Všeobecně

V tomto článku chci dát odpověď na otázku, zda a o kolik je zkrácený vertikál horší než plnorozměrný čtvrtvlnný. Neodpustím si pár řádek o tom, proč vertikální anténu pro krátké vlny zkracovat a uvedu zde ještě pár dalších myšlenek, na které dám odpovědi někdy příště. Takže:

1. Nemá smysl zkracovat anténu pro pásma od 20 metrů výše, protože lze zpravidla v každém QTH takovou anténu realizovat z nepříliš nákladného a dostupného materiálu nejen jako čtvrtvlnnou, ale i delší. Potíž nám bude dělat spíš realizace soustavy radiálů. Napsal jsem článek, který srovnává vlastnosti vertikálu pro pásma od 20 m do 10 m z hlediska jejich montáže na zemi či ve výšce H, článek je zde. Rovněž nás může zajímat, jak je na tom vertikál s radiály (ground plane) v porovnání s vertikálním dipólem nebo kompromisem v podobě OMTA (vertikální dipól pro více pásem napájený mimo střed). V dalším článku je ještě srovnání vertikálního dipólu, EH antény a dalších typů - zde. V článcích jsem se snažil upozornit na dvě základní nebezpečí, se kterými se u vertikálních antén můžeme setkat. Ta nebezpečí spočívají v tom, že nezvládneme vyřešit účinnost (na tu jsou citlivé antény montované na zemi) nebo směrovost (na tu jsou háklivé antény s nadzemními radiály).

2. Jiná situace je u antém pro pásmo 80 metrů. Málokdo již má možnost a prostředky na to, aby postavil přes dvacet metrů vysokou anténu se systémem radiálů, který bude potřebovat dalších 40 x 40 metrů. A to nehovořím o pásmu 160 metrů, ale s tímto pásmem nemám zkušenosti. V každém případě se však budeme zajímat o to, jak tyto vertikály zkracovat a nezhoršit si příliš jejich účinnost a směrovost.

3. V některých případech nás může zajímat také zkracování antén pro pásmo 40 metrů, kde zářič je již vysoký kolem 10 metrů.

4. Anténu nám zkracují také trapy pro vyšší pásma. Mezi amatéry koluje celá řada mýtů o tom, jak trapy zvyšují ztráty, tedy snižují účinnost a také jiná řada mýtů o tom, jak jsou beztrapové antény účinnější, ale nehovoří se o tom, zda mají v pořádku směrovost. Nevím, zda mám tady na tomto místě uvést odkaz na stránku, kam jsem napsal o základních parametrech antén, kde jsou všechny tyto použité pojmy vysvětlené, ale pro úplnost - stačí kliknout zde.

Srovnávané antény

Pro srovnávání jsem si vybral antény pro pásma 40 metrů a 30 metrů, protože je potřebuji pro svou anténní koncepci. Pro uvedená pásma nemám směrovky a u drátové antény mi vadí její nepříjemná minima v některých směrech. Všechny srovnávané antény pracují s totožným zemním systémem. Postupně uvedu srovnání antén čtvrtvlnných, trapovaných, zkrácených patní indukčností a zkrácených kapacitním kloboukem.

Srovnání čtvrtvlnné antény a antény trapované v 7.5 metrech trapem pro 30 metrů (žádná extrémní jakost cívky)

Trap v horní třetině nám anténu zkrátil asi o 1.5 metru. Klesla její účinnost, zisk poklesl asi o 0.4 dB (pouze! to bych asi seriózně nenaměřil) a elevační úhel se zvýšil o 0.7° (to mě štve).

Srovnání předchozí antény v pásmu 30m

V tomto případě je vidět, že trap pro 10.12 MHz nám nepatrně propouští do části pro 40 metrů. Víme, že nám to může zhoršit směrovost, je to problém antén s paralelními zářiči a asi poklesne i zisk Ga. Zisk Ga poklesl o 0.14 dB. Z tabulky vidíme, že propouštění do horní části zářiče nám nevadí, elevační úhel je téměř stejný, spíš o desetinku stupně lepší. Inu, to je logické, zpravidla se nám začíná úhle zvedat až když překročíme délku 5/8 lambda. Mezi trapovanou a čtvrtvlnnou anténou není rozdíl.

Srovnání antény s trapy a paralelními zářiči na pásmu 30 metrů

Anténa s paralelními zářiči má jen o 0.08 dB lepší zisk, ale do elevačního úhlu 28°. To, jak víme, je způsobené tím, že nám září i zářič pro 40 metrů. Jeho vliv nám zhorší směrovost o -0.53 dB, takže je anténa s jedním paralelním zářičem o 0.45 dB horší než anténa trapovaná.

Srovnání čtvrtvlnného vertikálu pro pásmo 40 metrů a vertikálu zkráceného indukčností v patě z 0.25 lambda na 0.188 lambda

Ta třetí anténa v grafu je vertikál zkrácený trapem. Zkrácení vertikálu indukčností v patě nám způsobilo ztrátu asi 2 dB a zvýšení elevačního úhlu o 2°. Je to dané tím, že zářičem zkrácené antény protéká mnohem menší proud. Sondami, kterými dělám srovnávací měření lze tuto skutečnost spolehlivě měřit. Všimněte si také reálné složky impedance, jak nám klesla, protože klesl vyzařovací odpor antény. Ztrátové odpory zůstaly a proto MININEC enginu MMANA správně vyčíslil ztrátu účinnosti a správně vypočítal zisk.

Srovnání antény zkrácené kapacitním kloboukem a patní indukčností

Všimněte si, že obě antény, které jsou stejně vysoké, se významně liší svými parametry. Zde uvedená anténa, která byla zkrácena extrémně jednoduchým kloboukem, který nebyl nijak exaktně navržen, je na zisku Ga téměř o 2 dB lepší, než anténa zkrácená indukčností v patě. Má o 1° lepší elevační úhel. Je to logické. Spodní částí antény prochází proud téměř stejný, jako u nezkráceného vertikálu. Protože klobouk nebyl stanoven výpočtem, ale byl udělán jako malý a jednoduchý, je pro nastavení antény do rezonance těsně pod kloboukem prodlužovací cívka. Klobouk vypadá takto:

Ve vodorovné rovině (úhlopříčka čtverce) je jen jeden metr široký, obvod je realizovaný z drátu. Průběh proudů je vidět ze schématu antény zde:

Všimněte si, že od místa napájení dole protéká značný proud zářičem až k horní indukčnosti, kde nastane rapidní pokles proudu. Toto je základní princip, proč se pro zkracování v profesionální praxi používal a používá u vertikálních antén na delší vlny kapacitní klobouk. Z tabulky vidíte, že Reálná složka impedance se snížila jen nepatrně, tedy nepatrně se snížil vyzařovací odpor antény a nepatrně se snížila účinnost antény. Tento fakt znali konstruktéři vozidlových antén, zejména u bojových vozidel, konstruktéři letadlových antén. Ti všichni se potýkali s nízkým vyzařovacím odporem krátkých antén. Kapacitní klobouky stavěli také konstruktéři antén pro rozhlasová vysílání. Pro ilustraci uvádím dva hezké kapacitní kloboučky u nádherných antén. Jedna z antén je z Českých Budějovic a byla postavena dříve než jsem se narodil. Takže nic nového pod sluncem, ale chci, aby se tento princip u radioamatérů nezapomněl.

Závěr

Pokud stavíme vertikální anténu pro spodní pásma ve stálem QTH a jsme nuceni tuto anténu zkracovat, můžeme udělat několik závěrů:

1. Nejhorší způsob zkracování je patní indukčností
2. Nemusíme se obávat trapů, tedy, pokud jich není mnoho (kvůli mnoha trapům jsem prodal dobrý vertikál HUSTLER, ale on byl na spodních pásmech zbytečně krátký a vyšší pásma jsem nepotřeboval).
3. Vynikajících výsledků dosáhneme, pokud použijeme kapacitní klobouk

Na závěr uvedu do patřičných mezí ještě srovnání horizontální antény a vertikálu na tomto případu. Na různých webech, v zahraničních časopisech i v jednom českém překladu jsou uváděny rozdíly 6 dB a i vyšší. Je to pravda nebo další z mýtů? Je to pravda, pokud jsou dodrženy uvedené geometrické podmínky (v časopisech byly uvedeny). Na dalším obrázku je diagram vyzařování antény G5RV, která je montovaná jako INV V. Vrchol je vysoko 11 metrů a spodní konce ramen 9 metrů. Jde tedy o anténu NVIS, která je jen ve výšce o něco vyšší než 0.25 x lambda. Napáječem byla upravena na pásmu 40 m do rezonance, aby byly minimalizované tzv. match ztráty přizpůsobením. Diagram vypadá takto:

Z diagramu vidíte, že v jednom konkrétním směru pod úhlem 58.5° je zisk G5RV vyšší dokonce o více než 10 dB! To je pravda a přesvědčili bychom se o tom na komunikaci po Evropě. Ve směru pod úhlem cca 26° je zisk INV V větší již jen o 4 dB. Na nízkém elevačním úhlu kolem 8° (který by se nám líbil pro mnoho DXů) jsou již antény rovnocenné z hlediska zisku a při ještě nižších úhlech je zkrácený vertikál (jen 7.5 metrů vysoký) z hlediska zisku lepší. Není to dané jeho účinností, ale jeho směrovostí.

Prosím, při návrhu jakékoliv antény si vždy uvědomme, že její zisk G je dán součinem účinnosti a součinitele směrovosti! Nepodceňujte programy NEC, MININEC pro modelování. Mají svá omezení, ale v mnoha případech nelžou.

© 2013 - Věra Šídlová a Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 12.01.2014