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Text File  |  1994-05-30  |  6KB  |  127 lines
  1. SUBJECT:  Vertical Beams on VHF and the effect of metal masts
  2.           on propagation patterns, gain, and bandwidth (part one).
  3.  
  4.  
  5.        I have complied some information on vertical beams used in VHF
  6. communications.  Yagis were used for this test.  This information was 
  7. taken from studies done at the Kennedy Space Center from 1982 thru 1988 
  8. and from 1990 thru 1991.  Also, the studies include information gathered
  9. here, at my QTH, field day 89, 90, & 91, and other amateur stations from
  10. 1987 thru 1991.
  11.  
  12.        These studies include the effects of metal support masts to the
  13. boom of the beam, past the boom of the beam, and short of the boom by
  14. a wave length with a non-conductive support, towers near the antenna,
  15. VHF beams above horizontal antennas, below horizontal antennas, side 
  16. mounted beams, and the effects of metal guys encompassing the beams.
  17.  
  18.        In part one of this series, the discussion will cover the first 
  19. three studies.
  20.  
  21. *** VHF beam antennas and metal support masts ***
  22.  
  23.   Metal masting past the beam: (metal mast at earth ground)
  24.  
  25.   Figure one->                  || <--  Metal Mast  
  26.                                 || 
  27.                                 || 
  28.                                 || 
  29.                |    |    |    | || |   |   |   |   |
  30.                |    |    |    | || |   |   |   |   |
  31.                |----|----|----|-[]-|---|---|---|---| <-- VHF Yagi
  32.                |    |    |    | || |   |   |   |   |
  33.                |    |    |    | || |   |   |   |   |
  34.                R    DE   D1   D2|| D3  D4  D5  D6  D7
  35.                                 ||
  36.                                 ||
  37.  
  38.        Testing: Yagi antenna pattern and gain over a vertical 
  39.                 dipole at the same frequency. 
  40.  
  41.   Figure two->
  42.                R                                   D7
  43.                |    |    |    |    |   |   |   |   |
  44.                |    |    |    |    |   |   |   |   |
  45.                |----|----|----|-[]-|---|---|---|---| <-- VHF Yagi
  46.                |    |    |    | || |   |   |   |   |
  47.                |    |    |    | || |   |   |   |   |
  48.                                 ||
  49.                                 ||
  50.                                 || <-- Metal Mast at earth ground  
  51.  
  52.  
  53.        Testing: Same as in Figure one.
  54.  
  55.   Figure three->
  56.                R                                   D7
  57.                |    |    |    |    |   |   |   |   |
  58.                |    |    |    |    |   |   |   |   |
  59.                |----|----|----|-[]-|---|---|---|---| <-- VHF Yagi
  60.                |    |    |    | !! |   |   |   |   |
  61.                |    |    |    | !! |   |   |   |   |
  62.                                 !!
  63.                                 !!
  64.                                 !!
  65.                                 !! <-- Non-conductive mast (PVC)
  66.                                 !!
  67.                                 !!
  68.                                 !!
  69.                                 !!
  70.                                 ||
  71.                                 || <-- Metal Mast at earth ground
  72.                               
  73.        Testing: Same as in Figure one.
  74.  
  75.  
  76.   Results of testing from test set-ups in figures one, two, and three:
  77.  
  78.        1) Figure one results:  
  79.                o Pattern is mis-shaped, forward lobe is divided and
  80.                  severely distorted.  Side lobes are enhanced, back 
  81.                  lobe is enhanced, but contains three distinctive lobes.
  82.  
  83.                o Gain over a vertical dipole is 2dBd at the lowest central
  84.                  point of the forward lobes, gain is 3.7dBd at the highest
  85.                  points of the forward lobes which are at 59 and 124 
  86.                  degrees respectfully from a 90 degree center lobe 
  87.                  location.  Best gain is to the back center lob at 177
  88.                  degrees, 5.3 dBd.
  89.  
  90.        2) Figure two results:
  91.                o Pattern appears near normal with some distortion to the
  92.                  forward lobe. 
  93.  
  94.                o Gain over a vertical dipole is 10.2dBd at the peak of the 
  95.                  central forward lobe which is located at 93 degrees.
  96.  
  97.        3) Figure three results:
  98.                o Pattern shows near typical to standard patterns with better
  99.                  shaping than both previous tests.
  100.  
  101.                o Gain over a vertical dipole is 10.9dBd at the peak of the 
  102.                  central forward lobe which is located at 89.5 degrees.
  103.  
  104.  
  105.        In each case, the same dipoles, coax, signal, and yagi were used for 
  106. testing purposes.  The distance between the dipole and yagi was 100-ft.
  107. Height off the ground was 20-ft to the antenna feed.  Signal was 10mW at
  108. 146 MHz CW.
  109.  
  110.        Clearly, this test shows that mounting your yagi mid-mast is not
  111. an effective way to achieve the desired results of the yagi.  Mounting
  112. the beam on top of the mast achieves near commercial results while
  113. the insulated mast achieves the best results for performance from the
  114. antenna.  The discussion will continue, in part two, to elaborate on the
  115. effects of figure two vs figure three with a grounding wire.
  116.  
  117.        This test was conducted at the Kennedy Space Center, Spring of 91
  118. using the KB4YLY gamma modification to the yagi and dipoles.  All test
  119. equipment used was by Hewlett-Packard.
  120.  
  121.        These tests were incorporated into antennas and antenna systems
  122. at the Kennedy Space Center and are presented here for public information.
  123.  
  124. -WS, KB4YLY/AFA2GN, Sr. EMC/RF Engineer, MDSSC, EMLab, KSC, FL
  125.  
  126.  
  127.