další info >>>> | Obsah |  |  |  | Kontakt
Jednoduché modelování složitějších vertikálů - HF2V
Úvod Článek ukazuje některé detaily jednoduchého modelování dvoupásmového rezonančního vertikálu HF2V. Jako příklad jsem si vybral osvědčenou konstrukci výrobku HF2V. Výrobce Bencher, firemní označení Butternut. Na Internetu najdete mnoho obrázků, fotografií a popisů modifikací. V článku je ke stažení jednoduchý model mmana a v závěru článku model pro třípásmový vertikál (80/40/30). Schéma vertikálu
| Vertikál lze vyrobit z robustní trubky, jejíž vrchol je ve výšce 10m. Na dvou pásmech se vertikál ladí pomocí 4 reaktancí do rezonance. Jedná se o tyto prvky: kondenzátor C1, indukčnosti L1, L2 a L3. V literatuře se vyskytlo několik návodů na výrobu a nastavení vertikálu. Většinou v nich nebyl uveden ani princip přizpůsobení. Princip přizpůsobení se nazývá hairpin - match. Hairpin match tvoří všechny 4 reaktance, které jsou navržené tak, aby se indukčností L1 významně měnilo nastavení pro pásmo 40m, indukčností L2 pásmo nastavení pro pásmo 80m, a to při fixní hodnotě kapacity C1 a indukčnosti L3. Jak C1, tak L3 se však podílí na transformaci impedancí. Pro zdařilou konstrukci antény máme tedy dvě možnosti: - použít prvky podobné těm, které byly použity v originálu - modelovat anténu pro použití s jinými hodnotami prvků Příklad jednoduchého modelu v MMANA (ke stažení) uvádím zde. V souboru si můžete prohlédnout hodnoty reaktancí, které jsem použil, průměr trubky zářiče, atd. a vypočítat si průběhy impedancí a tvary vyzařovacích diagramů. Důležité je nezapomenout, že součástí transformačního obvodu hairpin match je také indukčnost L3.
Vyzařování |
Vyzačování tedy odpovídá výšce antény. Na 40 m pásmu HF-2V vyzařuje přibližně jako nezkrácený vertikál.
Přizpůsobení |
V celém pásmu 40m má anténa dobré přizpůsobení. V pásmu 80m je použitelná jen v uzoučkém segmentu kolem rezonančního kmitočtu. To je dáno zkrácením antény a přizpůsobením pomocí reaktancí tzv. hairpin match obvodu.
Detail rozmístění indukčností a kapacity v modelu, místo napájení, tabulka hodnot použitých reaktancí (loads)
| Poznámka: Sloupce (zleva) zobrazují vodič, ve kterém je zapojena reaktance, hodnotu indukčnosti v mikroH, na řádku 3 je hodnota zemnicího odporu v Ohmech, ve čtvrtém sloupci je hodnota kapacit v pF, v pátém sloupci je uvedena jakost Q reaktance. Mnoho hamů používá pevnou kapacitu o velikosti C = 200 pF. S vhodnými cívkami lze anténu slušně přizpůsobit při instalaci se zemními radiály. Anténu však lze provozovat s nadzemní protiváhou a pro pásmo 80m dokonce se skládanou protiváhou. Vyplatilo se mi obvody hairpin matche optimalizovat pro můj zemní systém. Více se mi hodila vyšší hodnota kapacity C.
Závěr 1 Vertikál HF2V je základní dvoupásmovou rezonanční vertikální anténou pro pásma 80m a 40m. Lze ho rozšířit o další pásma (např. 160m). Vyzařování antény odpovídá výšce zářiče a zisk na 80m je cca -6 až -7 dBi, zisk na pásmu 40m je cca -1dBi. Pro účely počítačové optimalizace ho lze jednoduše modelovat a modely odpovídají naměřeným hodnotám na anténě. Anténu lze při určité pečlivosti vyrobit tak, že ji lze dobře přizpůsobit na konkrétních kmitočtech obou pásem, ztráty v napájení jsou přiměřené, na 40 m nizoučké a na 80m ještě použitelné pro DX provoz. Pro indukčnosti hairpin match doporučuji použít vodiče o velkém průměru. Já používám průměr vodiče 4 mm, možná by byl vhodnější vodič s větším povrchem mědi (trubka Cu). Nastavování antény není až tak jednoduché. Prvky jsou vzájemně velice závislé. Poznámky 1. Použil jsem tento postup optimalizace: - přibližně jsem stanovil indukčnost k prodloužení čtvrtvlnného zářiče na pásmu 40 m, tj. L1 - následně jsem přibližně stanovil indukčnost L2 k prodloužení pro pásmo 80 m - stanovil jsem výchozí kapacitu C1 (doporučuji začít na C1=200 pF - potom jsem optimalizoval střídavě indukčnosti L2 a L3 pro nejlepší přizpůsobení na 80 m a L1 a L3 pro nejlepší přizpůsobení na 40m - ve finále lze optimalizovat stejným postupem opět L2 a L3 a L1 a L3 pro různé hodnoty C1 pro nejlepší přizpůsobení Výsledkem je minimální VSWR na pásmu 40m, téměř dokonalé přizpůsobení, a to v celém pásmu a vynikající přizpůsobení kolem pracovního kmitočtu (např. 3576 kHz) v pásmu 80 m. Potom ve vysílací cestě nemáte tuner a anténa vás překvapí slušným výsledkem (dobrou účinností), který odpovídá její výšce. 2. Anténu HF2V lze přizpůsobit se systémem zemních radiálů (s ohledem na princip jde o anténu čtvrtvlnnou, uzemněnou), se systémem nadzemní kapacitní protiváhy i se systémem skládané či meandrovité protiváhy na pásmu 80m. 3. Originální výrobek (Bencher) jsem nikdy neměl, ale z popisu, fotografií a dimenzování součástí usuzuji, že se jedná o kvalitní vertikální anténu, kterou mohu majitelům jen závidět. Originál má opravdu robustně řešené indukčnosti. Mám prostě tyhle dokonale navržené anténní systémy rád. 4. Princip metody hairpin matche u jednopásmové antény jsem popsal v tomto článku. 5. Jiné provedení vertikální antény výšky 10m, navržené pro 3 pásma (80, 40, 30 m), s nadzemní protiváhou a přizpůsobením hairpin match je zde (mmana model ke stažení).
6. Anténa na laminátovém teleskopu s nadzemními protiváhami má podobné vlastnosti. Rozdíl byl velmi obtížně zjistitelný. Bohužel, to, co nejen mě, ale i několik dalších lidí, kteří měli možnost přihlížet ke zkoušce, doslova dopálila skutečnost při srovnávání s anténou Compact 80/40/30 m. Přestože je tahle anténa vysoká jen necelých 7 metrů, byly při vysílání WSJT rozdíly zjistitelné. Jednak jsem musel znovu předvést precizní modely obou antén. V čem se antény liší? Anténa s hairpin match systémem má v pásmu 80m provedené prodloužení pomocí LC obvodu (nebo jen L) v patě antény. Anténa Compact nemá žádnou reaktanci ani v zemním systému a ani v robustní 6-metrové rouře od místa napájení. Touto rourou protéká největší proud od místa napájení, kdežto u hairpin match systému část energie ztrácíme na prodlužovací indukčnosti. Zjistitelný rozdíl ve vyzařování je tedy dán účinností obou systémů (způsobem zkrácení). Srovnání obou systémů z hlediska zisku - viz obrázek vpravo. |
Uplynulo další roční období a já stále nemám finální vertikální anténu pro 3 pásma (80/40/30)! Opět jsem zde potvrdil, kde je ještě použitelný kompromis (robustní hairpin match HF2V), kudy vede správná cesta k lepším výsledkům (nepoužívat reaktance poblíž místa napájení, vyhnout se tunerům s nepatrnými vodiči indukčností, atd.). Několik z mých obchodních partnerů stále jeví zájem o Compact 80/40/30, jehož výrobu jsem před 2 léty zastavil. Já jsem si zase vědom, že pro seriózní DX práci potřebuji anténu vysokou mezi 10 až 11 metry, vyrobenou z robustní samonosné hliníkové trubky, bez reaktancí v obvodech napájení. Laminátový teleskop s reaktancemi v protiváhách není srovnatelným řešením (neuvažuji o jeho výrobě a ani např. o verzi s výškou h=16m). Osvědčený Compact 80/40/30 musí být modernizován, proveden s vyšší výškou (10m - samonosný), s robustními samonosnými reaktancemi, které musí být přepracované do uzavřeného a mořské vodě odolného provedení. Prototypy budou vyrobeny ke konci letošního roku, zkoušky a srovnávací měření stihnu až na jaře 2016 ....
© 2015 Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 12.9.2015