Pri rádioamatérskej prevádzke v teréne často riešime rovnaký problém. Chceme použiť smerovú anténu, ktorá nám poskytne lepšie vlastnosti ako obyčajná vertikálna anténa, ale zároveň ju potrebujeme jednoducho prenášať v batohu. Klasická viacprvková yagi nemusí byť vždy najpraktickejším riešením. Práve tu prichádza na rad Moxon.
Ide o dvojprvkovú smerovú anténu, ktorá využíva žiarič a reflektor. Oba prvky majú charakteristické zahnuté konce smerujúce k sebe, čím vytvárajú kompaktný obdĺžnikový tvar. Konštrukcia je jednoduchá, nevyžaduje zložité fázovacie vedenie a umožňuje priame napájanie koaxiálnym káblom s impedanciou 50 ohmov.
Zaujímavú prenosnú verziu pre dvojmetrové pásmo predstavil rádioamatér OE5JFE. Jeho konštrukcia využíva sklolaminátové prúty a 3D tlačené spojovacie diely. Na tento projekt nadviazal PE1RWL, ktorý pripravil vlastnú upravenú verziu s označením 2 meter Moxon antenna. Práve na nej je zaujímavé najmä využitie 3D tlače pri mechanickom vyhotovení antény.
V článku sa dočítate
Konštrukcia navrhnutá do batohu
Hlavnou myšlienkou projektu je vytvoriť ľahkú a skladnú smerovú anténu, ktorú možno rýchlo zostaviť priamo na stanovišti. Takéto riešenie je vhodné predovšetkým pre SOTA a GMA aktivácie, poľné dni alebo VKV contesty z horských stanovíšť. Namiesto prenášania rozmernej antény máme v batohu niekoľko sklolaminátových prútov, vodiče a malé plastové komponenty.
3D tlačené diely zabezpečujú spojenie jednotlivých častí a zároveň umožňujú opakovanú montáž a demontáž. Výhodou je, že nie je potrebné vyrábať komplikované kovové držiaky ani používať rozmerné nosné konštrukcie.
Projekt OE5JFE využíva centrálny spojovací diel, držiak BNC konektora, štyri koncové krytky, dve dištančné vložky a ochranný diel napájacieho bodu. PE1RWL pripravil upravenú súpravu STL súborov, ktorá pozostáva z centrálneho dielu Mobile Moxon Heart, Feedpoint, dvoch spacerov a štyroch End Button.
Potrebné komponenty a materiál
Pri realizácii podľa návrhu PE1RWL budeme potrebovať okrem 3D tlačených dielov aj niekoľko bežne dostupných komponentov:
- 4× sklolaminátový prút s priemerom 7,9 mm a dĺžkou 360 mm,
- 1× panelový BNC konektor,
- približne 160 cm koaxiálneho kábla RG58 (odporúčal by som radšej Aircell5),
- 5 cm zmršťovacej bužírky,
- 2× skrutka M4 × 12 mm, 4× podložka M4 a 2× matica M4,
- 2× káblové očko M4 pre vodič s prierezom 0,5 mm²,
- 2× vodič pre žiarič s dĺžkou 44 cm,
- 1× vodič pre reflektor s dĺžkou 96 cm,
- 4× plastová skrutka M4 × 10 mm pre dištančné vložky.
Uvedené rozmery vodičov sú výsledkom ladenia konkrétnej konštrukcie. PE1RWL preto odporúča ponechať pri prvotnej montáži určitú rezervu a konečné rozmery upraviť až po meraní anténnym analyzátorom.
Na 3D tlač súborov PE1RWL bol použitý materiál PLA, vrstva 0,2 mm a výplň 15 %. Pri tlači je potrebné dodržať rozmery otvorov pre sklolaminátové prúty a jednotlivé spojovacie prvky.
Mechanická montáž a napájací bod
Základom celej konštrukcie sú štyri sklolaminátové prúty, ktoré vytvárajú obdĺžnikovú geometriu antény. Ich spojenie zabezpečuje centrálny 3D tlačený diel a koncové krytky. Dve dištančné vložky udržiavajú správnu vzdialenosť medzi žiaričom a reflektorom.
Osobitnú pozornosť si zaslúži napájací bod. Vodiče žiariča sú pripojené pomocou káblových ôk a skrutkových spojov. Koaxiálny kábel RG58 (odporúčam radšej Aircell5) je privedený k panelovému BNC konektoru. Spájkované miesta a prechody vodičov je potrebné mechanicky odľahčiť, aby sa pri skladaní a rozkladaní antény nepoškodili.
Práve ochrana napájacieho bodu bola jednou z úprav pôvodného návrhu OE5JFE. Autor doplnil samostatný ochranný diel, ktorý stabilizuje citlivé spojenie koaxiálneho kábla s anténnym vodičom. Po dokončení spájkovania a úspešnej kontrole analyzátorom odporúča spoj mechanicky zabezpečiť vhodným lepidlom alebo epoxidovou živicou.
Výpočet rozmerov a ladenie antény
Pri stavbe Moxonu je dôležité správne určiť rozmery oboch prvkov. Nestačí iba použiť približnú dĺžku polvlnného dipólu a ohnúť jeho konce. Výslednú impedanciu a smerové vlastnosti ovplyvňuje celá geometria vrátane vzdialenosti medzi prvkami a medzier medzi ich zahnutými koncami.
Obaja autori pri návrhu využili online nástroj Moxon Rectangle Generator. Ten umožňuje vypočítať rozmery antény podľa požadovanej pracovnej frekvencie a priemeru vodiča. Pre pásmo 144 MHz je preto vhodné začať výpočtom pre zvolenú strednú pracovnú frekvenciu a následne rozmery overiť meraním.
Po mechanickom zostavení nasleduje kontrola pomocou anténneho analyzátora. Sledujeme predovšetkým rezonančnú frekvenciu, impedanciu a PSV. Ak sa minimum PSV nachádza mimo požadovanej časti pásma, upravíme dĺžku vodičov. Pri ladení je vhodné meniť rozmery postupne a po každej úprave zopakovať meranie.
Montáž a použitie v teréne
Jednou z najzaujímavejších vlastností tejto konštrukcie je možnosť rýchleho rozloženia a zloženia. Po demontáži nezaberajú jednotlivé diely veľa miesta a celú anténu možno pohodlne uložiť do batohu. Na stanovišti ju stačí zostaviť, pripojiť koaxiálny kábel a upevniť na vhodný stožiar alebo teleskopickú sklolaminátovú tyč.
Pri montáži treba myslieť aj na polarizáciu. Pôvodný návrh OE5JFE počíta s možnosťou upevnenia antény vo vertikálnej aj horizontálnej polohe. Na tento účel sú pripravené montážne otvory pre obe orientácie. Pri výbere nosnej tyče pre vertikálnu polarizáciu je dôležité použiť sklolaminát alebo iný nevodivý materiál, nie uhlíkovú tyč, ktorá by mohla ovplyvniť elektrické vlastnosti antény.
V nasledujúcom videu je možné pozrieť si konštrukciu a praktické vyhotovenie moxon antény z pevných dielov:
Ďalšie video dopĺňa predstavenie konštrukcie a jej praktického použitia:
Záver
Moxon PE1RWL je pekným príkladom toho, ako môže 3D tlač zjednodušiť konštrukciu rádioamatérskej antény. Namiesto komplikovaných mechanických spojov dostávame súpravu účelových plastových dielov, ktoré umožňujú rýchlu montáž a opakované skladanie.
V kombinácii so sklolaminátovými prútmi a jednoduchým drôtovým vyhotovením vzniká zaujímavá smerová anténa pre dvojmetrové pásmo. Jej najväčším prínosom nie je snaha konkurovať veľkým VKV anténnym systémom, ale ponúknuť praktické riešenie pre rádioamatéra, ktorý chce vyraziť do terénu s minimálnou záťažou a pritom nechce zostať odkázaný iba na všesmerovú anténu.
STL súbory a podrobnosti ku konštrukcii nájdete na Thingiverse – 2 meter Moxon antenna by PE1RWL. Pôvodný návrh OE5JFE je dostupný na Thingiverse – VHF 2m band Moxon beam antenna.