LPDA anténa tvaru "Vee"  s málo prvky

Na krátkých vlnách se používají standardní LPDA antény, jejichž elektrické vlastnosti odpovídají geometrickým parametrům TAU a SIGMA. Význam parametrů je dán takto:

Jak už to často bývá, základní nevýhodou krátkovlnných antén jsou jejich monstrózní rozměry. Prakticky to znamená, že LPDA anténa pro pásma od 20 do 10 metrů má nejdelší dipól s rozpětím téměř 11 metrů. V každém případě je pro nás bude zajímavá úloha, zda lze určitým a účinným způsobem délku prvků zkrátit.

LPDA anténa tvaru Vee

Jeden ze způsobů, jak docílit menšího rozpětí antény, je konfigurace prvků do tvaru V:

Čeho se dočkáme?
1. Prvky tvaru V nelze u velkých antén  jednoduše montovat k ráhnu.
2. Neplatí skutečnost, že bychom si délku navrhli podle parametrů TAU a SIGMA a prvky jednoduše vytvarovali do V. I když použijeme nepatrně modifikovanou metodu návrhu a budeme se snažit zachovat hodnoty rezonancí, které odpovídají anténě s přímými prvky, vzájemné impedance způsobí, že takto zjednodušená metoda návrhu nefunguje.
3. Není tedy až tak triviální navrhnout LPDA anténu s minimem prvků a tvaru Vee, která nám bude uspokojivě fungovat.

Poznámka:

Pokud porovnáme vlastní impedanci dipólu V, např. pro pásmo 20m v h = 10 metrů, zjistíme toto:
a) V dipól musí mít ramena o cca 7 cm delší pro stejnou rezonanční frekvenci, kde je jX = 0
b) V dipól má o cca 0.6 dB menší zisk
c) V dipól stejných rozměrů ramen jako přímý dipól rezonuje o cca 180 kHz výše
d) V dipól má v rezonanci impedanci cca Z = 50 + j0
e) Přímý dipól má impedanci cca Z = 80 + j0, atd....

Výsledky

U LPDA antén považuji za obrovskou a opravdu pozoruhodnou výhodu jejich poměrně hladký průběh VSWR v celém rozsahu. Tuto výhodu považuji za opravdu kruciální všude tam, kde nemáme možnost anténu jakkoliv nastavovat a laborovat s ní. Krásně, až neuvěřitelně se chovají na pásmech od 20 do 10 metrů dlouhé LPDA antény s vysokým počtem prvků, u kterých je průběh VSWR opravdu vyrovnaný. Přijatelným kompromisem jsou určité konstrukce s menším počtem prvků, např. 8 LPDA, pokud mají správně posunuté anomální rezonance mimo amatérská pásma. Skutečně použitelné minimum jsou 4 prvky LPDA. Se třemi prvky LPDA pro tak široký rozsah kmitočtů zkonstruovat nelze, pokud nepoužijete v místě napájení antény automat. tuner. Se 4 prvky docílíte hodnot VSWR, který na amatérských pásmech zpravidla nepřesáhne hodnotu VSWR = 3. Takovou anténu lze napájet koaxiálním kabelem a a jako automatický tuner použít např. ten, který je součástí moderního TRXu. Anténa LPDA a 5 prvky má již přijatelný průběh VSWR a pokud konstruktér "posune" anomální rezonance mimo amatérská pásma, docílíte zpravidla na všech pásmech VSWR, které je lepší než 2. Platí to však pro geometrickou konfiguraci tvaru Vee?

Průběhy impedancí

U popisu vyzařování uvádím již jen jediný diagram, ze kterého je zřejmé, jak byl docela hezký vyzařovací diagram (pásmo 28 MHz) konfigurací tvaru Vee zmrzačen.

Závěr

Anténu typu LPDA, tvaru Vee a s počtem prvků na minimu, nelze jednoduše zkonstruovat. Já jsem šel do kompromisu, ve tvaru Vee jsem navrhl pouze jediný - nejdelší prvek, který jsem navíc podvěsil pod ostatními prvky. Uspořádání V1 (modré mi nic neřeší, rozpětí je značné), použil jsem V3, rozpětí je menší než u druhého dipólu, zavěšení V je na delších izolátorech 4 dipólu).
 

Úvod k této Vee LPDA anténě s jedním V dipólem a malou délkou ráhna jsem popsal v tomto článku a přestože anténa představuje kompromis na pásmu 14 MHz, kde se dvouprvkové yagi opravdu nevyrovná a vlastnosti jsou jen nepatrně lepší proti rotačnímu dipólu, má anténa zajímavé parametry na všech vyšších pásmech.

Protože tyto články jsou určené amatérům (myšleno neprofesionálním návrhářům antén), uvedu ještě jednu zásadní část návrhu, která by neměla chybět u návrhu žádné antény. Touto částí je stanovení teoreticky dosažitelných hodnot vyzařování. Takovým hodnotám se přiblížíte, pokud na kontrolních kmitočtech naměříte proudy vypočtené podle modelu NEC. V modelu NEC napájíte každý prvek samostatně a zjišťujete numerickou metodou optimalizace, jaké amplitudy a fázové posuny musíte zajistit pro optimální vyzařování podle zadaného kritéria (např. F/B, F/B a G, F/B a VSWR, atd.). Obecně platí, že anténa vám bude vyzařovat obdobně, jako její NEC model, pokud naměříte ve vybraných místech prvků (např. v maximech) stejné proudy. Anténní analyzátor je dobrý počin, ale o vyzařování antény nijak nevypovídá, pokud nemáte stanovené vlastní impedance všech prvků a také jejich vzájemné impedance. Měřením vlastních a vzájemných impedancí jste schopni se dozvědět pravdu, pokud anténa taková měření umožňuje.

Popisovaná anténa má optimum při přibližně následující rozložení proudů v prvcích (zleva 14, 21, 28 MHz):

Rovněž u takto krátké LPDA antény s malým počtem prvků je zjevná její tzv. aktivní část pro dané pásmo.

Teoretické hodnoty vyzařovacích diagramů a hodnoty G a F/B u LPDA antény s přímými prvky jsou uvedené v tomto obrázku:

U krátkovlnné pětiprvkové LPDA antény pro pásma 20 až 10 metrů lze docílit zisku 3.5 až 4.5 dBd a F/B (180°) od 12 do 21 dB.

Teoretické hodnoty vyzařovacích diagramů a hodnoty G a F/B u LPDA antény tvaru Vee:

U stejné antény v konfiguraci Vee lze docílit jen nepatrného zisku 1.5 až 2.5 dBd a F/B 5 až 12 dB při správném fázování, které není úplně triviální. Příklad, kudy cesta ke zmenšování antény nevede.

Proto jsem volil kompromis, kvůli rozměrům jsem oželel vlastnosti na pásmu 14 MHz, kde se musím spokojit s diagramem výše uvedeným, ale na všech ostatních pásmech jsou již aktivní oblasti antény vykryty přímými prvky.

Tak co, jakpak vyzařuje vaše anténa? Máte jistotu, že se blížíte k teoreticky dosahovaným hodnotám?