Stručný popis vlastností a principu fungování antény cobwebb

Anténa typu cobwebb je moderně navržené provedení zkráceného půlvlnného drátového dipólu. Velmi často ji radioamatéři používají jako pětipásmovou anténu - tj. pětici paralelně spojených a napájených drátových dipólů. Seriózní stránka o této anténě je na internetu k dispozici např. zde: http://www.karinya.net/g3txq/cobweb/

Schéma antény a srovnání rozměrů s půlvlnným dipólem

Vlevo na obrázku vidíte typický tvar zářiče antény cobwebb. Každé rameno je tvarováno do tvaru písmene U. Jde tedy o rovinný objekt, jehož největší strana je dlouhá maximálně 0.13 x lambda. Vedle vpravo je nakreslen červeně půlvlnový drátěný dipól. Obě antény jsou napájené ve středu.

Vyzařování

Na dalším obrázku si můžete porovnat vyzařovací diagramy půlvlnného dipólu, cobwebb dipólu a půlvlnného vertikálního dipólu ve výšce spodního konce cca 0.6 n nad zemí. Výška horizontálních antén je h = 10m:

Anténa cobwebb má bidirekcionální vyzařovací charakteristiku.

Impedance, přizpůsobení a modelování

Anténa cobwebb má na svorkách impedanci cca 12.5 Ohmu (v rezonanci a ve výšce instalace h = lambda/2)

Tuto impedanci naměříte analyzátorem a vypočítáte ji např. v programu MMANA.  V případě realizace vícepásmové antény je modelování nezbytné. Přeci jenom deformujete tvar jednotlivých dipólů a navíc je každý dipól s ohledem na pracovní vlnovou délku v jiné výšce nad zemí.

Vypočtené vlastnosti cobwebb dipólu na pásmu 20 metrů jsou tyto, výpočet koresponduje s předchozí tabulkou:

Průběh VSWR

Cobwebb patří mezi zkrácené půlvlnné drátové antény. Proti tlustému dipólu klesá jak impedance, tak šířka pásma. Průběh VSWR je v našem příkladě antény pro pásmo 20 metrů tento:

Transformace impedancí

Cobwebb anténa má v místě svorek impedanci Z = 12.5 Ohmu. Nejjednodušším řešením přizpůsobení je použití Guanella balunu s transformačním poměrem 4:1. Transformace impedance koaxiálního napáječe Z = 52 Ohmů je provedena v poměru 4:1 na impedanci paralelně řazených dipólů Z = 12.5 Ohmu. Používám pro tento účel standardní balun navinutý koaxiálními kabely na dvou feritových trubkách. Vinutí jsou v místě napáječe řazena do série a v místě zářičů paralelně.

Existuje celá řada možností, jak transformovat impedance. Za nešťastné řešení považuji konstrukci cobwebb antény jako skládaného dipólu. Ano, ten má impedanci na svorkách o velikosti cca 50 ohmů, ale pro napájení vyžaduje dobrý proudový balun, který má ztráty srovnatelné s Guanella balunem 4:1. Touto konstrukcí přicházíme u antény o výhodu jednoduchosti a nízké hmotnosti.

Konstrukční předpoklady

Anténa se zpravidla konstruuje tak, že její nosnou část tvoří kříž z laminátových trubek nebo tyčí. Rozměr kříže je natolik malý, že nosné prvky mohou být vyrobené i z materiálů, který obsahuje uhlíková vlákna. Jednopásmovou anténu jsem vyrobil dokonce s křížem z Al trubek. Seděly impedance a ani jsem nepozoroval, že by anténa vyzařovala hůř než ta na dielektrickém kříži. Vícepásmovou anténu tak realizovat nelze! Jakmile se délky trubek začnou blížit k půlvlnné rezonanci na jakémkoliv vyšším pásmu, je takový prvek vybuzen, vyzařuje a vliv vzájemných impedancí se samozřejmě silně uplatní.

Vícepásmová anténa

Cobwebb se většinou dělá jako vícepásmová anténa. U jednotlivých prvků se velice silně projevuje vliv vzájemných impedancí. Schéma vícepásmové antény je zde:

Na dalším obrázku uvádím pro ilustraci vlivu vzájemných impedancí průběh proudů v zářičích při buzení na pásmu 21 MHz. Všimněte si, že proudy tečou všemi zářiči (všechny tedy vyzařují):

Modelování antény

Anténu lze samozřejmě modelovat v NEC programech, tedy i v nejjednodušším MMANA. Výsledky takového modelování např. pro výšku H = jen 7 m celkem sedí a uvádím je v tabulce tady:

Všimněte si, že impedance je na nejvyšších pásmech nižšší než nominálních 12.5 Ohmu a na nejnižších pásmech je vyšší. To se projeví i na přizpůsobení. VSWR se pohybuje od 1.18 do 1.53 v rezonanci na jednotlivých pásmech. Viz tabulka.

Model 5 pásmové antény Cobwebb pro SW MMANA (není moc vypiplaný, pro praktické získání názoru však stačí) lze stáhnout zde.

Obecně modely v NEC a MININEC nemají rády vodiče spojující se v ostrých úhlech. Proto je vždy namístě zkoumat konvergenci takového modelu. Anténa cobwebb je typickým příkladem. Pro začátečníky uvádím, jak je namalováno paralelní spojení všech zářičů, aby se to dalo modelovat. Konečně, reálná anténa má vodiče pospojovány podobně. Nejsou spojené v jednom bodě, ale na "sběrnici", která je napájená z červeného vodiče.

Závěry

1. Jedná se o anténu neuzemněnou. Musíte uplatnit všechny zásady, které souvisejí s její symetrizací. Společné proudy by vám zdegradovaly všechny pozitivní vlastnosti antény. Anténa je tichoučká a signály DX stanic jsou např. v porovnání s vertikály silné. Právě tahle vlastnost - docílení vysokých odstupů užitečných signálů od hluků mě u antény překvapila a určitě by si to vyžádalo nějakého objektivního a dlouhodobějšího srovnávání s dipólem. Pokud někdo takový experiment provede, mám mimořádný zájem o výsledky.

2. Anténa má opravdu malé rozměry, aerodynamické namáhání větrem je malé a pětipásmovou anténu (10 až 20m) snadno nainstalujeme do výšky h = 10m. V této výšce cobwebb začíná překonávat ve vyzařování směrem k horizontu vertikální antény.