Vysokoúčinná anténní soustava na 2m pro contesty a tropů

Autorem tohoto článku je Robi, S53WW. Originál v angličtině najdete na jeho stránkách: http://lea.hamradio.si/~s53ww/. Dva skvělé články od Robiho jste si už na tomto portálu mohli přečíst (předzesilovače S53WW a XVRT Javorník) – a třetí je také výborný. Děkujeme Robi!

1. Několik slov ohledně 2m contestingu v EU

Každý seriózní 2m soutěžící musí přijít před tuto otázku – jaký typ antény je nejlepší pro mé contestové QTH? Natíská se rychlá odpověď – s co největším ziskem! Odpověď je správná pouze pro ty stanice, které jsou vzdáleny 800km a více od lokalit s největší aktivitou. To jsou zejména DL a OK, poté lokality rozprostírající se mimo střední Evropu. Pokud ale z Vašeho contestového QTH vychází více směrů, které přinášejí nezanedbatelné množství bodů (velký počet QSO*QRB), pak je nejdůležitější vlastností použité antény šířka hlavního vyzařovacího laloku pro -3 dB.

Obrázek znázorňuje víceméně běžný směrový diagram spojení pro typické contestové QTH v S5 (Alpy v azimutu 300°, Balkánské hory a Jaderské moře v azimutu 120 – 180°). Ze statistik na levé straně obrázku lze zjistit, že asi 60% bodů se získává ze tří směrů, které mají šířku asi 30° (tuto statistiku vypočítává program VHFSTAT.EXE z dát v EDI formáte, konverze z EDI do formátu QSO/TST je možná s VHFLIB.EXE. Podle tohoto diagramu lze s konečnou platností určit, že je třeba mít dva anténní systémy – jeden s šířkou laloku 30° a druhý s šířkou laloku 75°. V tomto bodě vyvstává otázka interference způsobované blízkými stanicemi při použití antény o šířce laloku 75°. Důležité je použít RX s výborným dynamickým rozsahem (což samozřejmě vylučuje předzesilovače). Nejlépe se jeví nasazení home made RX-u, ale také složení XVRT+HF RIG se šumovým číslem kolem 2,0 dB je OK. Celkový šum sestavy (útlum koaxiálního kabelu plus šum RX-u) nemusí být pod 2,0 dB, pokud zisk transvertoru překračuje dynamický rozsah přijímače (turbo deluxe XVRT a super HF RIG jsou degradovány do střední třídy – pokud jinak zcela lineární předzesilovač – je zařazen pro ně!).

Běžným řešením je instalace dvou či více anténních systémů. Pro efektivní využití má druhý (třetí atp.) anténní systém mít stejnou výkonnost jako hlavní (podobný zisk a výkon +/- 3 dB). Pokud se používá více než dva anténní systémy, je normální uspořádání RX/TX (přičemž výkon jednoho TX-u je rozdělen mezi dvě antény a jeden RX je přepínán mezi dvěma anténami), co ale již dnes není optimální řešení. Čas na přepnutí mezi třemi či více anténami je příliš dlouhý a za tu dobu můžeme úplně přeslechnout volačku. Minimálně dva nezávislé přijímače jsou potřebné pro efektivní využití tří nebo čtyř anténních systémů (samozřejmě s druhým operátorem). Pokud všichni RX operátoři mohou také vysílat, je to nejoptimálnější řešení, i když ne nezbytné.

Minimální zisk antény pro tropo contest je asi 16 dBi. Tento zisk je dosažitelný dlouhou yagi (4 lambda), ale její šířka laloku pro -3 dB (v E rovině) je méně než 30°. Tak jak dosáhnout pokrytí azimutu v šířce 50 – 70° a zisk více než 16 dBi? Odpověď je I-stack (vertikální soustava) krátkých yagi antén.

2. I-stack čtveřice 4 el. yagi s maximálním ziskem

Po důkladném přehodnocení našeho contestového QTH (S59DEM/JN75DS) podle směrového diagramu spojení jsem se rozhodl postavit vertikální soustavu ze čtyřčete krátkých yagi, které mají šířku hlavního laloku pro -3 dB asi 50°. Pro dosažení požadovaného zisku jsem zvolil verzi yagi s maximálním ziskem. Maximální zisk je při impedanci antény pod 50 ohmy. Při uvažované fixní impedanci antény 12,5 ohmu lze získat 50 ohmovou použitím skládaného dipólu a jednoduchého cívkového balunu. V tom případě lze postavit anténu, která má impedanci 50 ohmy, zisk 11,3 dBi, šířku laloku 50° v E rovině a délku 1600 mm (0,8 lambda). Vysimulováno Je to na v H rovině směrové charakteristiky si můžete prohlédnout na přiložených obrázcích.

Obr.2 – charakteristika stackování dvou 4 el.yagi s maximálním ziskem versus vertikální vzdálenost. Boom je z Al profilu 20×20 mm, prvky z Al tyčoviny průměru 5,0 mm jsou izolovány od boom-u (korekce boom-e je 2,0 mm). Plastové držáky (doma vyrobeno) byly použity jako izolátory prvků. Tato technologie se ukázala jako mechanicky málo stabilní a tak prvky a izolátory byly později slepeny s boomem dvousložkovým lepidlem.

Stinnou stránkou krátkých jagin s maximálním ziskem je úzká šířka pásma (144 – 145 pro PSV 1:1,5) a bídný předozadní poměr (například 12,5 dB pro tento design). Jelikož ale není zamýšleno použití jedné antény, ale anténní soustavy, problém s F/B poměrem může být efektivně vyřešen vhodným stackováním. Navržená soustava také zlepšuje PSV (díky kompenzaci jalové složky) – PSV 1:1 v celém rozsahu 143 – 146 MHz. Jednotlivé antény mohou být horizontálně vzdáleny lambda/čtvrtkrát a napájeny ve správné fázi. V tom případě je F/B poměr 25 až 30 dB . Vertikální stackování je na obrázku 3.

Obr.3 – rozměry I-stacku čtyř 4 el.yagin. Všimněte si, že vertikální separace antén je minimálně 2,1m a může být zvětšena do 2,4 m s přírůstkem zisku 0,1dB/0,1m. Ve vrchní části náčrtu lze vidět pozice, ve kterých se křižuje stožár s boomem. Vrchní a spodní anténa je připevněna ke stožáru mezi D1 a D2, střední antény jsou posunuty o 520 mm dopředu. Z tohoto důvodu kabely napájející střední antény mají být o elektrickou délku lambda/4 kratší. (to znamená, že kabely mají mít délku 520mm*rychlostní_činitel (340 mm pro kabely s pevným PE dielektrikem a 360 mm pevné PTFE).

Dipól (na obr.4) je klasický skládaný dipól se stejnými rozměry jako mají DJ9BV antény, ale s délkou 900 mm a balun je tvořen cívkou z kabelu RG-188/RG-316 (obr.5). Dipól je připojen na boom přímo (trubka dipólu je ve středu po délce 25 mm slisovaný a provrtaný. S boomem je fixován vhodným šroubem.). Stejná technika je použita i pro připojení balunu ke dipólu.

Obr.5 – detail cívkového balunu: sedmizávitová cívka je navinuta z 500 mm dlouhého tenkého teflonového kabelu (např. RG-188) na plastové tělísko o průměru 18 mm (plastová trubka pro domovní instalace) s předvrtanými dírkami ve vzdálenosti 22 mm, které slouží k fixaci kabelu. N-konektor je přímo připojen na RG-188.

Hotový balun je zakrytovaný elektroinštalačnou plastovou krabičkou. Detail dipólu s balunem je zobrazen VAŠE. Autor s anténou na Ljubjanské fakultě elektroinženýrství je VAŠE.

Tato anténní soustava se osvědčila v contestech (S59DEM/S55A/S53WW) za poslední dva roky ve srovnání s jednou 15 el. DL6WU. Náš hlavní anténní systém se skládá ze dvou 15 el. DL6WU zestackovaných vertikálně. Ale pak 3 dB větší zisk (4×4 má delší napáječ, cca.o 0,5 dB a pouze RG-213 jako stackovací kabely (ze starého systému 4×6 .)).

Dělá, S53WW
http://lea.hamradio.si/~s53ww/
Slovenský překlad Viliam, OM0AAO