, высота подъема 150 м.
Посмотрите интересное видео, как летает змей, и послушайте
звуки, приходящие "с неба" по нити!
Полет змея 300 метров
Возвращаясь в настоящее, в летние дни 2018 года, я пришел к
выводу, что в моем нынешнем QTH воспользоваться змеем
будет затруднительно.
Во-первых, работать на ДВ нужно ночью, но здесь у нас ветер к
ночи обычно стихает. Во-вторых, для запуска змея нужен простор.
Это трудно сделать с маленького дачного участка, нужно выходить
в поле. Но у меня аппаратура питается от сети 220. В принципе,
можно организовать питание усилителя мощности от двух-трех
последовательно включенных автомобильных аккумуляторов и так
выехать в поле на машине. Но это уже будет целая ночная
DX-экспедиция, что пока мне не под силу. Может быть, буду готов
осенью или в следующий сезон.
Итак, от идеи подъема антенны на змее, несмотря на ее
привлекательность в плане дешевизны и большой подъемной силы,
было решено временно отказаться.
ШАРЫ.
Другая возможность - использование шаров, надуваемых
водородом или гелием. В продаже оказались доступные по цене
латексные оболочки больших праздничных шаров, которые можно
раздувать, как обещают, до диаметра 90 см. Это довольно много,
объем такого шара превышает 300 литров.
Чем надувать шар? Самое дешевое - водород. Его можно получать
самостоятельно в домашних условиях с помощью реакции алюминия
(фольга) и раствора медного купороса с солью. Цена этих
компонентов очень небольшая, все это есть в хозяйственном
магазине. В интернете на сайте Устройства
для накачивания шарика водородом нашлось подробное
описание как это сделать.
Первый опыт: получение водорода.
Из пластиковой бутылки, шприца и прозрачной трубки с
помощью герметика была создана конструкция химического
реактора-газогенератора.
Все что нам нужно для производства водорода:
В бутылку засыпаем равное количество медного купороса и
соли, заливаем воду, к медной проволоке прикрепляем побольше
алюминиевой фольги:
Процесс начинает идти более интенсивно и бутылка
нагревается. Помещаем ее в ведро с водой для охлаждения. Шар
начинает медленно надуваться. Шприц нужен, чтобы можно было
управлять реакцией и приостанавливать ее, извлекая алюминий из
раствора. Алюминия оказалось нужно в
несколько раз больше, чем показано на предыдущей фотографии.
К сожалению, одной заправки газогенератора хватило лишь на
такой незначительный объем газа. Шар не демонстрирует никакого
желания взлетать. Можно было бы перезарядить газогенератор или
же использовать бутыль большего объема, например 5 или 9 литров.
Но все же слишком уж долгий и хлопотный получается процесс
надувания даже одного шара. Это не совсем то, что нужно для
решения нашей задачи - подъема антенны...
В общем, опыт с водородом был признан не удачным. Участники
эксперимента (я и дочь) были несколько огорчены, поэтому решили
нелетающий шар с водородом взорвать:
Хлопок был не таким сильным как мы ожидали, но все равно
нам понравилось.
Видео: взрыв шара с водородом
Главный эксперимент: гелий
Так стало ясно, что без приобретения гелия подъем антенны
на шаре не возможен. Купить гелий в Москве проблемы не
составляет, в интернете есть много предложений подобного рода.
Мой выбор остановился на магазине "Лилитоп"
Сколько нужно гелия? Если планируется запуск нескольких шаров
диаметром 70-80 см, то на каждый шар будет расходоваться
примерно 0,2 куб. м или 200 литров гелия. Если использовать
баллон объемом 10 л и давлением 150 атмосфер, то мы получим
грубо говоря 1500 литров гелия, что должно быть достаточно для
запуска 7-8 шаров. Приобретать баллон меньшего объема, думаю,
нет смысла: по цене отличие не велико, а количество запусков
будет совсем малым. Больший объем, например 20 или 40 литров -
это уже дороговато и, самое главное, баллоны становятся
громоздкими и очень тяжелыми, что крайне затруднит их
использование, транспортировку и хранение. Поэтому, как мне
кажется, объем 10 литров является оптимальным.
Кроме самого заправленного гелием баллона нам потребуется
средство Hi-float, которое замедляет процесс просачивания гелия
сквозь оболочку шара, иначе шары будут сдуваться достаточно
быстро. Ну и сами шары. Тут выбор невелик: берем самые большие.
Практика показала, что лучшее качество имеют шары с цветной
оболочкой, у них латекс как-то плотнее и прочнее. Цвет шаров
лучше брать темный (синие, зеленые) - ночью и в сумерках они
менее заметны на фоне темного неба. Лишние любопытные свидетели
нам ни к чему :)
Непосредственно перед надуванием внутрь оболочки выдавливается
несколько капель средства Хай-флоат размером с горошину каждая,
далее их нужно тщательно размазать по всей внутренней
поверхности оболочки. Для этого оболочку как бы "растирают"
между ладонями во всех направлениях, так чтобы стенки оболочки
скользили друг относительно друга, это хорошо ощущается на
ощупь.
Надеваем хвостовик шара на винтовой раструб вентиля баллона
(хорошо, что их диаметры одинаковы). Чтобы надутый шар не
соскочил, обматываем место сочленения несколькими витками тонкой
веревочки и завязываем ее. Придерживаем рукой. Отворачиваем
вентиль на небольшой угол и шар начинает с сильным шипение
надуваться. Сильный напор не даем - газ будет очень холодным
после расширения, что может быть нехорошо для оболочки.
Контролируем диаметр шара. Нужно заранее определить, с чем
сравнивать размер шара. У меня это был,
например, стол в садовой беседке, ширина которого равна 70 см.
Соответственно, когда шар становился шире стола, надувание шара
нужно было прекращать и переходить к его завязыванию.
Видео: надувание шара (50 Мб)
Завязываем как и обычный воздушный шарик: закручиваем хвостовик,
туго обматываем веревочкой, завязываем, еще раз перегибаем
хвостовик, опять обматываем и завязываем. Шар ощутимо хочет
летать, поэтому делаем все быстро и аккуратно и, кроме того,
веревочка другим концом должна быть заранее привязана к
какому-либо предмету, чтобы шар не улетел, если вы его случайно
отпустите. Остерегаемся углов, веток и всего, что может
проткнуть туго надутую оболочку!
Теперь настало время рассказать о самих экспериментах и их
результатах.
Эксперимент №1: антенна 70 метров, 2 шара
07 июля 2018
Весь день тщательно готовился, волнуясь, к небывалому
эксперименту. Не хотелось, чтобы какая-либо мелочь, вроде
спутавшегося провода, сорвала его. Поэтому имевшийся отрезок
провода НВ-1 длиной 70 метров был
размотан и разложен по земле свободными длинными петлями на
ровном месте.
Провод марки НВ - тонкий многожильный в пластиковой
изоляции. Не самый лучший вариант по массе при той же прочности,
зато он, во-первых, у меня есть (целый километр), во-вторых, он
мягкий и скользкий и не очень сильно спутывается, что крайне
важно. Думаю, с жестким проводом работать было бы труднее.
Прочность на разрыв у него не очень большая, несколько кг, то
есть порвать его руками не трудно. С другой стороны, подъемная
сила наших шаров не более сотен грамм, так что такой прочности
достаточно.
Один конец провода был заранее подключен к дальнему
концу моей Г-антенны, к специальному проводу-отводу от нее.
Все последующие эксперименты проводились по такой же
схеме - путем "продолжения" горизонтальной части Г-антенны.
К этой же точке привязывался длинный синтетический
"контрольный" шнур. Когда антенный провод пойдет вверх, он
повлечет за собой и провод от Г-антенны и все это поднимется вне
зоны досигаемости, его не достать ни рукой, ни палкой. Однако
рано или поздно антенну вместе с шарами нужно будет каким-то
образом спустить вниз на землю. Для этого и пригодится
контрольный шнур, чтобы за него можно было, стоя на земле,
притянуть провода с шарами вниз и далее начинать сматывать
уже сам провод.
Ко второму концу провода привязываю веревочку длиной метра в
два, к которой и будет привязан шар.
В голове роятся сомнения: поднимет ли шар такое количество
провода? Не будет ли его сильно сносить ветром? Не зацепится ли
за высокие предметы и деревья на соседних участках? Не упадет ли
на провода силовой поселковой сети?
Невольно воображение рисует самые неприятные последствия
эксперимента...
Наступает ночь. Только что закончился четвертьфинальный матч
Россия-Хорватия ЧМ-2018.
Хождение соседей вокруг постепенно прекращается, домашние
улеглись спать и я наконец могу начать эксперимент. Погода
что-то не очень благоприятствует - вроде все стихло, но вдруг
поднимается легкий ветерок... Не помешает ли он мне?
Сначала нужно еще подготовить передатчик, засинхронизировать
часы на компьютере, чтобы, когда шар будет в воздухе, в спешке
ничего не забыть.
Наконец выхожу в огород, где в беседке меня ждет гелиевый баллон
и шары. Подготавливаю оболочку, надеваю ее на баллон. Шар
начинает медленно надуваться с громким шипением. Когда
диаметр шара достигает сантиметров сорока, он начинает
показывать желание подниматься кверху. Осторожно надуваю шар до
диаметра 70 см. Дальше страшновато - вдруг лопнет? Хотя продавец
сказал, что их можно накачивать до 90 см... Закрыв вентиль,
аккуратно, чтобы не упустить, закручиваю хвостик шара, снимаю
его с баллона и завязываю веревочкой (той, что уже идет к
антенне). Шар ощутимо хочет вверх!
Начинаю подъем, постепенно пропуская через ладонь сначала
веревку, затем сам провод. Все разматывается без зацепов, иначе
было бы крайне неудобно. Вокруг густая темнота, небо в
облачности. Поднявшись на два десятка метров, шар перестает быть
видимым, только быстро и бесшумно скользит вверх тонкий провод,
как бы исчезая в неизвестности.
Однако примерно на двух третях длины провода натяжение начинает
слабеть, антенна провисает . Очевидно, подъемной силы одного
шара не хватает. Что делать? Надуть шар сильнее? Слишком
хлопотно: суметь развязать множество узлов и завязок, как-то
надеть уже надутую оболочку на баллон, не упустив драгоценный
газ... Решаю подготовить второй шар и запускать их в связке.
Начинаю спуск антенны, вытягивая провод вниз, чтобы он ложился
на землю не перепутываясь. Сверху из темноты бесшумно как
приведение вдруг возникает, раскачиваясь
на ветру, шар. Привязываю его за веревочку
к столбику беседки, заготавливаю вторую веревочку для другого
шара, привязываю ее, затем повторяю процесс надувания.
Получается уже быстрее и более ловко. Наконец, второй шар готов
и привязан. Можно повторить запуск.
Теперь подъем идет более энергично и провод антенны стремительно
идет вверх. На высоте шары начинает мотать и кружить друг вокруг
друга и они все время гулко стукаются боками. Потом шары
исчезают во тьме и я слышу лишь этот звук, доносящийся откуда-то
сверху. Минута, и весь провод ушел! Место подключения провода к
Г-антенне также поднимается вверх и натягивается. Свечу
фонариком, чтобы увидеть хоть что-нибудь. Видно лишь как
антенный провод уходит вверх и вбок в темноту, он все время
немного перемещается по азимуту из стороны в сторону.
Спешу в "шек" и, включив передатчик, ищу вариометром резонанс.
Вот он! Вращаю переключатель, подбирая согласование, чтобы ток
антенны был максимален. При подводимой мощности 18 А х 26 В
получается ток антенны 3,2 А. Резонанс более острый, чем с
предыдущей длинной антенной 150 м. Сейчас вертикал короче вдвое,
а ток в него идет лучше. Это особенно заметно по действию ветра.
Когда ветер слабеет и антенна более-менее вертикальна -
достигается максимальный ток в полотне. Когда склоняется более к
земле - нужно подстраивать резонанс и все равно ток заметно
падает, до 2.6 А и увеличить его никак не удается.
Передаю несколько циклов WSPR-2, постоянно контролируя и
подстраивая резонанс. Полотно антенны мотает. Чтобы ни
случилось, но несколько передач уже есть!
Видео: передача WSPR-2 (27 Мб)
Выбегаю во двор, вглядываясь вверх в темноту. Шаров не видно, но
их хорошо слышно - гулкие шлепки, доносящиеся с высоты.
Затем даю передачу в ОР-32 и снова в WSPR-2. Таким образом
проходит более часа и начинает светать. Наконец, я слабо
различаю шары в небе. Ветер крепчает и начинается слабый дождь,
пора спускать антенну.
Спуск удается довольно легко. Плавно вытравливаю провод, чтобы
он укладывался петлями. Привязываю шары за тяжелый предмет.
Первый эксперимент окончен. Сравним результаты. Помните, с
длинной горизонтальной антенной получались уровни: EW6X
-19 dB и 2E0ILY -24 dB
Теперь же получается -14 и -19 dB соответственно, то есть новая
антенна обеспечила прирост +5 дБ как на сравнительно близкой,
так и на дальней трассе. При этом ток антенны тот же, что и
раньше, а длина провода в два раза меньше. Очевидно, излучаемая
мощность возросла из-за увеличения действующей высоты антенны.
Приятная новость - у меня появилась новая страна: Франция
(F4GUK)
Что же стало с шарами? Я должен был отлучиться с дачи на сутки,
шары же оставались привязанными во дворе. Вернувшись,
обнаружилось, что один шар лопнул, а второй уменьшился вдвое.
Исследование оболочек показало их сильную деградацию, особенно в
верхней части: латекс стал липким и рыхлым. Что на него так
плохо подействовало осталось не известным: может быть солнечный
свет, а может быть и сам латекс был низкого качества...Уцелевший
шар был аккуратно сдут. Его оболочка, потерявшая в значительной
мере упругость, увеличилась в размерах раза в два по сравнению с
ее первоначальным состоянием, а стенки стали тоньше.
Получается, что шар "живет" не более суток...
{Кстати, если, когда сдуваешь шар, вдыхать выходящий из него
гелий, то, да, действительно, голос становится на некоторое
время как у Буратино...}
Результаты "вещания" показались мне обнадеживающими. Кроме того,
технология запуска шаров оказалась не такой уж и сложной: все
можно сделать в одиночку за небольшое время. Поэтому был
подготовлен....
Эксперимент № 2: антенна 120 метров, 3 шара.
09 июля 2018 г.
Первый эксперимент показал, что один шар может устойчиво, с
некоторым запасом, поднимать около 40 метров провода. Кроме
того, стало ясно, что важна вертикальность хотя бы нижней
части антенны, где ток максимален, чего невозможно достичь,
если все шары закрепить у верхнего конца антенны - ветер на
высоте будет уносить шары в сторону и антенна будет стелиться,
вертикальности не будет никакой. Провод может даже зацепится
за что-нибудь на соседних участках...
Выход очевиден: запускать шары "поездом". Для новой
попытки был подготовлен провод длиной 200 метров и надуты три
шара, два фиолетовых и один светлый. Постарался надуть сильнее,
чем в прошлый раз, так что шары имели диаметр 85-90 см, и их
грузоподъемность ощутимо возросла. Эксперимент
начался вечером 9 июля. Ночное небо было звездное, на его фоне
шары было видно несколько лучше, чем в прошлый раз. Первый шар
смог без проблем вытянуть метров 50 провода. В этот раз ветра на
земле не было, слабый поток начинался на высоте 40 метров, так
что шар сносило в сторону незначительно. Делаю на проводе
петельку и привязываю к ней нить от второго шара. Продолжаю
подъем, второй шар стремительно уходит вверх, первого шара уже
не видно. Через некоторое время тяга слабеет - пора прикреплять
третий шар. Вновь провод активно скользит вверх. Наконец тяга
начинает ослабевать, однако запас провода еще есть. Решаю
прекратить подъем, иначе, если тяга будет слабой, не будет
достаточной вертикальности провода. Что ж, отрезаю провод,
предварительно привязав его. Зачищаю изоляцию и присоединяю к
отводу от стационарной Г-антенны. Когда манипуляции закончены,
отпускаю провода и они вновь взмывают вверх, натягиваясь. У меня
в руках остается, как и в прошлый раз, конец "контрольного"
шнура. Нижний шар можно с трудом различить в небе. Провод идет к
нему под углом градусов в шестьдесят. Остальных шаров не видно.
Лишь на рассвете их стало видно и мне удалось сделать
фотографию. На этой фотографии виден нижний шар на фоне звезд.
До него 40-50 метров.
Здесь можно заметить и второй шар, он
темный.
И с увеличением:
Антенна вытянулась "от нас" (в восточную сторону), поэтому
расстояния между шарами кажутся небольшими. На самом деле между
каждым соседним шаром 40-45 метров.
Общая длина поднятого провода составила 130 метров.
Интересно, что при такой длине воздействие ветра и
некоторое вызванное им перемещение шаров и полотна сказывались
на резонансе гораздо слабее, чем в первом эксперименте.
Конфигурация антенны получилась несколько напоминающей
Г-антенну с высотой подвеса 30-40 метров:
Расчет в программе MMANA balloon_ant2.maa
дал такую диаграмму:
Диаграмма направленности имеет некоторый максимум в сторону,
противоположную той, куда ветер относил шары (на восток), то
есть в западном направлении излучалось на 1,77 дБ больше. Расчет
дает сопротивление излучения около 0.23 Ом, при этом оно мало
зависело от конфигурации коротких противовесов, использованных
мною (два отрезка 20 и 10 м в северном и южном направлении
соответственно). Имелось и заземление - стальной уголок длиной 1
м, вбитый в грунт.
Ток антенны оказался больше, чем когда либо: 4,2 А в начале,
затем он снизился до 3,8 А с разогревом усилителя мощности.
Подводимая мощность была несколько болше 500 Вт.
Если расчеты в MMANA хотя бы приблизительно верны, то излучаемая
мощность достигала 4 Вт.
Не замедлили появиться и результаты:
Что было очень приятно - у меня появилась новая страна: Испания
EA5DOM!
Уровни декодов также довольно неплохи, хотя не сказать, что
виден однозначный рост уровней по сравнению с предыдущим
экспериментом.
Интересные декоды были и в OPERA:
2018-07-09 22:37:59 RN3AUS
AA SV8RV-4
KM07KS 0 136
-27 Op32_||||||||||||||||||||||_~27dB
2018-07-09 22:37:59 RN3AUS
AA 2E0ILY
IO82QV 0 136
-22 Op32_||||||||||||||||||||||||||||||_~22dB
2018-07-09 22:37:58 RN3AUS
AA SV8RV
KM07KS 0 136
-27 Op32_||||||||||||||||||||_~28dB
2018-07-09 22:37:58 RN3AUS
AA EA5DOM-LF
IM98XN 0 136
-32 Op32_||||||||||||_~32dB
2018-07-09 22:37:58 RN3AUS
AA SM2DJK
KP03AU 0 136
-9 Op32_||||||||||||||||||||||||||||||~9dB
2018-07-09 22:37:58 RN3AUS
AA PA0RDT
JO11TM 0 136
-28 Op32_||||||||||||||||||_~29dB
2018-07-09 22:37:57 RN3AUS
AA RU-SWL
KO85SV 0 136
5 Op32_|||||||||||||||||||||||||||||||||||_5dB
Рекордный уровень был достигнут у 2E0ILY:
"-22 dB s/n with
2E0ILY , Thats s/n is enough for ROS-MF-2 ,
live chat mode , I think the 136 dx record
is Paris by G4WGT ?
73-G,
Antenna: Op32_||||||||||||||||||||||||||||||||_~22dB
Show all seen by 2E0ILY
Last report: RN3AUS"
Особенно приятно было
видеть свой сигнал в DFCW.
YO/4X1RF:
DK7FC:
DF6NM:
На скриншоте заметны несколько боковых полос сигнала с шагом в
доли Гц. Может быть, это проявилась своего рода модуляция
излучаемой мощности при колебаниях полотна антенны? Период в
несколько секунд соответствует колебаниям положения шаров в
вышине на ветру.
Эксперимент продолжался до рассвета, трех часов утра по
местному времени, когда шары стали хорошо видны на фоне
посветлевшего неба. Спуск антенны занял всего несколько минут.
Мне почему-то запомнились ощущения "живой" тяги провода вверх,
когда держишь его в руках, и как постепенно шары приближаются и
становятся все больше...
По какой-то причине первый шар лопнул у меня в руках с мощным
хлопком, громом прокатившимся по рассветной тишине поселка!
Возможно, я задел им за торчащую тонкую сухую веточку куста.
Остальные два шара, тугие и огромные, были оставлены до утра и
затем торжественно отпущены в небо.
Шар взлетает стремительно! Сегодня облачно, засекаю секундомером
время от запуска до момента, когда шар, превратившись в точку,
скроется в облаках. Это заняло четыре с половиной минуты. Если
считать скорость подъема шара примерно 4 м/с, то высота нижней
границы облачности равна 1 км.
Интересно, что в вышине шар летит не плавно - его бросает
довольно резко из стороны в сторону турбулентный воздушный
поток.
Эксперимент №3: антенна 150 метров, 1 шар.
11 июля 2018 г.
У меня осталась одна оболочка. Возникла следующая идея. Ведь не
обязательно, чтобы антенный провод одновременно являлся и
силовым элементом антенной системы, удерживающим шар "на
привязи" и противостоящим динамическим ветровым рывкам. Можно
попробовать использовать для этого тонкую и легкую синтетическую
нить или леску, которая имеет очень большую прочность (десятки
килограммов), а в качестве антенного полотна - обычную медную
проволоку ПЭВ-2. Эта проволока может быть тонкой, лишь бы она не
рвалась под собственным весом и в результате неизбежных
небольших рывков при ее разматывании с катушки. У меня есть
катушка проволоки ПЭВ 0,25 мм, такой диаметр должен выдержать
ток в 3 А. Проволоку можно для прочности по всей длине скрутить
с нитью, но это оказалось занятием очень хлопотным, так что
попробовав, я отказался от этой идеи. Другой вариант - во время
подъема шара разматывать нить и проволоку одновременно (нить
будет натянута и пойдет вверх самостоятельно, на проволоку же
нагрузку давать не следует, ее нужно отпускать с некоторым
опережением и без натяжения и рывков). Затем, с некоторым шагом,
метров в двадцать, приматывать проволоку к нити: делаем петельку
из проволоки и этой петлей обматываем натянутую нить в несколько
оборотов. Держится она на трении довольно плотно.
Чтобы было удобно работать, подготовил "станок" для разматывания
нити и проволоки:
Дождавшись темноты, приступил к запуску. Шар надут, к нему
привязаны нить и чуть ниже к нити проволока. Начинается
подъем. Шар энергично начинает разматывать катушку с нитью,
которую приходится подтормаживать одной рукой, в то время как
другой - отматывать и отпускать вверх проволоку, стараясь
действовать как можно более аккуратно. Не хочется случайно
порвать проволочку. Не катастрофа, конечно, но тогда придется
зачищать ножом лаковую изоляцию на месте обрыва, скручивать
концы, а рук и так не хватает. Да еще и темно. Вот, например,
что я в реальности вижу:
И больше ничего. Тьма и неизвестность, лишь подрагивание
натянутой нити и слабое посвистывание, приходящее по нити с
высоты. И стрекочут ночные кузнечики.
Подъем занимает минут пять-семь, барабан с нитью делает
последние обороты и останавливается - все, нить закончилась.
Разумеется, второй конец нити еще давным-давно, со времен
запуска змеев, был привязан к барабану! Закрепляю нить зажимом
на "станке". С проволокой также все в порядке. Отрезаю, зачищаю
и присоединяю ее, как и раньше, к стационарной антенне.
Где же шар? Ничего не видно. Видно лишь, что нить простирается в
юго-юго-восточном направлении под углом к горизонту градусов в
тридцать, может чуть меньше. В таком случае, если длина нити 150
метров, должна получиться высота подъема шара метров в
семьдесят.
Иду в шек, включаю передатчик и настраиваю резонанс и
согласование. В этот раз резонанс ощущается как-то острее, ток
антенны несколько меньше, чем в прошлый раз: 3,2 А. Излучаемая
мощность должна достичь 4 - 5 Вт! Запускаю передачу WSPR-2,
затем OPERA и под конец DFCW-60. Меня несколько беспокоит, что
шар всего один. Учитывая, что некоторые из шаров после
экспериментов лопнули, возникает масса тревожных мыслей: "а
вдруг оболочка прямо сейчас не выдержит и тогда все эти 150
метров нити и проволоки упадут на поселок, зацепятся за деревья
и кусты, проволока ляжет на оголенные провода силовой сети, все
замкнет на землю, мой передатчик взорвется, а потом меня станут
ругать!?".
В нетерпении жду рапортов. Как я их отслеживаю? С помощью
2G-интернета на смартфоне. Сотовый сигнал у меня на участке
слабый и интернет очень медленный. Чтобы "поймать" его, нужно
встать в определенное место на участке. Отойдешь на пару метров
в сторону от этого места и коннект пропадает!
Итак, что получилось:
(один цикл WSPR-15 я передал перед самым окончанием эксперимента
- решил рискнуть)
К сожалению, до Испании сигнал не долетел. Уровни, кажется,
несколько уступают эксперименту № 2.
Интересный скриншот opds DF6NM иллюстрирует силу сигнала
(частота 137534):
До +25 дБ над шумами!
У DK7FC:
В OP-32 есть рапорт от EA5DOM!
23:37 136
RN3AUS de SV8RV-4 Op32 Deep Search -45 dB in Zakynthos(Zante) isl.
GREECE 1534,1 Hz
23:37 136
RN3AUS de RW3ADB Op32 -23 dB F:27% in Moscow 1534,2 Hz
23:37 136
RN3AUS de RU-SWL Op32 +4 dB F:5%_Ini in 1534,4 Hz
23:37 136
RN3AUS de PA0RDT Op32 -20 dB F:1%_Ini in Middelburg, Netherlands
1534,8 Hz
23:37 136
RN3AUS de PA0RDT Op32 -20 dB F:3%_Ini in Middelburg, Netherlands
1534,8 Hz
22:34 136
RN3AUS de EA5DOM-LF Op32 Deep Search -43 dB in Albir 1534,4 Hz
22:34 136
RN3AUS de SV8RV-4 Op32 -33 dB F:3% in Zakynthos(Zante) isl. GREECE
1534,1 Hz
22:34 136
RN3AUS de SV8RV Op32 -34 dB F:3% in Zakynthos(Zante) isl. GREECE
1533,9 Hz
22:34 136
RN3AUS de RW3ADB Op32 -19 dB F:0% in Moscow 1534,2 Hz
22:34 136
RN3AUS de PA0RDT Op32 -24 dB F:39%_Ini in Middelburg, Netherlands
1534,8 Hz
22:34 136
RN3AUS de RU-SWL Op32 +3 dB F:9%_Ini in 1534,4 Hz
***********
11/07/2018 ***********
На улице быстро светает. Теперь я хорошо вижу, где
находится шар.
Настает время сворачивать антенну.
Видео: антенна 150 метров 1 шар
(22 Мб)
Спуск оказался несколько более сложным и длительным, чем в
предыдущих экспериментах. Нужно было не только аккуратно
наматывать нить на барабан, но и собирать в моток проволоку,
отделяя ее от нити в местах их спутывания. Тем не менее все
прошло успешно.
Процесс спуска удалось заснять на видео: Спуск антенны (48 Мб)
Когда шар оказался на земле, по традиции он был оставлен
привязанным до утра для торжественного запуска. Но до утра он не
дожил: оболочка разорвалась на две части. Обследование ее
остатков не выявило следов деградации латекса, причина разрыва
осталась не известна. Это очень тревожный "звонок" для
последующих экспериментов! Как хорошо, что разрыв оболочки не
случился в небе...
Последний эксперимент № 4 (не очень удачный)
20 июля 2018
Анализ предыдущих результатов показал, что ток антенны сильно
зависит от расположения антенного полотна относительно земли. Не
является ли это признаком, что у меня проблемы с заземлением в
радиотехническом смысле? Скорее всего, так и есть. Грунт - это
песок, проводимость его плохая. Заземлитель не очень эффективен.
Было решено использовать длинный радиал (или скорее противовес),
проложив в западном направлении по земле провод длиной 100-150
метров, как позволят местные условия. Для этого радиал должен
быть выведен за пределы моего участка и проложен по карьеру. Для
удобства работы, ведь это придется делать ночью, радиал был
намотан на катушку с осью. Держа катушку за ось, с ней удобно
идти, одновременно разматывая провод...
Закуплено шесть новых оболочек, подготовлено 200 м
антенного провода. Финальный эксперимент хотелось сделать самым
грандиозным, поднять в воздух максимально возможную длину
антенны, сколько хватит грузоподъемности "поезда" из 4-5 шаров.
Предыдущая ночь была с грозой и ливнями, сегодня же полностью
безветренная и ясная звездная ночь, какой давно не было. Иду
разматывать радиал на всю длину, пробираюсь в темноте по
песчаным холмикам между кустов.
Вернувшись на участок, с предвкушением большого успеха начинаю
готовить шары. "Вот сейчас ДВ-эфир содрогнется от моего супер
мощного сигнала!" - думаю я. Надут первый шар. Начинаю
наполнять второй... И тут чувствую, что давление в баллоне с
гелием стремительно уменьшается! Вентиль открыт целиком. С
трудом шар наполняется до 65-70 см и гелий заканчивается совсем!
В итоге имею лишь два шара и, увы, не слишком-то больших. Что-то
я просчитался с оценкой запаса гелия в баллоне... Но делать
нечего, поднимем антенну на сколько получится. Энтузиазм
постепенно сменяется разочарованием...
Подъем идет вяло. Каждый шар с трудом вытянул метров по 30-40
провода, всего получилось 60 метров. Зато антенна идет почти
вертикально вверх, ветра совсем нет. Может быть, это сыграет
свою роль?
Как ни странно, ток антенны получился меньше, чем ожидалось,
всего-то 2.2 А при наилучшем согласовании и подводимой мощности
500 Вт. Как будто я работаю только на одну стационарную
Г-антенну, без дополнительного вертикала. Может быть, нет
контакта с полотном? Однако положение вариометра показывает, что
емкость антенны такая, как и должно быть с длинным
дополнительным полотном, иначе я не смог бы настроиться в
резонанс (нужна была бы дополнительная удлиняющая катушка, а
сейчас она вовсе не подключена). Грунт мокрый, радиал длинный -
почему же ток мал? Ответа на этот вопрос у меня нет до сих
пор.
Передача в wspr-2 приносит совсем мало рапортов. Такая же
ситуация и с OP-32. Лучший результат YO/4X1RF:
2018-07-20 22:26:17
RN3AUS 1394km 137534.071Hz 161mHz -32.2dBOp 100% 21.9dB
Шары тянут слабо.
Антенный провод начинает провисать и зацепляться, приходится
срочно прекратить эксперимент. Сматываю антенну. Пока
занимался проводом, внезапно появился столь густой туман,
что видимость упала до 100 метров. Звезды тоже исчезли, так
что скорее всего это был не туман, а нижний край облачности,
достигший земной поверхности! Воздух стал очень влажным. Все
эти изменения произошли буквально за считанные минуты:
только что я "выуживал" шары из звездного неба, затем пару
минут сматывал провод. Поднимаю глаза - вокруг ничего не
видно, все в клубах густого тумана, сквозь который видно
бледное зарево от фонаря на краю поселка:
Вскоре начался и мелкий дождь, так что эксперимент был
завершен вовремя.
У меня нет объяснений,
почему результаты оказались столь скромными... Может быть,
как раз улучшение проводимости мокрой почвы ухудшает отдачу
антенны?
Общие результаты всех
экспериментов и выводы.
Результаты для лета неплохие. Собственно, это лучшее, чего
я смог добиться за все время вещания на ДВ до сих пор!
Не ожидал, что WSPR-2 будет столь эффективен и принесет
мне самые дальние рапорты от EA5DOM (3281 км). Передавать
WSPR-2 несравненно легче и быстрее, чем WSPR-15 и OP-32. Это
особенно чувствуется, когда длительность эксперимента ограничена
(можно успеть сделать больше передач) и, кроме того, мощность
велика: держать передатчик на полной мощности 15 мин непрерывно
- тяжеловато для блока питания: трансформаторы и выпрямитель
греются до +70 С. Не хочется спалить аппаратуру, когда у тебя в
небе "плавает" больше ста метров провода над чужими
строениями...
По прошествии некоторого времени, когда первые сильные
впечатления от экспериментов улеглись, невольно задаешься
вопросом: "Был ли смысл заниматься запуском антенн на шарах?"
Думаю, да. Это дало увеличение излучаемой мощности почти на
порядок, что было ранее недостижимо. У меня появилось несколько
новых корреспондентов и стран и сильно улучшился личный рекорд
дальности.
Хотелось бы, конечно, оставить в стороне щекотливый вопрос о
себестоимости этих достижений, но все же я затрону его.
Было истрачено: гелий + баллон 10 л + хай-флоат + доставка =
6900 руб. Оболочки 8 шт по 130 руб = 1040 руб
Итого: почти 8000 руб изъято из семейного бюджета... Всего было
запущено 8 шаров, стоимость запуска одного шара равна 1000 руб!
Самым дорогим получился эксперимент №2: 3000 руб.
По критерию стоимость-эффективность вне конкуренции "малобюджетная"
антенна из эксперимента № 3 - один шар (1000
руб), нить и проволока. Грузоподъемности шара хватило бы и для
300 м антенны, так как проволока и нить очень легкие.
Что же я получил взамен? Как всегда, то, что не измеряется
деньгами - бесценный опыт! И, конечно, огромное удовлетворение
от сложных и успешных экспериментов.
В заключение хочу выразить благодарность всем тем коллегам, кто
принимал участие в экспериментах как своим приемом, так и
обеспечивая онлайн-наблюдение за грабберами и информационную
поддержку в рассылке rsgb_lf_group: Роману RW3ADB, Андрею
exRN3AGC, Сергею RA1ADF, Александру R6LDD, Юрию EW6X, Андрею
RD4HU, Александру R7NT!
Дальнейшие планы: хотелось бы осенью, когда откроется дальнее
прохождение, повторить эксперимент с максимально возможной
длиной антенного полотна. Может быть, удастся наконец преодолеть
"границу" в 5000 км и получить настоящих DX!
73 de RN3AUS/Alex