Rotary dipole ok1ufc

O anténách

Kontakt

Rotační dipól ok1ufc

Drátové antény
Vertikální antény
Vertikál pro kempování - modifikovaný Rybakov
Logaritmicko-periodická anténa pro pásma 10m až 20m
Rotační dipól

Úvod

Rotační dipól jsem zkonstruoval poté, co jsem provedl experimentování a zkoušky s drátovou anténou G5RV. Pár informací jsem uveřejnil začátkem minulého roku zde. Nicméně, všechna tři provedení vzbudila zájem a bylo prodáno několik trapovaných dipólů pro pásma 12 a 17 metrů, které posloužily na rozšíření o WARC u osvědčených a dobrých trapovaných tříprvkových, třípásmových směrovek, tzv. tribanderů. Druhou anténou v pořadí (podle úspěšnosti prodeje po uvedení na trh) byl přepínaný dipól pro pásma od 10, 12, 15, 17 a 20 metrů (v provedení MK1), který jsem přestal prodávat ke konci prázdnin. Důvodem byly náměty uživatelů, které jsem se rozhodl akceptovat a vzniklo další provedení (MK2). V tomto článečku představuji nový rotační dipól, který jsem si dovolil označit svojí značkou, tj. rotary dipole ok1ufc. Jeho schéma je zde:

Co je na této anténě zajímavé? Co mi daly náměty uživatelů? Co má anténa společného s předchozím rotačním dipólem, se zásadami konstruování antén, které jsem na tomto webu napsal? Pokud vás to zajímá, čtěte dále.

Geometrická délka (rozpětí dipólu)

Kvůli účinnosti antény na pásmu 14 MHz, větší šířce pásma a přizpůsobení jsem zvětšil geometrickou délku dipólu na 9.1 metru.

Kdo potřebuje s ohledem na své QTH anténu s menším rozpětím, použije pětimetrový rotační dipól MK1, který jsem uvedl do prodeje v květnu 2012. Důvodů pro nově navržené rozpětí však bylo více. Potřeboval jsem anténu, která by měla vyzařování a zisk ve výšce 15 metrů a na všech 5 pásmech od 20 do 10 metrů srovnatelné s půlvlnným dipólem. Potřeboval jsem však anténu, která by měla na všech pásmech vynikající přizpůsobení k charakteristické impedanci napáječe 50 Ohmů (koaxiál), která by měla na všech pásmech stejný typ přizpůsobovacího symetrického L článku se 2 indukčnostmi a jednou kapacitou. Indukčnosti musí být snadno nastavitelné, snadno realizovatelné a kondenzátor nesmí být namáhán vysokým napětím. Při dodržení konkrétních zásad, které se týkají konstrukce antén a které jsem zveřejnil na tomto webu jsou stanovené cíle realizovatelné.

Přizpůsobení antény, šířka pásma

Dipól geometrické délky 9.1 metru je napájený uprostřed krátkým kusem (délka pouze 1.2 metru) žebříčku pro napájení antén typu PCV-570-84. Následuje jednoduchý, pro všechna pásma stejný typ symetrického přizpůsobovacího L článku, který je přepínán pomocí relé. Mezi kabelem a přizpůsobovacím L článkem je balun s transformačním poměrem 1:4.
Výsledkem je, že v každém pásmu je docíleno na jednom kmitočtu přizpůsobení, kde VSWR je 1 a v celém pásmu nepřesáhne hodnoty uvedené v následující tabulce č.1 - sloupec BW, kde je uvedena minimální šířka pásma pro VSWR do 1.5 a VSWR do 2.0:

tabulka č. 1

Uvedené šířky pásma platí pro výšku h=15 metrů a považuji je za vynikající.

Přizpůsobení s tak dobrou šířkou pásma a jedním typem LC článku bylo docíleno uplatněním několika zásad:

1. návrhem vhodné geometrické délky zářiče

2. návrhem rozumných impedancí, které se na L článku transformují. Z tohoto pohledu má kritickou hodnotu indukčnost L článku na pásmu 14 MHz, která je realizována převážně délkou žebříčku typu PCV-570-84 (produkt ok1ufc/airwire s katalog. označením ART-15). Ze stejného důvodu má kritickou hodnotu také kapacita v L článku na pásmu 28 MHz, která má hodnotu pouze 3.3 pF, viz předchozí tabulka. Na ostatních pásmech jsou hodnoty L a C komponentů vyšší a snadno realizovatelné.

3. návrhem dipólu, který je proveden čistě, a to tak, aby střed dipólu v místě napájení nebyl zatížen velkou kapacitou, kterou bychom tak jednoduchým a jednoduše přepínaným LC článkem již nebyli schopni zvládnout. Tato kapacita - viz obrázek nám dělá při ladění potíže:

Proto bylo pro účely konstrukce této a několika dalších zajímavých antén vyvinuto jednoduché, snadno dostupné a dostatečně pevné centrální uchycení děleného prvku, které je patrné z fotografií. Pokud jste se dostali při čtení až sem, podívejte se také na článek "Parazitní kapacity izolátorů".

Každé rameno prvku je upevněno pomocí kompozitního vysokonapěťového a mechanicky vysoce pevného izolátoru. Izolátor má z výroby zalisovanou

matici se závitem M8, M10 nebo větší. Izolátor je k trubce otočného stožáru uchycen rovněž jednoduše - pevným svorníkem, jehož délka se dimenzuje podle průměru stožáru nebo rozměru ráhna u směrovek. Fotografie montáže v jeklu je zde. Jde o dlouho používaný vzorek, určený pro zářiče směrovek a antén moxon. Byl podroben vibračnímu namáhání a mechanickému namáhání na ohyb. Na fotografii je vidět od klíče poškozený pravý izolátor (mnohokrát opakovaná montáž fotografovaného vzorku) a deformovaná stěna jeklu (od zkoušky namáhání 40 mm s touto konstrukcí prvků na ohyb).

Připojení napájecího vedení PCV-570-084 je provedeno pomocí nerezových šroubů M4 (stejně jako u balunů a dalších KV přístrojů od ok1ufc nebo dalších výrobců). Šrouby M4 jsou vidět na rovněž na fotografii prvků.

4. návrhem vhodného transformačního schématu impedancí. Jednoduchým měřením impedance pomocí anténního analyzátoru jsem ověřil, že impedance odpovídají kapacitám centrálního uchycení, tubingu a transformačnímu vedení realizovaného z žebříčku. A ověřil jsem, že jsou tyto impedance shodné s MININEC modelem antény. V tomto okamžiku jsem měl jistotu, že výroba antény bude opakovatelná. A věděl jsem, že anténu bude možné snadno přizpůsobit stejným typem symetrického LC článku na všech pásmech. Toto však není realizovatelné k charakteristické impedanci napáječe 50 Ohmů. Proto je součástí transformačního článku nízkoztrátový balun s transformačním poměrem 1:4. Použil jsem balun se 2 vinutími na odpovídajícím feritovém jádře. Použité jádro je schopné přenést výkon 1 kW (drát o průměru 1.6 mm) i více a balun je vyroben tak, abyste naměřili při jeho zakončení 50 a 200 ohmy VSWR maximálně 1.1 v celém rozsahu kmitočtů od 14 do 30 MHz. Balun plní dvě základní funkce - symetrizuje a transformuje impedance. Princip. schéma (jedno pásmo, bez přepínačů) symetrického přizpůsobovacího a transformačního L článku s balunem je zde:

Hodnoty kapacit a indukčností byly uvedeny pro jednotlivá pásma v předchozí tabulce č.1. Dimenzování cívky včetně přibližného vyvedení odboček pro pásma je uvedeno zde:

tabulka č. 2

Typické průběhy přizpůsobení na jednotlivých pásmech

Průběhy VSWR jsou uvedené v následujících grafech pro jednotlivá pásma:

V každém pásmu jsou typické průběhy složek impedance R a jX podobné. Pro ilustraci je uvádím pro tři pásma zde:

Zisk antény v porovnání s dipólem byl uveden v tabulce č. 1. Na pásmu 14 MHz je zisk horší o max. 0.2 dB, na pásmu 28 MHz je již zisk vůči dipólu vyšší o cca 1.0 dB. Vyzařovací diagram a zisk antény na jednotlivých pásmech odpovídá přibližně půlvlnnému dipólu a diagramy pro výšku h=15 jsou uvedeny zde:

Alternativní řešení antény s podobnými vlastnostmi

Alternativních řešení antény s podobnými vlastnostmi existuje více a uvádím jich několik:

1. Rotační dipól s dálkově řízenou délkou (např. STEPP-IR). Toto provedení nevyžaduje dalšího komentáře.
2. Dvojice trapovaných dipólů, jeden pro pásmo 10-15-20m a druhý pro 12-17m. U tohoto provedení přepínáme koaxiálním přepínačem pouze mezi 2 dipóly.
3. Rotační dipól napájený žebříčkem a přizpůsobený pomocí automatického nebo dálkově ovládaného tuneru. Pokud máme vhodný tuner, nic nám nebrání realizovat toto provedení. Sám jsem toto řešení používal a mám ho rád. Řešení je použitelné i u popisovaného devítimetrového dipólu, který lze běžným automatickým tunerem s balunem snadno přizpůsobit.
4. Pokud potřebujeme pouze dipól na jedno pásmo, pak ho vyrobíme jako půlvlnný a symetrizujeme ho balunem 1:1.

Závěr

Mnoha hamům jsem slíbil odpovědi na některé otázky, které se týkaly této jednoduché, ale účinné antény. I takto jednoduchá anténa nám může dát mnoho, pokud konkrétní zásady, které jsem výše uvedl, dodržíme. Proto jsem se rozhodl uveřejnit některé konkrétní klíčové rozměry antény, přestože tuto anténu vyrábím komerčně a nabízím na trhu. Uvedl jsem délku dipólu vyrobeného z tenkostěnných hliníkových trubek, délku transformačního vedení, hodnoty indukčností a kapacit v přizpůsobovacím LC čtyřpólu i transformační poměr balunu. Toto jsou informace dostatečné pro průměrně zdatného technika, který má čím měřit průběhy impedancí, naučil se modelovat jednoduché antény v libovolném NEC programu a počítat nějakým způsobem přizpůsobení. Jde to ručně, pomocí Smith diagramu, jde to jednoduše v několika NEC a MININEC programech, které se dají najít na internetu a bezplatně stáhnout.

Nesmím zapomenout ani na náměty, názory a připomínky zákazníků, kteří si ode mne rotační dipóly koupili. Shrnu je do následujících skutečností:

1. Velice pozitivně byl hodnocen můj pětimetrový rotační dipól pro pásma od 10 do 20 metrů. Jde o účinnou anténu menších rozměrů, která má nízké ztráty a zisk odpovídající rozměrům. Nevýhodou této antény je mnohem menší šířka pásma, a to zejména v pásmu 20m. Toto pásmo anténa s VSWR lepším než 1.5 neobsáhne a proto se hodí např. pro provoz digimódů. Konstrukční provedení MK1 používalo jinou, lze říci tradiční konstrukci izolátoru v dipóĺovém středu. Byl sice konstruován tak, aby neměl velké parazitní kapacity, ale připevnění zářiče k trubce rotátoru bylo však realizováno poměrně humpoláckým, na trhu dostupným třmenem z pozinkovaného plechu a s mnoha šrouby. Anténu sice bylo možné spolehlivě točit levným TV rotátorem, až tak těžká nebyla, ale hezké mechanické řešení to nebylo. Z tohoto důvodu byl zářič pětimetrového dipólu překonstruován podle provedení devítimetrové MK2. Pětimetrová anténa je již elektricky dost krátká na pásmech 20 a 17 metrů. Nelze ji proto přepínat jednoduchým L článkem stejného typu, jako u antény devítimetrové. Na přání hamů jsem proto zveřejnil i fotografie jednoduché moderní konstrukce centrálního izolátoru dělených, centrálně napájených dipólů. Každý prvek je zakončen izolátorem se šroubem. Také se osvědčila konstrukce, kde je prvek zasouván do pouzdra, které má izolátor s maticí. Konstrukce se osvědčila nejen u dipólů, které jsou připevněné k trubce rotátoru (nebo ke stožárku), ale také u směrovek s ráhnem z jeklu čtvercového přůřezu. Uvádím zde ještě další fotografie tohoto osvědčeného jednoduchého řešení a také fotografie 220 mm pouzder pro prvky o průměru do 20 mm:

Nahoře i dole - připevnění zářiče směrovky moxon.

Na tomto pohledu jsou vidět díry pro nerezové šrouby nebo duté nýty ...

Na tomto pohledu je vidět svorka M4 pro připojení žebříčku PCV-570-84 (nebo balunu u monoband dipólů).

Nahoře, na obou fotografiích jsou 220 mm pouzdra pro zasouvání prvků do průměru 20 mm a maximální délky 5900 mm. Tato pouzdra s izolátory se závitem, se svorkami na připojení žebříčku nebo balunu a s přesně vrtanými otvory (v přípravku) jsou pro konstruktéry antén prodávána samostatně. S několika sjednocenými prvky lze snadno zrealizovat otočné dipóly nebo směrovky.

2. Jak se ukázalo, devítimetrová anténa, pokud je lehká, je pro mnoho hamů rozměrově přijatelná.

3. Devítimetrová anténa je včetně přizpůsobovacího LC článku, balunu a transformačního vedení realizovatelná v průměrně vybavené dílně a její přizpůsobení je mnohem jednodušší než u antény pětimetrové, kde se už potýkáme s nízkými vyzařovacími odpory na spodních pásmech a s vysokými reaktancemi.

Nechtěl jsem, aby tento článek byl pouhou kuchařkou ke kopírování, ale aby byl námětem k získání vlastního poznání, vlastních seriózních zkušeností v oblasti konstrukce, přizpůsobování a vyzařování krátkovlnných antén, zejména k poznání, že i jednoduchý rotační dipól může být anténou vícepásmovou, účinnou, dobře přizpůsobenou a vhodnou pro DX provoz. A také jsem chtěl ukázat, k čemu všemu se hodí a jak lze využívat napájecí žebříček PCV-570-84 ....

Děkujeme za pozornost.

73's Věra & Míra, ok1ufc

Návrat nahoru