Auteur Sujet: Tennadyne T10 (LPDA)  (Lu 9555 fois)

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Tennadyne T10 (LPDA)
« le: 17 Juillet 2015, 10:46:31 »
Salut ...

J'espère qu'il me pardonnera cette "indiscrétion", mais notre collègue Jacques VA2JOT a tout récemment installé une log périodique Tennadyne T-10 au sommet d'une tour de 75 pieds. À partir des renseignements qu'il me communique, j'en suis à modéliser le tout en utilisant la nouvelle version de EZNEC + 6.0.6.

Cette photo d'une T10 provient du site de Tennadyne:



Un chapitre entier du Antenna Book (ARRL) a été écrit par Cebik concernant les Log Periodic Dipoles Arrays (LPDA). Les équations développées sont pour des modèles relativement simples. Mais comme la T-10 est formée de tubes de diamètres variables, il faut donc en tenir compte ... et EZNEC + le permet. J'affiche en bas de ce message une image de mon modèle actuel.

Les diamètres semblent constants mais ils sont en réalité variables et les calculs tiennent compte de ce détail. Afin de simuler le changement de phase de 180° entre les éléments, une astuce utilisée en modélisation est de les alimenter via une ligne de transmission constamment permutée (...twistée...). On la voit en bleu sur le schéma. En réalité, l'antenne a 2 booms et les éléments sont alimentés en alternance via chacun d'eux, ce qui donne les déphasages requis. Remarquer aussi que dans une LPDA, l'alimentation se fait au centre du plus petit élément (le point rouge).

Les LPDAs sont "gouvernées" par deux paramètres principaux soient alpha (α le demi-angle au sommet) et tau (τ) qui est fonction de l'espacement entre les éléments. La seconde image ** illustre ces paramètre. J'en suis là et je reviens avec la suite ...
___________
** Réf: Antenna Book ARRL, 21ième édition chapitre 10 page 10-2 .
« Modifié: 17 Juillet 2015, 11:13:07 par VE2PID Pierre »

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #1 le: 17 Juillet 2015, 13:55:31 »
... Suite ...

J'ai calculé les valeurs de Tau, Sigma ainsi que l'angle Alpha pour mon modèle.
Approximativement: Tau= 0,9, Sigma= 0,05 et Alpha 26,6°.

Or, le numéro de QST actuel (Juillet 2015) contient un article sur les LPDAs. Voir http://forum.radioamateur.ca/index.php?topic=11901.msg34940#msg34940 .
En particulier, le graphique inclus dans l'article permet de prédire la valeur maximale de gain qu'une LPDA donne en fonction de ces 3 paramètres.

Je le recopie en bas de ce message ce graphique auquel j'ai ajouté en rouge une 'position' pas trop lointaine de mon modèle. On peut voir que le gain théorique maximum serait d'environ 7 dBi en espace libre.

Pour mon modèle, le gain varie entre 6,2 et 6,5 dBi (obtenu via EZNEC + v6.0.6). La concordance n'est donc pas si mal, malgré que ces 'prédicteurs' ont été établis par l'ARRL pour des LPDA formées d'éléments simples (à diamètres constants).
« Modifié: 17 Juillet 2015, 13:59:42 par VE2PID Pierre »

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #2 le: 17 Juillet 2015, 14:18:25 »
La photo ne semble pas rendre justice à certaines particularités de cette antenne:
1) Elle est alimentée par le devant

2) L'alimentation se fait via un RF choke de type Collins (enroulement coaxial) et il est recommandé par le fabricant de ne pas attacher le coax aux booms de l'antenne pour le ramener vers la tour car les booms servent de ligne de transmission dans l'antenne pour distribuer le RF aux éléments. Il ne faut pas oublier qu'un câble coaxial à blindage tissé n'est jamais parfaitement imperméable au RF et que ce couplage parasite pourrait affecter les paramètres de l'antenne telque le niveau de bruit, la distribution des points d'impédance visés par le design.

3) Y'a un barre "shorting" entre les deux booms à l'autre extrémité.

4) Antenne assez compliquée à ériger à cause de composants fragiles qui sont aux deux extrémités ainsi que   son emprise de 24' x 38', Surtout quand on monte ça dans une tour haubanée aux 120 degrés sur 3 paliers. Dans mon cas, il a fallu monter l'antenne à horizontale, la tour entre les deux éléments du milieu et enlever et remettre 2 haubans sur trois, un pallier à la fois, pour permettre à l'antenne de passer sans accrochages.

A date, après des tests de base sur l'antenne. elle semble livrer ses promesses cote SWR, directivité et front to back.

J'en profite pour souligner le bel effort de solidarité entre Radio Amateurs de la part de Donald VE2IR et Christian VE2CAQ sans  lesquels, l'antenne serait encore au sol.

P.S.:Horreur, dans mon empressement de composition, j'oubiais la contribution de Réjean VE2MEC notre routier trans-national pour avoir assuré le transport de l'antenne à partir de l'usine au Michigan jusqu'à mon QTH. Un gros merci Réjean.
« Modifié: 17 Juillet 2015, 18:52:02 par VA2JOT Jacques »

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #3 le: 17 Juillet 2015, 14:27:40 »
...

Jacques... Dans le manuel de la T10 et dans toutes les LPDA, l'alimentation est faite via le centre du plus petit élément, comme sur mon modèle.

Et à l'autre bout, j'ai bien mis un stub court-circuité même s'il n'est pas noté sur le premier croquis. Il est formé avec 2 pouces de ladder-line 450 Ω en court-circuit. En regardant attentivement, on le voit comme un petit trait. Et dans le schéma de Cebik (antenna Book), même s'il n'y a pas de court-circuit, les dizaines de modèles de LPDAS en contiennent tous ....
(Sinon le modèle ne fonctionnerait pas)  ;)
« Modifié: 17 Juillet 2015, 14:37:01 par VE2PID Pierre »

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #4 le: 17 Juillet 2015, 14:39:27 »
Jacques... Dans le manuel de la T10 et dans toutes les LPDA, l'alimentation est faite via le centre du plus petit élément, comme sur mon modèle.

Les photos en P7 sont celles d'une T6 puis d'une T12 et dieu sait de quelle revision de design elles datent. Dans le cas de ma T10, les connexions sont faites aux extrémités de la ligne de transmission et non pas sur les éléments. Qu'il s'agisse de l'une ou l'autre de ces extrémités.
« Modifié: 17 Juillet 2015, 18:57:58 par VA2JOT Jacques »

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #5 le: 17 Juillet 2015, 19:44:12 »
... Suite ...

Concernant le gain du modèle , il est maximal sur la bande du 17 mètres: 6,5 dBi et un F/B de 17,7 dB. ROS de 4:1.

L'auteur de l'article (QST Juillet 2015) discute aussi de la raison des déphasages dans une LPDA: "Phase reversal is key to the antenna's performance. If each successive dipole is fed out of phase with the adjacent dipoles, the array develops a back-fire pattern to the front of the array. If phase is not reversed - a common error made by first-time log-periodic assemblers -such as myself- radiation is in the end-fire direction to the back of the array, resulting in poor SWR and gain."

Pour illustrer ce phénomène, j'ai mis deux graphiques en bas de ce message, chacun obtenus avec mon modèle pour 18,1 MHz.

Le premier correspond à l'arrangement correct, i.e. les déphasages et qui donne les valeurs mentionnées plus haut.

Le second est obtenu en ne faisant aucun déphase. Alors le gain maximum est développé dans la direction opposée (arrière) et le F/B devient très mauvais. Gain de 5 dBi et F/B de 0,43 dB. ROS de  32:1  :)

On peut aussi distinguer les dipôles qui sont les plus actifs à cette fréquence.

L'alimentation est faite au centre du plus petit élément (petit cercle dessiné). Ça peut être "directement" ou de manière équivalente en branchant la ligne de TX venant de l'émetteur en deux points sur les booms situés entre l'élément le plus court et le suivant. Comme le dit l'auteur, ... LPDA is fed from the forward end of the array at the triangle's apex. Ou plus précisément, au bout de l'antenne qui est le plus près de la pointe du triangle obtenu en prolongeant l'antenne.

**
Il me reste à déterminer l'impédance exacte de la section des booms de la T10, sections qui servent aussi de ligne de TX entre les éléments, en me servant de valeurs réelles mesurées; ce qui ne changera pas les gains et F/B de manière marquée. L'influence principale sera sur le ROS.
« Modifié: 18 Juillet 2015, 00:00:27 par VE2PID Pierre »

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #6 le: 18 Juillet 2015, 11:44:53 »
... Modélisation T10

Concernant l'impédance des booms (qui servent également de ligne de transmission), elle serait selon des sources du web d'environ 60 Ω.
Alors en reprenant les calculs avec cette valeur, j'obtiens un très bon ROS sur toutes les bandes RA, en espace libre.
(ROS variant de 1,24:1 à 2,48:1).
Pour une installation réelle à 75 pieds de hauteur (sol moyen), et calculé au bout d'une ligne de 222 pieds d'Héliax, ça reste très bon.
(ROS variant de 1,1:1 à 2,5:1).

On peut voir qu'une ligne de TX modifie l'impédance et 'adoucit' virtuellement le ROS.

Une petite note sur le site de Tennadyne concerne les valeurs de gains annoncées (8,24 dBi): These gain figures are fictitious, but since other antenna manufacturers tend to use them to manipulate things in their favor by enhancing their specifications with phony data, we've added them so that you can get accurate comparisons. 

Le manufacturier "annonce" des valeurs de gains ... ... tout en nous disant qu'elles sont fictives ... (  ??? )

C'est possiblement gonflé (comme valeurs en espace libre) compte tenu des limites théoriques que j'ai mentionnées plus haut ...

En comparaison de mes résultats, toujours en espace libre:
14,1 MHz 6,5 dBi et F/B de 18,49 dB
18.1           6,6                       18,42
21,3           6,7                       18,2
24,9           6,4                       16,3
29.3           5,9                       16,1

Le tableau/graphique de QST (Juillet 2015) prévoyait un gain maximum situé entre 6,5 et 7 dBi avec ce montage ... alors c'est cohérent.
---
Si l'on tient compte en plus de l'effet de sol, on ajoute environ 5,6 dB pour un sol moyen.

En bas, le patron de radiation avec effet de sol pour 14,1 MHz. L'angle d'attaque optimal est de 13 degrés pour un gain de 12 dBi et un F/B de 15,9 dB.
(Calculs avec EZNEC + v 6.0.6)
« Modifié: 18 Juillet 2015, 12:06:23 par VE2PID Pierre »

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #7 le: 18 Juillet 2015, 13:55:13 »
Le manufacturier "annonce" des valeurs de gains ... ... tout en nous disant qu'elles sont fictives ... (  ??? )

Ce renvoi par un astérisque est vis-a-vis la ligne ou les valeurs sont inscrites en dBi. Y'a pas d'astérisque vis a vis la ligne ou les valeurs de gain sont inscrites en dBd. Sont-ce les vraies valeurs? J'en sais rien, ce n'est pas indiqué par quel moyen il y est arrivé. Par modélisation ou par test sur un test site homologué? Au moins, le gars il donne l'heure juste en t'admettant que l'heure juste c'est subjectif.  ;)
 
Après des années de bizounnage avec ces chiffres et des antennes de toutes sortes, que ce soit de fabrication maison ou préfabriqués j'ai conclu que ces chiffres sont des approximations qu'on peut comparer entre elles en autant (et peu importe la méthode) qu'ils proviennent d'une méthode identifiée, rigoureuse et aux résultats répétables.

Merci pour ta modélisation et tes calculs. J'apprécie grandement.

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #8 le: 18 Juillet 2015, 14:06:36 »
Concernant le gain du modèle , il est maximal sur la bande du 17 mètres: 6,5 dBi et un F/B de 17,7 dB. ROS de 4:1. Dans les faits, c'est au bas de la bande du 15m que le ROS est le plus élevé @ 2:1.

Sur 17M, c'est @ 1,6:1 ce qui est fort acceptable. Ceci mesuré au point de branchement du radio et à l'aide d'un MFJ 269. (j'ai pas encore tenté de découvrir et maitriser le VNA de mon Apache (Honnnn!)  ;)

73,
 

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #9 le: 18 Juillet 2015, 14:52:48 »
Y'a pas d'astérisque vis a vis la ligne ou les valeurs de gain sont inscrites en dBd.

Jacques, il y a une relation mathématique simple entre les dBi (gain relatif à une isotropique) et les dBd (gain versus un dipôle)
C'est toujours dBi = dBd + 2.15 (ou dBd = dBi - 2.15).
http://knowledge.digi.com/articles/Knowledge_Base_Article/Antenna-Gain-dBi-vs-dBd-Decibel-Detail

Donc très fort probablement, ils ont pris leur valeur 'fictive' pour déduire le dBd (qui sera par conséquent fictif lui aussi).
Autrement dit, 8,24 -2.15 = 6.09  (6,10 selon le site).

il est maximal sur la bande du 17 mètres: 6,5 dBi et un F/B de 17,7 dB. ROS de 4:1 ...Sur 17M, c'est @ 1,6:1 ce qui est fort acceptable.

Il faudrait relire le fil de mes messages et tenir compte de l'ordre chronologique. :)
Les premiers résultats ont été obtenus avant que je ne connaisse l'impédance réelle des booms.

Maintenant au final, et tenant compte de cette impédance de 60 Ohms, j'obtiens ceci pour 18,1 MHz:

6,6 dBi et un F/B de 18,42 dB. ROS de 1,3:1. Ce qui est encore plus fortement acceptable . . .
« Modifié: 18 Juillet 2015, 19:47:21 par VE2PID Pierre »

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #10 le: 19 Juillet 2015, 07:17:54 »
Donc très fort probablement, ils ont pris leur valeur 'fictive' pour déduire le dBd (qui sera par conséquent fictif lui aussi). On s'embarquera pas dans la polémique du quel est arrivé le premier; L'oeuf et de la poule si tu veux bien mais c'est pas plus "béton" ces chiffres quand on prend en considération les autres facteurs de modélisation telque l'absorption par le sol par exemple.

La topo immédiates, en ville et banlieue a subit trop d'interventions pour que les tableaux soient d'une quelconque fiabilité. Mème en rase campagne, ce ne sont pas tous les régions donc le sous sol est d'une quelconque constance sur de grandes superficies. Surtout à ou y'a ou a eu de l'activité agricole intense. Du drainage, de l'irrigation, des amendements pour modifier la conductance et/ou le Ph, la présence de feuillus et de résineux en surface, des terrains plus ou moins humides, la présence de neige, etc. Faut avoir vécu sur une terre et l'avoir travaillée pour réaliser à quel point les chose du sous-sol changent parfois sur la distance que quelques dizaines de pas.

Rien de tout cela est modélisable avec un quelconque degré de fiabilité à moins de se payer un projet d'échantillonnage du souls-sol de quelques Km à la ronde avec 10m ou mieux de résolution, un projet gargantuesque. Donc cela sert qu'à aboutir à des chiffres concernant l'angle de départ dont serait capable une antenne si elle était montée au dessus d'un sol dont on vient de piger les caractéristiques dans un bouquin dont la granularité du modèle est insuffisamment détaillée par rapport à nos besoins réels.

Mais, ça peut servir pour comparer les performance théoriques entre antennes modélisées sur un même type de sol et nous donner une idée de quelle serait la hauteur qui nous donnerait l'angle de départ recherché si l'antenne si elle était vraiment au dessus du type de sol qu'on vient de supposer. Mais ça prend quelque chose comme modèle d'absorption alors on pige des chiffres dans un modèle grossier pour satisfaire les exigences du protocole de modélisation.

Ca produit de quoi de probabilistique à condition que....c'est pas "basé sur du solide" m'enfin, ca peut néanmoins servir de point de départ pour comparer et faire un choix d'antennes.

La chose importante à ne pas oublier avant de se lancer dans des discussions concernant la performance des antennes.

7-3

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #11 le: 19 Juillet 2015, 09:21:01 »
....

Concernant la modélisation NEC, le projet a démarré dans les années '80 et se poursuivra encore un bon bout de temps. Il a consisté à produire des algorithmes (qui se raffinent avec les versions) simulant une antenne réelle en espace libre.

L'ajout de l'effet de sol complique les choses à cause justement de la variabilité etc de la consistance de ces sols.

Actuellement, le logiciel de Lewallen permet de choisir/ajouter (via EZNEC +v 6) tout un éventail de 'sols', allant du sable des grands centre-villes jusqu'à une étendue d'eau salée. On peut même préciser ses propres paramètres et/ou superposer deux couches de sols différents.

Cependant, en reprenant le modèle plus haut avec toutes ces 'extrêmes', l'angle d'attaque ne varie que d'un degré (entre 12 et 13°). Je présume que le le résultat réel sera dans cette fourchette.

Noter aussi que tous les bouquins de base comme "Antennas" de Kraus se concentrent sur le comportement modélisé en espace libre. Autrement dit, on ne fait pas intervenir l'effet de sol. À mon avis, c'est la façon objective de pouvoir comparer avec une bonne fiabilité des antennes différentes. Probablement que la meilleure "candidate" sera aussi la meilleure si on l'installe ensuite sur un sol réel.
___________
P.S.: N'oublions pas qu'une antenne réelle, et un modèle mathématique ayant comme but ultime de la reproduire exactement dans ses comportement sont deux 'objets' totalement différents. Mais il est sûr que les différences des résultats obtenus iront en s'atténuant avec le temps.

Citation de QST Juillet 2005 (il y a 10 ans ...): .... In recent years, the capability of computer simulation and modeling has advanced to the point that we believe simulation data can be used as a substitute for antenna range testing .... Recently, QST has accepted performance information in antenna advertisements if it included validation through appropriate computer simulation and modeling. We feel that this Product Review policy is an appropriate extension of that decision.—Joel R. Hallas, W1ZR, Product Review Editor

Opinion: Donc je ne crois pas que QST "accepterait" de publier les spécifications fictives de Tennadyne . . . .  ;)
« Modifié: 19 Juillet 2015, 11:27:17 par VE2PID Pierre »

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #12 le: 19 Juillet 2015, 10:41:13 »
...
En parcourant via le web les courbes de ROS concernant les LPDAs, on remarque la présence de certaines anomalies ... en particulier un "pic" important de ROS à une certaine fréquence. C'est aussi ce que je constate avec mon modèle (courbe affichée en bas). Ce problème est largement discuté dans les documents de Cebik.

De plus, j'ai constaté, dans des données de mesures réelles que Jacques m'a fait parvenir concernant la T10, un pic (ou pas loin) de ROS mesuré au bout de la ligne de 222 pieds. À 16,5 MHz, le ROS grimpe à 7,1:1. Compte tenu de l'atténuation que produit naturellement une ligne de TX, ce pic est probablement plus important. Il y en a aussi un autre dans ses mesures à 19 MHz avec un ROS de 7:1 .

Et c'est la raison de la présence d'un stub à l'arrière. Selon ses caractéristique, il permettra de déplacer le pic indésirable dans une région hors des bandes radioamateur. Dans le cas présent, si j'utilise comme stub une longueur de 3 pouces de Ladder Line 450 Ohms court-circuitée, la seule région du graphique où le ROS est supérieur à 3 se situe entre 25,2 mHz et  26,7 MHz ... hors bandes RA. Le Pic est à 25,9 MHz.

Je n'ai pas (encore ) trouvé la bonne combinaison qui déplacerait le pic hors 14 - 30 MHz ..

Un extrait du Antenna Book (20e page 10.5): "Early designs of LPDAs called for terminating transmission-line stubs as standard practice to help eliminate such weak spots in frequency coverage. In contemporary designs, their use tends to be more specific for eliminating or moving frequencies that show gain and front-to back weakness. (Stubs have the added function of keeping both sides of each element at the same level of static charge or discharge.) "
« Modifié: 19 Juillet 2015, 11:20:03 par VE2PID Pierre »

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #13 le: 20 Juillet 2015, 22:07:22 »
...

Et pour les "curieux" avec penchant mathématique, l'analyse de la courbe de ROS affichée plus haut montre que les chutes de ROS se produisent selon une séquence dont le pas est constant (à des poussières-près) et qui correspond à une augmentation de 0,05 (approximativement) du logarithme de la fréquence.

La périodicité est donc logarithmique ...  et la terminologie Log (logarithme) Périodique s'applique très bien à mon modèle.
**
Merci à Jacques VA2JOT et à Michel VE2XK qui m'ont fait parvenir les courbes etc. de leur Tennadyne T-10 . Ce sont des données qui sont essentielles pour ajuster mes calculs afin qu'ils s'approchent au plus près de la réalité de ces antennes.

Et petit clin-d'œil, j'ai supposé que leurs instruments de lectures sont fiables, et que les coaxiaux, les tours, l'environnement etc  n'ont pas trop faussé leurs résultats  .......  ;)

Comme pour toutes les simulations, mon modèle est un assemblage virtuel isolé dans l'espace ou isolé au-dessus d'un sol moyen. L'antenne physique et le modèle sont deux objets différents, mais je trouve intéressant de peaufiner pour que la concordance entre les deux soit marquée.

(QRT pour ce sujet ?)
« Modifié: 20 Juillet 2015, 22:19:29 par VE2PID Pierre »

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Re : Tennadyne T10 (LPDA)
« Réponse #14 le: 20 Juillet 2015, 23:07:15 »
Est-ce que dans le guide de la T10 il offre un graphique de swr de 10 à 30mhz similaire à celui du Handbook?

Le site de Tennadyne n'est pas très explicite à ce sujet! En général, il se contente de dire qu'il y a aura un SWR en bas de 1.7...