Na co si dát pozor při nastavování směrovky

Všeobecně

Pro nastavování směrovky známe několik metod, které nás dovedou k cíli. Nemyslím teď bezhlavé štelování délky prvků, které nás rychle dovede k vynikajícímu VSWR. To není metoda. Tento postup nás přiblíží k parametrům rotačního dipólu. V tomto článku je naším cílem nastavení směrovosti u jednoduché, např. 3 elementové směrovky. V praxi vystačíme za určitých předpokladů s tou nejjednodušší metodou, tj. s nastavováním na nejlepší předozadního poměru.

Vyzařování rezonanční směrovky

Vyzařování správně navržené směrovky budu demonstrovat na tříprvkové anténě yagi. Je to pro tento účel z pedagogického hlediska dobrá volba. U antény yagi je třeba si uvědomit, že je poměrně závislá svými parametry na správném návrhu. To je první skutečnost a prvním předpokladem je, že použijeme anténu, u které známe přesně návrhovou výšku a frekvenční charakteristiku a budeme ji nastavovat na těchto parametrech. A budeme si vědomi toho, že laický či empirický přepočet na jinou frekvenci nám nemusí platit přesně.

Frekvenční charakteristika směrovky

Frekvenční charakteristiku směrovky neuvedu jako hodnotu VSWR a pracovního kmitočtu. Frekvenční charakteristikou rozumím pro naše účely vztah F/B na frekvenci. Nebo přímo grafické zobrazení směrové charakteristiky:

Obrázek nemá smysl dále komentovat. Naše anténa byla navržena pro kmitočet F=14.000 MHz. Na tomto kmitočtu jí musíme přizpůsobit, pokud nebyla navržena na jmenovitou impedanci napáječe. Z obrázku vidíte, že na konci pásma (14.35 MHz) již bude anténa na parametru F/B o cca 10 dB horší. To je typická vlastnost úzkopásmových antén Yagi s vysokým ziskem.

Výšková charakteristika směrovky

Výškovou charakteristikou směrovky budeme opět rozumět její směrovost v závislosti na výšce montáže. Pro náš případ vypadá takto:

Opět vidíte, že naše anténa byla navržena na výšku H=20 m. A také vidíte, že na jiných výškách má činitel zpětného příjmu horší až o 10 dB. Dokonce na vyšší výšce (jen o 5 metrů) montáže vidíte, že je anténa horší také téměř o 10 dB. To je dost, že? Snad mi už věříte, že nastavováním jen na dobré VSWR se dostanete snadno k tomu rotačnímu dipólu?

Předpoklady

Jaké jsou tedy předpoklady pro správné nastavení? Potřebujeme vědět, pro jakou výšku montáže a pro jakou frekvenci byla anténa navržena, a to společně s informací, že pro tento uvedený kmitočet a výšku byla optimalizována na parametr F/B. Pak nám dá takto nastavená anténa vynikající výsledky.

Jaké máme jiné možnosti?

Pokud chceme anténu instalovat v jiné výšce a používat najiném kmitočtu, tj. např. ve výšce o 5m vyšší a na kmitočtu na opačném konci pásma, pak budeme potřebovat model antény v NEC a schopnost udělat si optimalizaci takové antény vlastním způsobem. Pokud změříme u takto optimalizované antény magnitudy proudů ve všech prvcích a nastavíme tyto proudy ve správném poměru, bude nám anténa s vysokou pravděpodobností vyzařovat jako náš NEC model. Je to odvážné tvrzení, že? Ano, je a právě u vysoce ziskových rezonančních antén se NEC model od reality liší. Ale ne až tak podstatně. Není pravdou, že model se liší směrem k lepším hodnotám. Praxí mohu dokázat, že to bývá často v opačném směru. Realizovaná anténa má často lepší parametry.

Lze nastavit naší anténu s ohledem na směrovost jen nastavováním délky prvků a hledáním minima F/B? Ano, lze. Modelovaný diagram antény, kterou jsem nedávno nastavoval a změřený interpolovaný diagram vypadá takto:

V úvodní řeči jsem hovořil o určité neshodě mezi modelem a reálnou anténou. Taková neshoda je vidět i u ziskové tříprvkové antény pro pásmo 20m. Anténa byla nastavována skutečně na nejlepší předozadní poměr. Nikoliv na nejlepší směrovost. Z obou obrázků je vidět, že minimum F/B u skutečné antény je asi o 2 dB lepší. Všimněte si, že tento rozdíl je vidět na ose x v zisku a na opačné straně osy se obě křivky protínají. Bohužel, při nastavování uvedenou metodou nezjistíme, že nám postraní laloky (sidelobes) "utekly" o 10 dB. To je však z grafu měření vidět. Nastavováním pomocí magnitud proudů nám sidelobes neutečou.

Poznámka 1: Nastavovaná anténa nebyla modelem navržena přesně na jmenovitou impedanci napáječe. Neuvádím zde transformační člen, který byl při realizaci použit. To není předmětem dnešního článku.
Poznámka 2: Měření vyzařovacích charakteristik se dočkalo nového statistického zpracování mnoha naměřených dat, automatického vyklíčování změřených dat, která byla znehodnocena QRM a automatického vyhlazení křivky pomocí interpolační metody nejmenších čtverců. Lomené čáry byly nahrazeny mnoha kruhovými oblouky. Změřené diagramy jsou zprůměrované z mnoha měření, byla vyklíčovaná nepravděpodobná měření a čára byla vyhlazena, interpolována a zobrazena v rastru NEC programů. Do stejného grafu lze importovat diagram z NEC programu pro porovnání.
Poznámka 3: Po měření této směrovky ve finálním QTH výsledky neseděly s modelem a ani s měřením v mém QTH. Po pečlivějším prozkoumání diagramu bylo nalezeno více roztříštěných postranních laloků. A v zemi bylo kabelovou hledačkou nalezeno "dost" různých starých kabelových vedení. Nastavováním jen pomocí F/B by se na to nepřišlo.