Rybakov 2. část

O anténách

Kontakt

Vertikál Rybakov z jiného pohledu

Všeobecně

Vertikál Rybakov se stal oblíbenou anténou a rozšířil se více než jsem si myslel. Když jsem se zabýval touto anténou, tak jsem v průběhu roku vyvinul asi tři modifikace, které mají téměř stejné parametry a stejné charakteristiky vyzařování. Postupně, tak, jak jsem o této anténě komunikoval s HAMy, tak jsem odpovídal na celou řadu dotazů, rozšířil jsem původní článek o této anténě - je zde, o část, která pojednává o impedancích na svorkách a vlastně jsem prozradil, jak je navržena transformace.

Protože jsem se účastnil více diskuzí a individuálně odpovídal na více dotazů kolem této antény, shrnul jsem odpovědi i s názornými tabulkami v tomto článku.

Co to je anténa Rybakov?

Anténa Rybakov je jednoduchý vertikální zářič, realizovaný buď trubkovým nebo drátěným svislým zářičem délky od cca 6 metrů do 7.5 metrů. Zářič může být rovněž navinut na laminátový nebo kompozitní teleskop. Tento zářič byl dle původní konstrukce autora připojen ke koaxiálnímu kabelu přes balun se 2 vinutími a s transformačním poměrem 1:4. Zemní systém antény Rybakov tvoří zpravidla jednoduché uzemnění, tj. kolík nebo zemní vrut. Jde tedy o velice jednoduchou anténu s nepříliš vysokou účinností.

Jaké má zářič antény o délce 6.4 metru impedance v místě napájení?

Zářič není vybaven žádným trapem a ani se nejedná o více paralelně zapojených a geometricky dostatečně vzdálených zářičů. Proto na zářiči naměříme jeho čtvrtvlnnou rezonanci, kde jalová složka impedance je nulová, směrem k nižším kmitočtům bude jX záporná a k vyšším kmitočtům kladná. Pokud má zemní odpor hodnotu cca 15 Ohmů, pak mohou být hodnoty R a jX jako v této tabulce:

Všimněte si, že rezonance bude někde mezi pásmem 20 a 30 metrů. Všimněte si, že reálné hodnoty R jsou, jak lze předpokládat, dané délkou zářiče, tam, kde se rezonance přibližuje čtvrtvlnné rezonanci, jsou hodnoty R nízké, tam, kde půlvlnné rezonanci, jsou řádově několik stovek ohmů. Všimněte si také, že VSWR by při přímém napájení koaxiálním kabelem o vlnové impedanci 50 Ohmů bylo mezi hodnotami od 3 do 50!

Jakou bychom naměřili impedanci v mizerné zemi, kde zemní odpor by měl hodnotu cca 200 Ohmů?

Anténa Rybakov v takto mizerné zemi (tomu neodpovídá již ani vlhká půda a vůbec ne mokrá pláž) má reálnou složku impedancí v řádu stovek ohmů na všech pásmech. Proto původně autor pro tuto anténu použil přizpůsobení jednoduchým balunem 1:4. Vidíte, že hodnoty VSWR na některých pásmech menší než 1:2. Pozor na to. Setkal jsem se s mýtem, kde toto přizpůsobení bylo vydáváno za dobrou zkušenost. Je třeba si uvědomit, že nám tento ztrátový odpor podstatně snižuje účinnost - prosím, přečtěte si úvodní článek, odstavec 1. účinnost, kde je napsáno:

n (éta) = Rv / (Rv + Rz), v této rovnici je Rv tzv. vyzařovací odpor antény a Rz je součet všech ztrátových odporů antény.

Příklad: čtvrtvlnný vertikál bez radiálů je instalován na uzemňovací tyč. Po montáži naměříme reálnou složku impedance 52 Ohmů. Víme, že čtvrtvlnný vertikál má vyzařovací odpor asi 37 Ohmů. Jakou lze předpokládat účinnost takové antény?
n (éta) = 37 / (37 + 15) = 0.71
Vidíme, že se na ztrátovém odporu takové antény ztratí jen asi 30 % elektrické energie, která se nevyzáří, ale přemění v teplo na ztrátových odporech. Já tady tvrdím, že to není až tak špatná účinnost antény, přestože by mohla být lepší, hi. Pokud by ztrátové odpory země byly vyšší, např. 80 Ohmů, pak by účinnost této antény byla jen asi 38 %.

Pro námi uvažovaných Rzem= 200 Ohmů je účinnost čtvrtvlnného zářiče jen 15.6 %!!! Kratšího zařiče, který nemá vyzařovací odpor 37 Ohmů, ale např. jen 20 Ohmů je pak účinnost jenom 9%!!! Proto pozor na další z mýtů, který je o tom, že když máme skvělé hodnoty VSWR, že nám vertikál funguje skvěle. Pravda je o tom, že ho snadno přizpůsobíme, ale pracuje s velice mizernou účinností.

Pomůžeme si s delším zářičem?

Vertikál Rybakov můžeme samozřejmě modifikovat. Pokud prodloužíme jeho zářič tak, aby rezonoval na nějakém amatérském pásmu, pak přichází v úvahu pásmo 30 metrů. Pokud takto anténu naladíme, pak musíme oželet dvě horní pásma, zářič již je dlouhý a vyzařuje pod vysokým úhlem do nebe. Impedance a přizpůsobení jsou zde:

Vidíte, že hodnoty VSWR se nám nepatrně vylepšily.

V čem spočívá modifikace podle ok1ufc?

Rybakov modifikovaný podle ok1ufc využívá těchto principů:
- není rezonanční na žádném amatérském pásmu a jeho délka je o něco větší než 6 metrů
- jako uzemnění používá vodivého kovového vrutu, se kterým lze ve vlhké zemi (nebo na pláži) dosáhnout Rzem = 15 Ohmů
- pro vylepšení impedančního přizpůsobení využívá balunu, indukčnosti a mírného tlumení tím, že je použitý vybraný šestimetrový kompozitní stožárek.

Zde musím napsat, aby nikdo neočekával při Rzem = 15 Ohmů průběhy VSWR kolem 1:1.5, o tom byly předchozí odstavce. Délka vertikálu, balun, indukčnost a předpokládaná hodnota Rzem byly voleny tak, aby se VSWR pohybovalo cca od 3 do 10 - viz Smithův diagram:

V diagramu jsou zakresleny kružnice (kolem středu), které odpovídají VSWR=3, VSWR=5 a VSWR = 10, abyste se vyznali, které body odpovídají kterému pásmu, pak je zde ještě popsaný diagram:

Modifikace spočívá v tom, aby při nízkých hodnotách Rzem, kde lze ještě Rybakov s ohledem na jeho účinnost použít, byly body impedancí v jednotlivých pásmech rovnoměrně rozprostřeny kolem středu. Při takové transformaci nám nikde neuteče VSWR nad hodnotu 10, ale samozřejmě nás to také nikde neoslní hodnotami VSWR menšími než 2, tedy kromě případu, kdy bychom tuto anténu instalovali na poušti nebo na skále. Ale tam by nefungovala kvůli účinnosti.

Jak to řeší další výrobci?

Tak, jak jsem předpokládal. Našel jsem jenom jediného profesionálního výrobce, který dělá podobnou anténu a garantuje u ní vyrovnaný průběh VSWR. Je skutečně tento výrobce geniální nebo se mu pouze nechce popularizovat problematiku a vysvětlovat, proč se musí použít anténní tuner? Nejmenovaný výrobce vyrábí anténu s označením BB-6. V poměrně velkém a dobře zapouzdřeném anténním transformátoru najdeme skutečně maličký transformátor na toroidním jádře a paralelně zapojené odpory! Anténa je hezky přizpůsobená. A má ztráty. Uvedu konkrétní tabulky:

Všimněte si, že VSWR je na každém pásmu lepší než 2. Vidíte, že nejmenovaná firma disponuje nejenom profesionálními techniky, kteří splnili zadání a dali světu anténu s dobrým VSWR, ale disponuje i profesionálními obchodníky, kteří vědí, že na rozdíly v zisku a účinnosti možná zákazník ani nepřijde. Proto uvedu tabulku, která srovnává obě antény:

Tak co? Přišli byste na to, že anténa má až o 10 dB horší zisk? Na vyzařovacích diagramech, dle kterých posuzujeme směrovost by to vypadalo takto:

Uvedený diagram platí pro pásmo 15 metrů. Vidíte, že se vyzařovací úhel nezměnil. Jen zisk Ga je o více než 10 dB horší. Všimněte si, jak paralelní ohmické odpory (v BB6 jsou velké, výkonové, na keramickém tělísku) tlumí reálnou a jalovou složku impedance. Anténa sice moc nevyzařuje, ale lze přizpůsobit. Vzpomněl jsem na jednoho hama, který pronesl moudrou větu o tom, že nejlepší průběh VSWR máme u umělé zátěže. Tenkrát jsem se zlobil, že tuto větu publikoval, ale časem jsem mu musel dát za pravdu, jak moudrá slova to byla.

Napájení koaxiálním kabelem se stojatými vlnami ...

Namítnete, že koaxiální kabel má velké ztráty, pokud pracuje se stojatými vlnami. To je pravda. Proto je také vertikál modifikovaný Rybakov určen pro použití na plážích a při kempování. Tedy pro případy, že koaxiální kabel RG58 nebude delší než 10 metrů. Na Internetu najdete několik užitečných programů, se kterými si můžete spočítat ztráty napájecího vedení, pokud není na konci zatížen pouze reálným odporem R, který se shoduje s vlnovou impedancí kabelu. Pro modifikovaný Rybakov uvádím tyto ztráty a také max. hodnoty VSWR v násl. tabulce:

Opět závěr?

Pánové HAMové, Rybák je jednoduchá anténa a těžký kompromis. Přesto má vlastnosti, kvůli kterým ji lze za určitých podmínek používat na pásmech od 40 metrů do 10 metrů a udělat s ní DX mezikontinentální spojení. Buďte však opatrní, pokud naměříte až překvapivě dobré hodnoty VSWR. Tedy v případě, že jste si nekoupili BB6. Dobré hodnoty VSWR mohou být příznakem vysoké hodnoty odporu uzemnění tedy vysokých ztrát. Nebo jste si Rybáka vylepšili laděnými radiály ...

Praktický experiment s Rybákem

Chování víceprvkové vertikální antény na této anténě ověřit poměrně snadno na více pásmech od 20m do 10m. Informace o principu, jak to funguje, jsou zde.

Jako příklad uvádím experiment na 20 metrech.

Potřebujeme prut dlouhý 7m, tenká měděná lanka, několik izolátorků a otočný kondenzátor. Ověření provedeme v pásmu 20 metrů. Zavrtáme do země vrut, který vylepšíme asi 3 radiály o délce kolem 3.4 metru tak, aby jeden radiál směřoval do požadovaného směru (např. VK) a zbývající dva byly na něho kolmé. Na laminátovém prutu je drátový zářič délky necelých 6m. Reflektor zhotovíme z tenkého Cu lanka (asi 10.6 m) a natáhneme ho v místě proti směru záření. Schéma je na obrázku a provozuje se to bez původního balunu. U paty teleskopu mi leželo asi 5 závitů koaxiálu RG58 na zemi, aby se mu nechtělo zářit a koaxiál odcházel k TRXu pod vodorovnou částí reflektoru:

na půdorysu to vypadá nějak takhle:

Radiály ležely na zemi. Vodorovná část reflektoru byla asi 0.5 metru nad zemí. Vyzařovat by to mohlo takhle nějak, spíš o něco hůř.

Lze si s tím pohrát a doladit to kondenzátorem (v sérii se zářičem) na hezké VSWR. Připravuji si nějaké hračky na dovolenou. Když jsem to zkoušel s Icomem IC-706 a asi se 30 Watty výkonu, tak jsem s tím dělal ráno např. VK7XX a report -05 mě překvapil. Asi to funguje, nikdy jsem to nijak neměřil, ale na dovolenou to beru, pásmo 20 metrů na tom funguje a je vděčné....