Při radioamatérském provozu v terénu často řešíme stejný problém. Chceme použít směrovou anténu, která nám poskytne lepší vlastnosti než obyčejná vertikální anténa, ale zároveň ji potřebujeme jednoduše přenášet v batohu. Klasická víceprvková yagi nemusí byť vždy najpraktickejším riešením. Práve tu prichádza na rad Moxon.
Jedná se o dvouprvkovou směrovou anténu, která využívá zářič a reflektor. Oba prvky mají charakteristické zahnuté konce směřující k sobě, čímž vytvářejí kompaktní obdélníkový tvar. Konstrukce je jednoduchá, nevyžaduje složité fázovací vedení a umožňuje přímé napájení koaxiálním kabelem s impedancí 50 ohmů.
Zaujímavú prenosnú verziu pre dvojmetrové pásmo predstavil rádioamatér OE5JFE. Jeho konstrukce využívá sklolaminátové pruty a 3D tištěné spojovací díly. Na tento projekt navázal PE1RWL, ktorý pripravil vlastnú upravenú verziu s označením 2 metr Moxon antenna. Právě na ní je zajímavé zejména využití 3D tisku při mechanickém provedení antény.
V článku se dočtete
Konstrukce navržená do batohu
Hlavnou myšlienkou projektu je vytvoriť ľahkú a skladnú smerovú anténu, kterou lze rychle sestavit přímo na stanovišti. Takové řešení je vhodné především pro SOTA a GMA aktivácie, poľné dni alebo VKV contesty z horských stanovišť. Namísto přenášení rozměrné antény máme v batohu několik sklolaminátových prutů, vodiče a malé plastové komponenty.
3D tištěné díly zabezpečují spojení jednotlivých částí a zároveň umožňují opakovanou montáž a demontáž. Výhodou je, že není třeba vyrábět komplikované kovové držáky ani používat rozměrné nosné konstrukce.
Projekt OE5JFE využívá centrální spojovací díl, držák BNC konektoru, čtyři koncové krytky, dvě distanční vložky a ochranný díl napájecího bodu. PE1RWL připravil upravenou sadu STL souborů, která se skládá z centrálního dílu Mobile Moxon Heart, Feedpoint, dvou spacerů a čtyř End Button.
Potřebné komponenty a materiál
Při realizaci dle návrhu PE1RWL budeme potřebovat kromě 3D tištěných dílů i několik běžně dostupných komponentů:
- 4× sklolaminátový prut o průměru 7,9 mm a délce 360 mm,
- 1× panelový BNC konektor,
- přibližně 160 cm koaxiálního kabelu RG58 (doporučoval bych raději Aircell5),
- 5 cm smršťovací bužírky,
- 2× šroub M4 × 12 mm, 4× podložka M4 a 2× matice M4,
- 2× kabelové očko M4 pro vodič o průřezu 0,5 mm²,
- 2× vodič pro zářič o délce 44 cm,
- 1× vodič pro reflektor o délce 96 cm,
- 4× plastový šroub M4 × 10 mm pro distanční vložky.
Uvedené rozměry vodičů jsou výsledkem ladění konkrétní konstrukce. PE1RWL proto doporučuje ponechat při prvotní montáži určitou rezervu a konečné rozměry upravit až po měření anténním analyzátorem.
Pro 3D tisk souborů PE1RWL byl použit materiál PLA, vrstva 0,2 mm a výplň 15 %. Při tisku je třeba dodržet rozměry otvorů pro sklolaminátové pruty a jednotlivé spojovací prvky.
Mechanická montáž a napájecí bod
Základem celé konstrukce jsou čtyři sklolaminátové pruty, které vytváří obdélníkovou geometrii antény. Jejich spojení zajišťuje centrální 3D tištěný díl a koncové krytky. Dvě distanční vložky udržují správnou vzdálenost mezi zářičem a reflektorem.
Zvláštní pozornost si zaslouží napájecí bod. Vodiče zářiče jsou připojeny pomocí kabelových ok a šroubových spojů. Koaxiální kabel RG58 (doporučuji raději Aircell5) je přiveden k panelovému BNC konektoru. Pájená místa a přechody vodičů je třeba mechanicky odlehčit, aby se při skládání a rozkládání antény nepoškodily.
Právě ochrana napájecího bodu byla jednou z úprav původního návrhu OE5JFE. Autor doplnil samostatný ochranný díl, který stabilizuje citlivé spojení koaxiálního kabelu s anténním vodičem. Po dokončení pájení a úspěšné kontrole analyzátorem doporučuje spoj mechanicky zajistit vhodným lepidlem nebo epoxidovou pryskyřicí.
Výpočet rozměrů a ladění antény
Při stavbě Moxonu je důležité správně určit rozměry obou prvků. Nestačí pouze použít přibližnou délku půlvlnného dipólu a ohnout jeho konce. Výslednou impedanci a směrové vlastnosti ovlivňuje celá geometrie včetně vzdálenosti mezi prvky a mezer mezi jejich zahnutými konci.
Oba autoři při návrhu využili online nástroj Moxon Rectangle Generator. Ten umožňuje vypočítat rozměry antény podle požadované pracovní frekvence a průměru řidiče. Pro pásmo 144 MHz je proto vhodné začít výpočtem pro zvolenou střední pracovní frekvenci a následně rozměry ověřit měřením.
Po mechanickém sestavení následuje kontrola pomocí anténního analyzátoru. Sledujeme především rezonanční frekvenci, impedanci a PSV. Pokud se minimum PSV nachází mimo požadovanou část pásma, upravíme délku vodičů. Při ladění je vhodné měnit rozměry postupně a po každé úpravě zopakovat měření.
Montáž a použití v terénu
Jednou z nejzajímavějších vlastností této konstrukce je možnost rychlého rozložení a složení. Po demontáži nezabírají jednotlivé díly mnoho místa a celou anténu lze pohodlně uložit do batohu. Na stanovišti ji stačí sestavit, připojit koaxiální kabel a upevnit na vhodný stožár nebo teleskopickou sklolaminátovou tyč.
Při montáži je třeba myslet i na polarizaci. Původní návrh OE5JFE počítá s možností upevnění antény ve vertikální i horizontální poloze. K tomuto účelu jsou připraveny montážní otvory pro obě orientace. Při výběru nosné tyče pro vertikální polarizaci je důležité použít sklolaminát nebo jiný nevodivý materiál, nikoli uhlíkovou tyč, která by mohla ovlivnit elektrické vlastnosti antény.
V následujícím videu je možné prohlédnout si konstrukci a praktické provedení moxon antény z pevných dílů:
Další video doplňuje představení konstrukce a jejího praktického použití:
Závěr
Moxon PE1RWL je pěkným příkladem toho, jak může 3D tisk zjednodušit konstrukci radioamatérské antény. Namísto komplikovaných mechanických spojů dostáváme soupravu účelových plastových dílů, které umožňují rychlou montáž a opakované skládání.
V kombinaci se sklolaminátovými pruty a jednoduchým drátovým provedením vzniká zajímavá směrová anténa pro dvoumetrové pásmo. Jejím největším přínosem není snaha konkurovat velkým VKV anténním systémem, ale nabídnout praktické řešení pro radioamatéra, který chce vyrazit do terénu s minimální zátěží a přitom nechce zůstat odkázán pouze na všesměrovou anténu.
STL soubory a podrobnosti ke konstrukci naleznete na Thingiverse – 2 metr Moxon antenna by PE1RWL. Původní návrh OE5JFE je dostupný na Thingiverse – VHF 2m Band Moxon beam antenna.