Airwire antény

O anténách

Kontakt

Vertikály

Vertikální antény

Vertikální antény jsou mezi amatéry velice oblíbené a rozšířené. Některé mě nadchly svými výsledky, jiné velice zklamaly. A některé vertikální antény byly přiměřeným kompromisem v daném QTH. A o tom je pár následujících řádek.

Na obrázku je vertikální anténa s off center napájením pro pásmo 20 metrů. Právě probíhá její měření a praktické zkoušky na výsuvném stožárku ve výškách 3.5 až 7 metrů. Tato štíhlá anténa nemusí být kotvena, tenkostěnné trubičky jsou vyztužené na koncích pouzdry. Přestože je zářič vysoký kolem 7 metrů, montáž snadno zvládne jeden člověk během 15 minut. Stačí do sebe zasunout trubky zářiče, provést montáž vertikálu ke stožárku a postupně nainstalovat šest krátkých radiálů. Radiály - přesně kapacitní klobouk spodního ramene dipólu jsou již z výroby propojené obvodovým vodičem s výjimkou radiálu č. 1, na kterém se obvodový vodič propojí až po zasunutí radiálů do pouzder.

Vyzařování vertikální antény - čtěte také druhý článek zde

Přestože je vyzařování vertikální antény dostatečně známé, stále vidím v konstrukcích realizovaných vertikálních antén mnoho chyb a setkávám se s mnoha mýty. Skutečností, kterou si můžete ověřit je vyzařování čtvrtvlnného vertikálu s mnoha radiály. Praktickou zkušenost jsem udělal v pásmu 40 m (když byly podmínky nic moc, chtěl jsem každý den dělat DX spojení a k tomu jsem potřeboval anténu v pásmu 40m) s 26 zakopanými radiály. Fungovalo to a můj vertikál měl v rezonanci asi 36 Ohmů, byl dlouhý 9.6 metru a vyzařoval pod úhlem 26 až 27 stupňů. Mohl jsem z něho mít radost, skutečně to fungovalo, ale na radiálech jsem spotřeboval 300 metrů mědi. Druhý vertikál byl dlouhý 9.8 metru, byl ve výšce 4.5 metru, měl pouze 4 radiály a vyzařoval pod úhlem asi 21 až 22 stupně. Zdálo se mi, že byl nepatrně horší jako ten první a na radiálech spotřeboval pouze něco přes 40 metrů drátu. Bohužel, postupně se z vertikálu stal vertikál vícepásmový a nejmladší dcerka prý již neviděla mezi radiály oblohu. Píši o tom proto, že jak vertikál, tak groundplane (GP) systém, aby správně vyzařoval, potřebuje dobrou zem. Nikoliv jen pár radiálů propletených kolem okolních předmětů. Znamená to tedy, že prakticky zakopáme do země 12 a více radiálů nebo se rozhodneme pro GP a smíříme se s tím, že pro každé pásmo vyrobíme alespoň 4 závěsné body, aby to fungovalo. Seriózní výrobci antén o tom píší a ti druzí vám např. pouze uvedou, s jakým drátem (radiálem) lze anténa vyladit na tom kterém pásmu. Ale raději se už nezmiňují o tom, jak taková anténa vyzařuje. O problematice země a radiálů toho bylo dost publikováno, a to i na Internetu. Vyzařování antény GP nám určují radiály. O tom, jak je to s rozměry, šířkou pásma a účinností vertikálů si přečtěte zde.

Zářič

Vrátím se však k vlastnímu zářiči. Použitelné vyzařovací diagramy mají zářiče dlouhé mezi čtvrtinou až pětiosminou vlnové délky. Čtvrtvlnný zářič vyzařuje s úhlem mezi 20 až 30 stupni a to je pro krátké vlny dobré. Pětiosminový má vyzařovací úhel ještě nižší, ale již vyzařuje energii také druhým lalokem pod vysokým úhlem. Vertikály, které mají větší délku, jsou nepoužitelné, protože se maximum přestěhovalo do vyšších laloků. Upozorňuji zde velice důrazně na tuto skutečnost, protože je důležitá. Vertikál je jednoduchá anténa a my si můžeme definovat velice jednoduchý cíl - vyzářit takovou anténou maximum energie v definovaném elevačním úhlu.

Radiály

Moje vertikální antény fungovaly dobře s následující konstrukcí radiálů:

a) Radiály zakopané asi 30 cm pod trávníkem, bylo jich tam 26. Když jich tam bylo pouze 12, fungovalo to také, ale po odpojení zmizely některé slabší stanice. Odhadoval jsem, že účinnost se znatelně zhoršila. Nicméně, používal jsem anténu i bez radiálů a také jsem udělal hezká spojení....

b) Konstrukce typu groundplane (GP) mi vyhovovaly, pokud jsem používal alespoň 4 radiály. Byl jsem nadšený a zrealizoval jsem několik antén. A vyzkoušel dvě antény od ECO antenne Italy. Byl jsem nadšený, když jsem měl vertikály na nízkém stožárku, kdy vlastní vertikál byl ve výšce asi 4,5 až 5 metrů. Sice u vícepásmových vertikálů už dcera neviděla oblohu a zahrada byla samý stožárek. A byl jsem zklamaný, když jsem tyto antény zrealizoval na střeše patrového domu. Na té střeše byly různé předměty, jako např. dva další stožárky, jeden s krátkými VHF a UHF směrovkami, druhý sloužil k zavěšování drátových antén. A vertikály nechodily. Nikdy jsem neměl hanebnější vyzařovací diagramy vertikálních antén a z žádné antény jsem nebyl tolik zklamán. Nicméně, od té doby jsem nikdy nikomu nedoporučil, nenavrhl a neprodal vertikální anténu, která by neměla definovaný systém radiálů nebo prostor kolem sebe a byla napájená "off center". Pozn.: podobný princip se využívá u Windom Antén a OCD dipólů.

c) Když už se nedalo nic dělat a prostor k dispozici nebyl, navrhl a zkonstruoval jsem pro tyto účely "off center" napájené vertikály. Fungovaly mi konstrukce s umělou zemí, která využívala poměrně krátkých radiálů, ale s obvodovým vodičem. Podobné konstrukce se rovněž využívá u kapacitních klobouků. Antény měly slušné výsledky, i když byly tyto "radiály" zkrácené na délky např. 1 metr v pásmu 20m. Rozměr však hraje důležitou roli při návrhu rezonančních rozměrů antény a budu o tom psát ještě v další kapitole.

Zmíním se ještě o plážové vertikální anténě Rybakov. Používám ji bez radiálů z pláží a kempů. Podrobnosti a fotky jsou tady.

Trapy

Aby zářič vyzařoval pod správným úhlem, musí mít správnou délku. O tom jsem již psal a velice jsem to zdůraznil. Při experimentech a v průběhu modelování vertikálních antén jsem si uvědomil velice důležitou skutečnost. Jedna sada nebo jedno provedení radiálů je použitelné pro více pásem, např. pro WARC 30m, 17m, 12m. V eshopu máme a tady popisuji anténu, jejíž poloměr umělé země je asi 1.4 metru, tato zem je využita na všech pásmech, anténa je přizpůsobená 50 Ohmovému napáječi, který pracuje s postupnou vlnou, vyzařovací úhly a účinnost jsou správné. Jak jsem toho docílil? Ověřením třech řešení:

a) Výměnnými zářiči, kde každý byl naladěn tak, aby v požadovaném pásmu byla jX=0 (rezonance). Průběh SWR však nebyl ideální. Anténa měla v pásmu 30 m již poměrně vysokou impedanci (asi 80 Ohmů) a v pásmu 12m zase nízkou impedanci (asi 25 Ohmů). SWR sice bylo nižší než 2, ale nic moc. To tak s jednou rezonanční zemí (tj. jednou délkou radiálů při off cenetr napájení) prostě je a nic s tím nenaděláme. Vysílat se na to však dá, doladit na konci koaxiálu to také jde (fuj).

b) Výsuvným zářičem. Výsledek byl podobný předchozímu. Po doladění do rezonance byla opět reálná složka taková, jako byla. A složitá konstrukce vysouvače a nutnost dalšího kabelu mě opravdu nenadchla.

c) Zkrácením zářiče pomocí trapů. Mnoho radioamatérů trapy nemá rádo a všeobecně panuje názor, že trapy jsou hodně ztrátová věc. Nevím, kde takový názor vznikl, ale myslím si, že pochází od amatérů, kteří si s trapovanou anténou prostě nedokázali poradit. Že je anténa s trapy horší než anténa bez trapů, to je skutečně nesmysl, jeden z nejrozšířenějších mýtů mezi radioamatéry.

S trapy však lze dělat na vertikální anténě celou řadu užitečných věcí. Nejen, že lze oddělit jednotlivé úseky antény tak, aby měly správnou délku s ohledem na vyzařování, ale pracovat i s parametrem, kterému se říká jakost Q. U zmíněného 3 pásmového vertikálu jsem segment pro pásmo 24 MHz oddělil trapem, který měl jakost Q pouze 20. U jiné antény jsem pracoval s Q = 12. K čemu v anténě došlo? Trochu energie jsem paralelním ekvivalentním rezistorem pustil do dalších segmentů. Výsledkem bylo, že se vyzařovací diagram příliš nezměnil, ale anténa již neměla vlnový odpor 25 Ohmů, ale kolem 50 Ohmů. Další segment měl Q kolem 100 Ohmů a výsledkem byla anténa s off center napájením a kratičkými radiály pro tři pásma, se správným vyzařováním a s dobrým přizpůsobením.

Dovolím si shrnout, jakých výsledků lze s touto konstrukcí dokázat:

a) Snadno lze zkonstruovat štíhlou anténu (off center napájení) pro jedno pásmo. Taková anténa vás překvapí svými výsledky, dobrým přizpůsobením, správným vyzařováním. Takové antény vyrábějí rovněž renomované firmy, jako např. Hy-Gain. Osobně je mohu doporučit.

b) Lze zkonstruovat dobrou anténu s trapy pro 3 až 4 pásma a s jednou sadou radiálů a off center napájení s krátkými radiály. Konstrukce této antény byla mým cílem, když jsem se pustil do vývoje. Taková anténa má vynikající, téměř srovnatelné výsledky, jako monoband vertikály. Více pásem znamená více kompromisů, ale renomované firmy vyrábějí takové antény až pro 8 či 9 pásem.

Návrh a nastavení vícepásmové vertikální antény však není jednoduchý. Proto jsem upustil od toho, abych takovou anténu zařadil do e-shopu jako sériový výrobek. Vyrábím je pouze na zakázku a s ohledem na podmínky montáže. Aby taková anténa správně fungovala, požaduji podrobný popis a fotografie prostoru pro instalaci. Sada radiálů je vždy navržena s ohledem na okolí, okolní předměty (stromy, budovy, střechy, nadzemní vedení a další antény), použitý stožár a výšku instalace. Jen tak mohu dát záruku za vyzařování a přizpůsobení. Vždy jsou k anténě individuálně navržené trapy, pokud je vícepásmová, jejich jakost Q a nepatrné množství nastavovacích prvků, kterými lze již v QTH anténu snadno doladit. Obvykle týden před dodávkou vyzvu k převzetí takto vyrobené a nastavené antény v mém QTH, pokud má o toto zákazník zájem. Po vyzkoušení je anténa rozebrána a připravena k transportu.

Předchozí odstavec jsem psal před týdnem. A po diskuzi se zákazníky jsem změnil názor. Do e-shopu jsem zařadil základní sadu univerzálních dílů, ze kterých si můžete postavit vertikální anténu podle svého uvážení. Základ tvoří robustní držák zářiče vertikálu s izolátorem (pata vertikálu). Na hliníkovém těle (silnostěnná hliníková trubka) jsou oka na zavěšení radiálů, nerezové svorky na propojení radiálů a třmeny k montáži na stožárek nebo patku. Zářič se montuje na osazenou trubku izolátoru. Pomocí tohoto dílu lze realizovat vertikální antény s radiály zakopanými v zemi, a to od pásma 40 metrů výše, zkrácený vertikál s lineárním napájením pro pásmo 80 metrů, antény typu groundplane (GP) jednopásmové nebo vícepásmové (trapované vertikály). Pomocí tohoto držáku lze rovněž realizovat vertikální antény systému "off center vertikal", kde se využívá zkrácené dolní části dipólu pomocí krátkých radiálů. Z tohoto důvodu je držák od montážního stožárku izolován kompozitními izolátory (na jednom z obrázků je detail).

Izolátor vertikálu GP na začátku montáže, zářič není nasazený, 4 radiály nejsou rozvinuté:

Dole je detail izolátoru pro systémy "off center vertical dipole"

Jiný pohled na držák zářiče vertikálu

GP vertikál po montáži zářiče, radiály dosud nerozvinuty, celá montáž trvala asi 15 minut

Při návrhu antény v tomto systému se zákazník rozhodne, jakou anténu bude stavět a podle svého rozhodnutí si stanoví rozsah objednávky. V e-shopu jsou mimo uvedený držák nabízeny zářiče a sady 4 radiálů pro jednopásmové GP vertikály (pásma 40, 30, 20, 17, 15, 12, 10 metrů), zářiče pro vícepásmové vertikály (40, 20, 15, 10 metrů), pro WARC pásma (30, 17 a 12 metrů) nebo 40, 30, 17, 12 metrů. Zářiče jsou vyrobené z tenkostěnných trubek, které mají přesně obrobená pouzdra, lze je do sebe lehce zasunout a rychle namontovat.

Na obrázcích vidíte detaily antén, které jsem vyrobil na zakázku, jejich vyzařovací diagramy a přizpůsobení.

Off cenetr vertikál na zahradním stolečku při měření

Konstrukčně jsou vertikály vyrobené z tenkostěnných hliníkových trubek. Konce trubek jsou zesílené. Pokud se ladění provádí zasouváním trubek, je v trubce vystružené pouzdro. Na obrázku je pouzdro o tloušťce stěny 2mm částečně zasunuté do tenkostěnné trubky.

Na dalším obrázku je detail izolátoru. V plastovém boxu je konektor, případně balun, pokud ho konstrukce antény vyžaduje (např. vertikál Rybakov).

Dobře navržený čtvrtvlnný vertikál typu groudplane se 4 radiály. Vyzařovací úhel je asi 21°, má tedy správné vyzařování a anténa je dobře přizpůsobená.

Blbě navržený vertikál s impedancí 150 Ohmů. Zářič je již dlouhý, vyzařovací úhel je 48°, sice anténa vyzařuje také lalokem v elevaci 15°, prakticky nic moc ....

Dobře navržený GP. Systém radiálů je vodorovný, proto má anténa impedanci 25 Ohmů, lalok má vyzařovací úhel asi 20°.

Vyzařovací charakteristiky trapovaného vertikálu s rezonanční zemí na všech 3 pásmech.

Průběhy SWR u trapovaného vertikálu s rezonanční zemí na všech 3 pásmech. Za pozornost stojí velice ploché průběhy charakteristik.

73's Věra & Míra, ok1ufc

Návrat nahoru