další info >>>> | O anténách |  |  |  | Kontakt
Broad band hexagonal beam
Všeobecně
Broad band hexagonal beamem rozumím pro naši úvahu anténu rovinného provedení a ve tvaru viz obrázek vpravo. Anténu tak pojmenoval G3TXQ, Steve Hunt a odvedl vynikající práci nejen jejím geniálním návrhem a počítačovou optimalizací. Pro podrobnosti a detaily doporučuji prostudovat: http://www.karinya.net/g3txq/hexbeam/ Anténa mě samozřejmě zaujala a tak jsem se na ni podíval svým pohledem. Samozřejmě, že jsem ji také modeloval, porovnával s jinými modely při stejných podmínkách a měřil (zatím jen jako jednopásmovou, vyrobenou z Rupalitu). Zajímá mě však 5 pásmová anténa pro 10/12/15/17 a 20 metrů napájená jediným napáječem, která vypadá takto: |
Jak je to s optimalizací? Na stránkách autora byl publikován článek (http://www.karinya.net/g3txq/wire_beams/), který mimo jiné porovnává různé geometrické (rovinné) tvary dvouelementových drátěných beamů a jejich vlastnosti. Můj BB HEXA BEAM, dále jen hexa beam, se vyznačoval touto charakteristickou vlastností - dosažitelné maximum F/B na pásmu 20m bylo poměrné zjevné a úzké. Pozor na škály pro F/B a zisku. Křivka zisku je placatá, jedna desetina dB je delší než jeden centimetr: Nejlepší VSWR bylo nepatrně vzdálené od frekvence, kde byl nejlepší F/B: Právě tato vlastnost, které lze s tvarem BB HEXA beamu dosáhnout, mě velmi zaujala, je to fakt dost dobré. Pro informaci zde uvedu diagramy ještě pro pásma 17m, 15m a 10m:
Myslím, že optimalizaci zvládl autor velmi dobře a anténa má v každém případě zajímavé vlastnosti na všech pásmech, o která jsem se zajímal (od 20m do 10m). Rozhodně půjde o jednu z nejkompaktnějších antén s velice malými rozměry a slušnými parametry. Snese BB Hexa beam srovnání s jinými typickými anténami? Na internetu najdete srovnání např. se Spider beamem, s LPDA anténami, s dvouprvkovou Yagi anténou. Za stejných podmínek jsem srovnal tři základní typy antén, se kterými mám vlastní zkušenost. Jde o: Jungle Job, optimalizovanou 2 element trubkovou yagi (přizpůsobenou gamma matchem) a optimalizovaným dvouelementovým quadem. Všechny antény byly optimalizovány pro H = 8 m (jen! a zkušenost je nepřenosná pro jiné výšky), použil jsem stejmé modely země (moje QTH) a použil jsem stejnou metodu modelování. U drátových antén byl použit stejný vodič (lano Rupalit):
Jungle Job |
Yagi 2 element, optimalizované délky prvků i jejich vzdálenost, kvůli optimalizaci použita nízká impedance (12.5 Ohmu) a přizpůsobení
Yagi 2 element, navržená pro Z=25 Ohmů a optimalizovaná na dosažení VSWR
Quad (2 elementy)
Parametry v tabulce
Pro to, abych učinil nějaké závěry, znovu opakuji, že jsem všechny antény modeloval stejným způsobem, použil jsem stejnou výšku instalace, použil jsem stejný model země. Také jsem použil stejnou metodu (směr a velikost prostorového úhlu pro nalezení nejhoršího předozadního poměru (činitele zpětného vyzařování) F/B). Mnoho autorů rádo uvádí mnohem vyšší hodnoty F/B, které byly stanovené jen pro malý rozsah úhlů. Víme však, že paprsek rušivé stanice dopadá pod různými úhly, a to i těmi vyššími, jak o tom se mnou rádi polemizují hamové, kteří dělají DX provoz s anténami, které mají vyšší úhly vyzařování. Já v tomto nepolemizuji, připouštím, že to je možné, snažím se o dobré vyzařování směrem k horizontu, ale beru tuto zkušenost velmi v potaz a zkoumám vyzařování F/B zpravidla v dost širokém rozsahu úhlů. Pro běžné orientační posuzování, myslím, vystačíte např. s tím, co je defaultně nastaveno v programu MMANA. Závěry 1. Pokud nehledáte kompaktní anténu pro nízké stožáry, není pro vás problémem ani výška instalace, ani rozměry antény, nemáte co řešit a navrhněte si anténu, kterou váš stožár unese. Ale aby měla vaše duše klid, že jste navrhli dobrou věc, porovnejte si svůj návrh s jinými anténami. Vřele to doporučuji. 2. Pokud vyžadujete kompromis pro dobré přizpůsobení, omezenou výšku montáže a dobré F/B, není rozhodování až tak jednoduché. Zde začnete narážet na problémy s dvouprvkovými anténami Yagi. Optimalizace musíte v každém případě udělat, myslím, že bez nich to nejde. Možná zjistíte, že buď dobře nepřizpůsobíte nebo nedocílíte potřebného F/B. Názorně jsem to ukázal na Jungle Job. V našem příkladu má skutečně nejlepší F/B, ale VSWR je na hraně mého kritéria přijatelnosti. Jenže já jezdím digimódy, nikoliv závody. A k tomu potřebuji dobré F/B, protože na pásmu je často "humare". A tohle již zpravidla nejde u yagin udělat, pokud nepůjdete k jiným hodnotám impedancí na svorkách a ke správným hodnotám vzdálenosti mezi elementy. Jak se to dělá, ukázal např. DK7ZB, který navrhl vynikající antény pro impedance na svorkách nižší než 50 Ohmů. Doporučuji přečíst i další články. Také proto v tomto smyslu musím odmítnout i názory, které jinak vynikající BB Hexa beam anténě vytýkají např. to, že má o 2 dBi horší zisk než 2 elementové yagi. Ano, BB hexa beam má skutečně o 2 dBi menší zisk, např. 9 dBi místo 11dBi, ale já tyhle zjednodušující závěry považuji nikoliv za mýtus, ale za demagogii, pokud je někdo prezentuje jako jediné závěry, bez ohledu na F/B a v souvislosti s vlastnostmi vícepásmových antény yagi, které mají např. konstantní kompromisní rozteč mezi prvky a k tomu ještě impedanci v místě napájení 50 Ohmů. Samozřejmě, že takovou anténu naladíme, ale s F/B to nebude až tak slavné. 3. Quad nezklamal. Konstrukčně je náročnější a vlastně jsem ho neměl pro srovnání použít. Není to rovinná, ale 3D anténa. Použitý model byl samozřejmě drátový, úzkopásmovější, navržený na dobré F/B. Má také menší zisk, než popsané Yagi, ale je na rozdíl od nich dobře přizpůsobený a s vynikajícím F/B. 4. BB Hexa beam je kompaktní, pro jedno pásmo rovinná anténa, která má dobré F/B při dobrém přizpůsobení. Lze ji konstruovat jako vícepásmovou (5 i 6 pásem). Pokud se konstruuje pro pásma např. od 20m do 6 metrů, je její konstrukce lehká, symetrická, s malým aerodynamickým odporem, při silných větrech nevyvolává velké rázy do aretačních mechanismů rotátorů. Lze ji otáčet i s těmi nejmenšími rotátory a radost vám udělá i při malých výškách montáže, např. pro H= 8 metrů, kterou jsem si zvolil pro tento příklad. 5. Anténa BB hexabeam je rozšířená a oblíbená. Postavilo a popsalo ji mnoho hamů. Líbily se mi například tyto články (stránky): http://www.dantes.sk/om2ju/Hexbeam/Hexbeam_eng.pdf, http://www.laselki.net/download/YI1QEA%20hexbeam/, http://www.karinya.net/g3txq/hexbeam/broadband_photos/ nebo http://ok1css.blogspot.cz/2013/08/hexbeam-heavy-duty.html. Anténa se stala fenoménem po právu. Já ji osobně považuji za jednu z nejzdařilejších konstrukcí dvouprvkových yagi antén. Na svých stránkách rád děkuji autorovi G3TXQ, který odvedl opravdu mnoho práce při hledání optima i při mravenčí práci a při porovnávání s jinými druhy antén. Krátce po publikování tohoto článku mi přišel mail se zajímavým dotazem - jak jsou relevantní v návodech uváděné délky vodičů. Na takový dotaz jsem nemohl dát relevantní odpověď. Požádal jsem několik hamů, kteří úspěšně anténu zrealizovali, zda by mi neposkytli informace o vodiči a o výšce instalace antény. Ne všechny vodiče mám k dispozici, abych mohl experimentem alespoň na jednom pásmu zjistit pravdu. Ověřil jsem však jednu oblíbenou sadu hodnot délek DE a R, která byla nastavena při H=8 metrů na reálné anténě alespoň modelem a kupodivu jsem zjistil, že optimalizace nebyla provedena na nejlepší F/B, ale na jakýsi kompromis, který byl posazen podle mého názoru až zbytečně blízko k optimálnímu VSWR. Podle modelu měla anténa vyzařovat takto: Rovněž modelovaný charakter VSWR byl plochý a odpovídal tomu, co autor naměřil: Myslím, že to jsou typické hodnoty, kterých dosáhneme, pokud použijeme osvědčený návod a pouze VSWR analyzátor, aniž bychom nastavovali nejlepší F/B nebo měřili a porovnávali hodnoty proudů a nebo měřili a upravovali prvky alespoň podle vlastních impedancí, které odpovídají nejlepšímu F/B. Anténa se nechová jinak a ani se neliší od podobných antén. Prostě se touto metodou nastavení okrademe o cca 3 dB, které bychom docílili na F/B jinou metodou nastavování. Ale i to je vynikající výsledek a možná také proto je tahle anténa tolik oblíbená. Určitě budu po provedení experimentů publikovat své délky, které považuji za optimální. Postupně, tak, jak provedu nezbytná modelování a experimenty, budu informace přidávat chronologicky za tento text. Vliv průměru drátu
Toto je poměrně důležitá disciplína, kterou doporučuji zkoumat u každé drátěné antény alespoň v jejím jednoduchém modelu. A to z pohledu vyzařování a z pohledu průběhu impedancí. Výchozím modelem byla anténa s plochým průběhem VSWR a pro průměry drátů od cca 1 mm do 4 mm obstála takto - viz vpravo. Na parametru F/B se podepíše rozdílný průměr drátu změnou F/B jen o necelých 0.7 dB. Větší vliv, zdá se, má průměr drátu na průběh impedancí a tomu se budu ještě věnovat. Autor antény tuto úlohu řešil, jeho závěry jsou podobné. Autor řešil anténu pro holý drát a pro drát s izolací PVC, který blíž nespecifikoval. Výchozí hodnoty délek prvků definoval pro drát AWG16. Já jsem jako výchozí hodnotu použil Rupalit V155 20 x 0.355, který by odpovídal rozměru AWG14. Toto lano je však chráněno tenkou dielektrickou vrstvou a rozměry prvků, které tomuto vodiči spíš vyhovují odpovídají rozměru AWG16. Lano má poměrně velký povrch mědi, což je z pohledu skin efektu dobré. |
Prakticky je dobré chování antény s ohledem na rozměr vodiče znát. Pokud má průměr d malý vliv na vyzařování, lze zpravidla použít metodu ladění pomocí multiplikativního koeficientu. To znamená, že změříme analyzátorem kmitočet, kde je jX=0 a přepočteme všechny rozměry na požadovanou hodnotu frekvence. Jak jsem psal v předchozích odstavcích, na pásmu 20 m byla moje anténa okradena o několik dB na parametru F/B a byla navržena pro plochý průběh VSWR.
Vliv symetrizace (7.4.2015) BB Hexabeam patří do kategorie antén neuzemněných. Mám zkušenost, že antény neuzemněné a symetrické je dobré vyřešit tak, aby přechod ze symetrické napájecí soustavy (anténa) do nesymetrické (koaxiál) byl proveden tak, aby bylo zamezeno téci tzv. common mode currents. Prohřešky se projeví zpravidla při příjmu. Anténa přijímá rušení a hluk ze směrů, odkud přijímat nemá. Jde tedy krom jiných chyb o chybu směrovosti, která nám naše snažení může degradovat. Vždy dělám měření tak, že přijímám pozadí při anténě přímo připojené ke koaxiálnímu napáječi a při anténě připojené přes maličký měřicí transformátor (malé kapacity a elektrostatické symetrické stínění). Rozdíl v dB, o které je anténa s transformátorem tišší se snažím vykompenzovat pro běžný provoz vhodným balunem. U mé instalace jednopásmového hexabeamu jsem zjistil, že se chová anténa stejně, jako jakákoliv jiná yagi směrovka. Pro symetrizaci vyhovuje běžný proudový balun s dostatečnou HF izolační schopností, ale vynikající výsledky dává trifilární Rutroffův balun, který je napěťový. Nicméně, moc se mi nelíbí nesymetrické napájecí vedení pro systémy dalších pásem. Během experimentu jsem se snažil mezi balun a anténu vložit asi metr koaxiálu a měřit vliv jeho nesymetrie. Nesymetrie se projevila měřitelným nárůstem hluku pozadí. Symetrické napájecí vedení by bylo lepší. Bohužel, špatně se realizuje symetrické vedení na nízké impedanci.pouze se 2 vodiči. Vycházejí velké průměry vodičů a malé osové vzdálenosti. Proto pro další měření připravuji symetrické vedení, ale čtyřdrátové, realizované ze dvou dvoulinek. Každá má vlnovou impedanci asi 100 Ohmů, takže paralelní 4 drátové vedení by mělo impedanci 50 Ohmů. Paralelně zapojené vodiče jsou křížem (po úhlopříčce řezu). Pokud nenaměřím zvýšení hluku při tomto napájení, udělám vestavbu takového vedení do centrální trubky a vyvedu jen svorky M4 pro připojení jednotlivých pásem. Nicméně, přestože se mi nesymetrické vedení mezi prvky nelíbilo, podle modelování nemá na anténu prakticky žádný vliv. Očekával jsem, že najdu nějaké šilhání, ale pouze se zvýšil ve směru zpětného příjmu zisk antény z vyšších úhlů - vit diagram: Vliv stavu izolačního lana mezi prvky Izolační lano mezi prvky (mezi DE a R) má vliv na vlastnosti antény. Pokud použijeme lano nevalné kvality, které bude vodou nasákavé a klesne jeho izolační stav pod 50 kOhmů, dojde kupodivu k poklesu zisku o více než 3 dB, velice zajímavé je, že F/B zůstalo téměř zachováno. To je milé zjištění:
Zatlumení svodem izolátorů se projeví také tím, že se změní impedance. Naroste reálná složka i jalová složka. Anténa, která jinak měla nadkritickou vazbu mezi oběma rezonátory (R a DE), má plochý průběh VSWR. Minimum VSWR se přestěhuje k vyšším frekvencím a nejde docílit extrémně malé hodnoty VSWR. |
Délka izolátoru Délka izolátoru mezi R a DE je u antény velice kritický rozměr. Prakticky lze změnou pouze tohoto jediného rozměru měnit vzájemnou vazbu mezi DE a R a tímto rozměrem nastavovat optimum F/B - viz diagramy:
Při příliš krátké i příliš dlouhé rozpěrce ( cca o plus mínus 5 cm) se zhorší F/B o více než 5 dB !!! Kdyby ta záležitost byla lineární, dělal by nám jeden centimetr 1 dB na F/B. Mění se také VSWR. Obrázek vlevo platí pro krátké rozpěrky, vazba je nadkritická a obě lokální minima VSWR jsou rozlišitelná. Obrázek vpravo platí pro dlouhé rozpěrky, vazba je malá, podkritická.
Vliv posunutí roviny reflektoru (9.4.2015) Pokud posuneme rovinu reflektoru o cca 10 cm (reflektor je níž nebo výš než DE), vyzařování (a ani impedance) antény se příliš nezmění: Vliv vzájemné impedance sousedního systému
Pro tento model byla použita jiná anténa, než v předchozích příkladech, které byly zkoumány na monoband anténě. Zde jsem použil anténu se dvěma systémy (20m a 17m) - viz schéma vpravo. Anténu jsem numericky optimalizoval tak, aby měla nejlepší F/B na obou pásmech, ale při zachování nominální vzdálenosti mezi oběma systémy. Na obrázcích dole je průběh F/B, je vidět navržené maximum na 14.076 MHz a vedle je průběh VSWR. |
Cílem analýzy bylo zjistit, jak se změní vyzařování F/B, pokud systém pro 17 m přiblížíme o 10 cm směrem k systému pro 20m. To se nám může přihodit, neboť při konstrukci jsou používány různé laminátové tyče. S ohledem na jejich tuhost má každý velmi rozdílnou křivku průhybu. Nicméně výsledek publikuji na tomto diagramu: Mohu udělat závěr. Vzdálenosti mezi prvky jsou navržené výborně. Změna vzdálenosti o 10 cm nebyla na vyzařování zjistitelná. Mimo uvedený příklad mohu konstatovat, že jsem tuto vlastnost ověřoval i u 5 pásmového BBhexabeamu s obdobným výsledkem. Poznámky: 1. Pro modelování více systému v programu MMANA použijte pro napájecí vedení s impedancí 50 Ohmů symetrické vodiče s poloměrem R=0.5 a s osovou roztečí A = 0.001, tj. Ya = 0.0005 a Yb = -0.0005. Takový model vedení je dostatečně přesný. 2. Výsledek, na rozdíl od antén typu MOXON beam, bylo možné očekávat. Je to dané použitím tenkých vodičů u antény BBHexbeam a použitím tlustých trubek u antén MOXON. 3. Výsledky jednoduchých modelování v programech NEC i MININEC odpovídají realitě, pokud je provádíme pro odpovídající výšky montáže, nikoliv pro extrémně malá výšky. Konkrétně modelům přesně odpovídá hodnota extrému F/B a s přijatelnou přesností také průběhy impedancí (i VSWR) pro výšky H > 8 metrů. Modelům odpovídají i velikosti magnitud proudů v prvcích, měřené jak poblíž středů R, tak v místech středních laminátových vzpěr nebo ve stejných místech DE. Proto je pro experimentální nastavování a optimalizaci možné použít i metody měření vlastních a vzájemných impedancí a takto nastavovat a optimalizovat prvky. To však vyžaduje mít pro měření dělený reflektor. Pro praxi však, myslím, lze vystačit s numerickou optimalizací. 4. Myslím, že mnoho hamů anténa mile překvapí svými elektrickými parametry. Anténa je opravdu velice málo citlivá na celou řadu geometrických prohřešků.
| První praktické spojení s anténou nastavenou na nejlepší F/B, o Velikonocích večer, bylo také zajímavé. Anténa má přeci jenom zisk a tak i těch nastavených 50 Wattů na Kenwoodu bylo příliš. Další spojení toho večera jsem dělal už jen s 10 Watty a stanicemi z NA i SA.
Totéž spojení slyšel i Alexey (SWL R6U-2) ve čtverci LN46aj (Astrachaň), už jen s reportem -22dB, anténa byla směrována na Nort Pole, tj. stanici WL7X. Tak snad je ta směrovost vidět i na reportech, hi ... |
© 2015 Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 6.4.2015