zkracování dipólu

O anténách

Kontakt

zkracovat či nezkracovat dipól?

Všeobecně

Obecně traduje mezi hamy i na Internetu že zkracovat znamená ztrátovat. Je to pravda nebo mýtus? Platí to za všech podmínek obecně i u dipólu? V minulosti jsem několikrát uvedl příklady zkrácených antén, které velice dobře fungovaly.

Předpoklady, se kterými budeme pracovat v této úvaze

1. Uvědomíme si, že pracujeme s půlvlnným dipólem, ať je v celé délce a v rezonanci nebo je zkrácen a do rezonance uveden pomocí vhodného opatření.
2. Takový dipól má průběh proudu největší uprostřed zářiče. V tomto bodě je nejnižší impedance a je to rovněž místo vhodné k napájení.
3. Na konci dipólu je nejvyšší napětí.
4. Zkracovat budeme tak, abychom si příliš a zbytečně nezvýšili ztráty. Pokud použijeme ke zkracování indukčnosti, rozmístníme je tak, aby nám neomezovaly průběh proudu, který je největší uprostřed. Dáme je tedy raději ke koncům dipólu. Můžeme použít rovněž jinou metodu zkrácení. Např. vytvarujeme konec dipólu do meandru. V některé literatuře se to rovněž nazývá "linear loads metoda".
5. Výsledky si budeme prakticky ověřovat. Z tohoto důvodu pro mě plynou další omezení. Budu experimentovat jen v pásmu 40m a dipóly budou mezi dvěma vlajkovými stožárky o výšce h=12m.
6. Antény tedy skutečně nebudou ve volném prostoru a dokonce tedy ani nebudou ve výšce alespoň rovné jedné polovině vlny nad zemí. Budou mít tedy téměř všesměrový diagram (směrovost v horizontální rovině je do 3 dB) a budou převážně zářit vzhůru do nebe. To je skutečnost, se kterou se musím u tohoto experimentu prostě smířit.

Schémata porovnávaných dipólů

1. Půlvlnný nezkrácený dipól

Nezkrácený dipól je napájen uprostřed. Za rezonanci se považuje taková geometrická délka zářiče, jejíž hodnota je blízko jedné poloviny vlny a štípačkami u reálného modelu je nastavena na jX=0. U matematického modelu NEC je geometrická délka upravena tak, aby jX bylo rovněž 0.
Geometrická délka půlvlnného dipólu je kolem 20 metrů.

2. Půlvlnný zkrácený dipól

Půlvlnný zkrácený dipól je zkrácen asi na dvě třetiny geometrické délky půlvlnného nezkráceného dipólu. Přibližně 2 metry (1/12 GEOMETRICKÉ DÉLKY) od každého konce jsou středy indukčností, které prodlužují jeho elektrickou délku do rezonance, tj. opět je hodnota jX=0.

Všimněte si, že proti půlvlnnému dipólu je jiný průběh proudu. Hodnotu byste naměřili proudovou sondou a snadno je zjistíte z matematického NEC modelu.
Geometrická délka zkráceného dipólu je 12 metrů.

A zamyslete se nad touto úvahou:

1. Když u zářiče neklesá proud ke koncům tak rychle, nevyzařuje náhodou víc?

3. Dipól zkrácený meandrem na konci

Dipól nemusíme prodlužovat vždy indukčností. Pokud je třeba, můžeme zkusit jeho konce ohnout "do protisměru", tj. konec zářiče uspořádat nějakým vhodným způsobem do meandru. Existuje celá řada různých publikovaných konstrukcí s různými názvy, např. Cobra antenna, Moregain, apod. Není mým cílem zde na těchto stránkách polemizovat o výhodách či nevýhodách takových antén a ani o předpokladech, za jakých lépe či hůře fungují. Zde chci pouze ukázat, že u dlouhého zářiče ponecháme k vyzařování střední část, skrz kterou teče největší proud a na koncích, kde teče menší proud, necháme jeho účinky částečně "rušit" průchodem proudu v protisměru, tedy na konci zářiče máme tzv. linear load realizovanou např. z žebříčku PCV-570-84.
Geometrická délka dipólu zkráceného metodou linear loads je 16m.

Jak to vyzařuje?

Všechny tři uvažované dipóly nám vyzařují téměř stejně. Proč tomu tak je? Ztrátové prvky jsme si nezařadili do míst, kterými protéká největší proud a tyto části zářičů jsme nechali u všech tří dipólů vyzařovat stejně.

Pozn.: V popsaném experimentu se vám možná při určitých druzích měření a při troše štěstí podaří naměřit směrovost v horizontální rovině. Píšu možná, protože 3 dB se skutečně zjišťují obtížně. Pokud najdete ve směrovosti větší odchylky, hledejte příčinu jinde. Pravděpodobně bude v kovových předmětech, stavebních objektech, jiných anténách, stromech a v plotech na vašem pozemku poblíž zářičů. A to píšu o necelých 3 dB v pásmu 40 metrů. V pásmu 80 m byste nebyli schopni při tak nízké výšce naprosto nic.

Jak je to širokopásmové?

Porovnání širokopásmovosti můžeme udělat tak, že každý dipól doladíme štípačkami (nebo výpočtem) tak, aby na stejném kmitočtu bylo jX=0, v tomto případě to bylo na kmitočtu 7 050 kHz. U dipólů vypočteme nebo odměříme průběhy VSWR. Pokud počítáme, nastavíme si SW tak, aby odpovídaly hodnoty R dané konstrukci. V praxi můžeme ověřit transformaci balunem navrženým na jiný transformační poměr než 1:1 nebo jiným druhem transformační vazby, např. pomocí moderních feritových materiálů. O tom však bude další článek, který popisuje vícepásmový přizpůsobený dipól.

Nicméně, nejkratší dipól, tj. dipól zkráceny na 2/3 původní délky má nejmenší šířku pásma a nejmenší impedanci.

Závěry z popsaného experimentu

1. Jde o cvičení, na kterém si můžeme ověřit základní dovednosti z modelování jednoduchých antén v NEC. Můžeme si ověřit, jak nám sedí výpočet geometrickcých délek se skutečnými délkami, jakou chybu dělá náš program a náš model při použití meandrovité struktury zářiče a jak nám sedí výpočet a naměřená hodnota impedance v místě napájení.

2. Můžeme si ověřit, že zkracovat nutně nemusí znamenat ztrátovat, pokud se to dělá rozumně. Myslím, že u dipólu zkráceného z 20 metrů na 12 metrů nebudete schopni zjistit na 40m rozdíly ve vyzařování. Ovšem šířka pásma nám klesá. Vadí nám to však na úzkém segmentu pro JT65?

3. O skutečnosti, že budete těžko hledat rozdíly ve směrovosti a pokud je najdete a budou značné, jsem psal. Příčinu hledejte v okolí antény. Při tak nízké montáži nejsou prostě možné.

4. Setkal jsem se s případem hama, kterému fungoval zkrácený dipól lépe než půlvlnný. To už je opravdu zvláštní jev, ke kterému jsem vystartoval. Senzace se nekonala. Bylo zjištěno, že příčinou byl nevhodný balun, který neprovedl důsledně symetrizaci a napáječ přijímal rušení. Tím se vylepšil poměr S/N. Druhou příčinou byla nesymetrie antény vůči vodičům v zemi a v okolí nad zemí. Bohužel, na nesymetrii byl háklivější delší dipól než ten zkrácený.

Důvody, proč jsem zařadil tento článek na web

Dipól je a dlouho bude oblíbenou anténou, protože jde o anténu jednoduchou. Přestože mě nezajímají antény NVIS a v současné době experimentuji s mnohopásmovými vertikály, musím konstatovat, že jsem dělal mnoho skutečných DX spojení, kde stanice pracovala s dipólem. Vedu si statistiky a zaměřil jsem se jen na stanice s nízko položenými dipóly (např. VK3SIM). Tento důvod je banální. Platný stavební zákon umožňuje v ČR bez stavebního povolení stavět stožáry do h = 16m. Samonosné vlajkové stožáry vhodného provedení, které jsou dostupné, jsou o výšce h = 12 metrů. Vyzařování horizontálních antén je v této výšce známé, bylo mnohokrát popsané a bylo mnoho stanicemi prokázáno, že s takto nízkými anténami dělaly DX spojení. Např. operátora Colina VK3SIM jsem sledoval a monitoroval mnoho dnů. Colin je elektrotechnický inženýr, věnoval se dlouhou dobu SWL. Věřím, že anténu zkonstruoval podle svého nejlepšího vědomí. Použil paralelně zapojené dipóly v konfiguraci INV-V. Vrchol antény má jen ve výšce 8m, vysílá pouze základním výkonem, který mu umožňuje jeho TS-590. A dělá téměř každý den mnoho spojení s evropskými stanicemi. V mém QTH jsem ho dělal s 10 Watty na vertikál GAP a slyšel ho také na portable vertikály Rybakov o výšce jen 6 m. VK3SIM je tedy běžně slyšet téměř denně u protinožců, kteří mají jen průměrné nebo zkrácené antény. Myslím, že se mění pojem QRP. Není to již o tom udělat na kus drátu či NVIS anténu nějaká místní spojení, ale je to o tom dělat spolehlivě a pravidelně s nízkými výkony, dobře navrženými, byť zkrácenými anténami, ale vhodným druhem digitálního provozu DX spojení. A to i v tom bordelu na pásmu, který nám generují různá zařízení digital power line, pochybné spínané zdroje, výkonové regulátory motorů, trakční zařízení nebo provoz našich kolegů, kteří řádí na pásmech různými obsolete módy.

OBSAH všech článků webu - klikněte zde