ANTÉNA λ/2 NA PÁSMO 145 MHz Z KOAXU

Publikované 16.3.2017


Jedná sa o veľmi jednoduchú a skladnú anténu na pásmo 2 m – 145 MHz, ktorú si môže urobiť každý, aj začínajúci rádioamatér,  jednoducho s kusa koaxiálneho kábla. Táto anténa nahradí „gumičkovú“ anténu na ručnej rádiostanici na rôznych potulkách prírodou a jej výhodou je podstatne väčší zisk voči pôvodnej anténe.

Návod na túto anténu som našiel už pomerne dávno v časopise AMA MAGAZÍN č. 5/1991 v článku, ktorého autorom bol ing. Rostislav Macík OK1PLB. Tento pôvodný prameň si môžete stiahnuť tu: PORTABLE ANTÉNA PRO 2M.pdf. Túto anténu som si aj urobil a používam ju s ručkou ALINCO DJ 162E a mám s ňou veľmi dobré skúsenosti. Vzhľad antény v „transportom stave“ je veľmi jednoduchý – je to klbko koaxiálneho kábla, ako je to vidieť na nasledujúcom obrázku:

P1090164

Po rokoch som sa dostal k anténnemu analyzátoru RIG EXPER AA230PRO a tak som mohol zmerať jej SWR parametre, ktoré uvádzam na nasledujúcom obrázku:

SWR

Z tohto merania je vidieť, že zhotovená anténa „ladí“ presne na stred 2m pásma a v celom pásme má SWR lepšie ako 1,5. To je dôvod, prečo som s ňou mal len samé dobré skúsenosti.

Popis antény v pôvodnom článku je dostatočný na to, aby si podľa  neho mohol rovnakú anténu zhotoviť každý. Napriek tomu možno bude vhodné niektoré prvky antény trošku popísať a vysvetliť.

ANALÝZA ANTÉNY

Táto anténa zhotovená z koaxiálneho káble je vo svojej podstate jednoduchá vertikálna anténa dĺžky λ/2, ktorú dobre poznajú hlavne CB-čkári v rôznych podobách, aj keď v prípade CB antén sa jedná o rozmernejšie antény z hliníkových rúrok – princíp je však rovnaký. Anténa dĺžky λ/2  môže byť napájaná v strede a potom hovoríme o dipólovej anténe, ktorá môže byť orientovaná horizontálne ale aj (ak je kratšia) aj vertikálne. Dipólová anténa napájaná v strede má výhodu nízkej impedancie a je možné ju napájať rebríčkom alebo po jednoduchej transformácii aj priamo koaxiálnym káblom.

Anténu dĺžky λ/2 však môžeme napájať aj na konci, ale v takomto prípade zápasíme s tým problémom, že  táto anténa má na konci vysokú impedanciu rádu niekoľkých kilo ohmov, kvôli čomu musíme použiť na pripojenie na koaxiálny kábel vhodný transformačný člen. Týmto transformačným členom môže byť napríklad BALUN s tranformačným pomerom 1:9, ako sa to často používa v prípade KV antén, ale môže to byť aj LC článok, ktorým sa dá anténa prispôsobiť takmer presne na impedanciu 50 Ohm, avšak pre určité hodnoty L a C vždy je to len pre jednu frekvenciu. Pre  dolaďovanie v širšom frekvenčnom spektre preto potrebujeme anténny tuner s premennou konfiguráciou a s premennými hodnotami L a C prvkov.

V prípade jedného pásma VKV však vystačíme s transformačným článkom typu LC s fixnými hodnotami. Túto situáciu máme znázornenú na nasledujúcom obrázku prevzatom z pôvodného prameňa:

ANTÉNA Z KOAXU - 3

Žiarič dĺžky λ/2 s predpokladanou výstupnou impedanciou (voči zemi) okolo 1,8 kOhm je pripojený na LC článok pozostávajúci z cievky s indukčnosťou 0,28 uH pripojenou voči zemi a sériového kondenzátora o hodnote 3,6 pF. Na tento kondenzátor a zem sa pripája koaxiálny kábel s impedanciu 50 Ohm, ktorým sa anténa pripája ku TRX.  Dĺžka tohto kábla  už nie je kritická. Praktická hodnota je okolo 2 až 3 m.

Keď chceme bližšie pochopiť funkciu tohto jednoduchého RLC obvodu, môžeme si ho namodelovať v jednoduchom simulačnom programe RFSim99  zapojením:

RFSIM99 -SCHÉMA-2

Impedancia vstupu 1,8kOhm simuluje reálnu zložku samotného žiariča, kondenzátor 3,6pF a indukčnosť 0,28 uH = 280nH sú prvky LC člena z modelu antény v pôvodnom článku. Do modelu som pridal ešte kondenzátor o  malej hodnote  len   760fF = 0,76 pF , ktorý  pôsobí medzi dolným koncom antény (Merný bod 1) a zemou.  Bol potrebný na to, aby sa rezonančná frekvencia modelu zhodovala  s nameranou hodnotou.

Stlačením tlačidla “SIMULATE”  prebehne simulácia obvodu, výstupom ktorej sú nasledujúce grafy priebehu štvorpólových parametrov tohto obvodu:

RFSIM99 - SXX-2

V grafe je vyznačený priebeh  parametra S12 (modrá čiara) a parametru S22 ( červená čiara). Z týchto priebehov vyplýva, že obvod sa správa ako rezonančný (ladený)  obvod s rezonančnou frekvenciou 145 MHz s pomerne ostrou rezonančnou krivkou.  Keď nebola do modelu zahrnutá  dodatočná kapacita s hodnotou 0,76pF voči zemi, tak situácia bola rovnaká, len rezonančná frekvencia bola o niečo vyššia – až 162 MHz.

Táto simulácia nám pekne popisuje princíp fungovania tohto prispôsobovacieho LC člena a súčasne ukazuje na veľkú citlivosť obvodu na rôzne dodatočné vplyvy (rozptylové kapacity a parazitné indukčnosti).

POZNÁMKY K REALIZÁCII ANTÉNY

Indukčnosť (cievku) a kapacitu  (kondenzátor) v danom zapojení  prispôsobovacieho LC člena je možné realizovať z diskrétnych súčiastok. Takto sa to obvykle realizuje v prípade antén dĺžky λ/2 pre KV pásma a pásmo CB. V prípade tejto antény na VKV sú však tieto prvky realizované kúskami koaxiálneho kábla, čo je vhodné trošku objasniť.

Koaxiálny kábel s centrálnym vodičom v strede a opletením na okraji, ktoré sú navzájom oddelené nejakým dielektrikom (a konce nie sú skratované) vytvára prirodzený „kondenzátor“ s hodnotou okolo 100 pF   na každý meter koaxiálneho kábla (napríklad pre kábel typu RG58 je to hodnota 101 pF) , ako sa o tom môžeme presvedčiť v technických popisoch jednotlivých káblov. Použitím vhodnej dĺžky koaxiálneho kábla preto vieme realizovať niektoré hodnoty kapacity. Limitom je tu vlnová dĺžka – elektrická dĺžka takéhoto vedenia musí byť totiž kratšia ako je hodnota λ/4 pre danú frekvenciu.

Na druhej strane však kúsok koaxiálneho kábla, ktorý na opačnej strane skratujeme (jadro na opletenie) sa správa ako indukčnosť, ktorej hodnota závisí taktiež od dĺžky kábla.  Do LC článku  pre anténu na 145 MHz potrebujeme také (malé) hodnoty indukčnosti a kapacity, ktoré sú  realizovateľné ako krátke kúsky koaxiálneho kábla o dĺžke niekoľkých cm, čo sa veľmi hodí a dovoľuje to skonštruovať tento LC článok práve týmto spôsobom.

A teraz konkrétnejšie k jednotlivým prvkom antény, ktoré sú vyrobené z koaxiálneho kábla a navzájom spojené podľa nasledovných obrázkov:

ANTÉNA Z KOAXU - 1ANTÉNA Z KOAXU - 2

 

Pretože káble s charakteristickou impedanciu 50 Ohm sú medzi rádioamatérmi dostupnejšie – sú viac používané, budeme predpokladať, že na výrobu tejto antény sa použijú práve takéto káble. Z tohto dôvodu budú v ďalšom uvádzané rozmerové údaje len pre tento druh káblov. Je treba však ešte upresniť, že v originálnom článku sa predpokladalo použitie koaxiálnych káblov s pevným PE dielektrikom (nie penovým), ktoré majú skracovací činiteľ  o hodnote 0,66. Káble s penovým dielektrikom majú íné hodnoty skracovacieho činiteľa a  pre tieto káble by sme museli preto stanoviť tiež iné dĺžky kýpťov pre kapacitný a induktívny prvok.

Žiarič

Samotný žiarič o dĺžke 940 mm je síce vyrobený taktiež z koaxiálneho kábla, ale využíva sa z neho vlastne len opletenie. Namiesto koaxiálneho kábla je možné použiť aj iný kábel, avšak koaxiálny má výhodu väčšieho priemeru pri nízkej hmotnosti. Väčší priemer žiariča súčasne znamená väčšiu šírku pásma antény a to potrebujeme.

Indukčnosť – kýpeť so skratovaným koncom

Tento prvok sa realizuje z úseku kábla o účinnej dĺžke 290 mm, čo je dĺžka úseku, na ktorom ponecháme opletenie. Avšak na jeho zhotovenie musíme odstrihnúť  kábel o niečo dlhší. Na konci, kde je skrat, musí byť kábel dlhší cca o 1cm, aby sa stredný vodič mohol spojiť s opletením. Na druhom konci potrebujeme mať stredný vodič dlhší až asi o 15 mm, aby sa mohol spojiť s dolným koncom žiariča pri zachovaní medzery 10 mm medzi nimi.

Kapacita – kýpeť s voľným koncom

Tento prvok sa vytvorí na samotnom napájacom kábli a to tak, že na konci tohto kábla sa nechá opletenie v dĺžke 36 mm, potom sa v dĺžke 10 mm odstráni a ďalej pokračuje tento kábel už ako napájací kábel. Aby bolo možné jednotlivé prvky navzájom zletovať, na každom z nich sa na dĺžke cca 5 mm odstráni aj vonkajšia izolácia.

Napriek tomu, že anténu je možné zrealizovať z ľubovoľného kábla, najlepšie je použiť na celú anténu rovnaký kábel, napríklad RG58, pretože potom budú mať všetky prvky rovnaký priemer, čo zjednodušuje ich vzájomné spájanie. Po pospájaní jednotlivých prvkov antény a preverení jej parametrov pomocou SWR metra je vhodné na strednú časť antény, kde sa spájajú jednotlivé úseky natiahnuť teplom zmršťovaciu bužírku, ktorou sa prekryjú odizolované časti antény a celá konštrukcia sa tým spevní. Horný koniec žiariča antény môžeme spevniť pocínovaním opletenia. Cez tento pocínovaný úsek potom môžeme prevŕtať dierku, cez ktorú prevlečieme silonové oko. Za toto oko sa potom táto anténa dá zavesiť na vhodné miesto. Ako oko nemôžeme použiť kovový materiál – drôt, lebo by sa tým ovplyvnila dĺžka žiariča.

Anténa nie je “samonosná” a preto potrebuje nejakú podporu alebo zavesenie. Tu je potrebné si uvedomiť, že vždy musíme myslieť na to, aby v blízkosti antény neboli žiadne kovové predmety, ktoré by ju rozlaďovali a preto by prestala fungovať. Ako vhodná podpora môže slúžiť napríklad drevená tyč (palica) avšak už nie hliníková turistická palička. Rovnako môžeme anténu zavesiť na konár stromu, ale už nie na plot z drôteného pletiva a podobne. Vždy bude potrebné rozmýšľať pri  jej umiestňovaní v teréne.

Všetkým, ktorí sa rozhodnú postaviť si túto jednoduchú prenosnú anténu prajem veľa úspechov pri jej stavbe a dobrý príjem pri jej používaní.

Stano OM8ST


 

 

Stránka o rádioamatéroch, rádioamatérskej technike a amatérskom vysielaní – vo výstavbe

%d blogerom sa páči toto: