Anténa G5RV

 
I. Popis antény

Anténa G5RV je velice známou a populární anténou. Zkonstruoval ji Luis Varney v roce 1946 a od té doby ji vyzkoušelo obrovské množství radioamatérů, kteří ji rovněž různě modifikovali. A díky tomu se též mezi radioamatéry rozšířilo neskutečné množství různých mýtů.

Seriózní informace o anténě uvedla wikipedie: https://en.wikipedia.org/wiki/G5RV_antenna

II. Charakteristika antény

Jedná se o jednoduchou symetrickou, od země izolovanou anténu, která byla navržena tak, aby byla schopna výborně pracovat v pásmu 20m (14 MHz), měla ještě přijatelnou účinnost v pásmu 80 m a byla schopná kompromisního naladění s využitím anténního členu (transmatch) na všech ostatních pásmech v rozmezí od 80 m do 10 m.

III. Základní provedení a princip funkce

Na obrázku je schéma základního provedení antény. Původní provedení uvažuje s těmito předpoklady:

a. Délka zářiče 2 x L1 = 2 x 15.55 m (přibližně), s tím, že zářič by měl mít rezonanci na kmitočtu 14.150 MHz.
b. Délka napáječe LL (elektrická) = 10.4 m, dož odpovídá fyzické délce ploché TV dvoulinky o impedanci 300 Ohmů LF= 8.84 m.
c. Anténa i symetrický napáječ pracuje se stojatou vlnou. To je základní princip antén, které používají žebříček, či dvoulinku. Mnoho hamů udělá chybu a nacpe balun s transformačním poměrem 1:9 mezi koaxiální napáječ (Z0 = 50 Ohmů) a symetrický napáječ (Z0 = 450 Ohmů). Tím se dopustí hned dvou základních chyb. Domnívají se, že koaxiál budou mít dokonale přizpůsobený k symetrickému vedení, což je nesmysl. Druhá chyba spočívá v tom, že baluny s transformačním poměrem 1:9 se využívají k tomu, aby transformovaly, ale jsou méně vhodné pro potlačení společných zemních proudů.
d. Anténu G5RV provozujeme s balunem 1:1 zapojeným mezi symetrickou dvoulinku a koaxiální napáječ.
e. Anténu G5RV přizpůsobujeme impedančně nesymetrickým tunerem. Dobrou službu nadělá automaticky tuner nebo dálkově ovládaný tuner poblíž balunu 1:1
f. Původní anténa G5RV byla navržena tak, aby zářič délky 2 x 15.55 m měl rezonanční kmitočet na 14.150 MHz a symetrické vedení mělo elektrickou délku přesně 1/2 pracovní vlnové délky. V případě této délky nám symetrické vedení netransformuje impedanci zářiče.

Jak je to s impedancemi zářiče?

Zářič G5RV (bez transformačního vedení) má přibližně tento průběh impedancí:

Ve Smithově diagramu jsou zakreslené kmitočty z každého pásma - viz tabulka napravo. Standardní zářič rezonuje pouze na jediném ham kmitočtu (pásmo 14 MHz) a impedance má velikost cca 100 Ohmů (záleží na výšce antény nad zemí). Ostatní pásma mají impedance s významnou reaktanční složkou. Pouze pásmo 80 m (kmitočet 3.550 MHz) má impedanci nízkou. I s ohledem na tuto skutečnost nedoporučuji balun s transformačním poměrem vyšším, než 1:1.

Má smysl upravovat délku zářiče na jiný rezonanční kmitočet?

Lze to, ale smysl to nedává. Pro ilustraci uvedu průběh impedancí nepříliš zkráceného zářiče. Pouze jsem posunul rezonanci z kmitočtu 23.6 MHz na 24.9 MHz. Na pásmu 14 MHz je však již rezonance mimo pásmo, cca na 14.8 MHz.

Opět poloha impedancí jednotlivých pásem od 80 m do 10 m, vždy jen jeden bod z pásma dle tabulky:

 
Všimněte si, že se umístění bodů ve Smithově diagramu příliš nezměnilo. Pouze bod z pásma 24.9 MHz se přestěhoval k hodnotám poblíž Z=100 Ohmů.

V programu EZNEC snadno připojíme k zářiči symetrický napáječ. Rovněž si můžeme nechat zobrazit průběh impedancí celé antény (zářič 2xL1 a napáleč LL) ve Smithově diagramu pro konkrétní uvažovanou instalaci. Pokud použijeme frekvenční krok = 0.1 MHz, je již diagram hezky spojitý a vizuálně na první pohled vidíme, jaké jsou impedance na konkrétních kmitočtech. Barevný bod je nastaven na frekvenci 7.1 MHz, dole pod grafem vyčteme, že impedance se poblíž tohoto bodu skládá jen z reálné složky R = 23 Ohmů. Příklad výpočtu impedancí:

IV. Vyzařování zářiče

Osobně jsem vyšetřoval vyzařování zářiče na nejnižším použitelném pásmu, což je 3.5 MHz. Na tomto pásmu je impedance zářiče nízká a na účinnosti se projevují ztráty. Jak velký vliv má na vyzařování kratší, či delší zářič, je patrné z tohoto diagramu. Nejkratší délka 2 x 12700 mm vyzařuje skoro stejně, jako délka 2 x 16700 mm.

Na ostatních pásmech, resp. od 14 MHz do 30 MHz doporučuji vyzařování antény modelovat. Vyzařovací diagramy jsou složité. Právě z nich zjistíme, proč nám na některém pásmu a z určitého směru anténa nefunguje uspokojivě.

Příklad vyzařovacího diagramu na 18 MHz:

Mnoho autorů z různých důvodů laborovalo s různými rozměry. Hezké shrnutí je například zde: https://pa0fri.home.xs4all.nl/Ant/ZS6BKW/zs6bkw%20eng.htm

Nevidím sebemenší důvod k podobným experimentům, které jsem samozřejmě také kdysi prováděl, hi.
Neměl jsem nikdy problém s vyladěním antény a jakákoliv úprava mě pouze obírala o čas, aniž by přinášela užitečné výsledky.
 

V. Provedení antén G5RV

V době, kdy jsem měl firmu na výrobu antén, nabízel jsem výhradně antény G5RV v provedení se žebříčkem o charaketristické impedanci Z0 = 570 Ohmů.

Tyto antény byly velice oblíbené. Mnozí z uživatelů mi napsali o výborných výsledcích, kterých s anténami docílili. Základní výhodou antény bylo, že měla zářič a žebříček vyrobený z jednoho celistvého vodiče, což bylo označováno jako nejlepší konstruční řešení svorky odolné korozi - viz například kopie mailu F6GYY (vpravo).

Na obrázku dole jsou uvedena schémata dvou oblíbených jednoduchých drátových antén:

G5RV a Single Zeppelin

VI. Délka napájče

Délka symetrického napáječe není u antény G5RV kritická. Komerčně vyráběné antény jsem dodával s délkami napáječe delšími, než uvedených 10.4 metru.
Důvodů jsem měl několik:

a. Každý má možnost si napáječ zkrátit. Zkrácením uživatel získal několik náhradních rozpěrek žebříčku, které se mohou hodit, pokud se poškodí.
b. Osobně téměř nepoužívám pásmo 14 MHz. Ale rád si udělám spojení na 7 MHz. Prodloužením symetrického vedení (dva příklady) si můžeme vylepšit přizpůsobení na tomto pásmu:

Dvoulinka o délce mezi 11.7 m do 12.4 m (pozor - elektrická délka) docílí přizpůsobení VSWR lepší než 2 na pásmu 7 MHz. Kružnice s poměrem stojatých vln VSWR=2 je ve Smithově diagramu zakreslena.
 

VII. Závěr

G5RV je výborná anténa. Ke své činnosti nepotřebuje uzemnění, lze ji provozovat jako naprosto izolovanou od země. V žádném případě ji neoznačujme jako anténu všepásmovou (multiband). K takovému označení má daleko. Pomocí anténního tuneru ji lze však vyladit na všech amatérských KV pásmech, včetně nějnižšího pásma 80 m, ve kterém má anténa ještě přijatelnou účinnost. S touto anténou pracuji zejména na pásmech 80, 40 a 30 m.

Vlastnosti antény lze celkem slušně modelovat ve většině NEC programů. Příklad modelu zářiče v EZNEC:

Modelováním antény stanovíme poměrně přesně vyzařovací diagramy i hodnoty impedancí. EZNEC Pro 2+ je nyní ke stažení zdarma. K zářiči antény snadno přidáme napájecí symetrické vedení, u kterého zkoumáme vliv různých délek (námět na domácí úkol, hi). A zjistíme, že ani požadavky na anténní tuner (transmatch) nemá tato anténa přehnané.

Použití G5RV doporučuji nejen začátečníkům. Dobře provedená G5RV často mile překvapí svými vlastnostmi.