Аттестационная работа. Сравнительный анализ эффективности направленных антенн для любительской радиосвязи

1. АТТЕСТАЦИОННАЯ РАБОТА

Слушателя курсов повышения квалификации по программе:
«Проектная и исследовательская деятельность как способ
формирования метапредметных результатов обучения в условиях
реализации ФГОС»
Кривошеев Евгений Александрович
Фамилия, имя, отчество
МБОУ Школа №126, г.Уфа, Республика Башкортостан
Образовательное учреждение, район
На тему:
Сравнительный анализ эффективности направленных
антенн для любительской радиосвязи

2. Образовательное учреждение:

• Наименование: МБОУ Школа №126, ГО город Уфа,
Республики Башкортостан.
• Год открытия: 1992
• Расчётная численность обучаемых: 450
• Численность педагогического состава: 31
• Адрес: 450078, г.Уфа, ул.Мингажева, д.107/1
• Сайт: http://schools.dnevnik.ru/1132
• Электронный адрес: [email protected]
• Тел./факс: (347)2766100, тех. подразделение: (347)2766788
• call-sign: RZ9WZA

3. ЖАНР РАБОТЫ:

• Исследование на основе эмпирических данных
• Гипотеза: экспериментальная проверка эффективности идеи
исследователя Dick Bird (G4ZU, UK) позволит существенно
повысить эффективность проведения сеансов любительской
радиосвязи в нестационарных условиях (экспедиции с
отсутствием условий для применения иных видов связи, ЧС
техногенного или (и) природного характера)
• Практическая задача: получение оптимального результата по
теме исследования с подтверждаемым и применимым (для
реальной конструкции с иными частотными параметрами)
эффектом.

4. Актуальность темы:

C 1995 года в школе функционирует молодёжная любительская
радиостанция с позывным сигналом RZ9WZA (грант Союза
Радиолюбителей России «На реализацию стратегических целей
СРР в области молодёжной политики») в число задач которой
входят, в том числе:
- проведение работ по оптимизации антенно-фидерного
оборудования любительской дальней и космической связи;
- разработка методик радиолюбительской деятельности в
нестационарных условиях и при ЧС природного и
техногенного характера.
Техническое задание на проведение экспериментального
исследования сформировано управляющим оператором р/с Е.А.
Кривошеевым и утверждено начальником р/с Г.Ю.
Фархтдиновой с целью практического применения результатов
в работе радиостанции.

5. Цель и задачи работы:

• Цель: экспериментальная проверка свойств направленных
антенн, сопоставимых по основным параметрам излучения
электромагнитных волн.
• Задачи:
- обучающие:
научение
методике
исследовательской
деятельности обучаемых с соблюдением основных структурных
элементов этого процесса, методам анализа результатов и
подготовки их к опубликованию в той или иной форме;
- развивающие: развитие навыков общения по схеме «субъектсубъект»,
повышение самооценки, развитие умений
необходимых в исследовательской работе;
- воспитательные: формирование ответственности в отношениях,
объективности в суждениях, последовательности в мышлении,
результативности в действиях – как личностных качеств
исследователя.

6. Формы работы по этапам:

1. Обоснование темы: ознакомление с сутью проблемы, теоретическими
основами вопроса, ранее проведёнными исследованиями и …
размышлением о собственных возможностях.
2. Постановка цели: выбор технологии эксперимента и оценка
собственных возможностей, формулировка задачи с предполагаемым
максимумом КПД.
3. Гипотеза: установка «сверхзадачи» по системе «а может и так?».
4. Методика: планирование эксперимента, оценка достоверности
(применимости) предполагаемых результатов (определение граничных
условий),
подготовка
экспериментальной
установки,
экспериментальная работа, анализ результата, вывод, рефлексия
деятельности.
5. Собственные данные: обеспечить статистическую повторяемость
результатов.
6. Анализ и рефлексия: построение статистической модели с
последующим выводом и возможной коррекции методики проведения
эксперимента, определение перспектив задачи.

7. Описание методики:

• Получить задание и ознакомиться с ним
• В максимально возможном варианте изучить теоретические
основы вопроса
• Сформулировать цель и гипотезу
• Разработать экспериментальную установку и отладить её
• Провести серию экспериментов и повторить её не менее 5 раз
• Провести статистическую обработку данных
• При значительных расхождениях доработать установку
• Провести контрольные измерения
• Проанализировать результаты и установить уровень
допустимости погрешности измерений
• На основе эмпирических данных сделать вывод
• Подготовить комплект материалов к опубликованию
• Проанализировать перспективы продолжения работ

8. Содержание работы:

Любая приёмо-передающая система содержит устройства (антенны)
для излучения и приёма электро-магнитных волн (ЭМВ). По одной из
классификаций они делятся на направленные и ненаправленные.
Первые излучают ЭМВ в приоритетном направлении, вторые - во
всех направлениях одинаково, что и определяет эффективность
приёма – передачи при одинаковой мощности
передатчика и
чувствительности приёмника. При этом направленные антенные
устройства дороже в изготовлении и сложнее в настройке, но
эффективнее в реальной работе и менее подвержены воздействию
посторонних источников ЭМВ (т.н. QRM), что особенно важно при
радиообмене в нестационарных (экстремальных) условиях с
использованием оборудования с малым энергопотреблением (QRP).
Прикладная ценность качественного (т.е., с широким диапазоном
погрешности измерения) исследования заключается в выборе
конструкции антенны с оптимальными излучающими свойствами в
заданном направлении, что позволяет при одинаковой подводимой
мощности обеспечивать радиообмен с наилучшим качеством.

9. Содержание работы:

При испытаниях антенн существуют
определённые граничные условия для
обеспечения реальной достоверности
результатов измерений их свойств.
Исходя из этого был выбран диапазон
144-145 МГц (один из входящих в
группу радиолюбительских). Размеры
антенн определяются сообразно длине
волны ЭМВ (она связана с частотой
излучения) (Рис.1). Антенна приёма
ЭМВ – диполь («вибратор Герца»),
датчик величины ЭДС индуцируемой
ЭМВ – простейший детектор (Рис.2).
Все
измерения
проводятся
относительно излучающей антенны,
эквивалентной приёмной.

10. Содержание работы:

Антенна (а) – эталонный диполь с направлением излучения в
виде симметричной восьмёрки перпендикулярной плоскости
антенны, а вот остальные… это хорошо описано, но надо было
проверить. Антенна (г) вообще вызывала сомнения, но
привлекала простотой конструкции и заявленными автором
свойствами… Варианты (б) и (в) известны и повторяемы.

11. Содержание работы

В полном соответствии с теорией были определены условия измерений
и выбрано место их проведения. Данные измерений после обработки в
табличном процессоре визуализированы в виде диаграмм и
проанализированы. Наиболее эффективная антенна ((в) – см. Рис.3)
испытана в реальных условиях (проведены 4 радиосвязи на расстоянии
>60 км с использованием того же источника генерации ЭМВ).

12. Фрагменты установки:

Приёмный модуль
Передающий модуль

13. Методы диагностики результатов:

• Построение
информационной
модели
на
основе
теоретических предпосылок.
• Изучение информационных моделей, полученных на основе
эмпирических данных иных исследователей (разработчиков
практических конструкций антенн сравниваемых типов).
• Анализ субъективных точек зрения пользователей
исследуемых конструкций (по критерию «эффективность»).
• Построение информационной (с учётом статистики
повторений данных для принятых граничных условий).
• Сравнительный
анализ
эффективности
излучения
испытуемых антенных устройств.
• Испытание наиболее эффективной конструкции в реальных
(не стационарных) условиях.

14. Результаты выполнения работы:

В таблице полученных результатов графа «эффективность»
Подтверждение
Эффектив
предполагает отображение Антенна
предполагаемого
ность
результата
способности исследуемой
Диполь
98%
1,00
антенны направленно
2-х элементный волновой
95%
2,26
канал
излучать электромагнитHB9CV
97%
3,18
10%
0,10
ные волны в заданном нап- G4ZU
равлении относительно антенны «диполь» , выбранной в
качестве «образцовой» (цвета: серый – эталон, жёлтый – выше
эталона, зелёный – оптимально, красный – ниже эталона).
Критерием эффективности считается свойство передающей
антенны возбуждать в приёмной антенне ЭДС с максимальным
током на заданной частоте в направлении излучения при
одинаковых условиях приёма-передачи. Данные достоверны для
граничных условий: высота подвеса антенны > половины волны,
размеры полигона > 10 длин волны, расстояние передатчик –
приёмник – более 2х длин волны, частота излучения 145,000
МГц, число измерений – 10.

15. Перспективы развития темы:

• Полученные в результате выполнения работы данные
позволяют предположить, что методика, выбранная для
определения свойств антенны типа Jungle job (автор идеи Dick
Bird – G4ZU) может не подходить для выбранного диапазона
граничных условий эксперимента, т.е. имеет смысл
продолжить эксперименты на частотах испытанных автором.
• Проверка оптимальной конструкции в условиях проведения
реальных связей в диапазоне 144-146 МГц позволяет
предположить целесообразность построения передающих
антенн типа HB9CV для более низкочастотных диапазонов.
• Проведение подобных экспериментов стоит начинать с
построения компьютерных моделей в среде ММАNA.
• Тема исследования востребована и заслуживает пролонгации.

16. Информационное сопровождение:

• Ротхаммель К., Антенны: Пер. с нем., М., Энергия, 1979, 320 с.
• Беньковский З., Липинский Э., Любительские антенны
коротких и ультракоротких волн: Пер. с польск., М., Радио и
связь, 1988, 480 с.
• http://www.radiouniverse.ru/book/lyubitelskie-antenny-korotkih-iultrakorotkih-voln/antenna-hb9cv
• http://www.cqham.ru/junglejob.html
• Степанов Б.Г. и др., Любительская радиосвязь на КВ, М.,
Радио и связь, 1991, 120 с.
• http://
f5ad.free.fr/Liens_coupes_ANT/F/F6ITV%20G4ZU%2014%20a%
2050.htm
• http://dl2kq.de/mmana/4-1.htm
• etc…

17. ПРОВЕРЯЮЩЕМУ:

УБЕДИТЕЛЬНАЯ ПРОСЬБА ОТПИСАТЬ МОИ
ОШИБКИ НА MAIL: [email protected]
ОЧЕНЬ НАДО