Home | O anténách |  |  |  | Kontakt
Přizpůsobování dipólu ke koaxiálnímu napáječi
Všeobecně Přemýšlel jsem o tom, zda má smysl psát článek až na tak banální téma a vždy jsem považoval tuto problematiku za zvládnutou. Několik mailů však bylo podnětem k tomuto článku. Minimum fyziky, minimum teorie a "štípačková" praxe V předchozím článku jsem psal o rezonanci dipólu a uvedl jsem tam několik skutečností, mimo jiné také to, že tenký dipól ve volném prostoru má při rezonanci impedanci Z = 73 + j42. Tomu odpovídá poměr stojatých vln VSWR = asi 2,16 a takové VSWR se nám už zpravidla nelíbí. Dále jsem uvedl, že impedance dipólu je závislá na jeho výšce montáže nad zemí a výsledky jsem shrnul do tohoto grafu: V grafu je uvedena reálná složka impedance až do výšek h = 10 x lambda (černá čára). Všimněte si, že nejvíce se R mění při výškách do cca 1 x lambda, a to přibližně od 20 Ohmů do 100 Ohmů. S výškou se samozřejmě mění významně i jalová složka impedance (červená čára), tu v běžné krátkovlnné praxi kompenzujeme "štípačkami", obvykle si to můžeme dovolit, protože zisk se příliš nezmění. Zisk se u dipólu s výškou také mění, nikoliv však výrazně. Velice výrazně se však mění maximum vyzařování nad horizontem. Ramena dipólu bývají obvykle symetrická vůči zemi, ale napájení realizované koaxiálním kabelem bývá nesymetrické. Víme, co např. nesymetrie u antény dovede, pokud nepoužijeme balun. Poznáme to obvykle na poslechu, projevuje se to vysokou úrovní hluhů. Po připojení balunu, který nám vyrovná plášťové proudy přijímač obvykle ztichne, sníží se S/N. Pokud máme dostatečnou výšku antény, abychom právě nepracovali s nízkou reálnou hodnotou R, tak v tomto okamžiku obvykle považujeme montáž za dokončenou a můžeme začít vysílat. Pokud máme náhodou imedanci vyšší a můžeme při montáži INV-V měnit výšku krajních bodů, vyjde nám impedance takové antény poblíž hodnoty R = 50 Ohmů a také není nadále potřeba nic řešit. Dipóly pro více pásem Jiná situace nastane, pokud potřebujeme dipól vícepásmový. Velice oblíbené jsou paralelně řazené dipóly. Takové anténě se říká FAN dipole. Antény mají výhodu v tom, že pokud jsou dobře zkonstruované, bývají většinou dobře přizpůsobené a po přepnutí pásma jsou okamžitě připravené k práci. Není třeba nic přepínat a ani polovodičový lineár se nám při přechodu z jednoho pásma na jiné jen tak snadno nezničí. Úskalí může nastat, pokud paralelně k jednomu koaxiálu řadíme dipóly, které mají s ohledem k vlnové délce různou výšku nad zemí. Potom má např. dipól pro 80 metrů R = 30 Ohmů, dipól pro 20 m má R=50 Ohmů, dipól pro pásmo 40 metrů má R = 90 Ohmů a dipól pro 15m má R = 70 Ohmů ....Přičemž předpokládám, že jX jsme štípačkami "doladili" na jX = 0. Co s tím? Můžeme vyšší VSWR samozřejmě dolaďovat tunerem přímo u antény. Dělají se krásné malé outdoorové tunery a toto zvládnou. Nebo se můžeme smířit s tím, že si u antény, která na některých pásmech vysílá vysoko a hodí se jen pro místní spojení přizpůsobíme VSWR tunerem u TRXu, zvýšíme si další ztráty v napáječi a vzdáme se možnosti dělat DX spojení. A nebo se podíváme, co se s tím dá dělat. Smithův diagram Ve Smithově diagramu lze snadno řešit přizpůsobení u dipólu. Pokud tedy nemáme naše FAN dipóly na štíhlém laminátovém stožárku, který už toho mnoho mechanicky neunese, určitě se nám povede vyřešit L článek, který dáme ke každému dipólu. Na dalších obrázcích uvádím do Smithova diagramu zakreslený náš dipól v rezonanci, tj. bod Z = 73 + j 42. Ve Smithově diagramu jsem zakreslil ještě toto: střed s hodnotou Z = 50 + j0, kružnici s VSWR = 2 (náš dipól má VSWR = cca 2.16) a dvě kružnice - Q = 1 a Q = 0.5. Tyto kružnice se používají pro návrh LC článků a platí, že čím je nižší Q, tím jsou menší ztráty. Pokud použijeme jednoduché L články, lze použít jak dolní či horní propust, vypadá to v diagramech takto. L a C jsou tlusté červené čáry: V obou případech vidíme, že transformace impedancí nám "došplhala" až k čáře s Q = 1. Pokud bychom chtěli mít Q maximálně 0.5, potom musíme použít kaskádní transformaci, opět horní nebo dolní propustí. V diagramu to vypadá takto: Vidíte, že propusti už nejsou jednoduché PI články, ale mají více kaskádně řazených stupňů, tak, aby fázový posun nebyl veliký a tedy aby nebyly veliké ztráty. Schémata takových LC článků zde také uvedu: Podotýkám, že jsem v praxi neviděl nikoho, kdo by to takto na krátkých vlnách u antén řešil, snad s jedinou výjimkou a to jsou některé tunery, zpravidla mechanické, levnějšího provedení a s malými kapacitami otočných kondenzátorů. Takové tunery toho moc nevyladí a tak se jim někdy trochu pomůže kaskádně předřazeným L článkem. U dipólů napájených uprostřed je to však nesmyslné řešení. Hodnoty R, kterých mohou nabývat u FAN dipólu jednotlivé dipóly v různých výškách Jak jsem již napsal, může to vadit v případě, že některé dipóly jsou již nízko vzhledem ke své vlnové délce nebo je musíme s ohledem na rozměry pozemku prodlužovat indukčností. Opět předpokládáme, že jalovou složku jX jsme nastavili na nulu štípačkami (nebo těmi indukčnostmi, pokud zkracujeme). Zakreslíme si situaci do Smithova diagramu: V bodě DP6 (čtvereček) je náš dipól. Není "doladěný" štípačkami, ale jeho délka je zkrácena sériovou kapacitou. To je ten tlustý červený oblouček, který vede z DP6 do DP2. Všimněte si, že nám tímto doladěním klesla hodnota VSWR ze 2.16 na cca 1.5 a to je nejmenší hodnota, které jsme schopni poblíž rezonance dosáhnout. V obrázku je však ještě zakresleno na vodorovné ose diagramu několik bodů a také jedna krátká vodorovná červená čára, která jde z bodu DP2 do bodu DP3. Bod DP3 leží uvnitř kruhu ve kterém je VSWR maximálně 1.4, leží dokonce poblíž středu, kde je VSWR = 1. Co nám tak hezky transformovalo reálnou složku? Přeci obyčejný transformátor, který má transformační poměr odlišný od hodnoty 1:1. Při konstrukci FAN dipólů, které jsem často musel instalovat nízko nebo je prodlužovat indukčnostmi, jsem použil balun s transformačním poměrem jiným než 1. Balun s možností transformace Schéma takového balunu je např. zde: Můj balun (občas ho prodává manželka v e-shopu) má dvě části zhotovené na dvou lehkých feritových jádrech. Na schématu vlevo je na samostatném jádře obyčejný širokopásmový proudový balun s transformačním poměrem 1:1. Ten je tam proto, aby nás zbavil plášťových proudů, tedy aby symetrizoval souosý koaxiální napáječ vůči zemi a symetrickým ramenům dipólu. Na schématu uprostřed je napěťový vf transformátor. Je navržen tak, aby na odbočkách 1, 2, až 5 byly vyvedeny vstupy, které odpovídají přibližně reálným složkám impedance R = 100, 70, 50, 35 a 25 Ohmů. Svorka č. 6 je společná a připojuje se na ni druhé rameno dipólu. V předchozím Smithově diagramu tomu odpovídají body DP1, DP2 až DP5. Pro přizpůsobení, kde VSWR nepřeleze hodnotu 1.4 jsem vystačil celkem s 5 vyvedenými odbočkami. U FAN dipólu jednotlivé dipóly nepřepínám. Každý je připojen na odpovídající odbočku. Závěr Vidíte, že i dipól lze přizpůsobovat různě. Zejména, pokud ho zkracujete, děláte z něho INV-V, montujete ho nízko a nebo ho řadíte paralelně. O zkracování dipólu je tento článek, o rezonanci dipólu je tento článek, o úskalí, které se nám může stát u FAN dipólu je tento článek, o dipólech obecně je tento článek a o konstrukci drátových ham antén je tento můj první článek. Poznámky Transformační blok se dvěma baluny je v praxi běžný. Proudový a transformační balun se používá také u OCF antén včetně vertikálů. V boxu ho najdete např. u známé AV-640 (Hy-Gain). Pro FAN dipóly je však navržen tak, aby pokrýval i hodnoty nižších impedancí, pro ještě použitelné malé výšky a přiměřená zkrácení jsem posadil spodní hodnotu R na cca 25 Ohmů, teoreticky lze vyvést ještě 12.5 Ohmu, ale bez praktického upotřebení.
© 2011 - 2013 Věra Šídlová a Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 06.06.2014