Nastavování tribanderu 14-21-28

K napsání tohoto článku jsem se dostal až po několika létech a určitě stojí za zmínku i historie celého konání. Před tím, než jsem si pořídil tribander, provozoval jsem (2007-2008) pětipásmovou anténu DHF6 od firmy ECO antenne Italy, kterou jsem měl instalovanou na trubkovém stožáru ve výšce asi 10 metrů na střeše patrového domu. Směrovka byla velmi dobře přizpůsobená a zrealizoval jsem s ní celou řadu hezkých spojení. Přesto jsem jí tenkrát prodal, protože se mi nehodila k experimentování, které se týkalo optimalizace různých nastavení vícepásmové trapované antény. A rovněž se mi nikdy nepodařilo zjistit, jakým způsobem byla anténa navržena, zda byla optimalizována jinak, než na docílení přijatelného VSWR a jakých parametrů lze při různém nastavení docílit. Pro experimenty jsem anténu nahradil trapovaným tribanderem podobné konstrukce, s délkou ráhna 4200 mm. Dipól pro WARC pásma, který částečně degradoval vlastnosti 5-ti pásmové antény už nepřekážel a k dispozici pro experimenty byla solidní směrovka.

Cíl

Tenkrát jsem měl asi tři cíle:
1. Věnovat se provozu JT-65, který mi umožňoval pracovat se slabými signály a alespoň jinak, než S-metrem měřit signál, tj.měřit S/N po demodulaci za stejných podmínek.
2. Opakovaně realizovat DX spojení dlouhou cestou (long path).
3. Najít způsob, jak rozumně nastavit vlastnosti směrovky, u které nebylo možno měřit vlastní a vzájemné impedance prvků (nebyly dělené a navíc byly vyrobené z profilů s nekonstantním průřezem, zužované).

Všech cílů jsem nakonec dosáhl. DX spojení dlouhou cestou jsem běžně realizoval za následujícího nastavení:

a) Odpoledne jsem téměř každodenně pracoval na azimutu cca 245° a udělal provozem JT-65 mimo závody stovky stanic z Argentiny, Brazílie, Chile a desítky stanic ze všech zemí z jihoamerického kontinentu.
b) Ráno jsem při stejném nastavení (rotátorem jsem nikdy neotáčel) dělal desítky stanic z VK a některé ZL stanice dlouhou cestou. Ranní spojení byla zajímavá, VK a ZL stanice volaly americké stanice. Vždy mě velice rozesmálo, že ti, kteří měli směrovky, tak je začali směrovat na můj lokátor, takže jsem je krátkou cestou neslyšel a v další relaci vrátili nastavení na azimut, kde mě před tím slyšeli a spojení jsme dokončili. Dost často to operátory rozhodilo. Několik VK a ZL stanic pracovalo jen s vertikály a i pro ně to bylo v každém případě zajímavé spojení, byť přišly o ten zážitek, kdy signál nepřicházel z předpokládaného směru. Tady bych skutečně zdůraznil, že spojení long path šla dělat denně a v létech 2010 až 2013 mě to neobyčejně odvádělo od jiné práce a jiných experimentů a nikdy jsem si to tak neužil.

Nastavování na hodnoty magnitud proudů

V té době jsem konstruoval sondy na měření magnitud proudů. Zařízení jsem popsal na tomto webu. Nikdy nebylo dotaženo do takového konce, aby mi umožňovalo měřit fázové úhly, ale magnitudy proudů měří dobře. Rovněž jsem v té době neměl k dispozici RX sondy, abych mohl měřit intenzitu vzdáleného pole pro účely stanovení směrové charakteristiky v H rovině. Také mi nijak nepomohly vlastnosti reverzních beaconů tak, abych obdržel při vysílání s úrovněmi 0 dB, -3 dB a -10dB alespoň trochu odpovídající síly signálů. Tak jsem nakonec zvolil metodu pracného modelování antény v konkrétní výšce a srovnávání magnitud proudů v modelu a na reálné anténě. V pevné víře, že pokud se podobají rozložení proudů v geometricky stejných vodičích, budou si podobné i vyzařovací diagramy. Metodě jsem nakonec zůstal věrný dodnes, pokud nejde na reálné anténě měřit vlastní impedance prvků (při jejich rozpojení) a vzájemné impedance.

Jak vypadají magnitudy proudů u dvou různých nastavení stejné antény - příklad

Na experimentálním tribanderu jsem se vykašlal na pásmo 28 MHz, konstrukce moc změn v nastavení neumožňovala. Experimenty jsem začal na kmitočtu 14.076 MHz. Anténa tam byla krásně přizpůsobená, VSWR = 1 bylo po realizaci montáže, kterou určil výrobce. Na dalších 2 obrázcích uvedu magnitudy proudů, které odpovídají továrnímu nastavení a proudy, které odpovídají nastavení po úpravě:

I z obrázků, které nejsou v přesném měřítku, jsou vidět rozdílné poměry a velikosti magnitud proudů. Obrázek vpravo navíc zobrazuje i vyšší magnitudu proudu v zářiči, která by nasvědčovala nižší impedanci prvku. Z dalších obrázků zjistíte, že tomu tak je.

Nastavování na pásmu 20 metrů

Toto nastavování je jednoduché, pokud chcete optimalizovat F/B antény jen na tomto pásmu. Pokud provádíte optimalizaci na všech pásmech, postupujete v plné sestavě antény od pásma 10m přes pásmo 15 metrů až k pásmu 20 metrů. Já to dělám (každé pásmo) takto:
a) Ztotožním si NEC model v dané výšce s reálnou anténou, a to drobnými geometrickými úpravami délek. Sedět mi musí rezonanční kmitočty trapů (je třeba změřit VNA), jejich jakosti Q (VNA), maxima magnitud proudů a impedance R a jX na svorkách DE.
b) Pohraji si s tubingem (taperingem) trubek, aby mi model seděl geometricky v délkách. Tam, kde nesedí, tak si poznačím měřítka délek na modelu vůči anténě.
c) Pustím numerickou optimalizaci NEC. V prvním kroku vždy tak, že jako kritéria volím maximum G a F/B. Řešení zpravidla konverguje. Teprve z tohoto výchozího stavu optimalizuji např. SWR nebo SWR a jX=0, nikdy ne opačně.

Výsledek nastavování v našem příkladu na pásmu 20 metrů

Ve výšce H=10 metrů by měla mít moje anténa impedanci na svorkách Z = 35 + j0, tomu odpovídá VSWR = 1.42, zisk Ga = 10.68 dB a F/B = 21.92 dB. Tomu odpovídá v diagramu modrá čára. Anténu lze z tohoto bodu samozřejmě optimalizovat na nejlepší VSWR = 1, kdy impedance je Z= 50 Ohmů, zisk klesne o 0.5 dB a F/B se zhorší o více, než 6 dB. Ale to si musíte rozhodnout sami, zda potřebujete mít VSWR = 1 nebo F/B téměř 22 dB :-)

Pro experimenty s DX-ováním dlouhou cestou se mi samozřejmě hodil dobrý F/B a také jsem potřeboval, aby mě nevolaly silné asijské stanice.

Nastavení antény

Popsanou metodou jsem se snažil nastavit dvě pásma. Jak jsem dříve napsal, pásmu 28 MHz jsem se nevěnoval. Jednak tam tribander s ráhnem délky 4.2 metru moc optimalizace neumožňuje a pro experimenty, které jsem dělal nebylo pásmo 10m použitelné. Takže jsem zápolil na pásmu 15 a 20 metrů. Vlastnosti by měly přibližně odpovídat těm modelovaným. U obou pásem jsem šel na impedance kolem 40 Ohmů, tak, aby maximální VSWR bylo do 1.5 (nikoliv 1 ...) a aby na pracovním kmitočtu bylo nejlepší F/B.

Poznámky

Několik čtenářů mi napsalo dotaz ke konstrukci trapů. Tribander popsaných vlastností nevyžaduje použití trapů s extrémně vysokým Q. V průběhu několika minulých let jsem vyzkoušel konstrukci trapů s indukčností vinutou na textitové kostře tlustým měděným vodičem a paralelní kapacitou realizovanou vysokonapěťovým kondenzátorem. Pro výkony trvale do cca  200 Wattů se mi osvědčila známá konstrukce trapů realizovaných z koaxiálních kabelů RG-58. Později jsem začal používat tzv. dvoudrátovou konstrukci trapů (two wire, twin wire). Tyto trapy jsou konstrukčně jednoduché, lehké a mají vyšší jakost Q než trapy z koaxiálních kabelů. Kapacitu trapu tvoří kapacita mezi vinutími a indukčnost trapu tvoří vinutí. Pro experimentální antény jsem je dělal z izolovaného měděného lana.

Schéma trapu

Fotografie jednoho z provedení

Rozměry prototypu trapu stanovuji výpočtem pro použitý průměr trubky trapu (např. 32 mm nebo 40 mm), experimentálně vyzkouším a doladím přesnou délku vodičů (včetně ok M4 na koncích) při těsném vinutí. Orientační počty závitů - viz diagram:

Následně vyrobím podle prototypu přípravek na přesné vrtání 6-ti otvorů (4 konce drátů a 2 svorky M4). Tím mám zajištěnou přesnou délku vinutí a vynikající opakovatelnost vyrobených trapů, která je po navinutí v jednotkách kHz a nemusím ji následně dolaďovat. Na fotografii je příklad trapu laděného na 24.9 MHz pro dvouprvkovou dvoupásmovou anténu yagi a pro rotační dipól pro pásma 12 a 17 metrů.

Takto vyrobené trapy jsou přesně nastavené, jednoduché, velice robustní a s dostatečnou jakostí Q a výrobně opakovatelné.

Kontrola twin wire trapu

Nejednodušší je pro mě měření koeficientu odrazu v měřicím přípravku se zakončovací impedancí. Proti vyzkoušenému etalonu, který použiji v prototypu antény, zkontroluji, zda ve stop bandu je maximum RL  větší než 50 dB a zda odpovídají šířky pásma při hodnotách RL = 30 dB a 10 dB a také, zda odraz nezasahuje do aktivní části pásma. Typická křivka - viz obrázek.

Antény s těmito trapy se mi osvědčilo dělat tak, že část pro pásmo 28 MHz není zkracovaná (plné rozměry yagi), část pro 21 MHz je od konce 28 MHz oddělena trapem laděným na 28.2 MHz, prodloužení mezi druhým trapem je realizováno pouze měděným lankem ovinutým jako 1 závit kolem sklotextitové trubky. Na druhém konci trubky je trap laděný na 21.1 MHz. Část antény pro 14 MHz je realizována trubkou AL o průměru 16 mm. Trapy jsou připevněné k laminátovému střednímu dílu antény pomocí plast. příchytek.

Seriózní výsledky zkoušek takto vyrobených antén uvedu s fotografiemi na jaře 2016.

Závěr

Pravděpodobně jsme přežili další sluneční cyklus a tak se nám zisková anténa na pásmech 15m a 20m může hodit. Já mám trapované tribandery rád, protože to nejsou monstra, ale mechanicky jednoduché antény, které lze nastavit na slušné parametry. Na rozdíl jiných, zdánlivě výkonných antén.