Hexbeam G3TXQ

hexbeam je drôtová smerová anténa, ktorá v jednej kompaktnej konštrukcii kombinuje princípy yagi a Moxon antény. Verziu G3TXQ, ktorú od roku 2009 vyrába Anthony MW0JZE, dnes používa veľký počet rádioamatérov ako náhradu klasickej viacpásmovej Yagi alebo quadu na pozemkoch, kde nie je priestor pre rozmernejšiu konštrukciu. Článok popisuje princíp činnosti, mechanickú konštrukciu, históriu vzniku, doplnenie o pásmo 40 m, riešenie balunu aj praktickú skúsenosť so stavbou podobnej antény v domácich podmienkach.

Výhoda hexbeam antény

Hlavnou výhodou hexbeamu je kombinácia smerového zisku a malých rozmerov. Táto konštrukcia dosahuje zisk približne medzi 5 a 6 dBi a predozadný pomer až okolo 20 dB, čím sa svojimi parametrami blíži k dvojprvkovej Yagi anténe. Pri šiestich rovnobežne usporiadaných ramenách je možné na jedinom centrálnom stĺpiku umiestniť až šesť samostatných pásiem, pričom každé pásmo funguje ako nezávislý dvojprvková anténa bez cievok a pásmových filtrov, teda bez strát, ktoré tieto prvky bežne spôsobujú.

Najväčší praktický prínos oproti klasickej Yagi anténe je v rozmeroch. Šesťpásmový hexbeam G3TXQ má otočný polomer iba 3,25 m, zatiaľ čo porovnateľná dvojprvková Yagi anténa pre pásmo 20 m potrebuje rozpätie 10,75 m a otočný polomer 5,75 m. Vďaka tomu sa hexbeam zmestí na bežnú záhradu a dá sa otáčať aj menej výkonným rotátorom.

Pôvodná konštrukcia hexbeamu z 90. rokov mala úzkopásmové vlastnosti a vyžadovala dolaďovanie. Verzia G3TXQ je naopak navrhnutá ako širokopásmová – pri správnom zostavení nepotrebuje anténny tuner a SWR zostáva nízke v celom rozsahu jednotlivých pásiem.

Vlastnosti hexbeam antény

Hexbeam G3TXQ je plnorozmerová dvojprvková Yagi anténa s ohýbanými drôtovými prvkami. Budený prvok má z vtáčej perspektívy tvar písmena M, reflektor tvar písmena U. Anténu je možné zostaviť ako jednopásmovú alebo viacpásmovú verziu bez výrazného poklesu výkonu, pretože jednotlivé pásma sa navzájom prakticky neovplyvňujú – odpojenie alebo úprava jedného prvku nemá takmer žiadny vplyv na ostatné pásma.

Celková šírka šesťpásmovej antény je 6,5 m, výška od základovej platne po vrchol centrálneho stĺpika 107 cm. Hmotnosť aktuálnej verzie s hrubšími výložkami je od roku 2014 udávaná na 12 kg, staršia verzia s tenšími výložkami vážila 9,5 kg.

Výrobca uvádza, že anténu v Spojenom kráľovstve testuje do výkonu 400 W, pričom časť používateľov bežne prevádzkuje anténu na SSB do 2 kW a na CW a digitálnych módoch do 1 kW. Mechanická odolnosť bola testovaná do rýchlosti vetra 75 mph, pričom táto hodnota platí len v prípade, že rovnakú záťaž zvládne aj nosný stožiar.

Uvedené hodnoty zverejnil výrobca pre šesťpásmovú HD verziu hexbeamu G3TXQ; zisk je udávaný v dBd, pre prepočet na dBi je potrebné pripočítať 2,15 dB.

História vzniku hexbeam antény

Hexbeam ako koncept prvýkrát skonštruoval Mike Traffie, N1HXA, ktorý svoj návrh publikoval v roku 1996 v časopise Communications Quarterly. Táto pôvodná, dnes označovaná ako „klasická“ konštrukcia mala otočný polomer približne 2,9 m a pokrývala pásma 20, 17, 15, 12 a 10 m.

Britský rádioamatér Steve Hunt, G3TXQ, sa pôvodnej konštrukcii venoval podrobnejšie, pretože si všimol nezrovnalosti v údajoch o zisku, šírke pásma a predozadnom pomere, ktoré uvádzali rôzni stavitelia. Výsledky svojej úpravy publikoval koncom roka 2007 v online magazíne AntennaX pod názvom „Broadband Hexbeam“ a od roku 2008 sa táto širokopásmová verzia začala šíriť medzi staviteľmi. Zmenil rozmery a tvar prvkov tak, aby anténa pracovala širokopásmovo bez nutnosti ladenia, pričom budený prvok zostal v tvare M, reflektor však dostal viac poloblúkový tvar. Cenou za rozšírenie šírky pásma bolo zväčšenie otočného polomeru na 3,25 m.

Komerčnú výrobu širokopásmovej verzie G3TXQ začal v júli 2009 Anthony, MW0JZE, pôvodne na základe žiadosti o anténu pre prenosnú aktivitu IOTA. Výrobu vedie so súhlasom Steva Hunta, G3TXQ, a od 31. marca 2013 ju prevádzkuje pod obchodným menom Hexbeam UK. Podľa údajov výrobcu sa dodnes predalo viac ako 3000 kusov antény do viac než 65 krajín.

Konštrukcia hexbeam antény na viacero pásiem

Centrálny stĺpik

Jadrom konštrukcie je vzduchový koaxiálny centrálny stĺpik vlastného návrhu MW0JZE, vyrábaný od augusta 2012. Vonkajší vodič tvorí hliníková rúrka s priemerom 35 mm a stenou 3,5 mm, vnútorný vodič je plný prút uložený na nylonových dištančných vložkách v strede rúrky – samotný stĺpik teda neobsahuje žiadny kus koaxiálneho kábla. Konštrukcia je navrhnutá na impedanciu 50 ohmov a je symetrická, čo zlepšuje vyváženosť napájania a izoláciu od ostatných častí konštrukcie. Vrchol stĺpika je uzatvorený nylonovým čapom pre vodotesnosť, napájací konektor je SO-239, na požiadanie aj N-konektor. 

Základová platňa

Základová platňa je vyrobená z 6 mm hliníkového plechu triedy T6, vyrezaného na CNC stroji, s vygravírovanými značkami pre presné umiestnenie výložiek. Všetky U-skrutky a spojovací materiál sú z nerezovej ocele. Spodná príruba je upravená na maximálny priemer nosnej trubky 50 až 40 mm metricky, respektíve 1 a 7/8 až 1 a 5/8 palca, s odporúčanou minimálnou hrúbkou steny 2,5 mm.

Sklolaminátové výložky

Každé z šiestich ramien tvoria tri na seba nasunuté sekcie ťahaného sklolaminátového profilu. Po zložení dosahuje jedna výložka dĺžku 353 cm.

Konce sekcií sú spevnené hliníkovými objímkami, aby sa pri ohýbaní výložky do tvaru antény netrieskali. Každé rameno je k stĺpiku a k susednému ramenu pripevnené ťažnými lankami Mastrant P2 s pevnosťou v ťahu 95 kg, ktoré udržujú výložky v správnom oblúku. Vodiče sú na výložkách vedené v úchytkách z HDPE, ktoré výrobca v revízii z januára 2025 nahradil za pôvodné menej odolné prevedenie.

Drôtové prvky

Anténa sa štandardne dodáva v päť- alebo šesťpásmovom prevedení pre rozsah 6 až 20 m. Každý prvok je samostatná jednotka, takže pridanie alebo odobratie jedného pásma takmer neovplyvní vlastnosti ostatných. Vodiče sú zo sedemžilového medeného lanka s PVC izoláciou, medzi budeným prvkom a reflektorom sú dištančné polyesterové laná.

Od januára 2013 sú vo všetkých prvkoch osadené špeciálne vyvinuté izolátory, ktoré majú zabrániť preskoku oblúka pri dlhšej prevádzke na vysokom výkone v režimoch CW a dátových módoch, typicky počas pretekov alebo DXpedícií. Všetky spoje sú zaliate teplom zmršťovacou bužírkou.

Podľa výrobcu trvá kompletná montáž antény približne hodinu. Optimálna výška nad terénom je nad 10,7 m, anténa však dáva uspokojivé výsledky už od výšky okolo 6 m nad voľným terénom bez blízkych prekážok, pričom s rastúcou výškou klesá SWR.

Rozšírenie o pásmo 40 m

Pre majiteľov šesťpásmového hexbeamu G3TXQ existuje dodatočná sada na rozšírenie o pásmo 40 m vo forme jediného dipólového prvku. Sada obsahuje šesť predlžovacích ramien výložiek s príslušenstvom, jedno vertikálne predlžovacie rameno, prispôsobovací balun pre priame pripojenie 50-ohmového napájača s výkonovým zaťažením do 1,5 kW a samotný drôtový prvok pre pásmo 40 m.

Sada nahradila staršie sedempásmové prevedenie hexbeamu, ktorého výroba bola pre vysokú zložitosť a prácnosť oproti výnosu zastavená. Nová sada sa dá doplniť na už existujúce šesťpásmové antény, pridáva len niekoľko kilogramov hmotnosti a jej montáž trvá približne hodinu.

Podľa modelovania v programe EZNEC dosahuje samotný prvok pre 40 m vo voľnom priestore zisk 3,77 dBi, referenčný dipól má v rovnakých podmienkach zisk 2,14 dBi. Pri montáži vo výške 10 m nad zemou modelovanie ukázalo aj nárast smerového zisku susedného prvku pre 15 m – z 9,12 dBi na 10,35 dBi, predozadný pomer stúpol z 16,51 dB na 16,94 dB, pričom sa zúžila šírka vyžarovacieho zväzku s lepším bočným tlmením, ale s tvorbou výraznejších zadných lalokov.

Šírka pásma prvku pre 40 m je podľa výrobcu približne 175 kHz pod hranicou SWR 2:1, čo je v dosahu väčšiny vstavaných anténnych tunerov v moderných transceiveroch; stred rozsahu je možné pri objednávke špecifikovať podľa preferovanej časti pásma. Otočný polomer antény s doplnenou sadou pre 40 m narastie na 4,1 m, hmotnosť sady je približne 3,5 kg.

Balun

Hexbeam je napájaný jediným 50-ohmovým vedením a podľa výrobcu si vyžaduje balun alebo tlmivku typu 1:1 umiestnenú čo najbližšie k napájaciemu bodu – v praxi spravidla pri pásme 20 m blízko vrcholu centrálneho stĺpika – aby sa potlačili súhlasné (Common mode) prúdy na plášti koaxiálneho kábla.

MW0JZE okrem antén dodáva aj vlastný in-line izolačný balun postavený na koncepte W1JR s toroidným jadrom FT240-43. Vinutie tvorí 70 cm koaxiálneho kábla RG-303 navinutého v ôsmich závitoch okolo jadra, celé je uložené vo vodotesnej skrinke zaliatej polyesterovou živicou, s konektormi SO-239 na oboch stranách. Balun je testovaný na plný výkonový limit platný v Spojenom kráľovstve; jadro FT-240 zvládne pri ideálnom pomere SWR 1:1 výkon do 1 kW na SSB, nie však na módoch s plným pracovným cyklom ako CW alebo dáta.

Pri výbere konkrétneho riešenia tlmivky výrobca odkazuje na samostatný výskum Steva Hunta, G3TXQ, ktorý porovnával impedanciu rôznych jadier a počtu závitov pri potláčaní súhlasných prúdov. Medzi odporúčanými variantmi figurujú napríklad osem závitov kábla RG58, respektíve náhradne RG142, na jadre FT240-43, alebo šesť kusov feritových jadier FB-31-1020 navlečených na kábli RG213.

Skúsenosti so stavbou

Hexbeam pre tri pásma som staval v domácich podmienkach. Napriek vizuálnej jednoduchosti je to anténa prácna na výrobu, nie však materiálovo drahá, rozmerovo prijateľná a funkčná.

Základnú platňu som použil z duralu. Na ňu je uholníkmi nafixovaná duralová rúrka, ktorá nesie koncové body žiaričov, koaxiálne prepoje medzi nimi a oká na úchyt napínacích lán. Dôležité je dať pozor na vodotesnosť tohto spoja.

Nosné podpery prvkov sú bežné rybárske sklolaminátové prúty, z ktorých sú použité hrubšie časti. Každý spoj je naviac zaistený hadicovou sponou s podložkou z gumy – starej duše z bicykla. Vnútro prútov je vyplnené aj PUR penou; pri použití dlhšej hadičky je možné vyplniť celý prút, čím sa stane pevnejším.

Vyrobiť drôtové prvky antény bolo jednoduché – stačilo ich vymerať, nakrimplovať a naspájkovať koncové očká alebo osadiť izolátory.

Náročnejšie bolo ich pripojenie a napnutie na nosnú konštrukciu. Robil som to v záhrade, v zime, a nebolo to celkom jednoduché – ide o veľký počet úchytov, spojov a laniek. K práci patrila aj trocha gymnastiky, pretože sa občas treba dostať k úchytu, ktorý je už za natiahnutými vodičmi, a spojov je veľa.

Po zostavení nasledovalo ladenie. V mojom prípade anténa ladila trochu mimo a vyžadovalo si to doladenie. Keďže som žiariče skracoval, bolo potrebné posunúť aj niektoré úchyty. Ladenie však reagovalo presne tak, ako má, čo je znakom dobre navrhnutej antény.

V prevádzke sa hexbeam správal presne tak, ako sa dalo očakávať. V porovnaní s moxon anténou bol zisk o niečo nižší, rozdiel však nebol veľký. V predozadnom a predobočnom pomere bol moxon výrazne lepší.

Po týchto skúsenostiach by som povedal, že hexbeam je dobrá anténa do malého priestoru, ale na výrobu je veľmi prácny a je praktickejšie siahnuť po hotovom výrobku, u ktorého je naladenie aj realizácia už overená.

Žiaľ, pár mesiacov po dokončení antény som sa sťahoval, a tak sa so mnou musela presťahovať aj anténa.

Video zo stavby hexbeam antény

Predstavu o montáži originálnej antény G3TXQ od výrobcu MW0JZE poskytuje oficiálne inštruktážne video zverejnené priamo na stránke výrobcu, ktoré ukazuje zostavenie centrálneho stĺpika a základovej platne v aktuálnej revízii konštrukcie.

Kde kúpiť hexbeam anténu

Pôvodným výrobcom širokopásmovej verzie G3TXQ je britská firma Hexbeams UK, ktorú vedie Anthony, MW0JZE, a ktorá anténu vyrába a predáva priamo zo svojej dielne vo Walese od roku 2009. Stránka www.g3txq-hexbeam.com ponúka okrem základnej šesťpásmovej HD verzie aj odľahčenú prenosnú verziu pre DXpedície, doplnkovú sadu pre pásmo 40 m, samostatný balun, náklonnú platňu na servis antény a ďalšie príslušenstvo. Na pôvodného kupujúceho sa vzťahuje doživotná záruka a výrobca poskytuje podporu e-mailom aj prostredníctvom WhatsAppu; platiť je možné bankovým prevodom, kartou alebo cez PayPal.

Pre záujemcov v Taliansku výrobca uvádza ako autorizovaného distribútora Giorgia, IZ3KVD, prevádzkujúceho stránku Hamproject.it; aktuálny zoznam ďalších autorizovaných predajcov je uvedený v sekcii Distributors na stránke výrobcu.

Stavebníkom, ktorí chcú anténu G3TXQ postaviť vlastnými silami, môže poslúžiť aj stránka hex-beam.com, ktorú vedie K4KIO (LEO Shoemaker) a ktorá ponúka podrobný stavebný návod, zoznam materiálu aj jednotlivé náročnejšie komponenty, ako centrálny stĺpik alebo základovú platňu, pre tých, ktorí nechcú alebo nemôžu vyrobiť úplne všetko sami.