Moxon anténa (Moxon rectangle) je jednoduchá a mechanicky robustní dvouprvková směrová anténa pro jednu frekvenci. Jedná se o dvouprvkový yagi-Uda s reflektorem a bez direktorů, kde jsou konce obou prvků ohnuté směrem k sobě – díky tomu vznikne tvar obdélníku, který dal anténě její jméno. Právě tato konstrukce z ní činí oblíbenou volbu pro polní dny, nouzovou komunikaci i běžnou domácí stanici
V článku se dočtete
Historie Moxon antény G6XN
Za designem stojí Leslie „Les“ Moxon, G6XN, britský radioamatér licencovaný již v roce 1928. Během druhé světové války se podílel na přísně tajném vývoji radaru, po válce pracoval jako vládní radiotechnický specialista až do odchodu do důchodu jako o jeho díla jako o díla do roku 1969. „HF Antennas for All Locations“ z roku 1982 (druhé vydání 1993, RSGB) se stalo klasikou oboru. Podle Deana Strawa, N6BV, anténáře ARRL, Moxonovy poznatky o vlivu terénu na šíření byly jedním z faktorů, které jej před lety přivedly k zájmu o tuto oblast KV provozu. Moxon zemřel 3. března 2004 ve věku 95 let v hrabství Surrey a v roce 2005 byl posmrtně uveden do CQ Amateur Radio Hall of Fame.
Samotný princip antény nevznikl úplně od nuly. Vychází z konceptu VK2ABQ square, který objevil Fred Caton, VK2ABQ – pokud se čtvercová quad smyčka položí horizontálně a rozstřihne na dvou stranách uprostřed, vzniknou dva izolované půlvlnné vodiče s určitou směrovostí. Moxon učinil dvě zásadní vylepšení: zjistil, že obdélníkový tvar zlepšuje zisk, a že mezera mezi konci vodičů je kritická pro správnou funkci antény – musí být větší, než jakou poskytovaly doposud používané izolátory. Ve své původní verzi Moxon ladil oba vodiče vzdáleně ze shacku, čímž získal pevně umístěný, ale reverzibilní beam. Pozdější systematické modelování a zdokumentování antény provedl L. B. Cebik, W4RNL, který vyvinul i vlastní způsob výpočtu nativních rozměrů prvků bez nutnosti elektrického doladování.
Moxonovy poznatky o vlivu terénu na šíření byly jedním z faktorů, které přivedly antenisty ARRL Deana Strawa, N6BV, k zájmu o tuto oblast KV provozu – Moxon byl podle jeho slov skutečným „radio pioneer“.
Technické parametry Moxon antény
Běžná dvouprvková Yagi s reflektorem má boom délky přibližně 0,2 λ a impedanci 50 Ω. Moxon dosahuje stejné impedance 50 Ω při boomu dlouhém pouhých 0,18 λ, tedy při přibližně 70 % délky ekvivalentního dipólu. Konce prvků, ohnuté dozadu (zářič) nebo dopředu (reflektor), fungují jako kapacitní zátěž – což je z hlediska šířky pásma i ztrát výhodnější než induktivní zatížení cívkami.
Díky zmenšeným rozměrům je zisk oproti plnorozměrnému dvouprvkovému beamu nižší přibližně o 0,2 až 0,7 dB v závislosti na konkrétní realizaci. Kompenzací je mimořádně vysoký předo-zadní poměr (F/B) – při dobře nastavené konstrukci dosahuje na návrhové frekvenci hodnoty 30 dB a více, což převyšuje jakýkoli jiný běžný dvouprvkový beam včetně ZL Special nebo HB9CV, které si zvyknou ponechat boční zadní laloky potištěné jen o něco pod 20 dB. Tato vlastnost vzniká kombinací parazitní vazby z paralelních částí prvků a vazby na koncích vodičů (end coupling), přičemž Moxon dosahuje tohoto efektu bez použití fázovacího vedení.
| Parametr | Hodnota |
|---|---|
| Typ antény | 2-prvkový Yagi-Uda (radiátor + reflektor, bez direktoru) |
| Délka bumu | 0,18 λ (oproti 0,2 λ u klasické 2-prvkové Yagi) |
| Impedance | 50 Ω (přímý koaxiální feed) |
| Zisk | o cca 0,2–0,7 dB nižší než plnorozměrný 2-prvkový beam |
| Poměr předu-vzadu (F/B) | typicky ≥ 30 dB na návrhové frekvenci (podle DK7ZB) |
| Směrovost | cca 2,0 dB, se širokým předním lalokem téměř kardioidního tvaru |
Podle Cebikova modelování 20metrového hliníkového Moxonu se zisk v rámci pásma mění jen o přibližně 0,6 dB, přičemž F/B ratio u okrajů pásma zůstává kolem 20 dB. Impedance v napájecím bodě se drží blízko 50 Ω napříč celým pásmem, takže koaxiální kabel (s tlumivkou/balunem) je přirozenou volbou napájení bez potřeby přizpůsobovacích členů.
Video: Stavba Moxon antény
Přehled výhod Moxon antény
Hlavní devizou Moxonu je kombinace vlastností, kterou jinak neseženete v jedné konstrukci: vysoký předo-zadní poměr při zachování zisku blízkého plnorozměrnému beamu, to vše na výrazně kratším boomu. Pro operátory, kteří upřednostňují princip „dobré uši“ před hrubým ziskem, je to ideální kombinace – Moxon výrazně potlačuje rušení a QRM přicházející zezadu.
Mechanická jednoduchost je další výhodou. Konstrukce neobsahuje žádné cívky ani fázovací vedení, přímý 50ohmový feed odpadá nutnost složitého přizpůsobování. Přenosné drátové verze Moxonu jsou oblíbené pro polní dny a nouzovou komunikaci právě díky nízké hmotnosti a odolné konstrukci. Na VKV a UHF pásmech se Moxon zvykne stavět z hliníkových trubek o průměru přibližně 3/8 až 3/4 palce, což přináší širší pásmo bez zbytečné zátěže větrem.
Při konstrukci pro KV pásma (například 17 m) uživatelé potvrzují, že při přesném zaměření rozměrů dosahují téměř dokonalého přizpůsobení 1:1 na návrhové frekvenci, a to i bez balunu, ačkoli balun na feedpointu je běžnou praxí. Šířka pásma je dostatečná pro plné pokrytí například celého 17metrového pásma.
Nástin antény a rozměry
Klíčové rozměry Moxonu se vždy označují stejným způsobem: A je celková délka zářiče, B délka „ocasu“ (ohnutého konce) radiátoru, C je mezera mezi konci radiátoru a reflektoru, D délka ocasu reflektoru a E je celková šířka antény (rozteč mezi radiátorem a reflektorem).
Podle Cebikova původního modelování kontroluje délka A především celkovou impedanci, nastavení ocasu radiátoru B má nejbezprostřednější vliv na reaktanci feedpointu, ocas reflektoru D ovlivňuje zejména rezistenci na feedpointu a mezera C má největší vliv na umístění nejhlubšího nulového bodu (null) v rámci zvoleného pásma.
Pro pásmo 144 MHz (2 m) publikuje DK7ZB následující rozměry pro hliníkové elementy různých průměrů, s bumem z 25mm PVC trubky:
| Rozměr | 2,4 mm | 3,2mm | 4 mm | 5 mm |
|---|---|---|---|---|
| A – délka zářiče | 744 mm | 744 mm | 744 mm | 742 mm |
| B – ocas zářiče | 104,5 mm | 102 mm | 99,5 mm | 98 mm |
| C – mezera | 29,5 mm | 32,5 mm | 34,5 mm | 37 mm |
| D – ocas reflektoru | 141,5 mm | 141 mm | 141,5 mm | 141 mm |
| E – šířka (rozteč) | 275,5 mm | 275,5 mm | 275,5 mm | 276 mm |
Při této konstrukci dosahuje 2metrový Moxon podle DK7ZB zisku 4,09 dBd na 144 MHz, 3,89 dBd na 145 MHz a 3,69 dBd na 146 MHz, s poměrem předu-vzadu 20 dB, 33 dB a 27 dB. Elementy jsou vyrobeny z hliníkových svařovacích tyčí (welding rods), koaxiální kabel je připojen na opačné straně svorky a namotaný do tlumivky (choke) pro symetrické napájení. Konce prvků jsou spojeny malými izolačními trubičkami pro lepší mechanickou stabilitu.
Pro drátové verze na KV pásmech (bez izolace, drát průměru 1 mm) publikuje DK7ZB například tyto rozměry: pásmo 20 m – S (radiátor) 1011 cm, R (reflektor) 1057 cm, spreader F 411 cm; pásmo 17 m – S 788 cm, R 826 cm, spreader F 321 cm; pásmo 15 m – S 674 cm, R 706 cm, spreader F 275 cm. Kompletní tabulky pro všechna pásma od 6 do 30 m jsou publikovány přímo na stránce QSL.net/dk7zb.
Praktické tipy z konstrukce
Návrhovou frekvenci je vhodné volit přibližně v první třetině pásma od jeho spodního okraje, jelikož SWR narůstá výrazněji pod návrhovou frekvencí než nad ní. U drátových verzí nikdy neohýbejte konce vodičů do kruhu – fungují poté jako koncový kondenzátor a způsobují posun frekvence. Namísto toho použijte rovný Izolátor s přesně definovanou délkou.
Při praktické stavbě například rybářskými pruty v konfiguraci X je kritickým bodem přesné umístění místa, kde se prvek ohýbá o 90 stupňů – právě v tomto bodě se řidič připojuje na rybářský prut. Zkušenosti stavitelů potvrzují, že při přesném dodržení rozměrů dosahuje anténa téměř dokonalého přizpůsobení 1:1 na návrhové frekvenci a snáší i vysoký výkon (kilowattový provoz bez problémů).
Pro výpočet přesných rozměrů podle zvoleného průměru řidiče a materiálu je nejpraktičtější použít volně dostupný program MoxGen od D. Maguirea, AC6LA, který vychází z Cebikových empirických vzorců a generuje i výstupní soubor pro EZNEC pro další úpravy (například tapering elementů). Důležité je nezapomínat, že Moxon je jednopásmová anténa – pokusy o vícepásmové verze se společným napájením nepřinášejí uspokojivé výsledky; pro vícepásmový provoz je zapotřebí buď samostatné napájecí vedení pro každé pásmo, nebo úplně jiný typ antény.
Video: Moxon anténa v testovacím provozu
Mé postřehy ke moxon anténě
Málokdy se zmiňuje mechanická odolnost moxon antény. Všiml jsem si, že se chová ve větru jinak než klasická yagi, kde každý prvek kmitá samostatně. Spojením prvků se mi zdá, že prvky si navzájem kmitání tlumí a jsou mnohem klidnější.
Obdélníkový tvar je praktický i pro VKV portable – nejsou zde konce prvků, které se o něco zachytí. Moxon anténu můžu hodit do kufru auta, aniž by se mi prvky zapletly do nějakých kabelů.
Vynikajúci F/B pomer môžem potvrdiť. I zisk pocitově odpovídá deklarovaným 4dBd. Víceelementové yagi, například Optibeam OB10-3W má zisk 5,3 až 6,5 dBd (dle pásma). V souboji decibelů tak moxon anténa ztrácí. Takové 2 dB už znát. Ale zmiňovaný Optibeam má 10 prvků, je delší, širší, těžší i dražší.
Moxon anténa je dost citlivá na okolí. Nehodí se například na společný stožár s množstvím jiných antén, a to ani o 90° pootočených. Je to dáno tím, že pro fungování využívá moxon anténa i části prvků, které jsou o zmiňovaných 90° zahnuté a tak vzniká interakce.
Shrnutí
Moxon anténa zůstává více než třicet let od svého publikování jednou z nejoblíbenějších kompaktních směrových antén mezi radioamatéry – a to jednak díky svému tvůrci Lesu Moxonovi, G6XN, který zdokonalil původní koncept VK2ABQ square, jednak díky následnému systematickému modelování L B. Kombinace vysokého F/B poměru, zisku blízkého plnorozměrnému dvouprvkovému beamu, přímého 50-ohmového napájení a výrazně kratšího bumu z ní činí praktickou volbu jak pro stísněné pozemky na KV pásmech, tak pro polní a přenosné VKV/UHF antény. Přesné rozměry je vždy třeba přizpůsobit zvolenému průměru řidiče – při dodržení publikovaných tabulek (například od DK7ZB pro pásmo 2 m) dosahuje konstrukce opakovatelně vynikajících výsledků bez potřeby složitého ladění.