Konstrukce jednoduchého pětipásmového (10/12/15ú17/20) vertikálu

V minulých létech jsem modeloval, zkoušel, modifikoval a srovnával různé vertikální antény, které se hodí pro digimódy a DX provoz. V následujícím článku popisuji dvě konstrukce jednoduchých antén pro horní pásma.

První anténa je štíhlý vertikální dipól (vysoký přes 8.5 m) montovaný ve výšce jen 30 - 50 cm nad zemí. Druhá anténa je zkrácená kapacitními tyčemi, vysoká jen 5.2 m a konstruovaná k uchycení na balkónové zábradlí v 1. nebo 2. patře domu.

Schéma a rozměry

Vlevo je štíhlý vertikál, vpravo je balkónový vertikál. Na gamma match jsem použil AL trubky o průměru 16 mm. Do osové vzdálenosti 120 mm jsem je dostal pomocí 2ks distančních plastových trubek montovaných pomocí nerezové hadicové stahovací spony. Gamma match tyč se překrývá s částí zářiče, kterou jsem označil jako Z2. Propojení gamma tyčí se zářičem je pomocí Cu jumperů délky cca 180 mm. Výpočtově jsem stanovil o něco větší délku, kdyby bylo třeba ladit. Stejné jumpery vedou k boxu s balunem a ladicím kondenzátorem.

Schéma napájení bočníku

Anténa byla navržena pro napájení koaxiálním kabelem. U štíhlého vertikálu jsou použity dva baluny. Jeden je v plastovém boxu s kondenzátorem uprostřed části zářiče Z2. Koaxiální kabel je protažen dírou do části Z2 a veden trubkou Z2 dolů. Druhý balun (choke) je na koaxiálu a mechanicky připevněn cca k metrovému zabetonovanému stožárku.

U konstrukce balkónové je jen jeden balun. Koaxiál jsem nevedl skrz trubku, ale přímo od plastového boxu. Pro vyladění na všech pásmech stačí jediný kondenzátor - viz červená značka na schématu. Kondenzátor a balun jsem vyvedl na svorky boxu. Svorky jsou propojené s gama tyčemi jumperem. U kondenzátoru je důležitá jeho minimální kapacita, která byla v mém případě asi 7 pF (pásmo 28 MHz). Maximální kapacita byla asi 35 pF (pásmo 14 MHz).

Protože jsem pro první experimenty neměl dodány otočné kondenzátory od OK1TN s malými kapacitami (objednal jsem si pro tyto antény do cca 120 pF), používal jsem zapojení s dalším sériovým kondenzátorem Cs:

Jak anténa vyzařuje?

Protože není okolí zářiče zaneřáděno ve svém okolí dalšími různě rezonujícími vodiči, není ani deformována vyzařovací charakteristika a anténa rovněž neobsahuje dlouhé zářiče, které by nám způsobovaly vyzařování horními laloky. Anténa vyzařuje takto:

Na obrázku jsou všechna pásma, barevné rozlišení je zřejmé z tabulky. Na poslech se anténa jevila jako tichoučká a abych byl upřímný, rozdíly mezi referenčním GAP Titanem a touto anténou bych asi hledal těžko. Stejně tak jsem je nenašel ani proti kratší, ale konstrukčně složitější balkónovce.

Jak je to z přizpůsobením?

Anténa byla poměrně dobře přizpůsobená na všech pásmech. Přizpůsobení lze snadno modelovat a lze také snadno nastavovat. Modelovat se vyplatí v případě, že se nám zadaří vyrobit anténu s jinými hodnotami R. Ty lze většinou doladit jumpery, které propojují zářič Z2 s gamma tyčí bočníku. Proti hodnotám v tabulce by se dal najít i kompromis mezi hodnotami pro pásmo 14 a 18 MHz. Já jsem preferoval nízké VSWR na 20m. Na 17m jsem dosáhl hodnoty lepší, než u modelu, VSWR bylo cca 1.5 ...

Jak anténa funguje?

Anténa má zvolenou výšku tak, aby se maximální hodnota R nacházela někde mezi pásmem 14 a 18 MHz. Směrem k nízkým kmitočtům (14 MHz) nám R klesá pod hodnotu 50 Ohmů. V mém případě bylo na pásmu 18 MHz R vysoké. Jalovou složku lze vyladit kapacitou gamma matche. Příklad vyladění na pásmu 18 MHz je vidět na tomto obrázku. Všimněte si, že jX se nám plazí kolem nulové hodnoty. S jediným kondenzátorem však jX vyladíte na všech amatérských pásmech.

Konstrukční detaily

Štíhlá anténa se montuje na nízký stožár (do 1m) buď pomocí třmenů a izolačních trubek nebo pomocí distančních kompozitních izolátorů. Obě varianty jsou rovnocenné. Používám obě, preferuji tu pravou, protože po vytočení jednoho šroubu lze anténu sklopit třeba při silném větru nebo když potřebuji něco udělat v boxu. To u varianty vlevo nejde tak snadno ...

 

Gamma match je tvořen dvěma tyčemi o průměru 16 mm. Jako distanční izolátorek lze použít plastovou trubku přidělanou pomocí hadicové spony. Distanční izolátorek se snadno vyrobí v potřebné distanční vzdálenosti. Gamma tyč je zajištěna v trubce šroubem. Propojení gamma tyče se zářičem je realizováno jumperem (není na fotografii vidět). Je to jednoduché, osvědčené a používají to i profesionální výrobci antén (GAP).

Ovládání kondenzátorů

U balkónové antény (tu jsem měl jako první) jsem točil knoflíkem na kondenzátoru, než mě to přestalo bavit. Byl jsem rozhodnut udělat reléový dálkově ovládaný přepínač, což je samozřejmě lehce realizovatelné. Padnul jsem však v obchodech i na Internetu  na zajímavá a laciná modelářská serva. Taková serva lze napájet a ovládat pouze třemi tenkými vodiči. Spolehlivě točí i s velkými kondenzátory od Slávka OK1TN. Pro řízení serv lze používat algoritmy, které se snadno realizují na jakémkoliv jednočipovém mikropočítači (včetně oblíbených PICAXE). Až budu mít chvilku, udělám si interfejs s mikropočítačem k PC. Aby mě to nezdržovalo, při experimentech jsem s kondenzátory točil pomocí testeru na modelářská serva. Na fotografii jsou serva, která jsem vyzkoušel a kterým nevadilo blízké elektromagnetické pole antény. V servech se opravdu nevyznám, zkoušel jsem jak analogové, tak digitální servo přibližně stejných rozměrů:

Kolečkem na servotesteru (viz foto) bylo možné naladit anténu na jakémkoliv pásmu. U štíhlého vertikálu jsem zařadil do vodičů serva tlumivky a blokovací kapacity, vodič jsem táhnul podél koaxiálního kabelu a na stožárku jsem protáhl několik závitů skrz NF toroid přibližně v místě, kde byl na koaxu druhý balun.

Závěr

Jde o velice jednoduchou anténu, která má z elektrického hlediska čisté řešení. Anténa dobře vyzařuje, má vysokou účinnost a dobré přizpůsobení na pásmech od 10 m do 20 m. Její nevýhodou je, že vyžaduje variabilní kondenzátor, který se musí přepínat pro jednotlivá pásma nebo ladit. Já jsem zvolil ladění, protože jsem si chtěl vyzkoušet levná serva (kolem 100 Kč) v silném elektromagnetickém poli antény.

Na stejném principu jsem zkonstruoval také zkrácený horizontální dipól, určený pro výšky montáže od 10 metrů. Dipól má jen 6 metrů rozpětí a na koncích má zkracovací kapacitní tyče (jednu na každém konci). Určitě ho také někdy popíšu, až najdu chviličku času.

Soubory ke stažení a související články

Tady si lze stáhnout jednoduché modely antén pro free verzi SW MMANA:

- vertikální štíhlý dipól
- balkónový dipól
- rotační horizontální dipól 

- pozor na stožárky vertikálů
 
Poznámka: Nemám příliš rád podrobné návody. Proto se vyskytují na mých stránkách ojediněle a ani tento článek návodem být neměl. Pouze námětem, jak lze modelovat bočník gamma match, jak lze dělat s hodnotami jeho obvodových prvků a hlavně si na jednoduché anténě osahat chování gamma matche v praxi, tj. že skutečně se jedním prvkem nastavuje dobře reálná hodnota impedance (vzdáleností jumperu) a druhým prvkem jalová složka jX.