Všeobecně

Ke konci roku jsem vedl mnoho diskuzí, které pravděpodobně vyvolaly moje články o vertikálech na Internetu. A zjistil jsem, že pro mnoho hamů je vertikální anténa jediným řešením pro DX provoz. Existuje vůbec rozumná, nepříliš rozměrná anténa pro horních 5 pásem? Ano, lze najít řešení, ale nemusí být jednoduché. Pro horních pět pásem lze vertikální anténu řešit pomocí schématu pěti paralelně zapojených vertikálních zářičů. Problém je ve vyzařovacím úhlu. Ten se nám na nejvyšším pásmu již neúnosně zvyšuje a právě o tom byl tento článek. Další nebezpečí hrozí, pokud nemůžeme mít čtvrtvlnnou vertikální anténu na zemi a musíme použít GP uspořádání. V dalších článcích o vertikálech jsem psal o nebezpečí, které nám může znemožnit využití takové antény pro DX provoz. Toto nebezpečí spočívá v tom, že se nám zpravidla nepodaří docílit ideální geometrické polohy radiálů. Proto zde uvádím pro ilustraci pár diagramů, aby bylo zřejmé, k čemu na anténě GP dojde a proč je pak DX provoz s takovou anténou náhodným procesem, či spíš sporadický.

Schéma ideální antény ground plane vypadá takto

Pro pásmo 20 metrů je zářič o něco kratší, než radiály. To je dané tím, že je vyroben obvykle ze silné trubky, ale radiály jsou z drátu. Sklonem radiálů je definována impedance v místě napájení. Sklon volíme tak, aby R=50 Ohm. V tomto případě GP vyzařuje nějak takto:

Co k tomu dodat? Parádička, anténa je všesměrová (rozdíl F/B je nepatrně větší než desetina dB), skvěle přizpůsobená (Z=48.375+j0.14) a s nízkým vyzařovacím úhlem. Dodám k tomu jedinou, ale důležitou větu. Tak hezký diagram nám dělají právě ty dokonalé radiály.

Když radiály nejsou v dokonalém geometrickém tvaru

Tak to obvykle prakticky poznáme tak, že slyšíme málo DX stanic a nedovoláváme se. Zato nám chodí dobře evropské stanice. Co se na anténě děje? Uvedu pár příkladů:
1. s jedním jediným radiálem jsme pohnuli o nějaké ty decimetry a vyzařuje to takto:

2. Jeden radiál jsme nemohli natáhnout a pod zbývajícími je strom:

3. Natáhli jsme jen jeden radiál:

Všimněte si, co se s GP anténou ve všech případech stalo - začalo to zářit nahoru, nad hlavu a ve vodorovné rovině to dávno nemá všesměrový diagram. Všimněte si ještě jednoho detailu - vyzařovací úhel se zhoršil o 5°. Vzpomněl jsem na několik expedicí, které používaly vertikál. Diagram se snažili vylepšit alespoň jedním radiálem. Je všeobecně známá věc, že to v jednom směru vyzařuje lépe. Ale pozor, mění se nám také vyzařovací úhel. Paradoxem je, že na poslech slyšíme z takového směru stanice o ty 3 až 6 dB lépe, než zezadu, ale často nám zmizí nejslabší DX, které prostě nikdy neuděláme. A není to jen špatnými podmínkami, hi.

Namítnete, že tady uvádím mnoho "moudrých" rad (to tady nebylo mým úmyslem), ale co s tím? Nešlo by to bez radiálů? Šlo. Mojí nejjednodušší zkonstruovanou anténou byl vertikál Modifikovaný Rybakov. Nemá nejlepší účinnost, ani nejlepší vyzařovací úhel. Ale stal se nejprodávanější a oblíbenou anténou, protože vyzařuje tam, kam má. Jenže tohle je hloupá rada pro ty, kteří musí mít anténu na střeše garáže nebo na nějakém stožárku tak, aby byla nad hlavou. Existuje však řešení. To řešení zde představím. A těm, vůči kterým mám dluh slibuji, že v případě zájmu bude tato anténa bude co nejdříve vyráběná v limitované sérii.

Vertikální anténa bez radiálů pro pásma 10m, 12m, 15m, 17m a 20m

A zase budu otravovat s několika větami a druhým úvodem. Jaké jsou cíle? Postavit pro uvedená pásma vertikální anténu, jejíž vlastnosti nebudou dané především radiály. Anténa bude napájená koaxiálním kabelem s impedancí 50 Ohmů a musí být přizpůsobená tak, aby nebyl potřebný tuner. Maximální výška antény musí být 7 metrů a anténa musí jít montovat na stožárky vysoké od 2 metrů do 7 metrů. Musím zde upozornit na jednu skutečnost - níže popsaná anténa funguje dobře v uvedených výškách, ale ve výškách kolem 10 metrů je již nepoužitelná. Hodí se k montáži na stožár na zahradě, na garáži, na nepříliš vysokém domku, ale nikoliv výš.

Pro konstrukci jsem zvolil půlvlnnou vertikální anténu. Nemá radiály. Anténa je napájená mimo střed. Místo radiálů má na spodním rameni dipólu kapacitní klobouk. Horní ramena jsou trubková, paralelně zapojená. Jsem si vědom, že to je kompromisní anténa pro nešťastníky, co si nemohou dovolit anténu lepší. Ale podívejte se, jak taková anténa vyzařuje, jak je přizpůsobená. Schéma vertikální antény vypadá takto. Tam, co je červený kroužek je napájení - obrázek vlevo. Na obrázku vpravo jsou znázorněné proudy při napájení na kmitočtu 28.12 MHz. Obrázek jsem uvedl proto, abyste viděli, že i když ladíte jedno rameno, září všechna ramena. A z mého povídání o vertikálech již víte, že vertikál, který je delší než 5/8 lambda, začne zářit do nebe. A stejný jev se projevuje také u paralelně zapojených čtvrtvlnných vertikálů, kde si to ještě můžeme "vylepšit" radiály.

Anténu podle předchozího schématu lze realizovat. Po matematické optimalizaci jsem vyzkoušel prototyp. Jaké lze očekávat výsledky? Uvedu vyzařovací diagramy pro pásma od 20m do 10m:

Diagram ve vodorovné rovině jsem uvedl jen u 20m pásma. U všech pásem je stejný a F/B není horší než 0.15 dB. Všimněte si vyzařovacích úhlů ve vertikální rovině. Na pásmu 20 metrů je 17° ve výšce 4.3 metru nad zemí (výška při testu). Srovnejte s GP, ten měl 18° v h=5 m. Srovnejte zisk GP a tohoto dipólu - odchylky jsou nevýznamné, GP: Ga=0.43 dBi, tato anténa: Ga= 0.6 dBi. Srovnejte rozměry: zářič GP byl dlouhý asi 5.15 m, tato anténa byla dlouhá asi 6.5 metru (od kapacitního klobouku po vrchol). GP měl radiály dlouhé asi 5.18 metru a šly šikmo dolů o více než 2 metry....

Řekli byste - ideální řešení. Není to pravda. Pouze jsem si při optimalizaci pohrál s rozměry, aby nebyly větší než u GP, s účinností, aby byla srovnatelná. Pokud jste četli tento můj článek, je vám jasné, že jsem musel něco dělat s šířkou pásma. A to jsem dělal. Volil vhodně místo napájení, paralelní řazení zářičů a jejich vzdálenosti. A to tak, aby nejhorší VSWR (je v pásmu 20m) bylo cca VSWR = 1.5 Průběhy VSWR na všech pásmech uvádím zde:

Výhody popisované antény jsem uvedl. Jsou to rozměry, účinnost a její vyzařování. Nevýhodou je VSWR=1.5 na kmitočtu v pásmu 20m. Pokud nám to vadí, existuje samozřejmě jednoduchá možnost, jak se toho zbavit. Napájet anténu na tomto kmitočtu z výstupu anténního tuneru nebo si jí dopřizpůsobit pomocí konkrétní délky koaxiálního kabelu a paralelní kapacity proti zemi. Schéma takového přizpůsobení je zřejmá ze schématu:

Po nějaké půlvlnné délce napáječe máme v sérii s anténou ještě kus dlouhý 0.325 x lambda - viz schéma a proti zemi kondenzátor om kapacitě cca 90 až 120 pF (podle toho, jak se nám anténa zadaří). Vše zakreslené ve Smith. diagramu je tady:

V kruhovém diagramu jsou zakreslené impedance pro kmitočty 14.000 až 14.200 MHz. Body jsou propojené žlutou barvou. Hranatý bod odpovídá kmitočtu 14.075 MHz. Oblouk z tohoto bodu na modrou kružnici reprezentuje vedení z koaxu dlouhé 0.375 x lambda (nebo 0.875 x lambda, atd....). Oblouk vedený po modré kružnici do středu diagramu odpovídá paralelnímu kondenzátoru o kapacitě asi 92 pF. V diagramu jsou zakreslené kružnice VSWR=1.2 a VSWR=2. Není kreslená kružnice VSWR=1.5, její poloměr přibližně odpovídá oblouku koaxiálního vedení 0.375 x lambda (50 Ohm).

Závěr

Mnoho světových výrobců vyrábí hezké vertikální antény. Bohužel, často je nelze instalovat tak, jak by bylo třeba. Mým cílem nebylo takové antény kopírovat. Konečně, proč bych to dělal, jsou na trhu.  Ale právě hamové, kteří se mnou komunikují, mne přivedli k řešení této antény. Jde o jednoduchou, levnou a prostorově málo náročnou alternativu k mým směrovkám. Antény GP dobře nevysílaly, když jsem deformoval radiály. Když jsem udělal radiály tak, jak mají být, moje nejmenší dcera neviděla modré nebe. A tak vzniklo toto řešení bez radiálů a bez trapů.

Poznámky ke konstrukci

Anténa  bude v případě zájmu zařazena do výroby v nějaké limitované sérii. Prototyp byl vyroben pouze jeden. Jeho fotografie zveřejním jakmile to bude možné. Návrhu této antény předcházely konstrukce jednopásmových vertikálů, příklad s obrázkem je patrný z dokumentu zde. Stožárek o výšce 4.5 metru potřebuji k jinému měření a je leden.  Konstrukce zářiče bude hliníková, svařovaná, dělená na díly vyhovující přepravě. Centrální izolátor stejný, jako jste viděli na jiných fotografiích mých vertikálů. Izolátory jsou obráběné. V případě vašeho zájmu o tuto anténu mě kontaktujte bezprostředně mailem, abych pro výrobu případně našel nějaké rozumné místo v harmonogramu.
 

73's  Míra, ok1ufc

© 2011 - Věra Šídlová a Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 12.01.2014