Historie LPDA antény

První návrh a prototyp středně velké antény jsem provedl a vyrobil v roce 2010.

Začátkem roku 2012 byla uvedena na trh logaritmicko periodická anténa pro pásma 10 až 20 metrů, série MK1, která je schopna pracovat při nižších výškách stožárů (od 14 -15m) a má vlastnosti přibližně srovnatelné s tříelementovou anténou Yagi. Anténa umožňuje pracovat v amatérských pásmech 10 - 12 - 15 - 17 - 20 metrů.

V průběhu roku 2012 byl ukončen vývoj a byly vyráběné LPDA antény v provedení MK2 (délka 5.2m) a MK3 (délka 6m). V roce 2013 byly vyrobeny pouze limitovaná série MK2 (volba byla navržena s ohledem na první objednávky).

Po zkušenostech s malými sériemi bylo od výroby v provedení MK3 definitivně upuštěno. Ze série MK2 byla konstrukčně upravena nová sériová řada MK4, která má stejné geometrické délky prvků, stejné průměry prvků, stejná pouzdra ve svařovaném ráhně. U antény bylo použito přeci jenom několik konstrukčních úprav, které jsou popsány zde.

Elektrické parametry antény

Anténa byla optimalizována z matematického modelu. Počáteční podmínky návrhu odpovídají přibližně parametrům TAU=0.87 a SIGMA=0.05 podle ARRL antenna book 15th edition.
Uvedeným parametrům odpovídá výpočtem stanovený zisk cca 6.5 dBi (4.35 dBd) a F/B = 13 až 19 dB.
Matematickou optimalizací byl pro výšku 15 metrů optimalizován zisk, který je v rozsahu cca 10.4 až 11.6 dBi, a to při dobrém průběhu VSWR, které je  maximálně 2 . O SWR antény a dalších souvislostech píšu více na stránce zde. Anténa se vyznačuje dobrým průběhem VSWR ve všech pásmech od 20m do 10m, který má typicky tuto charakteristiku:

Montážní a nastavovací postup antény LPDA (pdf) lze stáhnout zde.

S ohledem na svou délku dosahuje anténa velice slušných výsledků, které odpovídají principu její činnosti. Pokud se chcete o vlastnostech a zákonitostech logaritmicko periodických antén dozvědět více, stáhněte si zde vynikající  a jednoduchý CAD Windows program od Rogera Coxe (verze 3.40) a dva navržené modely LPDA antén - 8 elementová s délkou ráhna 5.2 metru a 5 elementová s délkou ráhna 4.3 metru. Program je rovněž vhodný pro vytvoření prvotního názoru na LPDA antény, zejména jejich vlastností s ohledem na délku, počet prvků, šířku pásma, atd. Program se společně s definičními soubory antén nakopíruje do adresáře, nic není třeba instalovat.

Vzhled

Po vybalení vypadá anténa takto:

Přestože není anténa nejmenší, vejdou se nám po vybalení všechny díly na malý stolek. Anténa je dodávána s kompletním dvojitým ráhnem (smontovaným, včetně izolátorů, držáků na kabel, atd.), se 16 svařovanými elementy a s příslušenstvím (třmeny, atd.). Přepravní délka antény je 5.5 metru, lze ji odvézt na zahrádce osobního automobilu.

Vlastnosti

- u sérií MK1 a MK2 byla použita dvouráhnová svařovaná hliníková konstrukce s odnímatelnými prvky
- použití odolného materiálu (Al trubky, nerez, kompozitní materiály a plasty s UV ochranou)
- snadná montáž v místě QTH (přišroubování ráhna, nasunutí a zafixování prvků, případně individuální nastavení regulačních tyčí - jen u MK1)
- dobré přizpůsobení k napáječi s postupnou vlnou v pásmech 10-12-15-17-20 metrů, bez nutnosti používat anténní přepínače
- pro napájení se používá pouze jeden kabel (koaxiál), který je zavěšen pod spodním ráhnem
- schopnost fungovat v nepříliš velké výšce (od cca 14 - 15m)
- vlastnosti v každém pásmu jsou přibližně srovnatelné s typem Yagi-Uda o 2 až 3 prvcích
- použitelnost i pro výkony 1 kW
- konstrukce je bez pohyblivých dílů, bez dálkového ovládání a bez nutnosti cokoliv přepínat
- spolehlivá opakovatelnost, bez nutnosti něco pracně nastavovat ve výškách a v místě QTH
- hmotnost do 18 kg, délka ráhna 5.3 m, rozpětí nejdelšího dipólu cca 11.5 m
- rozteč mezi prvky v místě trubky stožáru: 838 mm

Pouzdra prvků jsou do přesně vrtaných otvorů ráhna zavařena, mají tloušťku stěny 2.5 mm. Prvky se zasunou do pouzder v celé délce a zajistí se šrouby, které jsou nerezové a jsou součástí dodávky. Dlouhé elementy jsou vyrobené z tenkostěnných trubek, snadno se s nimi manipuluje. Série MK1 je vhodná pro experimentátory. Prvky MK1 jsou na koncích vybaveny struženými pouzdry, do kterých se zasunují regulační tyče (trubky o průměru 10 mm). Prvky dalších sérií již nebyly vyráběny jako nastavitelné. U limitované série MK2 pro rok 2013 jsou dodány prvky nastavené z výroby s ohledem na výšku montáže u zákazníka (pokud si to objedná) nebo na standardní výšku h=15 m. Pozn.: Série MK1 nebude již nikdy vyráběna. Ze série MK2 vznikla série MK4, která se dodává s nastavenými prvky s výroby a nepředpokládá se žádné nastavování.

Ráhno tvoří vysokofrekvenční přizpůsobovací vedení. Je symetrické, oba díly jsou vzájemně izolované a při výrobě bylo použito technologie svařování. Důvodem pro svařování ráhna a některých elementů byla zejména minimalizace ztrát. Tato anténa patří mezi tzv. krátké logaritmickoperiodické řady a ztráty ve fázovacím vedení hrají roli. Montáž antény je jednoduchá a s dokonalou vodivostí v bodech, které musí být vodivě spojeny. Toto bývá někdy problematické u konstrukcí s drátovým fázovacím vedením a velkým množstvím spojů.

Jednotlivé díly antény (prvky a izolátory) jsou při poruše snadno výměnné, bez nutnosti demontáže celé antény nebo opětovného pracného nastavování.

Z montážní plošiny namontuje anténu jeden člověk bez pomocníka. Doporučujeme namontovat nejprve ráhno na stožár, následně koaxiální kabel a teprve potom montovat postupně a symetricky jednotlivé prvky, na fotografii je autor antény s kompletním ráhnem:

Konstrukce je hliníková, vrtaná, se zavařenými přesnými hliníkovými pouzdry - viz detailní foto:

stejně jako koncovky jeklů a držáky kabelů:

ke stožáru se anténa montuje pomocí dvou třmenů (jsou od ráhen izolované):

koaxiál se připojuje pomocí konektoru SO-239, koaxiál je zavěšen pod spodním ráhnem na platových příchytkách:

Elementy jsou u série MK1svařované:

Pouzdra elementů MK1 jsou vidět v detailu, trubičky jsou tenkostěnné, pouzdra pro regulační tyče mají vnější průměr 14 mm, vnitřní 10 mm, vnější průměr konce elementu je 16 mm, větší průměr u paty elementu je 20 mm, série MK2 nemá regulační tyče o průměru 10 mm, má jinou délku prvků a větší průměr prvků na konci.

Vnější konce regulačních tyčí - jen MK1 (trubka o průměru 10 mm) jsou zakryté plastovými krytkami:

další detaily:

Konstrukční rozdíly u série MK1, MK2, MK3 a MK4

Konstrukce antény MK1 umožňuje vysoký rozsah nastavitelnosti délky prvků. To je výhodné, pokud je anténa instalována do prostoru mezi jiné antény. Konstrukce je však díky mnoha soustruženým pouzdrům složitější.
Série MK2 je dodávána s prvky, které neumožňují regulaci délky prvků.
Série MK3 je dodávána s prvky, které neumožňují regulaci délky prvků, ráhno série MK3 je delší (6m) a anténa má lepší elektrické parametry. Toto provedení nebude dodáváno kvůli problémům na straně dopravců.
Série MK4 je geometricky podobná se sérií MK2. Prvky neumožňují regulaci délky. Anténa je z výroby dodávána s pevně nastavenou délkou prvků i s přesně nastaveným kompenzačním pahýlem. Podrobnosti o MK4 jsou uvedené zde.

U antén série MK1 lze provést konverzi na MK2, ráhno a průměry prvků u paty jsou stejné.
 

Uvedené vlastnosti má anténa s prvky nastavenými na nominální rozměry. Tato poloha je označena na regulačních prvcích ve výrobě. Série 00 umožňuje velký rozsah regulace a proto lze např. diagram optimalizovat na některém preferovaném pásmu. Zpravidla to bude na úkor parametrů dalších pásem. Je třeba si uvědomit, že výška 12 m nad zemí odpovídá jedné polovině vlnové délky pro nejnižší pásmo a zejména tím jsou dané vlastnosti uvedené antény. Anténu lze rovněž optimalizovat v různých výškách nad zemí, případně nad střechou. Nominální diagramy jednotlivých pásem uvádím níže.

1) Všimněte si, že tečou značné proudy také v napájecím ráhně. Možná vás napadne odpověď, proč některé správně geometricky navržené antény fungují lépe než jiné. I u tohoto druhu antény platí, že nevhodně konstruovaná část napáječe, kde je stojatá vlna, může mít své záludnosti třeba ve šroubovém spoji, v blízkosti vodivé trubky apod. I tady platí většina z uvedených zásad, o které jsem psal v článku o drátových anténách.

2) Právě z důvodů nízkých ztrát byly použity ke konstrukci vodivě dokonale spojené díly (svařované) a materiály s vysokou vodivostí ( hliník ) a s dostatečným průřezem ( trubky ).

3) Anténa již představuje monstrum o hmotnosti téměř 20 kg, o délce téměř 5.5 metrů a o rozpětí 11.6 metrů. Anténa má 8 logaritmicko periodických dipólu. Všechny tyto vlastnosti je třeba vzít v potaz zejména s ohledem na vlastnosti stožáru, rotátoru, atd.

73's Věra & Míra, ok1ufc

© 2011 - Věra Šídlová a Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 27.11.2015