další info >>>> | O anténách |  |  |  | Kontakt
End Fed (near half wave) Long wire anténa opět a z jiného pohledu ....
Všeobecně Za napsáním tohoto článku stojí několik hamů, kteří tuto anténu realizovali. Někteří tuto anténu definitivně zatratili a jiní s ní dokázali dělat kouzla. Proto si dovolím napsat širší úvod, proč tahle anténa někomu chodí lépe a někomu nikoliv. Konstrukce dobré end fed longwire antény však není až tak triviální, jak by se zdálo nebo jak se to zejména začátečníkům jeví. Na internetu je celá řada článků o principu fungování LW antény i o způsobu jejího napájení na jejím konci. Úvod
Zjistil jsem, že mnoho hamů začíná své první experimenty s LW anténou v konfiguraci RIG, tuner a anténa, která je převzata z manuálů k RIGům a vypadá jako ta, která je na obrázku vpravo. |
Samozřejmě, že i tak lze začínat s provozem na HF pásmech a že lze dokonce i tuto konfiguraci vylepšovat. Postupně zjistíte tyto věci: - při slušnějším uzemnění vám bude vyzařovat anténa, která je dlouhá např. jen 1/8 vlnové délky (1/8 wl) - stejně tak objevíte, že se slušnější zemí vyzařuje i anténa čtvrtvlnná - na skalnatém kopci zjistíte, že potřebujete radiály - při dalších experimentech zjistíte, že pokud je tuner schopen vyladit anténu půlvlnnou, že na jakosti uzemnění záleží již méně, ale zato se vám objevily problémy úplně jiné. V tomto článku jde o to, abychom si teoreticky vysvětlili, co je za všemi problémy a jaká jsou řešení. Většinu problémů jsem popsal dříve v těchto článcích: Úvodní článek k drátovým anténám - dovoluji si upozornit na dva obrázky, které jsou označené jako current fed dipole a voltage fed dipole; jde o první dva obrázky a jejich pochopení je důležité. V případě LW antény se ji snažíme napájet napětím na konci. Musíme si však uvědomit to, co nám často autoři těch "zaručeně správných řešení" někdy zatajují - Kirchhoffovy zákony. Tyto zákony lze, mimo jiné, odvodit z Maxwellových rovnic. Neříkají nám nic jiného, než zákon o zachování energie a rovnici o kontinuitě elektrického proudu. Píšu zde o tom proto, abychom si uvědomili, že napájení antény je důležité a že lze antény z hlediska napájení rozdělit na antény uzemněné a neuzemněné. O tom jsem již také psal, třeba v článcích o LW anténách - zde, taky zde, v článku o způsobu napájení drátových antén a v článku o anténě Single Zeppelin.
V úvodním článku jsem popsal dipól napájený napětím (voltage fed dipole). Vypočtené průběhy proudů uvádím i na obrázku vpravo. Všimněte si detailů u modré čáry, která nám reprezentuje průběh proudů. Na koncích, odkud anténní vodič už nikam nevede, je proud nulový. Nemá kam téci. Tedy pokud mu to neumožníte např. do závěsných lan skrz maličké izolátorky. Všimněte si bodu uprostřed. I když hovoříme o "voltage fed", anténa nemá nekonečnou jakost Q v rezonanci a v místě napájení prostě proudy tečou. Pozn.: pod obrázkem vpravo si můžeme představit zářič antény Double Zeppelin ... |
| Na obrázku vlevo je jen jedna polovina celovlného dipólu. Anténa je napájená žebříčkem na svém konci. Jeden drát žebříčku není nikam připojen, na jeho konci teče nulový proud. Druhý konec žebříčku je připojen k zářiči. Takto funguje anténa Single Zeppelin. Protože výstup z RIGu se dělá většinou na impedanci Z=50 Ohm, transformuje se žebříčkem, jehož délka je cca 0.25 x wl impedance. Pokud místo žebříčku použijeme paralelní rezonanční obvod a najdeme odbočku pro místo napájení nebo použijeme koaxiální vedení, dole zkratované a vyvedeme z takového vedení bod, kam lze připojit koaxiální kabel, budeme hovořit o tzv. "J" anténě. Pozn.1: J-anténa má délku zářiče kolem 0.5 x wl, zářič je napájen na konci a k transformaci používá čtvrtvlnný koaxiální rezonátor. Prakticky popsal takovou anténu včetně principu fungování např. Valentin RU3AEP na serveru www.cqham.ru
Máme vyřešeno? Téměř ano, pokud bychom uměli od stolu a pro naši konfiguraci instalace jednoduše a přesně stanovit délku zářiče. Přiznejte si však, jak se vám návrhy antén daří a kolikrát bylo třeba použít štípaček pro naladění. Můžete mi oponovat, že když máte dobrý tuner, L článek, s kondíkem jako almara, tak vám perfektně vyladí anténu nějak střiženou kolem 0.5 x wl. Ano, to je sice pravda. Budete se těšit z krásného VSWR = 1 a budete si myslet, že vám veškerý proud teče do antény. Možná si i budete myslet, že v místě napájení do antény proud neteče, že má nekonečnou jakost Q. Ale tak to není, zákony Kirchhoffovy platí, anténa má v místě napájení konkrétní hodnotu impedance a z L článku tam prostě proud teče.
| A jak to vypadá s proudem, jsem namaloval vlevo. Případ byl modelován pro kapacitu proti zemi o hodnotě cca 60 pF. Hodnota není podstatná, jako skutečnost, kterou mnozí z vás udělali. A zjistili (možná také nezjistili) například jeden z těchto neduhů: - J anténa nebo Single Zeppelin byl náchylný na přítomnost čehokoliv, rozlaďoval se - v hamovně se nám objevovalo HF (vf) napětí - objevily se potíže s TVI - anténa byla ve srovnání s jinou anténou hlučnější při příjmu Pozn.: Díky Kirchhoffovým zákonům jsme zjistili, že máme anténu uzemněnou, nikoliv neuzemněnou. Máme několik možností, jak problém řešit. Udělat proudové napájení uprostřed (tedy přejít na dipól), použít průměrný balun (zpravidla s ním na nízkých impedancích vystačíme). Udělat napájení end fed near half wave antény tak, aby tato soustava byla z pohledu principu neuzemněná a těšit se z toho, že nám všechny výše uvedené potíže zmizí, anténa bude tichá. Nebo se s anténou přestěhovat pod strom (přestěhovat hamovnu do přízemí) a natáhnout drát šikmo nebo svisle vzhůru a těšit se z toho, že i když nám tečou zemní proudy do zemně, tak nám vlastně nijak nevadí.
Jedno z možných řešení ... Pokud máte k dispozici dálkově ovládaný tuner, jehož reaktanční prvky (LC) jsou dokonale oddělené od země (včetně napájecího zdroje, ovládacího kabelu, atd.) a na vstupu do takového tuneru je instalován proudový balun, máte s velkou pravděpodobností vyřešeno. Druhé z možných řešení ... O toto řešení se pokusil RU3AEP - již jsem v textu zmínil. Pro HF pásma použil princip J antény. Na uvedeném serveru jsou rovněž popisy vícepásmových řešení. Já zde popisuji svou modifikaci jednopásmového řešení. Toto řešení letos (2014) použilo několik nešťastníků, kteří neměli jinou možnost, než napájet Near half wave LW po koaxiálu a jezdit na tom DXy na digimódech. Princip a schéma zapojení Na schématu si všimněte čtyř důležitých reaktancí (LL1, L1, LL2, L3). LL2 představuje téměř čtvrtvlnný (cca 0.2 x wl) rezonátor vytvořený z koaxiálního kabelu s nízkými ztrátami. Místo pahýlu, který používá RU3AEP, jsem použil indukčnost L3. Vlevo, na konci půlvlnné antény jsou použity dva prvky. Indukčnost L1, pomocí které se předlaďuje (dolaďuje) délka vedení LL2. Druhý prvek je krátké vedení LL1, pomocí kterého se dolaďuje délka antény po instalaci. Jak se s tím dělá ... Obvody na schémátku opouštějí mojí dílnu jako předladěné. Na požadovaném kmitočtu (např. 3576 kHz) je nastavena hodnota indukčnosti L1, délka vedení LL2 (ta je pro každé pásmo stejná, abych ji nemusel měnit, nastavuji hodnotu L1) a hodnota indukčnosti L3. Hodnota indukčnosti L3 a L1 a LL2 jsou z dílny přednastavené tak, aby na daném kmitočtu bylo po připojení antény VSWR = 1. Žijeme v reálném světě, v praxi to tak není. Po připojení antény musíme vždy změřit přesně impedanci přesným analyzátorem v místě napájení antény, označeném výstup Z = 50 Ohm (VSWR opravdu nestačí nějak změřit). Průběhy impedancí v různých bodech této soustavy vypadají takto, pokud je vyladěno: Všimněte si, že vedení délky 0.2 x wl (LL2) je zobrazeno se ztrátami (kružnice se stáčí do mírné spirály), indukčnost L2 byla předladěna tak, že VSWR = 1 a kompenzační vedení LL1 (kapacitní charakter) mělo dostatečný rozsah k doladění antény. V praxi to takto u Near half wave end fed longwire antény nikdy nechodí. V prvním kroku musíme stanovit, zda je anténa dlouhá nebo krátká. Ne každý má možnost lézt po střechách, protože to je nebezpečné, ne každého to baví. V takovém případě nám dobře poslouží např. to, že anténní vodič vyrobíme z lana RUPALIT V155, který má vynikající vlastnosti. Navržené anténní zářiče prokázaly opakovatelnost ve výrobě. Takže anténu navrhneme z tohoto vodiče, vypočteme její impedance v místě napájení a pro tyto hodnoty předladíme transformační obvod. K doladění na střeše nám pak stačí pouze měnit LL1. K nastavení tedy potřebujeme přesný anténní analyzátor a znalost práce se Smithovým diagramem. Takto to vypadá v praxi:
V obou uvedených případech vidíte, že pomocí úpravy vedení LL1 lze přesně doladit krátkou i dlouhou anténu na předladěném kmitočtu.
Předladěná sada komponentů je dodána s dlouhým vedením LL1. Pokud připojíme správně vyladěnou anténu LW na svorku, naměříme impedance, jako na obrázku vpravo. Zkracováním vedení LL1 lze doladit. |
| Finální vyladění, které bylo provedeno pouze zkracováním LL1 - viz obrázek vlevo.
Praktické provedení Sada součástí obsahuje pouze 4 komponenty: - tubus antény o průměru 32 mm s indukčností L1 a výměnným vedením LL1 (vypadá jako balun, obsahuje konektor SO239 pro připojení LL2) - koaxiální vedení z nízkoztrátového koaxiálu, na jednom konci okonektorované, druhý konec s ochranou kabelu a očkem na protahování ... - tubus balunu o průměru 32 mm s indukčností L2 a proudovým balunem na výstupu - náhradní výměnné vedení LL1, kdyby nám náhodou při ladění (stříhání) ujela ruka Montáž součástí se provádí takto: - poblíž bodu napájení (konec anténního drátu) se namontuje tubus antény tak, aby kabelové oko antény šlo přišroubovat pod svorku - na konektor SO-232 se připojí vedení LL2, které se protáhne až do místa, kde lze instalovat tubus s balunem - u tubusu s balunem se nakrimpuje (nebo připájí, podle toho, co kdo preferuje) kabelový konektor SO-239 a připojí se k tubusu s balunem - od tubusu s balunem se vede koaxiální napáječ pouze s postupnou vlnou, tedy libovolné délky, se Z = 50 Ohmů do hamovny k RIGu Poznámka: vedení LL2 má elektrickou délku 0.2 x wl, v praxi je tedy třeba počítat s tím, že v potřebné mechanické délce od konce antény bude tento tubus s balunem instalován, že je třeba v tomto bodě přidělat potrubní příchytku a neponechat to jako "bouli" na koaxu ...
Předladění Všechny 4 komponenty sady odcházejí z dílny předladěné na požadovaná kmitočet. Předladění v dílně se dělá podle tohoto postupu: 1. provede se předladění vedení LL2 pro použité pásmo na jmenovitý kmitočet a místo druhého konektoru se použije měřicí adaptér 2. tubus antény se osadí rezistorem o hodnotě R, která odpovídá instalované výšce a vedením LL1 se jmenovitou délkou 3. provede se postupným nastavením L1 a L2 nastavení dvou parametrů (na analyzátoru) - rezonančního kmitočtu soustavy a hodnoty VSWR na VSWR = 1 4. Demontuje se vedení LL1 s nominální hodnotou a provede se orientační kontrola impedancí s nezkráceným vedením LL1 Princip postupu předladění je tedy jasný. Nízkoztrátový koaxiální kabel tvoří zkrácený rezonátor, který je laděn pomocí prodlužovací indukčnosti L1, pomocí vazební indukčnosti L2 a pomocí krátkého dolaďovacího vedení LL1. Princip sady pro realizaci antény Near Half Wave End Fed Long Wire Princip sady několika klíčových komponentů byl dostatečně popsán. Umožňuje napájet na konci (voltage fed) půlvlnnou anténu LW, tuto anténu realizovat z hlediska principu jako neuzemněnou, tj. při příjmu velice tichou, napájenou koaxiálním kabelem a dobře přizpůsobenou. Tato anténa je z hlediska HF opravdu neuzemněná a právě o tento důležitý detail se stará velice účinný proudový balun na výstupu dobře přizpůsobeného koaxiálního kabelu, který pracuje pouze s postupnou vlnou. Z hlediska ztrát jde o kompromisní LW anténu, která má větší ztráty (díky koaxiálnímu vedení 0.2 x wl a indukčnostem L1 a L2) než LW přizpůsobená jiným pasivním čtyřpólem. Ale to je daň za to, že to je anténa neuzemněná, tichá a dobře přizpůsobená.
© 2014 Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy:23.12.2014