Nemecký rádioamatér Andreas DL6YCL je známy svojimi praktickými riešeniami anténnych systémov pre mikrovlnné pásma, najmä v súvislosti s prevádzkou cez geostacionárny transpondér QO-100 (Es’hail-2). Medzi jeho projekty patrí aj moderný 3D tlačený YATT Helix ožarovač pre pásmo 2,4 GHz, ktorý predstavuje ľahko realizovateľné a výkonné riešenie pre satelitnú uplink anténu. Skratka YATT v názve znamená Yet Another Two Turn, čo odkazuje na kompaktný, ale účinný dizajn.
Koncepcia a určenie
Ožarovač YATT Helix bol navrhnutý ako ožarovač (feed) pre parabolické reflektory, ktoré sa používajú v amatérskej satelitnej prevádzke. Je optimalizovaný pre uplink na frekvencii 2400 MHz, ktorá zodpovedá vysielacej časti transpondéra QO-100. Konštrukcia využíva dvojzávitovú helixovú anténu s kruhovou polarizáciou, umiestnenú pred reflektorom, čo zabezpečuje efektívne ožiarenie paraboly s vysokou účinnosťou a minimálnym ziskovým útlmom.
Na rozdiel od niektorých zložitejších ožarovačov je YATT Helix koncipovaný tak, aby bol ľahko vyrobiteľný aj domácimi prostriedkami. Väčšina dielov sa dá vytlačiť na 3D tlačiarni a kovové prvky sa dopĺňajú bežnými komponentmi – ako sú mosadzné skrutky, koaxiálny konektor typu SMA a medený vodič pre helix.
Mechanická konštrukcia podľa DL6YCL
Konštrukcia ožarovača pozostáva z niekoľkých základných častí:
- Reflektorová doska – kovový kruhový reflektor s priemerom približne 70 mm, ktorý zabezpečuje smerovosť a potláča spätné žiarenie.
- 3D tlačené telo – plastový držiak, ktorý slúži ako nosná konštrukcia helixu a zároveň ako kryt koaxiálneho pripojenia. V modeli DL6YCL je navrhnutý pre jednoduchú montáž na držiak LNB (konvertora) tak, aby mohol byť ožarovač umiestnený s prijímacím LNB v spoločnom ohnisku paraboly.
- Helixový žiarič – dvojzávitová medená špirála s priemerom približne 40 mm, vyhotovená z tuhého medeného drôtu s priemerom 1,5 – 2 mm. Rozmer a smer stúpania vinutia je navrhnutý tak, aby anténa pracovala s pravotočivou kruhovou polarizáciou (RHCP), kompatibilnou s transpondérom QO-100.
- Prispôsobovacia (matching) platnička – malý trojuholníkový kus plechu umiestnený v blízkosti napájacieho bodu, ktorý zabezpečuje impedančné prispôsobenie na 50 Ω a zlepšuje prenos energie medzi koaxiálnym vedením a helixom.
- Koaxiálne napájanie – koaxiálny konektor SMA alebo N typu, pripevnený zo zadnej strany reflektora. Stredný vodič konektora je pripojený priamo k začiatku helixu, tieniaci vodič je spojený s reflektorom.
Andreas DL6YCL navrhol jednotlivé časti tak, aby bolo možné celý ožarovač vytlačiť bez potreby podpornej štruktúry a montáž zvládol aj menej skúsený konštruktér. Na stránke Thingiverse sú k dispozícii súbory STL pre 3D tlač, ako aj montážne pokyny a rozmery pre pripojenie ku koaxiálnemu konektoru.
Elektrické parametre a prispôsobenie
Ožarovač YATT Helix bol optimalizovaný pre pracovnú frekvenciu 2400 MHz, pričom charakteristická impedancia je prispôsobená na 50 Ω. V experimentoch autora dosahovala anténa SWR pod 1,2 : 1, čo svedčí o veľmi dobrom prispôsobení bez potreby dodatočných ladení.
Simulácie a merania ukazujú, že ožarovač poskytuje zisk približne 11 dBi a šírku hlavného zväzku okolo 65°. Tieto parametre sú vhodné pre použitie s parabolickým reflektorom o priemere 60 – 100 cm, pričom v kombinácii s vhodným LNB poskytuje ideálnu geometriu pre súčasný príjem a vysielanie cez QO-100.
Materiály a výroba
DL6YCL odporúča tlač tela ožarovača z UV stabilného PETG alebo ASA filamentu, ktoré lepšie odolávajú poveternostným vplyvom. Pre použitie v exteriéri, najmä v zimnom období, je dôležité, aby materiál mal nízku nasiakavosť a vysokú rozmerovú stabilitu.
Helix je najvhodnejšie vyrobiť z medeného drôtu (napr. z pevného elektrického vodiča CY 1,5 mm²). Po navinutí na šablónu je dôležité zachovať presnú vzdialenosť medzi závitmi, ktorá určuje rezonanciu a kruhovú polarizáciu. Reflektor môže byť vyhotovený z hliníkového plechu hrúbky 1 mm alebo z medeného disku.
Mechanická integrácia s LNB
Jedným z praktických aspektov návrhu DL6YCL je možnosť priameho upevnenia ožarovača na držiak LNB, čím sa dosiahne optimálne zladenie so spoločným ohniskom paraboly. Tento spôsob montáže minimalizuje straty a uľahčuje zarovnanie polarizácie.
Ožarovač sa montuje pomocou plastového adaptéra alebo objímky, ktorá sa dá vytlačiť spolu s telom. Držiak je dimenzovaný pre bežné LNB s priemerom 40 mm. V niektorých prípadoch je možné ožarovač pripojiť priamo na predný kryt LNB, ak sa používa spoločný držiak pre „dual-feed“ konfiguráciu.
Prevádzkové skúsenosti
Podľa skúseností autora aj viacerých používateľov publikovaných na portáloch Thingiverse a QRZ.com, YATT Helix ponúka stabilný výkon, minimálny SWR a spoľahlivú reprodukovateľnosť výsledkov. V kombinácii s výkonovým zosilňovačom 2,4 GHz s výkonom 2–5 W je možné dosiahnuť silný a čistý signál na uplinku QO-100 aj pri menších parabolách (60 cm).
Viacerí rádioamatéri potvrdili, že ožarovač sa osvedčil aj v náročnejších poveternostných podmienkach – po viac ako roku používania v exteriéri nevykazoval zhoršenie parametrov, najmä ak bol vytlačený z kvalitného ASA filamentu.
Výhody a praktické poznámky
Medzi hlavné prednosti YATT Helix ožarovača patria:
- jednoduchá a rýchla výroba bez špeciálneho náradia,
- možnosť 3D tlače z bežne dostupných materiálov,
- vynikajúce prispôsobenie na 50 Ω,
- vhodná charakteristika pre parabolické reflektory do 1 m,
- ľahká integrácia s LNB pre QO-100,
- nízka hmotnosť a kompaktné rozmery,
- vysoká odolnosť voči poveternostným vplyvom.
DL6YCL odporúča pred finálnou montážou skontrolovať SWR pomocou VNA analyzátora, aby bolo možné doladiť vzdialenosť medzi helixom a reflektorom. Malé odchýlky môžu mať vplyv na impedančné prispôsobenie a polarizačnú čistotu.
Záver
Projekt YATT Helix od DL6YCL je výborným príkladom praktickej kombinácie moderných technológií, ako je 3D tlač, s klasickou mikrovlnnou anténnou technikou. Vďaka jednoduchosti, dostupnosti a overenej funkčnosti sa stal obľúbeným riešením medzi rádioamatérmi, ktorí chcú vlastnoručne postaviť spoľahlivý a efektívny ožarovač pre QO-100.
Publikované 3D modely a dokumentácia dostupná na Thingiverse umožňujú každému záujemcovi vyrobiť si ožarovač presne podľa originálneho návrhu. YATT Helix tak predstavuje moderné, otvorené a plne reprodukovateľné riešenie, ktoré spája presnosť technického návrhu s tvorivým prístupom rádioamatérskej komunity.