Feritová anténa

Feritová anténa byla velice rozšířenou anténou v dobách přenosných RX a středovlnného rozhlasového vysílání. Některé přijímače měly na feritové tyči navinuté i krátkovlnné rozsahy. Ani v literatuře a ani na internetu jsem si nevšiml nějakého širšího rozšíření této antény pro vysílání na amatérských pásmech. Lze feritovou anténu takto používat? Má mnohem horší vlastnosti než jiné druhy antén? Právě to jsou cíle mého experimentu.

Úkoly experimentu

Navrhnout a vyzkoušet vzorek jednopásmové (7 MHz) a vícepásmové (80/40/30m) feritové antény. Anténa musí být laděná pouze jedním ladicím prvkem a na svorkách musí mít nominální impedanci 50 Ohmů, aby se dala připojit k TRXu přímo. Vyzkoušet vliv délky feritové tyče na účinnost antény.

Schéma antény

Základní hodnoty a rozměry hlavních částí

1. Ladicí kondenzátor s rozsahem ladění od cca 10 pF do 130 pF. Je složen ze dvou sekcí, které jsou zapojené v sérii.
2. Feritové tyče z materiálu s permeabilitou cca u = 100, průměr tyče 20 mm, délky tyčí 100mm, 200mm a 300mm.

Stanovení indukčnosti rezonančního vinutí

Na kalkulačce nebo v jakémkoliv programu pro výpočet rezonančních obvodů si vypočteme potřebnou velikost indukčnosti tak, aby nám: 1. Indukčnost rezonovala při maximální kapacitě C kondenzátoru nepatrně pod kmitočtem 3.550 kHz. 2. Vypočteme, jakého maximálního kmitočtu dosáhneme, pokud bude kondenzátor C nastaven na minimální kapacitu. V tomto popisovaném případě bych dosáhl s indukčností L = 19 mikroH rezonance na kmitočtu 3.550 kHz při kapacitě asi 106 pF a při kapacitě C= 13 pF bych dosáhl rezonance na 10.12 MHz. Pro obě krajní pásma mám tedy ještě přiměřenou rezervu kapacity v obou směrech. Poznámka: Na obrázcích vpravo je orientační výpočet potřebných kapacit pomocí kalkulačky pro výpočet HF komponentů, která je součástí programu MMANA (v menu ji najdete jako HF components).

Naladění antény na jednotlivých pásmech

Třípásmovou feritovou anténu jsem realizoval na tyči s permeabilitou u = 100, o průměru 20 mm a délce 200 mm. Pokud měla anténa pouze jedno vazební vinutí (a stále stejnou vazbu) a byla laděna jen otáčením kondenzátoru, bylo možné nastavit tyto průběhy VSWR:

Pásmo 30m:

Pásmo 40m:

Pásmo 80m:

Všechna měření jsou provedena v rozsahu plus/minus 500 kHz od nastaveného kmitočtu. Všimněte si, že zatímco na pásmu 30m a 40m snadno docílíte dokonalého přizpůsobení, na pásmu 80m již vazba není optimální. Je těsná, impedance je již nízká. Mému TRXu to nevadí a rovněž to nevadí ani moderním TRXům s automatickým tunerem. Pokud by to však vadilo, doporučuji udělat vazební vinutí dvě a pro pásmo 80m přepínat koaxiální napáječ.

Rovněž si všimněte, že na pásmu 30 metrů je naladění poměrně široké (více než 200 kHz pro VSWR do 2), tak na pásmu 80 metrů je šířka pásma pro VSWR do 2 je cca 25 kHz - viz poslední diagram (vazba není optimální) a při dobře provedené vazbě naladění není širší než 50 kHz.

Lze anténu ladit jen s TRXem?

Pokud máme anténu vyvinutou, vyzkoušenou, vyladíme ji snadno jen s pomocí TRXu. Pro experiment jsem použil sestavu na obrázku, tj. rádio IC-706 MK2 se zdrojem:

 

Postup: 1. Nastavíme si na TRXu pásmo a kmitočet, v jehož okolí chceme poslouchat. Připojíme nastavenou anténu a ladíme kondenzátor C. V okolí nastaveného kmitočtu i v místnosti uslyšíme šum (dost silný hluk)  pásma. S-metr vyleze z nulových hodnot na hodnoty např. S3. 2. Kolem takto naladěného TRXu již budeme slyšet silnější stanice, a to i když máme přístroje s anténou uvnitř budovy. 3. Přesné naladění jsem prováděl pomocí vysílače TRXu. Nastavil jsem výkon cca 20 Wattů, provoz RTTY (nebo FM), aby rádio vysílalo při klíčování PTT tlačítekm a naladil jsem nejlepší VSWR pomocí vestavěného indikátoru TRXu - viz fotka displeje vpravo (VSWR je minimální, kmitočet 7074 kHz, mód RTTY).

Maximální výkon Tady vás možná překvapím. Přestože jsem předpokládal využití takto malé antény pro příjem a provoz jen QRP, neodpustil jsem si do feritové antény pořádně zavysílat a alespoň orientačně si po testu sáhnout na vinutí antény a feritové jádro. Ano, všimli jste si na fotografii správně, že mám odvahu. Sloupcový graf skutečně měří výkon Po ve Wattech, ALC nezasahuje a Icom "jede naplno". Do feritové antény jsem pustil 100 Wattů výkonu v režimu RTTY. Tohle dlouho nesnáší ani malý Icom 706, ale budiž. Zkouška je zkouška. Feritová anténa takový výkon vyzářila :-) Po krátkém RTTY QSO jsem registroval oteplení vinutí, anténa se však během QSO ani nerozladila a PVC izolace vinutí se nepoškodila. Poznámka: Samozřejmě, že jsem anténu pečlivě nastavoval na všech pásmech a sledoval, zda je nastavení přiměřeně mechanicky a teplotně stabilní. Teprve potom jsem do antény pustil výkon z TRXu, nejprve 20 Wattů, potom 30 Wattů, 50 Wattů, nakonec 100 Wattů. Nejdřív na okamžik, ten jsem prodlužoval, sledovat teploty, ověřoval ladění, sledoval VSWR. Teprve, když jsem měl jistotu, že se anténa chová stabilně, teplotu zvyšuje nepatrně, dovolil jsem si realizovat první spojení .... Poznámky, postřehy a konstrukční detaily Fotografie posledního funkčního vzorku antény: Detail vazební smyčky a antény v plastových držácích: Funkční vzorek, který leží na mém pracovním stole jste viděli na fotografiích. Prototyp připravuji. Bude na feritové tyči stejných rozměrů. Rezonanční vinutí bude navinuto Cu lanem Rupalit. Anténa bude mechanicky připevněna pomocí plastových příchytek ke sklolaminátové desce (kuprextit FR4 tl. 1.6 mm bez fólie). A to z toho důvodu, aby bylo možné vazební vinutí, které tvoří jeden jediný závit, zapájet do odpovídajících děr v kuprextitu. Vazba je na mechanické konfiguraci velice citlivá a proto je tuhá fixace nanejvýš důležitá. Prototyp bude vestavěn do malého plastového kufříku, kterých je v globalizovaných obchodech nepřeberné množství. Z kufříku bude vyveden konektor SO-239 pro připojení TRXu a/nebo knoflík kondenzátoru (ruční ladění) a/nebo konektor se třemi dráty pro napájení modelářského serva na dálkové otáčení hřídelí kondenzátoru. Vyzařování a vlastnosti antény Zde musím zklamat. Zatím nemám pro tento druh antény žádný věrohodný matematický model, ani žádné rozsáhlejší výsledky srovnávacích zkoušek. Na modelu NEC však pracuji, výsledky si ale zatím nedovolím publikovat. Při prvních zkouškách na stole a v přízemí patrové budovy jsem slyšel silné italské stanice na SSB, které si hrají na "rozhlasové" vysílání, tedy vysílají určitě se zbytečně vysokými výkony několika stovek Wattů do dipólu a radují se z toho, že obdrží report 59++ od amerických stanic. Ty americké stanice jsem uvnitř budovy neslyšel. Anténu jsem tedy naladil a položil na stoleček v prvním patře na terase. Potom jsem ty americké stanice (16.1.2016 ráno) slyšel také. Proti právě používanému vertikálu však byly asi o 2S slabší. Mezi anténou s tyčí dlouhou 300 mm a 200 mm jsem nezjistil žádného rozdílu. Krátká anténa (100 mm) však měla horší vlastnosti při příjmu (signály v místnosti byly o 1 S slabší) a při zkoušce vysílání vysokým výkonem se mnohem rychleji ohřívala. Z toho usuzuji na mnohem horší účinnost. Při příjmu se chovají takto koncipované feritové antény tak, že pokud jsou nevyladěné, neukazuje S metr žádnou výchylku. Při ladění se začne zvyšovat šum, blížíme-li se k bodu naladění. Z šumu se stává docela silný hluk. Po vyladění mimo signál stanice v mém QTH vyleze S metr na hodnotu S3 až S4. Silné SSB signály, pokud je anténa venku, udělaly dnes výchylku na S-metru až do hodnot S9. V žádném případě jsem neměl na uvedených spodních pásmech zapnutý předzesilovač. Anténa, pokud jsme někde neudělali chybu, tak má zjevnou, ostrou a měřitelnou rezonanci, která je silně slyšet i vidět při příjmu na S-metru. Hlavní a vazební vinutí se chovají jako HF transformátor s transformačním poměrem 1/12. Vazba je taková, že lze takto realizovaným trafem přenést značný HF výkon. To konečně předpokládáme, pokud je koeficient odrazu (VSWR) takový, jako jsme naměřili. Obdobně se chovají i MLA antény, pokud jsou navržené jako účinné a mají správně navrženou vazbu pro přenos výkonu z napáječe do antény. Související články Uvedu zde článek, který se týká konstrukce a postupů dvoupásmové MLA antény. V článku jsou další odkazy, popis stejného ladicího kondenzátoru, atd. Závěr Závěr zatím nedělám. Stanice z jiných kontinentů jsem na pásmu 40 m slyšel i s touto anténou. Spojení PSK31 a JT65/JT9 jsem vyzkoušel a lze je realizovat nikoliv s nepatrným výkonem, čímž lze částečně kompenzovat malou účinnost takto koncipované antény. Proto jsem se rozhodl anténu zapouzdřit do kufříku a vyzkoušet ji na nějaké "portable" akci.