Home | O anténách |  |  | Kontakt |
Drátové antény pro krátké vlny - provedení
Drátové rezonanční antény Materiál anténních vodičů Izolátory drátových antén Napájení drátových antén - žebříček Má smysl konstruovat anténu s transmatchem, baluny, trapy? Srovnání souměrného a nesouměrného dipólu Musí do antény téci proud? Vyzařování antény Pozor na krátké antény a na nízký vyzařovací odpor Je rozdíl mezi dipólem a inv. V? Ztráty v přizpůsobovacích obvodech Zkušenosti z experimentů Konkrétní provedení osvědčených drátových antén Baluny Zkrácený skládaný dipól - popis antény, která nevyžaduje tuner (pdf file) Pár poznámek ke G5RV
Drátové rezonanční antény Drátové rezonanční antény jsou velice rozšířenou kategorií antén zejména pro nejnižší krátkovlnná pásma. Ty dobře navržené pak často slouží i na vyšších pásmech, ale také na dočasných (portable) QTH při kempování, na lodích apod. Existuje mnoho typů drátových antén, které jsou popsány v literatuře. Vodivý drát, srovnatelný s poloviční délkou vlny je přece jenom dostupným materiálem, dostupnějším než stometrové příhradové stožáry nebo trubkové konstrukce. Abychom do takového drátu „nacpali“ vysokofrekvenční energii a tuto energii vyzářili do éteru či do konkrétního směru, pak nezbytně potřebujeme k takovému počínání docílit rezonance antény a umět minimalizovat různé druhy ztrát. Rozlišujme však u způsobu napájení takového drátu ve vztahu k jeho vlnové délce.
Materiál anténních vodičů Pro konstrukci drátových antén existuje celá řada více či méně vhodných vodičů. Vyrábějí se speciální anténní lanka, která jsou vyrobená např. z extrémně čisté mědi pro elektrotechnické účely. Některé konstrukce lan využívají mechanicky upravených lan, která byla předem zatížena tahem téměř k hodnotám, při kterých lze měřit kontrakci materiálu, s cílem dosáhnout nízkého tečení (pomalé prodlužování v závislosti na čase při nepříliš velkém mechanickém zatížení tahem) zavěšených vodičů. Měď je však za studena kujný materiál a při mechanickém zatížení vždy teče. Osobně se přikláním k řešení, které anténní lano zbytečně tahem nenamáhá, a to i za cenu, že lano je přiměřeně prověšené. Existují konstrukce lan, které využívají ocelových duší, zlepšujících mechanickou pevnost lan a malé prodlužování zavěšených lan v čase. Antény, které byly předmětem experimentování a vývoje, využívají pro konstrukci zářičů a žebříčků lan s měděnými, lanovanými holými dráty v ochranné trubičce. Používají se lana s 30, 32, 44 nebo 50 vodiči o průměrech drátů 0.21, 0.26 nebo 0.31 mm. Vlastní lano je chráněno trubičkou z UV odolné a stabilizované plastické hmoty. Jmenovitý průměr měděného jádra, např. 1.5, 1.8, 2.2 mm a maximální vnější průměr konkrétního vodiče, např. 2.7, 3.0, 3.6 mm je uváděn u popisu každé antény. Vodiče této konstrukce dostupné na trhu, jsou vyráběné ve velkém množství a ve vynikající kvalitě. Drátové antény v eshopu jsou dodávány s vodiči od jediného konkrétního výrobce, se kterým bylo dohodnuto provedení izolace a podrobnosti mechanického předepnutí jádra. Měď v takto provedené izolaci minimálně chemicky reaguje s okolím a i po delší době zůstává na povrchu kovově čistá. Toto bych však určitě netvrdil o všech anténních vodičích, které se vyskytují na trhu. V roce 2008 jsem experimentoval s vodiči, které byly prezentované jako speciální vodiče ke konstrukci antén a po jednom roce používání byla měď doslova černá. Vlastnosti vodičů: V této části textu se rovněž zmíním, v jakém případě jsou využívána speciální anténní lanka jiných konstrukcí, která jsou k dispozici na trhu. Tato anténní lanka jsou využívána pouze pro takové typy a provedení rezonančních antén, u kterých vadí i malé tečení běžného měděného jádra. Při experimentování jsme se takovým konstrukcím nevyhnuli. Bez tohoto materiálu nelze vyrobit např. antény známé jako SPIDER, či HEXBEAM nebo některé další konstrukce rezonančních antén, kde mechanická délka je velice kritická. Konstrukce těchto speciálních anténních lan mívají několik nevýhod. Vyjmenuji alespoň ty zásadní. Uvedená lana se vyrábějí v malých sériích a jsou drahá. Lana s ocelovými dráty zase obsahují mnohem méně vodiče a obtížně se s nimi pracuje. Práce s nimi je opravdu nepříjemná. Ocelová lana s poměděnými dráty byla pouze zdrojem utrpení a jejich použití nevedlo k žádným uspokojivým výsledkům. Existuje celá řada dalších materiálů, např. bronzový vodič, který se používal na stará telegrafní a telefonní vrchní vedení. Manipulace s ním je také obtížná a výsledky neuspokojivé. Mým cílem bylo u konstrukcí využít dostupného a přiměřeně drahého kvalitního měděného lana, s dostatečně velkým a dobře vodivým povrchem, které nebude významně přispívat ke ztrátám drátové antény. S lanem musí jít lehce manipulovat při montáži antény i při poloautomatickém odměřování přesných geometrických délek na odměřovacím zařízení s odvalovacím kolečkem. Lano musí být chráněné během doby života antény před oxidací a atmosférickými vlivy. Bohužel, zoxidované vodiče jsem ze stožárů odstranil a nejsem schopen dokázat, o co je taková anténa s nevodivou vrstvou sirníků a dalších sloučenin na povrchu, který má sloužit pro skin-effect, méně účinná proti anténě s lesklými měděnými vodiči v odolné ochranné trubičce. Materiál RUPALIT Při srovnávání různých drátových antén bylo dosaženo vynikajících výsledků s anténami, vyrobenými z lana RUPALIT. Pro kratší drátové antény, tj. G5RV, PA0FRI preferuji rozměr Cu 20 x 0.355 mm. Lano v tomto provedení je vynikajícím vysokofrekvenčním vodičem s velkým povrchem (skin efekt). Toho je docíleno velice lesklým povrchem vodičů z relativně čisté vodivé elektrotechnické mědi. Povrch každého vodiče je chráněn tenkou dielektrickou vrstvou. Pro praxi je důležité, že konce vodičů lze v potřebném místě dokonale ocínovat v cínové lázni. Pájitelnost je obdivuhodná. Provedením zkoušek mohu potvrdit, že každý vodič lana je opravdu vodivě spojen s ostatními dráty. Finální anténu lze s ohledem na vodivost snadno kontrolovat miliohmmetrem a touto metodou lze rozlišit jediný přerušený nebo nedokonale připájený vodič. Toto se mi však v praxi nikdy nestalo a tak jsem závadu simuloval "štípačkami" - přerušil jsem jeden vodič v lanu. Lano lze pájet i v terénu, na stožáru, atd., a to běžnou pájkou. Lano je velice ohebné a dobře se s ním pracuje. Ilustrační foto - materiál RUPALIT v dílně na cívce: Ilustrační foto - anténa vyrobená z materiálu RUPALIT: Osobně považuji materiál RUPALIT za špičku mezi materiály na zářiče drátových antén. Pro rok 2015 jsou připraveny k měření antény z klasických známých vodičů a identické antény z materiálu RUPALIT. Budou ve stejný čas, na stejných anténách a na stejném zařízení měřeny úrovně slabých signálů a jejich odstupů S/N. Izolátory drátových antén Izolátor drátové antény je rovněž velice důležitou součástkou. Pro vývoj a konstrukci antén air&wire jsou používány plastové izolátory. Aby bylo možné využívat vysokých výkonů, zvolil jsme provedení větších rozměrů. U maličkých izolátorů jsem docílil přeskoků vysokého napětí, které vedlo k poškození izolací vodičů a povrchů izolátorů. Důležité je, aby u navržených drátových antén byly použity mechanicky pevné izolátory. U centrálně napájených antén jsou používány též plastové tahové izolátory mechanicky zkoušené na tah. Anténní vodič je montován k izolátoru pomocí zalisovaných hliníkových ferulí DIN 3093 v případě, že se jedná o pevné spojení a nepředpokládá se nastavování či změna délky vodiče. V případě, že si konstrukce antény vyžaduje s ohledem na princip své funkce nastavovat délku vodičů, nebo se jedná o anténu, která je označena jako experimentální sada, jsou vodiče a izolátory montovány pomocí duplexních svorek. Vícepásmové antény jsou obvykle navrhované tak, že anténní vodiče mohou být s ohledem na použitý pracovní kmitočet zatížené poblíž středového izolátoru jak vysokým napětím, tak velikým proudem. Antény air&wire proto nikdy nepoužívají jakéhokoliv rozměrného centrálního plastového dílu se svorkami, u kterého mohou být vodiče blízko sebe. Jsou konstruované tak, že u centrálně napájených antén anténní vodič plynule, bez jakýchkoliv svorek nebo pájených či jiných spojů přechází do napájecího žebříčku antény. Existoval však ještě jeden důvod, proč jsem se rozešel s centrálními plastovými díly. Tím důvodem byly drátové antény s vysokou impedancí uprostřed, tedy nikoliv zářiče, které byly laděné na kmitočty poblíž základní (fundamental) rezonance, ale antény delší, které měly ve středu vysokou impedanci. Nutnost dbát na základní fyzikální zákony se ukázala při realizaci antén typu Double Zeppelin. Nejraději používám dvojici robustních vajíček norské výroby. Pokud se zeptáte proč, tak vám odpovím jednoduše. Navštívil jsem s vajíčky zkušebnu velmi vysokého napětí a také jsem si změřil dielektrické vlastnosti. Centrální izolátory s okem na vytažení a zavěšení antény jsou zde na obrázku a další typy izolátorů následují: Detail středového izolátoru Koncové izolátory drátových antén (u dipólů a LW jsou v kmitnách napětí, u delta loop a smyček raději uděláme všechno proto, abychom je v kmitnách neměli) mají na účinnost antény vliv. Související články jsou zde: o měření na anténách a o suchých a vlhkých izolátorech. Poznámka: 1. Nedostatečná "izolační schopnost" u konce antény end-fed LW, ať v tuneru, kapacitní vazbou vůči napáječi, kapacitní vazbou vůči uzemněné věži (stožáru), kovové konstrukci, apod. nás může připravit až o několik dB na zisku. Napájení drátových antén Antény ok1ufc jsou konstruované tak, aby při jejich napájení nevznikaly zbytečné ztráty. Proto je mnoho typů antén zásadně napájeno tzv. napájecím žebříčkem ( ladder line, typ PCV-570-84) a tento žebříček je rovněž samostatně prodávaným produktem s označením PCV-570-84. Existuje několik důvodů, proč tomu tak je. Žebříček umožňuje realizovat napájecí vedení s tak nízkými ztrátami, které nelze realizovat s žádným koaxiálním kabelem nízkoztrátové konstrukce. Symetrická vedení s průmyslově vyráběnými symetrickými dvoulinkami lze považovat pouze za vedení se středními ztrátami. Dvoulinku s ocelovým poměděným vodičem lze považovat za technologický kompromis, který se snadno strojově vyrábí, ale nikdy nedocílí tak dobrých izolačních vlastností v části napěťové kmitny. Rovněž nelze minimalizovat ztráty v proudové kmitně vedení, povrch a průřez mědi je malý - nevyhovující. Žebříček je vhodný pro bezeztrátovou konstrukci napáječů antén díky tomu, že dielektrikem je převážně bezeztrátový vzduch, nikoliv ztrátová plastická hmota. Proto se není třeba obávat napěťových kmiten na vedení. Vodič žebříčku je tvořen měděným lanem o velikém průměru, typicky 1.5 mm. Proto se není třeba obávat ztrát vyvolaných extrémními proudy v kmitnách proudů. Žebříček nám tedy umožňuje realizovat bezeztrátový napáječ se stojatou vlnou. Anténu lze zkonstruovat tak, že napájecí žebříček spojitě pokračuje a za středovým izolátorem tvoří anténní vodič dipólu nebo smyčky, delta loopu, apod. Typické vlastnosti žebříčku jsou: 1) Extrémně nízké ztráty, které nelze docílit žádným jiným způsobem napájení. To je dáno fyzikálními parametry, konkrétně vzdušnou izolací, vzdálenost mezi vodiči je 84 mm u žebříku air&wire. Jako vodič je použito měděné lano o průměru Cu jádra kolem 1.5 mm. Takové lano má maličký ohmický odpor. Extrémně nízké ztráty jsou reprezentovány hodnotou útlumu 0.3 až 0.33 dB/100m při 30 MHz. 2) Žebřík je vhodný i pro přenos nejvyšších výkonů, daleko za “legal limitem”. 3) Žebřík umožňuje realizovat napáječ se stojatou vlnou a jeho charakteristická impedance není kritická a v mnoha případech ani důležitá. 4) Žebřík (ladder line) PCV-570-84 funguje dobře i v dešti a při vysoké vlhkosti. 5) Žebřík má nízkou hmotnost.
Krátké antény napájené žebříčkem (G5RV, PA0FRI) jsou vyrobené obvykle z "jednoho kusu vodiče", to znamená, že vodič žebříčku pokračuje bez jakékoliv spojky dále jako anténní zářič (až ke koncovému izolátoru). Pokud je anténa delší, je nutné žebříček spolehlivě propojit s anténním zářičem. K tomu používám buď pájený spoj chráněný smrštitelnou trubičkou nebo (raději) tzv. kabelovou spojku smršťovací (dutinku). Viz obrázek vpravo. Dutinka (trubička) se montuje lisováním (krimpováním). Existují také spojky smrštitelné letovací. Krimpuje se tak, že se z jedné strany zasune odizolovaný vodič žebříčku do trubičky dutinky a zalisuje se. V druhém kroku se zasune vodič anténního zářiče a rovněž se zalisuje. Potom se provede smrštění trubičky vysokou teplotou z horkovzdušné pistole. Smršťovací trubička se spojí s izolací vodičů naprosto hermeticky a zabrání spolehlivě k pronikání vlhkosti ke spoji. |
K problematice napájení antén žebříčkem dávám k dispozici též původní materiál od Franka ZS6TMV, nazvaný “Why ladder-line”. Neodpustím si několik stručných poznámek. Žebříček neslouží pouze k bezeztrátovému napájení antény. Žebříček umožňuje napájet rezonanční anténu navrženou geometricky tak, aby měla vztah k délce vlny a vznikalo na ní stojaté vlnění, rovněž stojatou vlnou, což prakticky znamená možnost "dotáhnout" příliš dlouhý nebo příliš krátký anténní zářič přesně do rezonance, a to s nízkými ztrátami. Tato skutečnost nám může často eliminovat potřebu přesného nastavování např. rezonančních délek dipólů, tedy konkrétně potřebu opakovaného spouštění a napínání antény během jejího ladění. Principy popsané ve výše uvedených slovech jsou zřejmé z následujících obrázků:
Tato skutečnost však neplatí pouze pro ve středu napájené dipóly - viz další obrázky
S žebříčkem lze zkonstruovat extrémně dlouhý napáječ antény, např. delší než 100 nebo 200 metrů. Má smysl konstruovat anténu s transmatchem, baluny nebo trapy? Předchozí text se zaměřoval zejména na minimalizaci ztrát v napáječi, v přechodu napáječe do zářiče a konečně i ve vlastním zářiči. Předpokládejme tedy, že vysokofrekvenční energii nějakým způsobem dostaneme beze ztrát do antény. Je to hodně zjednodušeně řečeno, protože jsem se v textu nevěnoval celé řadě dalších problematik, které souvisí například s přizpůsobením, anténními ladicími členy, baluny a dalším zařízením. Ale o tom bylo napsáno též mnoho vynikajících článků a stručně to popíšu jinde. Skutečností však zůstává, že existují a lze zkonstruovat vynikající vícepásmové antény, které však budou ke své činnosti vyžadovat dobrý nízkoztrátový ladicí člen (transmatch), balun nebo jiné zařízení. Neplatí to jen pro jednoduché drátové antény, ale i pro některé zajímavé směrovky, které vykazují mnohem lepších vlastností než ty, u kterých musel konstruktér udělat mnoho kompromisů najednou (třeba kvůli více pásmům, přizpůsobení k napáječi s postupnou vlnou, geometrickým rozměrům). Ale o tom až u směrovek. Teď jsme u drátových antén a u anténního zářiče a v úvodu jsme si řekli, že anténní zářič drátové antény vyžaduje ke své funkci rezonanci. Na obrázcích jsme si ukázali, co se děje s proudovými a napěťovými špičkami, když je anténa v rezonanci nebo když je krátká či dlouhá. Také už umíme dělat s bezeztrátovým symetrickým žebříčkem a využívat ho tak, aby anténě k rezonanci pomohl. V této části (ale budu se tomu věnovat jinde) jsem se rozhodl odbýt konstrukci transmatche konstatováním, že u symetricky napájených antén preferuji symetrický LC článek, má nejmenší ztráty. Využívám však také automatický nesymetrický LC článek a baluny různých typů. Jde o kompromisní řešení. Tuner mám u TRX, jeden metr koaxiálu vede otvorem v okenním rámu z hamovny ven. Na parapetu okna již je nízkoztrátový balun připojený do napájecího žebříku nebo k LW anténě. Vysokofrekvenční energii však vyzařuje anténní zářič, prvky směrové antény, logaritmicko-periodická řada dipólů či další vodiče kolem antény, které často patří k jinému anténnímu systému. Právě u této problematiky vzniká celá řada mýtů a pověr, které hovoří o tom, že nelze popsat či definovat to, co se děje mezi nebem a zemí. Ale není to tak docela pravda. V dnešní době existuje velké množství relevantních a dobře popsaných zkušeností. Také existuje několik dostupných SW programů, pomocí kterých lze zkoumat, tj. analyzovat a modelovat chování vodičů a antén při vyzařování. Zmíněný SW umožňuje poměrně přesně v grafické podobě prezentovat, co se děje ve vzdálených místech od naší antény. Jsme tedy mimo jiné schopni poměrně přesně simulovat vliv země a předmětů v našem QTH, předpovídat vlastnosti navrhované antény, optimalizovat a modelovat celou řadu parametrů. A tady najednou zjistíme, že navrženou a optimalizovanou mnohopásmovou anténu sice přizpůsobíme na mnoha pásmech, ale pořádně to vysílá jen na jednom pásmu nebo to až tak nevysílá. Setkávám se s radioamatéry, kteří se domnívají, jak skvěle jim anténa chodí, přičemž skutečnost, že na určitých pásmech mají méně hezkých DX nebo jim to nechodí z konkrétních směrů si vysvětlují např. vlastnostmi QTH. Příčinou však také bývají zcela konkrétní tvary vyzařovacích diagramů instalované antény. A u drátových rezonančních antén je třeba s vyzařovacími diagramy účelně pracovat. Co na ně má vliv? Kromě výšky antény nad zemí, směru zavěšení antény mají podstatný vliv vodiče v blízkosti antény, tj. pasivní prvky antény, ale také různé pasivní prvky v obvodech rezonujících zářičů antény. Osobně ze zásady nejsem u drátových antén proti účelnému používání trapů, nízkoztrátových balunů nebo pasivních drátových prvků (např. mě učaroval skládaný dipól, který nevyžaduje transmatch a je přizpůsoben v celém pásmu 80m). Nejsem ani proti kompromisním rezonančním anténám, které jsou laděné dobrým LC transmatchem. Ztráty v přizpůsobovacích obvodech S anténami, které jsou k napáječi přizpůsobené pomocí čtyřpólů, tj. pomocí PI článku, T článku nebo L článku souvisí řešení ztrát způsobených přizpůsobovacím obvodem. K tomuto tématu jsou na mých stránkách dva články: http://www.sidlo.com/ok1ufc/ztraty_ve_ctyrpolech.htm, http://www.sidlo.com/ok1ufc/ztraty_ve_ctyrpolech_2.htm a některé užitečné pomůcky. Další vlivy různých dějů na drátové anténě a) Srovnání souměrného a nesouměrného dipólu. Prosím, nezaměnit s dipólem záměrně konstruovaným pro napájení mimo střed (OCD). V případě napájení žebříkem jsem nezjistil podstatného rozdílu, i když se obě ramena dipólu v délce dost lišila. Mýtem tedy zůstává, že přesná symetrie je zásadní. Mě se nepodařilo tento požadavek u napájení žebříkem prokázat:
b) Musí do antény téci proud? Záleží, kde ho měříme. Pro vytvoření názoru uvádím pár obrázků o tom, jak a kde je to na dipólu s proudem a napětím. A že v některých případech může do anténního zářiče téci velice maličký proud. Ale to je o tom, že na zářiči antény je a musí být stojaté vlnění a rozměry zářiče jsou navrženy s ohledem na vlnovou délku.
c) Vyzařování antény. Tady uvádím, pár obrázků, které dokladují, jak je to s vyzařováním antény, kde anténní vodič je svojí délkou “blízko” či “daleko” od délky poloviny vlny. Pozor na složité vyzařovací diagramy dlouhých antén. K promyšlení dávám kacířskou otázku – není někdy na místě trap na zkrácení zářiče? Osobně nejsem proti používání antén s trapy
d) Pozor na nízký vyzařovací odpor u krátké antény. Přizpůsobíte, vyladíte, ale moc to vysílat nebude. Účinnost takové antény bude velice nízká a pracně vyrobená energie se zmaří i v těch poměrně slušně vodivých materiálech na teplo. Viz obrázek, zejména hodnoty pod diagramem pro 1.825 MHz!
e) Z dalšího obrázku je zřejmé, jaký vliv má na anténu její výška. Reálné země lze u antény využít. Zejména u antén typu Vertical. U dipólů a Delta loopů zpravidla jen ke konstrukci antén pro místní spojení. Z obrázku je zřejmé, že vysoko instalovaný dipól bude zářit pod nižším úhlem a hodí se pro DX spojení. Nízko instalovaný dipól bude dobře zářit vzhůru a bude se hodit pro místní spojení. Viz též informace v publikaci USMC. Osobně jsem zkoušel a dlouhou dobu používal nízko instalovaný Delta loop (celovlnný) a dostával jsem reporty, o kterých zde ani nemohu psát. Mnoho dB nad S9. Kolega (OK1CQ) měl dokonce pod takovým Delta loopem ještě jednu parazitní smyčku. A reporty převyšující S9 o mnoho decibelů obdržel i při testu mého QRP zařízení, tedy prokazatelně s 5 W při SSB. Bylo to neuvěřitelné, ale bylo to tak. Nikdy jsem o tom s nikým na pásmu nevedl polemiku a mnoho zkušených radioamatérů to považovalo za fyzikálně nemožné. Příliš nízko instalovaný dipól nebo loop však takové vlastnosti nemá. Bohužel, v nízké výšce nefungují ani směrovky. Dipól směrovek (driven element), pokud je nízko nad zemí, nevybudí správně pasivní prvky a anténa má zcela jiné vyzařovací diagramy. Bohužel, zázračné v tomto nejsou ani antény HB9CV. Antény Yagi, HB9CV i logaritmicko-periodické soustavy dipólů musí být optimalizovány pro konkrétní výšku nad zemí.
f) Je rozdíl mezi dipólem a invertovaným V? Posuďte sami.
Zkušenosti z experimentů Uvedu zde také několik dalších vlastních zkušeností, proč jsem s některými anténami dále neexperimentoval: - vyhýbám se horizontálním anténám typu OCD (off center dipol), které jsou napájené mimo střed koaxiálním kabelem; ty které jsem koupil od renomovaných výrobců nebo postavil a vyzkoušel, byly vždy “hlučnější”, signály byly vždy více zarušené a často i slabší, ale nemohu potvrdit, že by tato zásada platila i pro antény verikální, např. antény se zářičem s 5/8 vlnové délky a odpovídajícími radiály mám rád. Antény typu OCD se mi však nikdy nepodařilo zprovoznit jako kompromisní antény napájené koaxiálem a nevyžadující použití transmatche na všech navržených pásmech. S transmatchem samozřejmě fungovaly, ale se ztrátami, které odpovídají koaxiálnímu napáječi pracujícímu se stojatou vlnou. A v takovém případě byly vždy horší, než antény napájené uprostřed nebo na konci (END FED). Anténa typu Windom, napájená jedním vodičem, mi fungovala skvěle. Za její nevýhodu jsem považoval poměrně velký proud, který tekl do země. Za výhodu pak vyzařování vertikální části. U antén typu OCD se mi rovněž nikdy nepodařilo vyrobit (a ani namodelovat) takovou kombinaci, abych docílil rezonance na více pásmech (tj. jX=0) a mohl impedanci transformovat bez použití transmatche. Na jednom pásmu to chodí. Jakž takž na více pásmech fungovala anténa podle RK3TD, kterou také popsal OK1IKE. Praktické zkušenosti lze stáhnout zde a původní článek od ok1ike nabízím ke stažení zde. Z principů této antény jsem vyšel při konstrukci lehké OCD antény pro SOTA a skončilo to, jak jinak, než ostudou. Přestože se anténa při typové zkoušce (ověření vlastností na prototypu) chovala téměř vzorně - viz měření na 20m a 40m: tak mě tato anténa doslova vypekla u zákazníka. Nevyhovující průběh VSWR v pásmu 40m. Mimochodem se do zakázky vloudila chyba, během výroby došlo k záměně výkresu zářiče, který byl "střižen" v nepříliš odlišných rozměrech. Nezbylo, než udělat u tak jednoduché antény opět celou řadu zkoušek a měření. K velkému překvapení se projevilo při některých montážích totéž, co u zmíněného zákazníka, objevily se nežádoucí průběhy VSWR v obou pásmech, způsobené montáží, ale také délkou použitého koaxiálního kabelu. Balun již nebyl schopen zabránit tomu, aby se napáječ nepodílel na vyzařování. Při nižších výškách tomu nezabránil ani ve vhodných výškách dodatečně vložený proudový balun, rovněž ani tlumivka z koaxiálního kabelu. Napáječ se podstatně podílel na vyzařování, naměřit se daly průběhy VSWR, které nebyly nijak v souladu s délkou zářiče, např na 5 MHz: Prostě mě při konstrukci neminuly všechny známé potíže, které jsem si již jednou absolvoval s OCD anténami. Ostuda a obrovská ztráta času. Zkušenosti z experimentů - pokračování Pokud nemohu vztyčit anténu do dostatečné výšky, používám raději vertikální antény. Vhodnou volbou je rovněž anténa bobtail-curtain, ale to je také vertikální anténa. Pokud mám možnost zavěsit anténu dostečně vysoko, potom volím antény typu G5RV, PA0FRI, atd., a to i různě optimalizované, napájené žebříkem, nikoliv dvoulinkou, na kterou navazuje kratší koaxiální kabel, půlvlnné END FED (Single ZEPP) antény jsou rovněž dobré. Pokud mám k dispozici rozsáhlejší plochu a s výškou na tom nejsem nejlépe, realizuji horizontální Delta Loop, smyčku zavěšenou ve více bodech, vysílalo to z jeskyně, lesního palouku i mezi stromy. Celovlnnou smyčku, navrženou pro pásmo 80m jsem používal i pro 28MHz a 50MHz. Výsledky odpovídaly vyzařovacím diagramům pro provozovaná pásma. S tímto Delta Loopem jsem udělal mnoho krásných DX spojení. Celkem pravidelně jsem komunikoval na 14 MHz se stanicemi všech kontinentů. Ale, jak píši, když chodily stanice ze ZL (azimut 70° nebo 230°), nechodily např. stanice z VK (azimut kolem 90° nebo 270°). Přišel jsem na to tak, že jsem několikrát změnil kotevní lana deltaloopu a pro danou geometrickou konffiguraci jsem srovnával se směrovkou. Pokud se deltaloop (výška 10m, 8m, 7m) nacházel v maximu laloku, byly signály srovnatelné s 3 elementovou směrovkou (výška 15m). Delta Loop měl však na vyšších kmitočtech nepříjemná minima. Stručně shrnuto, vždy u návrhu antény řešíme její účel, použití a zástavbu antény, protože ta má zásadní vliv na výsledek našeho snažení, tj. konkrétně výšku antény a její délku s ohledem k délce vlny. Konkrétní provedení osvědčených typů drátových antén Horizontální smyčky, dipóly a skládané dipóly jsou vyráběné z celistvého kusu vodiče, a to včetně napáječe, antény Double Zeppelin, G5RV a vícepásmové dipóly různé délky jsou vyráběné z celistvé poloviny zářiče, která přechází spojitě (bez vodivých spojů) v napájecí žebřík. Experimentální sada obsahuje kompletní polotovar, ze které lze realizovat anténu typu Double Zeppelin, ale zkracováním vodičů a napáječe též různá provedení G5RV a vícepásmových dipólů. Sada obsahuje další vodič pro finální provedení zářiče a napáječe a veškeré objímky, trubičky a kabelová oka, tedy materiál, který se spotřebuje při experimentech). Provedení a konstrukce balunů
Pouzdření balunů do nových pouzder jsme začali dělat v roce 2012. Pouzdra série 2 (a série 2 mini - vpravo) vypadala takto: Pouzdra z roku 2015: U balunu je důležitý jeho účel. Vždy doporučujeme konzultovat užití balunu. Přestože baluny využívají obdobných principů, mohou se lišit vnitřním konstrukčním provedením, zapojením svorek atd. Rozdílné je např. provedení balunu s poměrem 1:1, který je určen pro použití se směrovkou typu QUAD nebo YAGI a podstatně se liší od balunu určeného pro symetrizaci dlouhé drátové antény se žebříčkem. O balunech píšu také zde. Baluny jsou navržené tak, aby plně využily vlastností soudobých nízkoztrátových feritových materiálů, které jsou vhodné pro vysoké výkonové zatížení. Tvar jader byl z vybraného feritového materiálu vyroben v EU na zakázku podle požadavků ok1ufc. Starší typy balunů Pro informaci uvádíme všechny osvědčené typy balunů viz specifikace airwire ART-01, kde kromě klíčových parametrů bylo uvedeno také pouzdření balunu - viz package size 1 až 6. Z obrázků jsou vidět pouzdření starších balunů. Jde o pouzdra z odolných plastických hmot. Pouzdření zde uvádím také z toho důvodu, že je vhodné pro experimentování nebo pro zapouzdření atypického provedení. Napájecí konektor je SO-239, který slouží pro připojení vedení s koaxiálním kabelem. Symetrické vývody jsou na nerezových šroubech M4. Ukázky různých provedení starších typů balunů jsou zde: Poruchy balunů Během vývoje, experimentování a zkoušek jsem zničil několik balunů. A zjistil jsem následující skutečnosti. Některá feritová jádra jsou ke konstrukci balunů nevhodná. Obvykle jsou to jádra s vysokou permeabilitou. U nevhodného jádra a podotýkám, že současně při nevhodné konstrukci balunu, dojde při výkonovém přetížení k popraskání jádra teplem. A to i u materiálů, který někteří výrobci doporučují jako materiál vhodný na HF baluny a transformátory. Osobně jsem však s těmito jádry neexperimentoval a vlastní zkušenost nemám. Mnoho konstruktérů problém řešilo tak, že používají předválečnou konstrukci s železoprachovými (iron-powder) jádry. Baluny mají větší ztráty, ale tato konstrukce je rozšířená. Moderní nízkoztrátový balun lze konstruovat s moderními feritovými materiály, jako je např. 4C65, který však není jediným vhodným materiálem. S těmito materiály snadno vyrobíme baluny pro přenos výkonů mnohonásobně převyšující tzv. legal limit, hi. Nejvýznamnější příčinou poruchovosti, kterou opravdu nemohu a nechci podcenit, je elektrická pevnost. Proto vinutý balun musíme vyrobit vždy ze speciálního drátu smaltovaného více vrstvami. Takové vodiče lze na trhu sehnat. Namítnete, že lze použít např. teflonovou dodatečnou izolaci. Ano, lze to, ale většinou se nám objeví problém s impedancí vinutí, protože nejsme schopni dodržet geometrické vzdálenosti. Naštěstí nám jedno z řešení nabízí moderní "chemie" pro elektrotechniku - lze použít různých zalévacích hmot nebo moderních prostředků, které vytěsní vlhkost a provedou dodatečnou izolaci s vysokou elektrickou pevností. Tím se nám problém elektrické pevnosti obvykle přestěhuje jinam. Zpravidla na konektor SO-239. Na obrázku vidíte fotografii poškozeného dielektrika zásuvky (Socket) SO-239: Tato zásuvka však nebyla poškozena "obrovským" proudem skrz konektor a není ani důsledkem nevyhovující elektrické pevnosti dielektrika. Příčina je jinde. Na konektoru SO-239 často "hoří oblouk" mezi vnitřním a vnějším vodičem. Pokud proti tomuto jevu ošetříme svorku na balunu, to jako výrobce vždy dělám, může stále ještě hořet oblouk na "samci" na koaxiálním kabelu. To se také stalo. Na obrázcích vidíte poškozenou zástrčku (Plug) PL-259: Skutečná příčina však vznikla uvnitř PL-259. Tam hořel oblouk při vysoké impedanci antény, původně ve vzduchové mezeře mezi středním vodičem a pláštěm, později volně, dielektrikum kabelu RG-58 už bylo roztaveno, ale teplo vznikalo dále, přenášelo se i přes kolík PL-259 do zásuvky SO-239 a zničilo dielektrika obou konektorů: Proto i tam doporučuji provést nějakou formu dodatečné izolace. HAM se domníval, že konektor nevydržel vysoký proud na nízké impedanci. Po zjištění příčiny jsem navrhl způsob montáže a dodatečné izolace konektorů, aby tam již oblouky nehořely. Doporučuji před zapájením kabelu dielektrikum přesně seříznout a kápnout kolem dielektrika kapičku zalévací hmoty, která se používá pro vysokonapěťové konstrukce. Pak po montáži a zapájení kabelu tato hmota vytvrdne, vyplní vzduchové mezery a neobyčejně zvýší elektrickou pevnost konektoru. Tento případ se stal na WARC a na anténě G5RV. Nižší elektrickou pevnost poznáte jednoduchou zkouškou. Na pásmu, kde je vysoká impedance na svorkách antény, postupně zvyšujete výkon. Při určité hodnotě začne být ručka SWR metru při měření VSWR neklidná, jako by se mírně chvěla. HAM, kterému se porucha stala, se domníval, že dochází k ohřevu jádra balunu. Takový jev má ovšem podobné příznaky. Na konektoru však občas hořel oblouk. V místě konektoru byla vysoká impedance a výkon, při kterém jsme jev pozorovali přesahoval 1000 Wattů.
73's Věra & Míra, ok1ufc
© 2011 - Věra Šídlová a Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 17.11.2010