Home | O anténách |  |  |  | Kontakt
Parazitní kapacity izolátorů
Drátové antény Vertikální antény Vertikál pro kempování - modifikovaný Rybakov Logaritmicko-periodická anténa pro pásma 10m až 20m Rotační dipól
Bezprostředně poté, co jsem zveřejnil článeček s úvahami o rotačním dipólu, mi přišly od čtenářů první maily. A obsahovaly podobné dotazy, na které zde odpovídám: 1. Ano, parazitní kapacita izolátorů, kterou jsem označil tímto obrázkem měla u publikované devítimetrové konstrukce rotačního dipólu pouze jediný praktický dopad, který spočíval v tom, že by se mi při větší hodnotě této parazitní kapacity již nepodařilo pomocí jednoduchého symetrického L článku stejného typu - viz schéma vykompenzovat impedance dipólu na všech pěti pásmech (10, 12, 15, 17, 20 m) tak, abych měl VSWR lepší než 1.5. A také jsem napsal, proč. Pásmo 14 MHz vyžadovalo téměř nulovou hodnotu indukčnosti L, pásmo 28 MHz vyžadovalo téměř nulovou hodnotu kapacity C. A to jsem ještě pracoval s délkou dipólu, schématem transformace - přizpůsoboval jsem na hodnotu 200 Ohmů a pro symetrizaci jsem použil balun 1:4. Kde jsem použil kompromisy? A jaké? U antény jde vždy o ztráty. Neměl jsem strach z balunu. Baluny s poměrem 1:4 jsou jednoduché a dobře symetrizují. Sám jsem si pro tento účel zkonstruoval balun na kvalitní feritové trubce z odpovídajícího feritu s nízkou permeabilitou. Ano, takový materiál je dnes drahý a obtížně se shání. Netvrdím, že takový balun nejde realizovat s železoprachovými jádry od Amidonu. Jde. Ale ferit, např. 4C65 je z hlediska ztrát lepší. Typ 4C65 však není jediným vhodným typem. Na ztráty má vliv i vinutí. Použil jsem drát o průměru 1.6 mm. Vinutí jsem navrhl tak, aby nejmenší a neměřitelné VSWR bylo právě na 14.05 MHz, kde začínám vysílat, tedy nikoliv na kmitočtech nižších, pro tento účel nepotřebných. Potom jsem docílil toho, že balun měl nízké VSWR i na kmitočtu 30 MHz (VSWR cca 1.15). Když se podíváte na schéma transmatche, zjistíte, že vlastně pracuje v režimu transformací 50/200 Ohmů a v oblasti s nízkou jalovou složkou, protože impedance dipólu byla přizpůsobena L článkem na R=200, jX= plus mínus 20 Ohmů. To je optimální režim práce pro balun. Ztráty rovněž můžeme snadno změřit. Vezmeme dva baluny, spojíme je na impedanci 200 Ohmů a měříme výkony na vstupu a výstupu. Měřil jsem při výkonu 1000 Wattů. S třídou přesnosti, co mají oba wattmetry, jsem žádné významné diference nenaměřil. Ani, když jsem měřil jedním wattmetrem a přepínal jsem ho, tak jsem rozdíl nezjistil. Teplota jádra se nijak znatelně nezvyšovala. Pokud něco hřálo, tak to byly koaxiální kabely na propojovacích kabelech. Ztráty v balunu tedy vynecháme. Ztráty v koaxiálním napáječi, který pracuje jen s postupnou vlnou si můžeme snadno stanovit výpočtem. Zbývají nám tedy ztráty v L článku. Symetrický L článek je čtyřpól, který s ohledem na princip činnosti transformuje s vysokou účinností. O tom však bylo napsáno také dost odborných článků. Skutečnost si můžeme ověřit jednoduchou metodou. Uděláme obdobné měření, jaké jsem popsal u balunů. Taková měření jsem dělal, ale s jiným účelem. Chtěl jsem zjistit, jak na tom jsou z hlediska ztrát automatické tunery, které se prodávají na trhu. Někdy o tom napíšu. Nicméně, teď předpokládám, že tvrzení o tom, že L článek je z hlediska ztrát k transformaci impedancí, tj. k přizpůsobování antén vhodný. No a pak už nám zbývá 1.2 metru symetrického napáječe PCV-570-84 a vlastní anténa. Symetrickému napáječi nevadí ani stojatá vlna a své nízké ztráty prokázal při mnoha měřeních. Zbývá tedy provedení vlastního dipólu a jeho okolí. Dipól je z poměrně vodivých aluminiových trubek. Je napájen v místě, kde impedance dosahují řádově desítek ohmů (nejsou to ohmy, jako u magnetických antén) a vyšších hodnot na vyšších kmitočtech. Na vyšších kmitočtech, kde by se již délka antény blížila k délce vlny by vadily svodové odpory izolátorů. Ale popsaná anténa je na 14 MHz kratší, než polovina vlny. Má proto proti dipólu asi o 0.2 dBd nižší zisk. Protože je kratší, tak ani na 28 MHz nemá na izolátorech kmitnu napětí. Řekl jsem to zjednodušeně. U antény je ještě kus žebříčku. Jak jsem ukázal, ztráty se tedy až tak nekonají a rotační dipól má vlastnosti dipólu. A dobře vysílá. Dneska (23.9.2012) jsem s ním dělal na 14 MHz spojení se stanicí ZL2VF. S výkonem 20 Wattů, provoz JT65, report oboustranně R-08 s průměrným rádiem. Ale to není ojedinělé. Na takovou anténu dělám spojení s protinožci běžně. Snad bych měl říci, že na G5RV jsem tuto stanici neslyšel. Nebyla slyšet ani na směrovku přímou cestou. Když jsem nastavil azimuth 240 stupňů (long path), byla tato stanice samozřejmě silnější. Ale i to je dobrý výsledek. Nicméně vzpomněl jsem na hama, jehož značku jsem již dávno zapomněl, ale který řekl, že dipól je pro něho určitou mírou, určitým standardem a naším cílem by mělo být dipól překonat. Dodnes to považuji za moudré. Proto jsem své články i pozornost zaměřil také na dipóly a soudobé možnosti, které máme - tenkostěnné vodivé trubky, symetrická vedení, kvalitní automatické tunery, levné rotátory a koaxiální kabely s nízkými ztrátami. A tak dipól stále zůstává etalonem. S jedním dipólem lze pracovat na mnoha pásmech. To znamená, že si nemusíme vyzařovací prostor - okolí antény zasvinit trubkami mnoha elementů, které obvykle na vlastnostech dobré anténě nepřidají. To je konečně pravda. Mnoho hamů již zjistilo, jak obtížné je někdy nastavit více antén na jednom stožáru nebo dokonce ráhnu. A zjistili také, že to jsou někdy tak těžké kompromisy a vzpomínají pak na stařičký dobrý tribander nebo dobré monobandery. Bohužel, sám jsem viděl nevhodné konstrukce takových sestav nebo jejich nevhodné instalace nebo kombinace obojího. Proto jsem v této kapitole zdůraznil slovo okolí antény. Jako kdyby nestačily stromy, domy, elektrická vedení a terén. 2. Na otázku, zda parazitní kapacita ve středu zářiče vadí jiným anténám odpovím několika případovými studiemi. V následující tabulce vám ukážu, že u dipólu, který je v 15 metrech nad zemí se jeho zisk nezmění. Jinak je to s přizpůsobením. Nejdřív tabulka, kde jsou uvedené kapacity držáku v pF, hodnoty imepdance v místě napájení, VSWR pro přizpůsobení ke koaxiálu 50 Ohm a zisk dipólu. tabulka č. 1 Takže, pokud jste někdy měli u dipólu blbé SWR, může to být kapacitou uchycovací armatury ve středu. Vyzařovat by to však mělo vždy takto: Vidíte, že můj dipól, který je z 20 mm trubek, je ve výšce 15 metrů, má geometrickou délku asi 10.2 metru má Z = 65 + j0.04 a tomu odpovídá VSWR cca 1.3. Tento dipól by ve volném prostoru zářil takto: měl by Z = 68.5 - j11.8, tj. VSWR pro 50 Ohm asi 1.5 a proti ideálnímu půlvlnnému dipólu by měl zisk jen o 0.04 dBd horší. Opakuji, že z hlediska vyzařování by na tom byly přibližně stejně všechny dipóly, s kapacitami držáků, které jsem v tabulce č. 1 uvedl. Z předchozích příkladů bychom mohli udělat závěr, že tedy kapacita držáku nemá podstatný vliv na anténu a že ji můžeme zanedbat. Není to ovšem tak úplně pravda. Z příkladů jsme viděli, že ani dobře navržený dipól pro f=14 MHz a h=15m stejně nemá VSWR=1, ale VSWR=1.3. Ten, co má větší kapacity armatur pak může mít VSWR vyšší, např. VSWR = 1.6. Můžete namítnout "a co má být" a budete mít pravdu. Jiná je však situace, pokud si chcete okolí dipólu zasvinit dalším hliníkem nebo raději vyrobit směrovou anténu. Příklady uvedu na anténě MOXON. Je dobrá, zná ji snad každý. Jde o dvouprvkovou směrovku, která má dobré parametry. Pokud je dobře navržená, má hezký vyzařovací diagram a je nádherně přizpůsobená. Ale to ji musíte umět udělat. Schéma antény MOXON vypadá takto: Anténa se napájí vpravo, tam co je vidět změť vodičů v modelu programu MMANA (jeden drát je červený). Anténa byla navržena pouze programem MMANA, ale to není podstatné. Byla navržena a optimalizována pro konkrétní kapacitu držáku, ale i ráhno, stožár a okolní kotvicí lana. Ráhno, stožár a lana jsem ze schématu vymazal, už byste nepoznali, že jde o MOXON. Vyzařuje to takto: Jak vidíte, anténa má hezký diagram, Ga= 11.9 dBi, F/B=19.05 dB, Z=52 - j0.353, tomu odpovídajíci SWR= 1. Můžeme tedy usuzovat, že anténa je v resonanci na kmitočtu 21.08 MHz a že ve výšce 15 metrů vyzařuje s elevačním úhlem asi 13.1 stupně. A můžete namítnout, že za uvedené parametry by se nemusely stydět ani směrovky s více prvky. Tohoto výsledku lze docílit za dodržení několika předpokladů, jak někdy na tomto webu píšu, zásad, které pro danou anténu platí. U MOXON je to: Zásada č. 1 - navrhnout anténu s ohledem na realitu. To znamená udělat pro danou výšku h model, který pracuje s reálnou výškou, reálnými průměry trubek prvků, reálnými průměry drátů, které jsou na koncích prvků, s reálnou kapacitou armatury ve středu dipólu a s reálnou impedancí izolátorů mezi dráty prvků. Toto všechno má, bohužel, u tak jednoduché antény, jakou je MOXOM vliv na to, aby se dostavil úspěch. A mohu vám říci, že už to až tak jednoduché není. Je to však výzva pro výrobce antén, aby vám vyrobili dobrou anténu MOXON. A je na vás, abyste poznali, zda je ta konkrétní anténa dobrá. Já osobně modeluji. Modeluji přesně a modeluji všechny známé parazitní zátěže a zdroje. Model ověřuji měřením proudů v důležitých vodičích. Moje zařízení je nyní schopné měřit až 9 různých proudů a nově vyvíjený přístroj bude měřit až 29 rozdílných proudů v 29 různých bodech. Pokud hodnoty proudů (jejich poměry v daných místech) odpovídají modelu a na svorkách naměřím vypočtenou hodnotu impedance pro danou výšku, vím, že model odpovídá skutečnosti. Pak mohu anténu systematicky optimalizovat. Zásada č. 2 - použít ke konstrukci pouze takové prvky, které konkrétní anténa snese. MOXON nemá rád špatné izolátory mezi dráty a příliš vysokou kapacitu centrálního držáku dipólu. Není citlivý na průměr prvků. Já vyrábím MOXONy z AL trubek o průměrech 20 - 22 mm a na koncích používám lanko o průměru 1.5 mm. Zásada č. 3 - nenastavovat to tak, abychom dohnali VSWR na hodnotu VSWR=1 např. jen změnou délky prvků. Ne, že by to nešlo. Bohužel, u MOXONA to jde. Uvedu příklady. MOXON vyrobený podle zaručeně dobrého návodu měl přibližně tyto parametry: Můžete namítnout "ruku líbat". Zisk to má 12 dB, F/B je sice jenom 13 dB, VSWR = 1.8. Vždyť se do toho dá vysílat. Ano, dá. Podotýkám, že toto nastavení je pro danou konstrukci antény správné. Sice to nemá VSWR=1 a F/B=19 dB, jako u předchozího obrázku, je to jen o 6 dB horší na F/B a SWR je 1.8 a nikoliv SWR=1 ...Ham, který si tuto anténu postavil a investoval rovněž do anténního analyzátoru docílil následujícího nastavení. Namítnete "ten to teda dojebal", ale není to až tak docela pravda. Nastavitelné prvky antény mu uvedený diagram umožnily takto nastavit. Když se na nastavení podíváte podrobněji, zjistíte, že SWR=1 a odpovídá změřené impedanci Z=49.7 + j0.25. Tady je to parádička. Zisk i vyzařovací úhel je dobrý. Dokonce stejný, jako předchozí, tj. kolem 12 dBi. Tak proč ta kritická slova? Ta anténa má navíc. Může být lepším nastavením vylepšen F/B o cca 6 dB a to je o dost. S přizpůsobením už by to nebylo tak jednoduché, ale i s tím by se dalo nakonec něco udělat, když to umíme. Co jsem chtěl předchozími slovy říci? Že i jednoduché antény, kterou MOXON beze sporu je, mohou být dobré a lepší. Každý si musí sám zvážit, zda mu za to těch 6 dB rozdílu na předozadním poměru stojí. Já mohu jen dodat, že u průměrného rádia, jakým je Kenwood TS-2000 se mi to na digimódech vyplatí. Myslím, že právě díky tomuto jsem udělal mnoho krásných spojení se slabými stanicemi, kdy mi silné stanice nevadily a "nedýchaly" s AVC zmíněného RIGu. MOXONka je citlivá také na kapacitu centrálního izolátoru. Je to však jen jeden z vlivů. O tom jsem se snažil také v tomto článku psát. Od MOXONky očekáváme při 2 prvcích skvělý zisk, dobrý F/B a dokonalé přizpůsobení. A také proto, že víme, že to jde. Ale jen za určitých předpokladů. Za dodržení konkrétních zásad. U MOXONky jsem některé kritické prvky vyjmenoval. Je to jakost a provedení izolátorů mezi prvky, kapacita centrálního izolátoru, ale také tvarová stabilita MOXONky. Musím dodat, že to nejsou jediné věci. MOXONce vadí předměty v okolí, sousední MOXONky, prvky jiných antén, zejména ty rezonanční. Je to prostě anténa dvouprvková, kde jeden prvek je napájený a geometrií se řeší fázové napájení druhého pasivního prvku. Proto má vliv všechno, co nastavuje fázové a amplitudové parametry buzení. U složitějších směrových antén toho bude více, hi....
73's Věra & Míra, ok1ufc
Návrat nahoru
© 2011 - Věra Šídlová a Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 12.01.2014