|
||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
Drátové
rezonanční antény |
||||||||||||||||||||||||||||
Drátové rezonanční antény Drátové rezonanční antény jsou velice rozšířenou kategorií antén zejména pro nejnižší krátkovlnná pásma. Ty dobře navržené pak často slouží i na vyšších pásmech, ale také na dočasných (portable) QTH při kempování, na lodích apod. Existuje mnoho typů drátových antén, které jsou popsány v literatuře. Vodivý drát, srovnatelný s poloviční délkou vlny je přece jenom dostupným materiálem, dostupnějším než stometrové příhradové stožáry nebo trubkové konstrukce. Abychom do takového drátu „nacpali“ vysokofrekvenční energii a tuto energii vyzářili do éteru či do konkrétního směru, pak nezbytně potřebujeme k takovému počínání docílit rezonance antény a umět minimalizovat různé druhy ztrát. Rozlišujme však u způsobu napájení takového drátu ve vztahu k jeho vlnové délce. |
||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
Materiál anténních vodičů
V této části textu se rovněž zmíním, v jakém případě jsou využívána
speciální anténní lanka jiných konstrukcí, která jsou k dispozici na trhu. Tato anténní
lanka jsou využívána pouze pro takové typy a provedení rezonančních antén,
u kterých vadí i malé tečení běžného měděného jádra. Při experimentování jsme se
takovým konstrukcím nevyhnuli. Bez tohoto materiálu nelze vyrobit např.
antény známé jako SPIDER, či HEXBEAM nebo některé další konstrukce
rezonančních antén, kde mechanická délka je velice kritická. Konstrukce
těchto speciálních anténních lan mívají několik nevýhod. Vyjmenuji alespoň
ty zásadní. Uvedená lana se vyrábějí v malých sériích a jsou drahá. Lana s
ocelovými dráty zase obsahují mnohem méně vodiče a obtížně se s nimi
pracuje. Práce s nimi je opravdu nepříjemná. Ocelová lana s poměděnými
dráty byla pouze zdrojem utrpení a jejich použití nevedlo k žádným
uspokojivým výsledkům. Existuje celá řada dalších materiálů, např.
bronzový vodič, který se používal na stará telegrafní a telefonní vrchní
vedení. Manipulace s ním je také obtížná a výsledky neuspokojivé. Materiál RUPALIT Při srovnávání různých drátových antén bylo dosaženo vynikajících výsledků s anténami, vyrobenými z lana RUPALIT. Pro kratší drátové antény, tj. G5RV, PA0FRI preferuji rozměr Cu 20 x 0.355 mm. Lano v tomto provedení je vynikajícím vysokofrekvenčním vodičem s velkým povrchem (skin efekt). Toho je docíleno velice lesklým povrchem vodičů z relativně čisté vodivé elektrotechnické mědi. Povrch každého vodiče je chráněn tenkou dielektrickou vrstvou. Pro praxi je důležité, že konce vodičů lze v potřebném místě dokonale ocínovat v cínové lázni. Pájitelnost je obdivuhodná. Provedením zkoušek mohu potvrdit, že každý vodič lana je opravdu vodivě spojen s ostatními dráty. Finální anténu lze s ohledem na vodivost snadno kontrolovat miliohmmetrem a touto metodou lze rozlišit jediný přerušený nebo nedokonale připájený vodič. Toto se mi však v praxi nikdy nestalo a tak jsem závadu simuloval "štípačkami" - přerušil jsem jeden vodič v lanu. Lano lze pájet i v terénu, na stožáru, atd., a to běžnou pájkou. Lano je velice ohebné a dobře se s ním pracuje. Ilustrační foto - materiál RUPALIT v dílně na cívce:
Ilustrační foto - anténa vyrobená z materiálu RUPALIT:
Osobně považuji materiál RUPALIT za špičku mezi materiály na zářiče drátových antén. Pro rok 2015 jsou připraveny k měření antény z klasických známých vodičů a identické antény z materiálu RUPALIT. Budou ve stejný čas, na stejných anténách a na stejném zařízení měřeny úrovně slabých signálů a jejich odstupů S/N.
Izolátory drátových antén
V případě, že si
konstrukce antény vyžaduje s ohledem na princip své funkce nastavovat
délku vodičů, nebo se jedná o anténu, která je označena jako
experimentální sada, jsou vodiče a izolátory montovány pomocí duplexních
svorek.
Detail středového izolátoru
Koncové izolátory drátových antén (u dipólů a LW jsou v kmitnách napětí, u delta loop a smyček raději uděláme všechno proto, abychom je v kmitnách neměli) mají na účinnost antény vliv. Související články jsou zde: o měření na anténách a o suchých a vlhkých izolátorech. Poznámka:
1. Nedostatečná "izolační schopnost" u konce antény end-fed
LW, ať v tuneru, kapacitní vazbou vůči napáječi, kapacitní vazbou vůči
uzemněné věži (stožáru), kovové konstrukci, apod. nás může připravit až o
několik dB na zisku.
K problematice napájení antén žebříčkem dávám k dispozici též původní
materiál od Franka ZS6TMV, nazvaný “Why
ladder-line”. |
||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
Tato skutečnost však neplatí pouze pro ve středu napájené dipóly - viz další obrázky | ||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
S žebříčkem lze zkonstruovat extrémně dlouhý napáječ antény,
např. delší než 100 nebo 200 metrů. Ztráty v přizpůsobovacích obvodech S anténami, které jsou k napáječi přizpůsobené pomocí čtyřpólů, tj. pomocí PI článku, T článku nebo L článku souvisí řešení ztrát způsobených přizpůsobovacím obvodem. K tomuto tématu jsou na mých stránkách dva články: http://www.sidlo.com/ok1ufc/ztraty_ve_ctyrpolech.htm, http://www.sidlo.com/ok1ufc/ztraty_ve_ctyrpolech_2.htm a některé užitečné pomůcky.
Další vlivy různých dějů na drátové anténě |
||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
b) Musí do antény téci proud? Záleží, kde ho měříme. Pro vytvoření názoru uvádím pár obrázků o tom, jak a kde je to na dipólu s proudem a napětím. A že v některých případech může do anténního zářiče téci velice maličký proud. Ale to je o tom, že na zářiči antény je a musí být stojaté vlnění a rozměry zářiče jsou navrženy s ohledem na vlnovou délku. | ||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
c) Vyzařování antény. Tady uvádím, pár obrázků, které dokladují, jak je to s vyzařováním antény, kde anténní vodič je svojí délkou “blízko” či “daleko” od délky poloviny vlny. Pozor na složité vyzařovací diagramy dlouhých antén. K promyšlení dávám kacířskou otázku – není někdy na místě trap na zkrácení zářiče? Osobně nejsem proti používání antén s trapy |
||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
d) Pozor na nízký vyzařovací odpor u krátké antény. Přizpůsobíte, vyladíte, ale moc to vysílat nebude. Účinnost takové antény bude velice nízká a pracně vyrobená energie se zmaří i v těch poměrně slušně vodivých materiálech na teplo. Viz obrázek, zejména hodnoty pod diagramem pro 1.825 MHz! | ||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
e) Z dalšího obrázku je zřejmé, jaký vliv má na anténu její výška. Reálné země lze u antény využít. Zejména u antén typu Vertical. U dipólů a Delta loopů zpravidla jen ke konstrukci antén pro místní spojení. Z obrázku je zřejmé, že vysoko instalovaný dipól bude zářit pod nižším úhlem a hodí se pro DX spojení. Nízko instalovaný dipól bude dobře zářit vzhůru a bude se hodit pro místní spojení. Viz též informace v publikaci USMC. Osobně jsem zkoušel a dlouhou dobu používal nízko instalovaný Delta loop (celovlnný) a dostával jsem reporty, o kterých zde ani nemohu psát. Mnoho dB nad S9. Kolega (OK1CQ) měl dokonce pod takovým Delta loopem ještě jednu parazitní smyčku. A reporty převyšující S9 o mnoho decibelů obdržel i při testu mého QRP zařízení, tedy prokazatelně s 5 W při SSB. Bylo to neuvěřitelné, ale bylo to tak. Nikdy jsem o tom s nikým na pásmu nevedl polemiku a mnoho zkušených radioamatérů to považovalo za fyzikálně nemožné. Příliš nízko instalovaný dipól nebo loop však takové vlastnosti nemá. Bohužel, v nízké výšce nefungují ani směrovky. Dipól směrovek (driven element), pokud je nízko nad zemí, nevybudí správně pasivní prvky a anténa má zcela jiné vyzařovací diagramy. Bohužel, zázračné v tomto nejsou ani antény HB9CV. Antény Yagi, HB9CV i logaritmicko-periodické soustavy dipólů musí být optimalizovány pro konkrétní výšku nad zemí. | ||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
f) Je rozdíl mezi dipólem a invertovaným V? Posuďte sami. | ||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
Zkušenosti z
experimentů
Uvedu zde také několik dalších vlastních zkušeností, proč jsem s některými
anténami dále neexperimentoval:
tak mě tato anténa doslova vypekla u zákazníka. Nevyhovující průběh VSWR v pásmu 40m. Mimochodem se do zakázky vloudila chyba, během výroby došlo k záměně výkresu zářiče, který byl "střižen" v nepříliš odlišných rozměrech. Nezbylo, než udělat u tak jednoduché antény opět celou řadu zkoušek a měření. K velkému překvapení se projevilo při některých montážích totéž, co u zmíněného zákazníka, objevily se nežádoucí průběhy VSWR v obou pásmech, způsobené montáží, ale také délkou použitého koaxiálního kabelu. Balun již nebyl schopen zabránit tomu, aby se napáječ nepodílel na vyzařování. Při nižších výškách tomu nezabránil ani ve vhodných výškách dodatečně vložený proudový balun, rovněž ani tlumivka z koaxiálního kabelu. Napáječ se podstatně podílel na vyzařování, naměřit se daly průběhy VSWR, které nebyly nijak v souladu s délkou zářiče, např na 5 MHz:
Prostě mě při konstrukci neminuly všechny známé potíže, které
jsem si již jednou absolvoval s OCD anténami. Ostuda a obrovská ztráta času.
Pouzdření balunů do nových pouzder jsme začali dělat v roce 2012. Pouzdra série 2 (a série 2 mini - vpravo) vypadala takto:
Pouzdra z roku 2015:
U balunu je důležitý jeho účel. Vždy doporučujeme konzultovat užití balunu. Přestože baluny využívají obdobných principů, mohou se lišit vnitřním konstrukčním provedením, zapojením svorek atd. Rozdílné je např. provedení balunu s poměrem 1:1, který je určen pro použití se směrovkou typu QUAD nebo YAGI a podstatně se liší od balunu určeného pro symetrizaci dlouhé drátové antény se žebříčkem. O balunech píšu také zde. Baluny jsou navržené tak, aby plně využily vlastností soudobých nízkoztrátových feritových materiálů, které jsou vhodné pro vysoké výkonové zatížení. Tvar jader byl z vybraného feritového materiálu vyroben v EU na zakázku podle požadavků ok1ufc. Starší typy balunů Pro informaci uvádíme všechny osvědčené typy balunů viz specifikace airwire ART-01, kde kromě klíčových parametrů bylo uvedeno také pouzdření balunu - viz package size 1 až 6. Z obrázků jsou vidět pouzdření starších balunů. Jde o pouzdra z odolných plastických hmot. Pouzdření zde uvádím také z toho důvodu, že je vhodné pro experimentování nebo pro zapouzdření atypického provedení. Napájecí konektor je SO-239, který slouží pro připojení vedení s koaxiálním kabelem. Symetrické vývody jsou na nerezových šroubech M4. Ukázky různých provedení starších typů balunů jsou zde:
Poruchy balunů Během vývoje, experimentování a zkoušek jsem zničil několik balunů. A zjistil jsem následující skutečnosti. Některá feritová jádra jsou ke konstrukci balunů nevhodná. Obvykle jsou to jádra s vysokou permeabilitou. U nevhodného jádra a podotýkám, že současně při nevhodné konstrukci balunu, dojde při výkonovém přetížení k popraskání jádra teplem. A to i u materiálů, který někteří výrobci doporučují jako materiál vhodný na HF baluny a transformátory. Osobně jsem však s těmito jádry neexperimentoval a vlastní zkušenost nemám. Mnoho konstruktérů problém řešilo tak, že používají předválečnou konstrukci s železoprachovými (iron-powder) jádry. Baluny mají větší ztráty, ale tato konstrukce je rozšířená. Moderní nízkoztrátový balun lze konstruovat s moderními feritovými materiály, jako je např. 4C65, který však není jediným vhodným materiálem. S těmito materiály snadno vyrobíme baluny pro přenos výkonů mnohonásobně převyšující tzv. legal limit, hi. Nejvýznamnější příčinou poruchovosti, kterou opravdu nemohu a nechci podcenit, je elektrická pevnost. Proto vinutý balun musíme vyrobit vždy ze speciálního drátu smaltovaného více vrstvami. Takové vodiče lze na trhu sehnat. Namítnete, že lze použít např. teflonovou dodatečnou izolaci. Ano, lze to, ale většinou se nám objeví problém s impedancí vinutí, protože nejsme schopni dodržet geometrické vzdálenosti. Naštěstí nám jedno z řešení nabízí moderní "chemie" pro elektrotechniku - lze použít různých zalévacích hmot nebo moderních prostředků, které vytěsní vlhkost a provedou dodatečnou izolaci s vysokou elektrickou pevností. Tím se nám problém elektrické pevnosti obvykle přestěhuje jinam. Zpravidla na konektor SO-239. Na obrázku vidíte fotografii poškozeného dielektrika zásuvky (Socket) SO-239:
Tato zásuvka však nebyla poškozena "obrovským" proudem skrz konektor a není ani důsledkem nevyhovující elektrické pevnosti dielektrika. Příčina je jinde. Na konektoru SO-239 často "hoří oblouk" mezi vnitřním a vnějším vodičem. Pokud proti tomuto jevu ošetříme svorku na balunu, to jako výrobce vždy dělám, může stále ještě hořet oblouk na "samci" na koaxiálním kabelu. To se také stalo. Na obrázcích vidíte poškozenou zástrčku (Plug) PL-259:
Skutečná příčina však vznikla uvnitř PL-259. Tam hořel oblouk při vysoké impedanci antény, původně ve vzduchové mezeře mezi středním vodičem a pláštěm, později volně, dielektrikum kabelu RG-58 už bylo roztaveno, ale teplo vznikalo dále, přenášelo se i přes kolík PL-259 do zásuvky SO-239 a zničilo dielektrika obou konektorů:
Proto i tam doporučuji provést nějakou formu dodatečné izolace. HAM se domníval, že konektor nevydržel vysoký proud na nízké impedanci. Po zjištění příčiny jsem navrhl způsob montáže a dodatečné izolace konektorů, aby tam již oblouky nehořely. Doporučuji před zapájením kabelu dielektrikum přesně seříznout a kápnout kolem dielektrika kapičku zalévací hmoty, která se používá pro vysokonapěťové konstrukce. Pak po montáži a zapájení kabelu tato hmota vytvrdne, vyplní vzduchové mezery a neobyčejně zvýší elektrickou pevnost konektoru. Tento případ se stal na WARC a na anténě G5RV. Nižší elektrickou pevnost poznáte jednoduchou zkouškou. Na pásmu, kde je vysoká impedance na svorkách antény, postupně zvyšujete výkon. Při určité hodnotě začne být ručka SWR metru při měření VSWR neklidná, jako by se mírně chvěla. HAM, kterému se porucha stala, se domníval, že dochází k ohřevu jádra balunu. Takový jev má ovšem podobné příznaky. Na konektoru však občas hořel oblouk. V místě konektoru byla vysoká impedance a výkon, při kterém jsme jev pozorovali přesahoval 1000 Wattů.
|
||||||||||||||||||||||||||||
73's Věra & Míra, ok1ufc |
||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||
© 2011 - Věra Šídlová a Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 17.11.2010 |
||||||||||||||||||||||||||||