Anténa s kloboukem

18. prosince 2018 v 5:31 | Petr |  Elektro
Už jsem to psal opakovaně. Pokud pořebujete vysílat na vlnové délce 11 metrů nejkratší plnohodnotná anténa je "čtvrt-vlnný dipól" který má dléku 11m / 4 * 0,95 = 265 cm. Jakákoliv kratší anténa má výrazně sníženou účinnost a to tím více, čím je kratší. Důvod snížené účinnosti je ten, že aby anténka kratší než Lambda / 4 rezonovala na vlnové délce Labmda - musí mít v patě cívku, která se pro VF signál tváří jako zbytek délky antény, ale která vysílá jen minimum energie. Z cívky pak jde "zbytek prutu" který vyzřažuje daleko méně energie než prut celý. Už staří radioamatéři ( i když Marconi nebyl vlastně amatér ) si všimli, že prutové antény vyzařují nejvíce u paty, proto je hřích tam dávat nevyzařující cívku. Proto je nutné anténu "prodloužit" jinak a už lidi jako Marconi a jeho následovníci vymysleli "kapacitní klobouk"

"Anténa s kloboukem" tedy vypadá tak, že ze základny antény jde nahoru prut, který ale nekončí jen tak uříznutý, ale na vrcholu antény je nejčastěji kruhová, nebo šestiúhelníková kovová deska případně dráty do tvaru šestiúhelníku, případně drátěné pletivo nebo jiný vodivý materiál dle fantazie. Tomu se říká "kapacitní klobouk", který de-facto tvoři jednu desku kondenzátoru ( druhá deska je matička ZeměKoule ). "Klobouk" zvyšuje kapacitu špičky antény a tím působí, že anténa se pro VF signál jeví delší než ve skutečnosti je, aniž by v patě musela mít cívku ( nebo jen malinkou ).

Za zmínku stojí proč "staří radioamatéři" experimentovali se "zkrácenými anténami". Radioví vysílači z přelomu 19. a 20. století totiz neznali ionosféru, proto se domnívali, že jediná možnost vysílání "daleko za obzor" kolem ZeměKoule je ohybem extrémně dlouhých vln kolem křivky zemského povrchu. Extréně dlouhými vlnami budiž třeba vlnová délka 20-100 kHz, kde je délka vlny 3-15 km a tudíž délka "plnohodnotné" antény 1-4 km. Z neschopnosti postavit 4 kilometry vysoký stožár začali radioví vysílači experimentovat s cívkami v patě ( i ledaskde jinde ) a s klobouky na špici antény.

Jenom pro dokončení pohádky : Frekvence nad 2 MHz byly jako "extrémně krátké vlny, pro profesionální provoz nepoužitelné" předány do užívání opravdovým radioamatérům ( ne Marconimu, který byl "radiový bussinesman" ). Ti velice brzy objevili, že vlny v pásmu 2-30 MHz se šíří odrazem od ionosféry a že na těchto frekvencích se dá vysílat po celém světě zlomkem výkonů které jsou potřeba na velmi dlouhých vlnách. Tak byly "krátké vlny" radioamatérům zase zabaveny a zůstaly jim k užívání jen kratičké úseky pásma kolem 1,8; 3,5;, 7; 14; 21; 28 MHz a některé další úseky.

Tedy k mé konkrétní situaci. Když jsme se stěhovali do nového bytu přidělal jsem na parapet "pánské pracovny" anténu "magnetku" délky 95 cm. Což je cívkou zkrácená anténa na CB pásmo, původně určená k "přimagnetování" na střechu auta, která by měla být dlouhá 265 cm, ale je cívkou zkrácená. Pak jsem dlouho nevysílal a jen jsem občas přes tuto anténu poslechl krátkovlnný rozhlas, ale nedávno jsem na CB pásmu zase začal vysílat, takže jsem koupil novou "magnetku" délky 140 cm která vysílala signifikatně lépe, ale přesto díky její velikosti bylo znát, že signál z ní zbytečně "sákne" do konstrukce budovy. Zachtělo se mi tedy antény délky +- 1 metr, která bude vysílat jako anténa +- 1,5 metru nebo ještě delší.

Takže jsem začal postupné vylepšování "magnetky". První vylepšení byla civkou laděná a prodloužená protiváha. A pak už zbývalo jediné - prut antény fyzicky zkrátit, aby signál nešel do budovy a přitom elektricky prodloužit - z důvodu zachování účinnosti nejlépe kapacitním kloboukem.

V otázce kapacitních klobouků vládne trochu zmatek. Američani, kteří i dnes tuto technologii nejčastěji používají ( pro radioamatérské vysílání z auta ) totiž poměrně benevolentně zacházejí s pojmy "poloměr" a "průměr". Na Internetu je tudíž pestrá škála článků od těch které tvrdí, že kapacitní klobouk virtuálně prodlouží anténu o DVOJNÁSOBEK svého POLOMĚRU až po čánky které tvrdí, že kapacitní klobouk prodlužuje anténu o TROJNÁSOBEK svého PRŮMERU. což vynásobeno sebou navzájem je rozdíl až v poměru 1:6.

Pokud tedy máte anténu délky 1,4m která s cívkou v patě rezonuje na 27,4 MHz a chcete ji zkrátit jen na 1 metr asi byste udělali to co já a postupovali "konzervativně" a tedy udělali kapacitní klobouk spíše větší. Moje první verze byla o průměru 40 cm na metrovém prutu našroubovaném místo původního 1,4m prutu. Výsledek : anténa se nedala naladit do rezonance na žádném kmitočtu, který je dostupný na mých radiostanicích.

To mě přesvědčilo, že mé obavy o "nenaladitelnosti" takových antén jsou blízké pravdě, proto jsem se rozhodl postupovat ještě konzervativněji malými krůčky a udělat kapacitní klobuk nejprve "maličký" a pak jej postupně zvětšovat. Hned druhý pokus tedy byl čtvereček materiálu na plošné spoje velikosti 95x95 milimetrů. S tímto čtverečkem se původní rezonance 1,4m prutu dostala z 27,4 na 25,3 MHz. "Klobouk" velikosti 95x95 mm tedy virtuálně prodloužil anténu o 220 mm.

Touto informací vybaven jsem uřízl nový prut délky 1400 - 220 = 1180 mm a naivně jsem si myslel, že takto dosáhnu s provizorním kloboukem rezonance na požadovaných 27,4 MHz. Realita je samozřejmě složitější a vliv kapacity kloboku na elektrickou délku antény se mění s poměrem velikosti klobouku k velikosti antény. Složité ? Klobouk stejné vedlikosti má relativně větší vliv na kratší antény než na delší. Můj nový prut jsem tedy musel uřezávat a uřezávat až jsem dosáhl těchto parametrů :
  • původní délka prutu pro rezonanci na 27.4 MHz = 1337 mm
  • Nová délka prutu pro rezonanci na 27,4 MHz = 1026 mm
  • Velikost klobouku je pořád 95x95 mm
  • Rozíl délky prutu antény s kloboukem a bez je 1337-1026 = 311 mm
  • Zdá se že platí, že zkrácení zářiče je "něco mezi dvonásobkem a trojnásobkem" PRŮMĚRU (!) kapacitního klobouku.
Navzdory tomu, že anténa byla v rezonanci neměla ještě ideální impedanci. tak jsem vymyslel ještě druhou fintu :
Antény typu "rovný dipól" mají vstupní odpor ( impedanci ) kolem 74 ohmů ( proto televizní koaxy na 75 ohmů ) Antény typu "prut nad vodivou plochou" mají impedanci poloviční = 36 ohmů. Proto kompromisní výstupní impedance radiostanic = 50 ohmů. A proto se taky používá finta, že rovný dipól se ohne pod úhlem 120 -135 stupňů a tím se dosáhne impedance 50 ohmů.

Opravdoví radioamatéři by vám řekli, že dipól je anténa symetrická a má být i symetricky napájena, ale my vidláci-prasáci to děláme takto : jednu polovinu dipólu napojíme na střední žílu koaxu a považujeme ji za zářič. Druhou polovinu dipólu napojíme na stínění koaxiálního kabelu a považujeme ji za "protiváhu". Na koaxiál jdoucí do stanice pak nacvakáme feritové filtry známe z komerční elektroniky aby se nám VF energie nevracela do baráku po stínění koaxu. Takyže tomuto řešení říkají bratři Anglosassové "ugly balun" - otrocky ( inženýrsky ) přeloženo "škaredý symetrizační člen".
U dipólů je ( teoreticky ) jedno která polovina je napojená na střed koaxu ( považovaná za zářič ) a která polovina je napojena na stínění koaxu ( považována za protiváhu ). takže jsem uvažoval takto - když mi protiváha visí kolmo dolů mohl bych kapacitním kloboukem opatřený "zářič" vyhnout pod úhlem 45 stupňů od kolmice směrem od baráku ven. A tím bych zabil hned dvě mouchy jednou ranou - zlepšil impedanci antény a navíc dále snížil množství VF energie, která se zbytečně absorbuje ve zdivu. Jelikož "prut" atnény byl mé výroby a nebylo mi jej líto ohnout - okamžitě vyzkoušeno a provedeno s pozitivním výsledkem.

Výsledný "hybrid" vidíte na obrázku. Po noci experimentování mnou ráno cloumá paní Kubáčová, které nebyl vysvětlen smysl ohnutí "zářiče" : "Vstávej, vstávej ! Vítr ti chce ulomit anténu !!" A ptáte se na signál ? +1S tedy o 6dB navíc neboli 2x takové napětí mého signálu na anténách stanic, které mám kolmo na stěnu domu a +2S tedy 12dB neboli 4x takové napětí na anténách stanic, které mám "ve směru zdi". To není špatné, pokud uvážíme, že prut antény je o 40 cm kratší a že "kloboukové" antény v mém provedení zdaleka neřekly poslední slovo, protože tu základnu se ztrátovou kompenzační cívkou jsem v patě antény zatím ponechal.
 

7 lidí ohodnotilo tento článek.

Aktuální články

Reklama