PROGRAM HFTA - HIGH FREQUENCY TERRAIN ASSESSMENT

 

Ocena wpływu ukształtowania terenu na charakterystykę rozchodzenia się fal radiowych z zakresu KF - pobieżny opis programu HFTA.

 

 

Program pozwala ocenić wpływ ukształtowania terenu na charakterystykę anteny dla niskich kątów elewacji i wybranych tras propagacyjnych.

Potrzebne dane to:

-profil wysokościowy terenu otaczającego stację (do uzyskania ze strony https://www.k6tu.net/?q=TerrainProfiles)

-pasmo w MHz np. 7MHz, 14.2MHz itd

-rodzaj antey (ilość elementów, odległości pięter fazowania) i jej wysokość instalacji

-dane o procentowym udziale sygnałów przychodzących w zakresie kątów elewacji 0-34 stopni

 

Większość plików potrzebnych do uruchomienia programu można uzyskać pod adresem (kopiuj w pasek adresu przeglądarki):

http://energylab.hpa.edu/public/projects/KH6HPA/ARRL/ARRL%20antenna%20book/program%20files/ARRL%20Antenna%20Book%2022nd%20Edition/HFTA_HF%20Terrain%20Assessment%20for%20Windows/

lub

http://enduro.idl.pl/HFTA/HFTA.ZIP ok 4MB

Po rozpakowaniu do katalogu o nazwie np HFTA znajdujemy szereg plików m.in. HFTA.exe, pliki .ocx, PRN oraz PRO. Jest też instrukcja w pdf.

W większości przypadków program HFTA.exe nie uruchomi się zgłaszając brak dostępu do plików ocx (TeeChart5.ocx, MSCOMCTL.ocx, comdlg32.ocx). Dla systemów Win 7 pliki te najlepiej skopiować do katalogu windows/syswow64 oraz zarejestrować używając wiersza poleceń i komendy regsvr32:

c:\windows\syswow64\regsvr32 [nazwa pliku.ocx]

Wiersz poleceń należy uruchomić z uprawnieniami administratora.

Mając zarejestrowane pliki ocx warto też zmienić w ustawieniach regionalnych systemu znak dziesiętny z , na . (z przecinka na kropkę). Umożliwi to wprowadzanie wymiarów w jednostce metr.

Okno programu po otwarciu ustawień anten, obrazu profilu terenu oraz analizy HFTA:

 

Najważniejszym jest uzyskanie danych wysokościowych terenu. Po zalogowaniu się na stronę k6tu.net otrzymujemy możliwość wygenerowania profilu terenu co 1 stopień kątowy używając Profile Terrain Request gdzie należy podać pozycję w formacie nn.nnnnnn uzyskaną choćby ze strony http://k7fry.com/grid/ lub z map Google ( https://www.google.pl/maps/@51.7419789,19.4480964,111m/data=!3m1!1e3 - pozycja środka jednego z kominów EC2 w Łodzi, dane pozycji są w pasku adresu, wystarczy je skopiować). Wygenerowany profil w postaci spakowanego archiwum otrzymamy po kliknięciu na link wysyłany po utworzeniu profilu. Archiwum zawiera informacje w postaci 360 plików z danymi wysokościowymi. Np plik z profilem terenu w kierunku południowym (180 st) będzie nosił nazwę AZI-180.00.PRO Serwis Stu K6TU umożliwia uzyskanie dowolnej ilości profili terenu więc warto rozpakować archiwum zawierające pliki PRO do odpowiednio nazwanych katalogów.

Kolejne istotne pliki - PRN - zawierają dane rozkładu sygnałów w funkcji kąta ich przychodzenia. Najprościej rzecz ujmując plik podaje że. np dla kąta 1 st pojawia się 2% sygnałów na trasie OK-USA, na kącie 2 st pojawia się 4% sygnałów na trasie OK-USA. Wiemy już zatem, że dla każdej trasy (USA, AF, JA, OC itd) są osobne pliki dla każdego kraju. Na chwilę obecną mam trzy pliki prn z SP (Łódź) na kierunek US (Kansas City), SA (Brazylia - Brasilia) oraz JA (Tokyo). Są też pliki dla naszych najbliższych sąsiadów (OK,DL,UA) i w przybliżeniu dają one szanse na ocenę pod jakimi kątami przychodzi najwięcej sygnałów przy danej trasie bliżej naszych granic z tymi państwami. Pliki prn dla SP generowałem sam o czym później.

Aby uzyskać Output Graph naszego terenu należy:

-skonfigurować wstępnie program wybierając w opcjach jednostkę (stopy, metry - uwaga na znak dziesiętny! - program "wyłoży się jeśli przy jednostce metr jest znak dziesiętny przecinek)

-wybieramy częstotliwość

-klikając na poszczególne pola Terrain Files wybieramy kolejno pliki profilu terenu dla terenu płaskiego (FLAT.PRO) oraz plik lub pliki (maksymalnie cztery) dla konkretnego kierunku ustawienia anteny
Należy pamiętać w którym z czterech pól wprowadzone są które lokalizacje przy porównaniu dwóch różnych lokalizacji.

-klikacjąc na ANT. TYPE gdzie otwiera się okno konfiguracji anten wybieramy rodzaj anteny którą mamy (lub chcielibyśmy sprawdzić) dla wybranego wcześniej pasma oraz jej (lub ich w przypadku fazowania - stacker) wysokość

-z prawej strony zaznaczamy lub odznaczamy pole wyboru. Zaznaczenie skutkuje pojawieniem się wybranego profilu i powiązanych z nim anten na wykresach Plot Terrain

-Plot Terrain to graficzna prezentacja wybranych profili terenu z zaznaczonymi po lewej stronie antenami skonfigurowanymi dla danego profilu

-na podstawie wprowadzonych danych program wprowadza korektę do charakterystyki "wzorcowej" anteny (dla terenu płaskiego) związaną z profilem gruntu, anteną, wysokością anteny nad ziemią i częstotliwości pracy i wyświetla ją po kliknięciu na Compute! Otrzymujemy finalny Output Graph dla wybranych profili terenu. Zakres widocznej na wykresie elewacji można ustawić na polach wyboru Max. Elev. Angle

-bardzo ważne - Elevation File - plik zawierający statystykę gęstości sygnałów w funkcji kątów elewacji. Plik dla SP wygenerowałem używając narzędzia EAA oraz VOACAP:

http://www.voacap.com/antennas/eaa.html

Plik output:

http://enduro.idl.pl/HFTA/voacapx.out.txt

Plik PRN dla SP obliczony z terenu SP (Łódź) do Kansas City (mniej więcej środek USA):

http://enduro.idl.pl/HFTA/SP-US.prn

Plik PRN dla SP obliczony z terenu SP (Łódź) do Brazylii (Brasilia):

http://enduro.idl.pl/HFTA/SP-SA.prn

Plik PRN dla SP obliczony z terenu SP (Łódź) do Japonii (Tokyo):

http://enduro.idl.pl/HFTA/SP-JA.prn

 

Poniżej ekran VOACAP i ustawienia programu dla chcących generować własne pliki prn:

W VOACAP można zmienić lokalizację własną i docelową oraz inne parametry. Ustawienia zoptymalizowałem pod kątem kompatybilności z innymi plikami prn dla Europy. Na ile są one faktycznie kompatybilne (zgodność ustawień VOACAP) - nie wiem. Na razie mało kto chce w tym temacie pomóc. Inne pliki wkrótce.

Dystrybucja VOACAP współpracująca z EAA:

http://www.greg-hand.com/versions/old_versions/itshfbc_081227.exe

Inne wersje mogą nie pracować poprawnie z EAA.

Krzywe ukazują charakterystykę anteny jako poziom sygnału (Gain, lewa strona) jednostka [dBi] w funckji kątów elewacji. Z kolei pionowe słupki odpowiadają statystyce przychodzących sygnałów dla wybranej trasy [% - po prawej stronie] w funcji kątów elewacji. Zerknijmy na powyższy zrzut ekranu. Mamy trzy maksima 5-6 st, 10-11 st oraz 15-16 st. Widać wyraźnie iż antena zainstalowana w lokalizacji gdzie profil jest zaznaczony na niebiesko ma piki zysku (maksima zysku) związane z ukształtowaniem terenu. Nie schodzą się one jednak z wykresem statystyki niemniej teren ten dla 2el anteny na wys. 15 metrów jest stosunkowo korzystny. Czerwony wykres dotyczy terenu "wzorcowego" płaskiego. Wykres błękitny to druga lokalizacja gdzie ukształtowanie terenu daje maksimum zysku anteny na bardzo niskich kątach (niestety nie wykorzystane na tej trasie) a wysokość i rodzaj anteny sprawia, że obejmuje ona w całości najbardziej użyteczne kąty elewacji.

Wartością podsumowywującą sprawność wybranej anteny (zysk, wysokość) na określonym terenie jest liczna Fig. of Merit. Im jest wyższa tym system antenowy jest sprawniejszy na danym terenie.

Jak widać "lekki dołek" nie jest zawsze taki zły, zmieniając parametry dla lokalizacji "niebieskiej" na 3el na 24m FigofMerit osiąga wartość 8,3 vs 8,1 co oznacza że lokalizacja ma jednak potencjał na trasie 160 st na Afrykę. Zmieniając plik PRN na DL-AF uzyskujemy statystykę bogatszą dla niższych kątów elewacji gdzie sprawność systemów jest niemalże identyczna (6,5 dla niebieskiej vs 6,6 dla błękitnej). Brak "fabrycznych" plików dla SP jest pewnym utrudnieniem niemniej uzyskane dla SP pliki PRN (nazwy plików posiadają lokalizację DX) wyglądają miarodajnie.

PAMIĘTAJ - The ionosphere controls the elevation angles, not our transmitting antenna!

 

Dla SP-US ( Środek USA Kansas City) przy 7MHz oraz 14MHz uzyskujemy:

 

 

 

 

Udanej zabawy. Tworzenie własnych PRN nie jest trudne. Najciekawsza jest możliwość szybkiej analizy wpływu wysokości anteny, ilości elementów i ew. fazowania na konkretnym terenie.

Program HFTA ma niewątpliwie duży potencjał edukacyjny. Z kolei statystyki dystrybucji sygnałów w funkcji kątów elewacji pochodzą z programu VOACAP używanym w ciągu wielu lat przez instytucje rządowe USA. VOACAP powstał w Instytucie Telekomunikacji Narodowego Laboratorium Łączności i Zarządzania Informacją (moje tłumaczenie) https://www.its.bldrdoc.gov/ Na stronie ITS dostępne są najnowwsze wersje VOACAP. Dane z programu HFTA są wielokrtonie wykorzystywane w licznych prezentacjach dotyczących planowania stacji (również kontestowej) jak i prezentacjach możliwych rozwiązań antenowych z uwzględnieniem terenu i statystyk sygnałów.

 

Opracował Mateusz SQ7D

Strona jest w ramach www.pigon.pl

 

Autorem programu HFTA jest N6BV.

Autorem pakietu VOACAP jest Gregory R. Hand http://www.greg-hand.com/

Autorem EAA jest OH6BG