Beverage antenner / noen betraktninger

Post Reply
User avatar
LB1GB
Site Admin
Site Admin
Posts: 132
Joined: 07 May 2015, 04:14
Location: Oslo
Contact:

Beverage antenner / noen betraktninger

Post by LB1GB » 24 May 2015, 21:42

Dette er et innlegg som er skrevet av LA7SL Nils Petter 28 Jan 2009

Beverage-teori - og : hva er " beverage-conds ? "
Først litt teori:
Beverage-antenna ble oppfunnet av en dr. Harold Beverage og senere patentert i 1921. Den ble opprinnelig utviklet for mottak av lave frekvenser, under våre amatørbånd. Selv 160m er noe høyt ! Jeg har sjekket Wikipedia's artikkel på "beverage antenna". Den er desverre inkonsistent og ikke korrekt på alle punkt. Jeg bygger derfor dette på andre kilder,- men ikke på mine egne "ideer" :-) : Antennen er altså opprinnelig utviklet for frekvenser der ionosfære-refraksjon eller "conds" ikke er den primære transmisjonsform. Derimot var det "jordbølge" det gjaldt. En slik bølge forplanter seg (om den er optimal) mer eller mindre vinkelrett med jordoverflaten når den treffer antennen. Vi snakker her om den vertikale komponenten i signalet, som er den antenna utnytter. Når dette signalet treffer tråden vil det forplante seg med en annen hastighet i tråden enn det gjør i jorda under. Dette har bl. a med ledningsevne og dielektriske forhold å gjøre. Vi får da en faseforskjell mellom tråden og jorda under. Jo lenger tråden er jo større forskjell,-inntil vi når 180 grader faseforskjell. En faseforskjell kan tas ut som en spenning, og det gjør vi i vår beverage-transformator. Dersom vi øker antenne-lengda slik at faseskift blir større enn 180 grader vil utsignalet falle igjen..antenna blir nok skarpere på retningen,-men utsignalet minsker. Ved hvilken lengde dette skjer er helt avhengig av de lokale jordforholda og er noe vanskelig å si uten eksperimentering lokalt. Generelt er det min erfaring at svært gode jordforhold med høy ledningsevne medfører behov for lange antenner fordi faseforskjellen blir mindre pr. lengde-enhet antenne. Dersom vi har en perfekt leder i tråden og jorda under er perfekt vil antenna teoretisk ikke gi noe ut ved 0 grader elevasjon...nærmest uansett lengde ! Da dielektrisk konstant i jordsmonnet også er svært viktig for denne antenna, antakelig mer enn ledningsevne,- blir det med beverage-antenner som med dresser ; de må skreddersys for å passe perfekt !
Nåvel : Utfra det jeg sier over burde denne antennetypen være totalt uegnet for våre formål ! DX er alltid ionosfærebølge og er så godt som ikke tilstede i de vinklene antenna er laget for... Det vi utnytter er det faktum at ingen antenne er perfekt. Også en beverage antenne tar imot bølger opp til en viss vinkel, og ikke bare "helt flatt" , dessuten har den "sidelober" som ligger høyere i vinkel. Du kan tenke deg at ionosfæresignalet kommer inn litt skrått i forhold til antenna fordi det kommer ovenfra. Derfor har vi allerede i trådenden en faseforskjell og altså en spenning. I tillegg kommer faseskiftet mellom tråd og jord bortetter som øker spenninga. Legg så til at signaler som treffer forskjellige steder bortover tråden vil legges til det opprinnelige ( fordi de kommer skrått ovenfra og ikke langsetter) , eller trekkes fra om du er uheldig.... Dette er en helt annen matematisk og fysisk modell enn det opprinnelige grunnlaget for antenna. Det er derfor vanskelig å si hvor lang en beverage bør være. Alt avhenger av frekvens, forhold, jordforhold osv. Legg til at jordforhold varierer med årstid (frost-fuktighet) og at bølgevinkel varierer med "conds"... så ser du at antenna til vårt bruk er en ganske lunefull affære !!!
GENERELT kan vi si at for et gitt QTH vil en lang beverage gi skarpere lober i begge plan. Den vil altså både være skarpere på kompassretningen og være følsom for lavere vinkler i forhold til horisonten. En kort beverage
vil være bredere i begge plan, men vil ofte vise liten følsomhet for de lavere bølgevinklene !
Man bør altså ha to ! Den lange vil være "døv" for bølger med høye vinkler og ypperlig for de med lave, mens den korte er omvendt.. Om du lurer på hvorfor så les hva jeg skrev om addisjon og subtraksjon og fasedreining og hiv deg på matematikken ! Bare ikke glem at fasen endrer seg i rommet (lufta) også bortetter antenna. Lykke til :-) For oss andre er den generelle retningslinjen ovenfor helt grei...
Om du har fulgt med hit har du nå en forståelse av at den vinkelen i forhold til horisontal (flatt) som bølgen treffer antenna vår med er det som avgjør hva og hvor mye vi hører.
En populær TX antenne på lowband, som en vertikal,- vil ofte være ganske "bred" i bølgevinklene. Det vil si at den sender ut og er følsom for et ganske stort vinkelområde,- la oss si 12-45 grader (-3dB) elevasjon over god jord.
Med dårligere jord begynner den å miste følsomhet ved lave vinkler. Det er mye tap nær dårlig jord.
Nå kan vi begynne å sammenligne TX og RX antenna vår SOM RX-ANTENNER :
Dersom du ikke har rotet deg helt bort vil så og si alltid signalet være sterkest på TX-antenna. I de tilfellene du hører et signal på beverage, men ikke på TX-antenna så er det nok støy og evt QRM som skjuler signalet så du ikke hører det. Det er jo hele vitsen med beverage : den fjerner støy og QRM fra uønskede retninger så vi hører signalet. Forøvrig kan den godt ligge på -10 -20dB signal i forhold til vertikalen.Spiller ingen rolle når den fjerner enda mere støy ! Dersom du ligger på en helt støyfri frekvens med lite båndsus og et signal dundrer inn på beveragen ...men er mye svakere eller borte på vertikalen så er det enten på tide å tenke ny TX antenne, eller så er vinklene høyere enn 50-60 grader og du bør tenke ny beverage i stedet ! Det er altså slik at vi ser forhold der signalene treffer beverage-antenna vår i en gunstig vinkel, og andre forhold der de treffer i ugunstige vinkler.
Dette vil variere hele tiden både med conds og avstand og også med hva slags TX antenne motparten har.
Kort sagt er det slik at en rekke faktorer påvirker bølgevinkelen. Både hvilken vinkel signalet opprinnelig ble sendt ut med,- høyde og tetthet på ionosfærelagene osv osv. En generalisering kan være å si at jo fler og kortere hopp et signal må gjøre mellom ionosfære og jord før det når oss,- jo høyere vinkler. En generalisering til: Jo bedre conds,- jo flere hopp kan det ta før det svekkes og forsvinner i støyen. En har altså størst sjanse, teoretisk sett, til å få høy innfalls(bølge-)vinkel dersom motparten har en lav dipol ( høy vinkel) og conds er meget gode. (jeg snakker om DX her...) Dersom dette skjer kan en beverage, særlig en lang,- virke totalt døv i forhold til TX- antenna....den er rett og slett ikke laget for slik "trampolinelek" med signalet.
So what ? Om jeg har en antennesetup å anbefale som passer de fleste (med god plass...) ?? Tjaa... på 160 og 80m ville jeg likt å ha en dipol ca 0,2 bølgelengde over bakken samt en 1/4 vertikal med minst 60 radialer pluss en kort og en lang beverage i hver retning. Da ville jeg følt meg antrukket for enhver anledning. Så kan en jo alltid begynne med 4 squares mv og evt beverage array ( flere fasede ) ettersom lyst, plass, tid og økonomi tillater...
Håper mitt endeløse innlegg har oppklart noen punkter, og at du ikke har gitt opp underveis :-)
Jeg har med vilje ikke tatt for meg hva vi bruker motstanden i enden til,- hvor stor den bør være,- hvilke impedanser vi vil få i fødepunkt etc etc. Dette kommer senere om dere ønsker. Og så en ting jeg må få si fordi det lurte meg også lenge :
Dersom dere modellerer en beverage i EZNEC eller liknende så husk at den matematiske modellen
som ligger til grunn for disse programmene som regel ikke dekker transmisjon i eller nær jord på noen fornuftig måte ! I alle fall ikke den versjonen NEC-kode som er frigitt nå. Dersom du søker det amerikanske handelsdepartementet (Cocom-regler) om lisens og godprater med W7EL samt spar opp en hel sabla haug med dollar kan du få software som klarer det.... Inntil videre godtar jeg derfor IKKE argumenter basert på EZNEC eller liknende, om du da ikke sitter med EZNEC professional med NEC4 engine... da blir det annerledes, men da trenger du heller ikke denne "forelesningen" :-)
7SL

PS!

En liten rettelse her for å unngå misforståelser:

avsnittet:
"Om du har fulgt med hit har du nå en forståelse av at den vinkelen i forhold til horisontal (flatt) som bølgen treffer antenna vår med er det som avgjør hva og hvor mye vi hører"

skal forstås som :
"Om du har fulgt med hit har du nå en forståelse av at den vinkelen i forhold til vertikalt,
og langsetter antennas retning ".....osv

Litt tricky ?? En bølge som er vertikal og kommer inn langsetter antennas retning, helt "flatt" i forhold til jord og horisont er det som menes.
Det kan kanskje kreves en evne til å forestille seg en bølge i et tredimensjonalt rom her....men det er viktig å forstå dette !
En bølge som kommer ovenfra er for det første ikke helt vertikal lenger, og den kommer ikke inn helt langsetter bakken...

User avatar
LB1GB
Site Admin
Site Admin
Posts: 132
Joined: 07 May 2015, 04:14
Location: Oslo
Contact:

Re: Beverage antenner / noen betraktninger

Post by LB1GB » 24 May 2015, 21:45

Et par takke-innlegg og Nils Petter svarer den 29. juni 2009

Hei !
Takker for interesse så langt !
Det følgende er skrevet for deg med god teoretisk bakgrunn og særlig interesse,-
og er vel noe tungt stoff:
For den som har lyst til å sette seg inn i det teoretiske grunnlaget slik som det opprinnelig ble lagt fram av oppfinneren Harold Beverage, legger jeg ved fila "beverage.pdf" . Dette er en direkte kopi av den opprinnelige patentsøknaden, med tekst og tegninger. Den dekker antennas opprinnelige tiltenkte funksjon....det vil si en mottakerantenne beregnet på å fange "jordbølger" som kommer inn langsetter antenna,
(og langsetter jord). Altså ikke vårt felt, medmindre du kjører DX på 137 Khz og har MEGET stor tomt :-) Den observante vil se at Beverage beskriver fasedreiningen i antenna (systemet !) som et produkt av distribuert reaktans i antennetråden. Selvsagt korrekt !
Hvorfor nevner jeg da transmisjonshastighet i jord som et viktig moment ?
Vel... distribuert reaktans i tråden vil ganske riktig senke transmisjonshastigheten i forhold til i luft, men medmindre hastigheten er enda lavere i jord enn i tråden,,,eller for den sakens skyld høyere eller lik frittfeltshastighet, eller man evt ser jord som ett punkt..
noe som definitivt ikke er korrekt, vil man fortsatt få nær 0 spenning mellom jord og tråd.
Det må altså være en faseforskjell mellom jord og tråd i enden dersom man skal forvente å få ut noe som helst ! I alle fall dersom vi tar ut signalet mellom tråd og jord ved systemets karakteristiske impedans. Visst kan det være en spenningsforskjell...men den vil være svært liten i så fall ! Og da hadde vi sittet med en rent kapacitiv (elektrisk) antennetype som definitivt ikke er det Beverage beskriver ! Han beskriver en vandrebølge-antenne. Leser du patentbeskrivelsen nøye, vil du likevel se at Beverage og jeg er enige om det meste :-) Dette med propagasjonshastighet i eller nær jord er forøvrig et veldig interessant felt ! Det har vært forsket mye på dette særlig i forbindelse med utvikling av pålitelige målemetoder for å fastslå gjennomsnittlige jordforhold over en gitt strekning.
Den observante ser at jeg i mitt opprinnelige innlegg satte jordbølge i anførselstegn. Det er nemlig ikke den korrekte betegnelsen på den del av energien som forplanter deg direkte fra antenne til antenne i rommet mellom dem. Den kalles korrekt ROMBØLGE . Jordbølgen er den delen som forplanter seg i skiktet mellom jord og luft. Dvs ned til inntrengningsdybde i jord og umiddelbart over overflaten. Ionosfærebølge er den delen som kommer ned til oss etter å ha vært oppom ionosfæren en tur eller flere. IDirekte over overflaten vil vi få en situasjon der bølgen vil forplante seg lansommere i bunnen, nær overflaten, enn den vil forplante seg lenger oppe. Dette skyldes distribuert kapacitans samt den lavere propagasjonshastigheten i jord. En vertikal bølge sendt ut fra en vertikal antenne vil i starten være rent vertikal. Etter som bølgefronten beveger seg framover langs med jord, vil hastighetsforskjellen mellom jordbølgedelen og rombølgedelen få bølgefronten til å helle framover. Den "tipper" framover. Denne "tilt" kan måles og settes inn i en matematisk modell som kalles Millingtons metode. Ettersom propagasjonshastigheten for jordbølgen er svært avhengig av jordforholdene vil man få ut et tall som tilsvarer jordas"kvalitet" for RF over denne strekningen på denne frekvensen.
Merk at metoden er egnet for strekningsmåling og ikke gir noe direkte svar på hvor antenna vår bør settes på tomta :-)
Ser du på det jeg skriver nå, og på patentpapirene , er det mulig du vil kunne komme til den konklusjon at vitenskapen har beveget seg framover siden 1921 :-) Men det bør være selvsagt også...
NP

LB3RE
Registered users
Registered users
Posts: 2
Joined: 11 May 2015, 05:32

Re: Beverage antenner / noen betraktninger

Post by LB3RE » 24 May 2015, 21:49

Hei Nils Petter,

takk for mye nyttig informasjon.

jeg har et spørsmål angående såkalte BOG "beverage-On-the-Ground".
jeg har testet dette og vet at andre før i tiden har kjørt med såkalte "snake" antennas.

Jeg har kjøpt BOG omformer fra USA, og det finnes noen som bruker denne der borte pga. de hadde ikke har sjans til å henge en BEV høyt over bakken. Den bruktes også i forsvaret der borte sa en amerikansk radio amatør.

Hvordan vil signalene komme inn på denne når den ligger på bakken, for den er jordet og terminert i enden som en vanlig BEV ?

I tillegg kommer jo faktoren at vi har frost i bakken og det egentlige jordsmonet vil synke i grunnen.
Dette er jo en faktor jeg har sett/hørt diskutert i fra SM/OH. Noen av gutta i sverige laget jo antenner de la oppe på isen på dype ferskvann.
De hadde også høye trær på hver side av vannet, lagde tråd bom over hadde wireyagi/fasede delta-looper, og slik fikk de effektiv høyde til grunnen i vannet?
De kjørte jo som bare på dette, så må jo fungere.

User avatar
LB1GB
Site Admin
Site Admin
Posts: 132
Joined: 07 May 2015, 04:14
Location: Oslo
Contact:

Re: Beverage antenner / noen betraktninger

Post by LB1GB » 24 May 2015, 21:51

Nils Petter LA7SL svarer

Hei !
Takk for spørsmålet ! Det er absolutt av interesse ! Ikke minst fordi deler av den "vitenskapelige verden" beskriver det området den tråden ligger i som et område der sk surface wave er et dominerende fenomen. Dette er et kjent fenomen innen en rekke forskjellige vitenskaper. Bl a ultralyd etc. Surfave wave beskrives som et "ducting" fenomen i grensen mellom to medier med forskjellige egenskaper i forhold til den bølgeenergien vi betrakter. Et aktuelt spørsmål i så måte må være om vi betrakter de to mediene som om de har en definert grenselinje...eller om du vil "en skarp kant". I teoriene om ionosfærerefraksjon...les at jeg skriver refraksjon og ikke refleksjon, snakker vi om at bølger som beveger seg fra et medium med en gitt tetthet over i et medium med en annen tetthet vil avbøyes. Dette skjer gradvis etter som bølgeenergien forplanter seg fra det ene medium til det andre. Det er altså ikke snakk om noen brå refleksjon slik jeg ser det, men en gradvis avbøyning der størrelsesforholdene er avhengig av bølgelengden og tetthetsforsjellen mellom de to mediene.
Når du så vet at alle elektromagnetiske bølger har en viss inntrengningsdybde i jord, avhengig av frekvens og jordforhold, kan jeg faktisk forsvare at BOG kan fungere....
Jeg har ingen egen erfaring med dette. Jeg kommer tilbake med et, forhåpentlig,- mer utfyllende svar senere. Just now har jeg mer nærliggende oppgaver å ta meg av :-)
Merk deg at på low-band ligger også en beverage 3 m over jord i det som kan defineres som et "surface wave-område"
NP

LB3RE
Registered users
Registered users
Posts: 2
Joined: 11 May 2015, 05:32

Re: Beverage antenner / noen betraktninger

Post by LB3RE » 24 May 2015, 21:52

The BOG is nothing more than an insulated length of wire lying on the ground and pointing in the direction of desired reception. It appears to be the forerunner of the Beverage and is described by the late Harold Beverage in writings prior to his publishing the work on the now-famous antenna which bears his name.

Like the Beverage antenna, it is terminated at the opposite end from the feed point but unlike the Beverage the value of the terminating resistor must be found by experimentation. I have not seen much literature dealing with this type of antenna, but it does seem to work, especially if the wire can be made long enough. For instance, with 600 feet of wire a terminating resistor of about 200 ohms appears to work and provide a reasonable match using a 9:1 transformer at the fed end. Gain appears to be well below -30dbi but the antenna is very quiet and numerous topbanders have reported using it effectively for DX when a good preamp is installed. I can verify that the BOG antenna does work....I used about 350 feet of wire with a terminating resistor of 270 ohms and found that the antenna is directional and that a preamp is definitely required.
http://www.angelfire.com/mb/amandx/bevant.html

Post Reply

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 1 guest