Zajímavosti antény bobtail curtain - stručný popis

Anténa Bobtail-curtain rozhodně není zapomenutou anténou a pro mnohé z nás má svoje kouzlo. Mnohokrát jsem ji postavil jako alternativu k dalším anténám, a to v dvou elementovém provedení a v tomto krátkém článečku vám řeknu, proč.

Popis antény

Anténa bobtail-curtain patří mezi vynikající vertikální antény. Její základní schéma je na tomto obrázku a namaloval jsem ho tak, jak jsem ho před mnoha léty, když ještě nebyl Internet, převzal z literatury, jejíž zdroj nejsem schopen uvést:

Tenkrát se anténa napájela v bodě vysoké impedance. Mezi tímto bodem a zemí byl paralelní rezonanční obvod, pomocí kterého se prostřední svislý zářič za určitých předpokladů dotáhl do rezonance. Odbočkou na cívce se pak přizpůsobilo vazební vedení od vysílače. Jedním předpokladem bylo, že čtvrtvlnný zářič byl s dalšími čtvrtvlnnými zářiči spojen půlvlnným vodorovným jednodrátovým vedením. A druhým předpokladem bylo, že paralelní rezonanční obvod byl na druhém konci uzemněn. Kdysi se tvrdilo, že zemnění nemusí být dobré, protože v tom místě byla vysoká impedance. Dnes již víme, jak to s vysokofrekvenčním zemněním je, i když se napájí v místě vysoké impedance. Já tedy raději používám kapacity proti zemi, ať jí realizuji žebříčkem, jako u Single Zeppelin nebo třeba meandrem, jako u účinných vertikálů. Ale o tom není tento článek. Ten je o bobtail curtain anténě.

Princip antény

Anténa bobtail curtain se skládá z několika vertikálních zářičů, které se realizují jako čtvrtvlnné. Jednotlivé zářiče jsou pospojované půlvlnovými horizontálními vedeními. Napájení antény může být na vysoké impedanci do některého ze zářičů. Mnohem praktičtější je napájení na impedanci nízké, a to v horním bodě svislého zářiče. Horizontální vedení je nesymetrickým vedením, jehož druhým vodičem je zem. Toto vedení pracuje se stojatou vlnou tak, že kmitna napětí je uprostřed, mezi místem připojení zářičů. V místě, kde jsou zářiče, teče nejvyšší proud a je tam nízká impedance. Napájíme-li anténu koaxiálním kabelem, napájíme ji v tomto bodě přes proudový balun. Pokud anténu věšíme jako závěs, pak izolátorky u této antény nejsou v kmitně napětí a jsou na ně kladené mnohem nižší požadavky než např. na izolátory dipólu. Jakostní velké izolátory však použijeme na vyvázání a kotvení spodních konců zářičů. Tam je vysoké napětí.

Vlastnosti antény

vyzařování: bidirekcionální vyzařovací diagram (platí přesně pro dvouprvkovou anténu a antény napájené symetricky), nesymetrické antény vyzařují jinak
polarizace: vertikální
Impedance v místě napájení: při napájení nahoře nízká, např. 50 Ohmů, dole, na konci zářiče je vysoká
napájení vůči zemi: nesymetrické
provedení antény: izolované od země, žádný konec není se zemí spojen
zisk: podle počtu prvků, u dvouprvkové antény např. 4 dBi
počet prvků: uvádí se počet svislých zářičů
vyzařovací úhel: nízký, vhodné pro DX
šířka pásma: úzkopásmová anténa na jedno pásmo
výška instalace: nízká, konce zářičů mohou být na krátkých vlnách jen např. 2 metry nad zemí, funguje to i při 30 cm nad zemí, ale na konci je vysoké HF napětí
návrh v NEC: jednoduchý
způsob přizpůsobení: jednoduchý, ok1ufc používá zkracování napájeného zářiče v bodě nad zemí

Právě nízká výška montáže způsobila, že jsem si tuto anténu oblíbil a mnohokrát ji realizoval, zpravidla pro konkrétní účel, např. expedici, o kterou jsem měl zájem...

Vyzařovací diagramy a schémata

1. Schéma a proudy v pětiprvkové, na konci napájené bobtail-curtain anténě. Všimněte si, jak klesá magnituda proudů v napájecím vedení a jak se střídají kmitny proudů a napětí.

Vyzařování 5 prvkové nesymetrické antény má dvě maxima:

:

Tady k představě pomůže 3D zobrazení:

2. Schéma a proudy u dvouprvkové antény. Všimněte si napájení. Je realizované na horním konci jednoho zářiče. Tam, kde je namalované kolečko (source), tam je balun 1:1. Anténu dolaďuji dostříháním spodního konce napájeného zářiče, půlvlnný horizontální vodič  a druhý zářič (čtvrtvlnný) řeším jen při návrhu.

Krásný vyzařovací diagram u dvouprvkové antény:

3. Praktické provední antén ok1ufc. Mám bobtail-curtain velice rád. Je to jedna z mála drátovek, které fungují nízko při zemi. V dobách, kdy jsem si mohl dovolit pro DXování jen směrovku od 20m do 10m, jsem často neměl na pásmo 30 m vůbec nic, než G5RV. A tak mi bobtail - curtain pomohla. Realizoval jsem ji účelově pro daný směr a dělal jsem ji takto:

a) levý závěs jsem měl na domě a napájený zářič jsem vedl šikmo dolů od domu a tam ho kotvil kolíkem do země. Na konci zářiče jsem měl kvalitní dlouhý izolátor a dielektrické lanko ke kolíku.
b) pravý závěs jsem zavrtal do požadovaného směru a napájený zářič jsem opět vedl šikmo, směrem k prvnímu závěsu.
c) vodorovný vodič jsem měl dlouhý přesně polovinu vlny (elektrická délka s ohledem na dielektrikum izolace)

d) vyzařování? Parádička. Šikmé zářiče nám potlačí minimum v nejvyšších úhlech, ale jen nepatrně. Směrem k horizontu to vysílá stejně.

Závěr

Když vertikál nestačí, lze si pomocí zvýšením zisku do požadovaného směru realizací jednoduché, nízké, snadno přizpůsobitelné (VSWR jsem měl vždy 1:1), ziskové bobtail-curtain antény. Porovnání vyzařování obou antén uvádím v posledním diagramu:

Nejhezčí zkušenost

Nejhezčí zkušenost s anténou jsem udělal na pásmu 80 metrů na dovolené v Ružomberoku (SK). Realizovat anténu ve školním provedení jsem nemohl. Ale velice dobře se dala realizovat anténa zavěšená na špičce stožáru, který byl na vrcholu budovy. Vstřícný personál mi dovolil na stožár zavěsit nejvyšší bod zářiče, který byl ve výšce asi 30 metrů. Čtvrtvlnný konec mi vyšel do výšky asi 2m, poblíž plotu tenisového hřiště. Tímto koncem jsem anténu doladil na 3580 kHz. Druhý konec byl z druhé strany budovy, přibližně ve stejné výšce, přivázaný lankem u plotu. Schéma antény:

Omlouvám se, pokud se tato anténa již nejmenuje bobtail curtain, ale nějak jinak. Nicméně, nevím jak, tak hluboké encyklopedické znalosti nemám, ale princip antény je stejný. Konstrukčně se anténa liší. V závěsném bodě nahoře je vysoká impedance. Zářiče nejsou svislé, ale šikmé. Od balunu jsem šel koaxiálem rovnou do rádia IC 706 Mk2, do 2 patra, přízemí a technické podlaží bylo vyšší, výška mohla být tak 12 m. Koaxiál byl mírně šikmo. Tuner nebyl  třeba. Vyzařování uvedené antény by mělo vypadat nějak takto:

U takto vyvedené antény je impedance v bodě napájení asi 100 Ohmů a k přizpůsobení jsem tenkrát použil balun od delta loopu. Pro ilustraci uvedu ještě srovnání s G5RV, která byla také ve výšce 30 metrů. S tou jsem pouze pozdravil kamarády a anténa šla dolů.

Výsledek?

Do Prahy a domů jsem se dovolal na SSB mizerně. Ale zato jsem si tam na 80 metrech prvně udělal téměř celou střední Ameriku a také Malajsii a Indonésii. Tam to chodilo každý večer, vysílal jsem tam tak mezi 22:00 a půlnocí. Z Afriky a tichomoří jsem nic neslyšel, což je možné, protože tam už měla anténa potlačovat o 15 dB. Nic kromě přizpůsobení jsem samozřejmě neměl možnost změřit. Ale z modelů NEC jsem usuzoval na rozdíl v zisku obou antén, který mohl být větší než 20 dB. A to už sakra poznáte. Vyzkoušel jsem to ještě jednou v Benecku, na kopci a v obdobné výšce. S podobným výsledkem. Doma nemám věž vysokou 30 metrů. Anténa se mi zdála dost tichá. A tak mám vyhlédnutou jednu osvětlovací věž, kde bych mohl zopakovat experiment s pásmem 80 m. Tenkrát zahloubal prvně v hlavě červíček. A sice, že podmínky na 80 m neznamenají každý den svátek, ale na druhou stranu, zadaří se dost často. Později jsem pro pásmo 80m vyrobil celou řadu vertikálů, ale bobtail curtain nebo jak se tohle jmenuje jsem nikdy nepřekonal.

Dodatek č. 1

Zde uvádím pro pochopení vlivu svislých prvků u antény bobtail-curtain ještě vyzařování antény se třemi, pěti a sedmi prvky. Vždy je napájen prostřední prvek a diagram je srovnáván s dvouprvkouvou anténou:

V diagramu si všimněte, že již přidání druhého prvku zásadně zvýší zisk směrem k horizontu, tj. na nízkém vyzařovacím úhlu. Zvýšení zisku je docíleno "tvarováním"diagramu, respektive druhý prvek potlačí vyzařování v minimu o 10 až 20 dB. Pokud přidáme dva prvky (červená čára), minimum je potlačeno o 30 a více dB a zisk se zvýší (proti 2 zářičům) o dalších 1.5 dB. Diagram je uzoučký, anténa má mezi krajními prvky vzdálenost 1 x lambda. Pokud přidáme symetricky po stranách další zářiče (5 nebo 7 prvků), zisk nám začne klesat, diagram bude zvlněný, vyzařovací úhel se rozšíří. Výrazná hlavní minima zůstávají, ale jinak je zisk a vyzařování podobné 2 prvkové anténě.

Poznámka 1: Srovnání s vertikálem bylo již uvedeno v jednom z předchozích obrázků.

Dodatek č. 2 napsaný 13.8.2014

Dodatek píšu v rychlosti a ve vlaku. Jednak jsem zavzpomínal, jak tenkrát na dovolené v Ružomberoku chodilo dobře provedení INV-V této antény na 80m a také mi nedaly spát hezké laminátové teleskopy větších výšek, které jsou pro radioamatéry vyráběné a běžně dostupné. Nepřálo mi však počasí, takže jsem antény nemohl vyrobit ve finálním provedení, ale pouze experimentální prototypy. Proto tu uvedu alespoň nejdůležitější závěry: