Německý radioamatér Andreas DL6YCL je známý svými praktickými řešeními anténních systémů pro mikrovlnné pásma, zejména v souvislosti s provozem přes geostacionární transpondér QO-100 (Es’hail-2). Mezi jeho projekty patří také moderní 3D tisknutý YATT Helix ozařovač pro pásmo 2,4 GHz, který představuje snadno realizovatelné a výkonné řešení pro satelitní uplink anténu. Zkrátka YATT ve jméně znamená Yet Another Two Turn, co odkazuje na kompaktní, ale účinný design.
Koncepce a určení
Ozařovač YATT Helix byl navržen jako ozařovač (feed) pro parabolické reflektory, které se používají v amatérské satelitní prevádce. Je optimalizován pro uplink na frekvenci 2400 MHz, která odpovídá vysílací části transpondéru QO-100. Konstrukce využívá dvojzávitovou helixovou anténu s kruhovou polarizací, umístěnou před reflektorem, což zajišťuje efektivní ozáření paraboly s vysokou účinností a minimálním ziskovým útlumem.
Na rozdíl od některých složitějších ozařovačů je YATT Helix koncipován tak, aby byl snadno vyrobitelný i domácími prostředky. Většina dílů se dá vytisknout na 3D tiskárně a kovové prvky se doplňují běžnými komponenty – jako jsou mosazné šrouby, koaxiální konektor typu SMA a měděný vodič pro helix.
Mechanická konstrukce podle DL6YCL
Konstrukce osvětlovače se skládá z několika základních částí:
- Reflektorová deska - kovový kruhový reflektor s průměrem přibližně 70 mm, který zajišťuje směrovost a potlačuje zpětné záření.
- 3D tištěné tělo - plastový držák, který slouží jako nosná konstrukce helixu a zároveň jako kryt koaxiálního připojení. V modelu DL6YCL je navržen pro jednoduchou montáž na držák LNB (konvertoru), aby mohl být osvětlovač umístěn společně s přijímacím LNB ve společném ohnisku paraboly.
- Helixový zářič - dvojitá medená spirála s průměrem přibližně 40 mm, vyrobená z tuhého meděného drátu s průměrem 1,5 - 2 mm. Rozměr a směr stoupání vinutí je navržen tak, aby anténa pracovala s pravotočivou kruhovou polarizací (RHCP), kompatibilní s transpondérem QO-100.
- Přizpůsobovací (matching) destička - malý trojúhelníkový kus plechu umístěný v blízkosti napájecího bodu, který zajišťuje impedanční přizpůsobení na 50 Ω a zlepšuje přenos energie mezi koaxiálním vedením a helixem.
- Koaxiální napájení - koaxiální konektor SMA nebo N typu, připevněný ze zadní strany reflektoru. Střední vodič konektoru je připojen přímo k začátku helixu, stínící vodič je spojen s reflektorem.
Andreas DL6YCL navrhl jednotlivé části tak, aby bylo možné celý osvětlovač vytlačit bez potřeby podpůrné struktury a montáž zvládl i méně zkušený konstruktér. Na stránce Thingiverse jsou k dispozici soubory STL pro 3D tisk, stejně jako montážní pokyny a rozměry pro připojení k koaxiálnímu konektoru.
Elektrické parametry a přizpůsobení
Osvětlovač YATT Helix byl optimalizován pro pracovní frekvenci 2400 MHz, přičemž charakteristická impedance je přizpůsobena na 50 Ω. V experimentech autora dosahovala anténa SWR pod 1,2 : 1, co svědčí o velmi dobrém přizpůsobení bez potřeby dodatečných ladění.
Simulace a měření ukazují, že osvětlovač poskytuje zisk přibližně 11 dBi a šírku hlavního svazku kolem 65°. Tyto parametry jsou vhodné pro použití s parabolickým reflektorem o průměru 60 - 100 cm, přičemž v kombinaci s vhodným LNB poskytuje ideální geometrii pro současný příjem a vysílání přes QO-100.
Materiály a výroba
DL6YCL doporučuje tisk těla zářiče z UV stabilního PETG nebo ASA filamentu, které lépe odolávají povětrnostním vlivům. Pro použití venku, zejména v zimním období, je důležité, aby materiál měl nízkou nasákavost a vysokou rozměrovou stabilitu.
Helix je nejvhodnější vyrobit z měděného drátu (např. z pevného elektrického vodiče CY 1,5 mm²). Po navinutí na šablonu je důležité zachovat přesnou vzdálenost mezi závity, která určuje rezonanci a kruhovou polarizaci. Reflektor může být vyroben z hliníkového plechu tloušťky 1 mm nebo z měděného disku.
Mechanická integrace s LNB
Jedním z praktických aspektů návrhu DL6YCL je možnost přímého upevnění zářiče na držák LNB, čím se dosáhne optimálního ladění se společným ohniskem paraboly. Tento způsob montáže minimalizuje ztráty a usnadňuje zarovnání polarizace.
Zářič se montuje pomocí plastového adaptéru nebo objímky, která se dá vytisknout spolu s tělem. Držák je dimenzován pro běžné LNB s průměrem 40 mm. V některých případech je možné zářič připojit přímo na přední kryt LNB, pokud se používá společný držák pro „dual-feed“ konfiguraci.
Provozní zkušenosti
Podle zkušeností autora a více uživatelů publikovaných na portálech ThingiverseaQRZ.com, YATT Helix nabízí stabilní výkon, minimální SWR a spolehlivou reprodukovatelnost výsledků. V kombinaci s výkonovým zesilovačem 2,4 GHz s výkonem 2-5 W je možné dosáhnout silný a čistý signál na uplinku QO-100 i při menších parabolách (60 cm).
Více radioamatérů potvrdili, že zářič se osvědčil i v náročnějších povětrnostních podmínkách - po více než roce používání venku nevykazoval zhoršení parametrů, zejména pokud byl vytisknut z kvalitního ASA filamentu.
Výhody a praktické poznámky
Mezi hlavní výhody YATT Helix ozařovače patří:
- jednoduchá a rychlá výroba bez speciálního nářadí,
- možnost 3D tisku z běžně dostupných materiálů,
- vynikající přizpůsobení na 50 Ω,
- vhodná charakteristika pro parabolické reflektory do 1 m,
- lehká integrace s LNB pro QO-100,
- nízká hmotnost a kompaktní rozměry,
- vysoká odolnost vůči povětrnostním vlivům.
DL6YCL doporučuje před finální montáží zkontrolovat SWR pomocí VNA analyzátorupro doladění vzdálenosti mezi helixem a reflektorem. Malé odchylky mohou mít vliv na impedanční přizpůsobení a polarizační čistotu.
Závěr
Projekt YATT Helix od DL6YCL je vynikajícím příkladem praktické kombinace moderních technologií, jako je 3D tisk, s klasickou technikou mikrovlnné antény. Díky jednoduchosti, dostupnosti a osvědčené funkčnosti se stalo oblíbeným řešením mezi amatéry, kteří chtějí vytvořit spolehlivý a efektivní radiátor pro QO-100.
Publikované 3D modely a dokumentace dostupná na Thingiverse umožňují každému zájemci vyrobit si ozařovač přesně podle originálního návrhu. YATT Helix tak představuje moderní, otevřené a plně reprodukovatelné řešení, které spojuje přesnost technického návrhu s tvůrčím přístupem radioamatérské komunity.