Moxon anténa (Moxon rectangle) je jednoduchá a mechanicky robustná dvojprvková smerová anténa pre jednu frekvenciu. Ide o dvojprvkový yagi-Uda s reflektorom a bez direktorov, kde sú konce oboch prvkov ohnuté smerom k sebe – vďaka tomu vznikne tvar obdĺžnika, ktorý dal anténe jej meno. Práve táto konštrukcia z nej robí obľúbenú voľbu pre poľné dni, núdzovú komunikáciu aj bežnú domácu stanicu
V článku sa dočítate
História Moxon antény G6XN
Za dizajnom stojí Leslie „Les“ Moxon, G6XN, britský rádioamatér licencovaný už v roku 1928. Počas druhej svetovej vojny sa podieľal na prísne tajnom vývoji radaru, po vojne pracoval ako vládny rádiotechnický špecialista až do odchodu do dôchodku v roku 1969. Preslávil sa najmä ako autor kníh o anténach – jeho dielo „HF Antennas for All Locations“ z roku 1982 (druhé vydanie 1993, RSGB) sa stalo klasikou odboru. Podľa Deana Strawa, N6BV, anténára ARRL, Moxonove poznatky o vplyve terénu na šírenie boli jedným z faktorov, ktoré ho pred rokmi priviedli k záujmu o túto oblasť KV prevádzky. Moxon zomrel 3. marca 2004 vo veku 95 rokov v grófstve Surrey a v roku 2005 bol posmrtne uvedený do CQ Amateur Radio Hall of Fame.
Samotný princíp antény nevznikol úplne od nuly. Vychádza z konceptu VK2ABQ square, ktorý objavil Fred Caton, VK2ABQ – ak sa štvorcová quad slučka položí horizontálne a rozstrihne na dvoch stranách v strede, vzniknú dva izolované polvlnné vodiče s určitou smerovosťou. Moxon urobil dva zásadné vylepšenia: zistil, že obdĺžnikový tvar zlepšuje zisk, a že medzera medzi koncami vodičov je kritická pre správnu funkciu antény – musí byť väčšia, než akú poskytovali dovtedy používané izolátory. Vo svojej pôvodnej verzii Moxon ladil oba vodiče vzdialene zo shacku, čím získal pevne umiestnený, ale reverzibilný beam. Neskoršie systematické modelovanie a zdokumentovanie antény previedol L. B. Cebik, W4RNL, ktorý vyvinul aj vlastný spôsob výpočtu natívnych rozmerov prvkov bez nutnosti elektrického doladovania.
Moxonove poznatky o vplyve terénu na šírenie boli jedným z faktorov, ktoré priviedli antenistu ARRL Deana Strawa, N6BV, k záujmu o túto oblasť KV prevádzky – Moxon bol podľa jeho slov skutočným „radio pioneer“.
Technické parametre Moxon antény
Bežná dvojprvková Yagi s reflektorom má boom dĺžky približne 0,2 λ a impedanciu 50 Ω. Moxon dosahuje rovnakú impedanciu 50 Ω pri booме dlhom len 0,18 λ, teda pri približne 70 % dĺžky ekvivalentného dipólu. Konce prvkov, ohnuté dozadu (žiarič) alebo dopredu (reflektor), fungujú ako kapacitná záťaž – čo je z hľadiska šírky pásma aj strát výhodnejšie než induktívne zaťaženie cievkami.
Vďaka zmenšeným rozmerom je zisk oproti plnorozmernému dvojprvkovému beamu nižší približne o 0,2 až 0,7 dB v závislosti od konkrétnej realizácie. Kompenzáciou je mimoriadne vysoký predo-zadný pomer (F/B) – pri dobre nastavenej konštrukcii dosahuje na návrhovej frekvencii hodnoty 30 dB a viac, čo prevyšuje akýkoľvek iný bežný dvojprvkový beam vrátane ZL Special alebo HB9CV, ktoré si zvyknú ponechať bočné zadné laloky potlačené len o niečo pod 20 dB. Táto vlastnosť vzniká kombináciou parazitnej väzby z paralelných častí prvkov a väzby na koncoch vodičov (end coupling), pričom Moxon dosahuje tento efekt bez použitia fázovacieho vedenia.
| Parameter | Hodnota |
|---|---|
| Typ antény | 2-prvkový Yagi-Uda (radiátor + reflektor, bez direktora) |
| Dĺžka bumu | 0,18 λ (oproti 0,2 λ pri klasickej 2-prvkovej Yagi) |
| Impedancia | 50 Ω (priamy koaxiálny feed) |
| Zisk | o cca 0,2–0,7 dB nižší než plnorozmerný 2-prvkový beam |
| Pomer predu-vzadu (F/B) | typicky ≥ 30 dB na návrhovej frekvencii (podľa DK7ZB) |
| Smerovosť | cca 2,0 dB, so širokým predným lalokom takmer kardioidného tvaru |
Podľa Cebikovho modelovania 20-metrového hliníkového Moxonu sa zisk v rámci pásma mení len o približne 0,6 dB, pričom F/B ratio pri okrajoch pásma zostáva okolo 20 dB. Impedancia v napájacom bode sa drží blízko 50 Ω naprieč celým pásmom, takže koaxiálny kábel (s tlmivkou/balunom) je prirodzenou voľbou napájania bez potreby prispôsobovacích členov.
Video: Stavba Moxon antény
Prehľad výhod Moxon antény
Hlavnou devízou Moxonu je kombinácia vlastností, ktorú inak nezoženiete v jednej konštrukcii: vysoký predo-zadný pomer pri zachovaní zisku blízkeho plnorozmernému beamu, to všetko na výrazne kratšom booме. Pre operátorov, ktorí uprednostňujú princíp „dobré uši“ pred hrubým ziskom, je to ideálna kombinácia – Moxon výrazne potláča rušenie a QRM prichádzajúce zozadu.
Mechanická jednoduchosť je ďalšou výhodou. Konštrukcia neobsahuje žiadne cievky ani fázovacie vedenie, priamy 50-ohmový feed odpadá nutnosť zložitého prispôsobovania. Prenosné drôtové verzie Moxonu sú obľúbené pre poľné dni a núdzovú komunikáciu práve vďaka nízkej hmotnosti a odolnej konštrukcii. Na VKV a UHF pásmach sa Moxon zvykne stavať z hliníkových rúrok s priemerom približne 3/8 až 3/4 palca, čo prináša širšie pásmo bez zbytočnej záťaže vetrom.
Pri konštrukcii pre KV pásma (napríklad 17 m) používatelia potvrdzujú, že pri presnom zameraní rozmerov dosahujú takmer dokonalé prispôsobenie 1:1 na návrhovej frekvencii, a to aj bez balunu, hoci balun na feedpointe je bežnou praxou. Šírka pásma je dostatočná na plné pokrytie napríklad celého 17-metrového pásma.
Náčrt antény a rozmery
Kľúčové rozmery Moxonu sa vždy označujú rovnakým spôsobom: A je celková dĺžka žiariča, B dĺžka „chvosta“ (ohnutého konca) radiátora, C je medzera medzi koncami radiátora a reflektora, D dĺžka chvosta reflektora a E je celková šírka antény (rozstup medzi radiátorom a reflektorom v strede).
Podľa Cebikovho pôvodného modelovania kontroluje dĺžka A predovšetkým celkovú impedanciu, nastavenie chvosta radiátora B má najbezprostrednejší vplyv na reaktanciu feedpointu, chvost reflektora D ovplyvňuje najmä rezistenciu na feedpointe a medzera C má najväčší vplyv na umiestnenie najhlbšieho nulového bodu (null) v rámci zvoleného pásma.
Pre pásmo 144 MHz (2 m) publikuje DK7ZB nasledujúce rozmery pre hliníkové elementy rôznych priemerov, s bumom z 25mm PVC rúrky:
| Rozmer | 2,4 mm | 3,2 mm | 4 mm | 5 mm |
|---|---|---|---|---|
| A – dĺžka žiariča | 744 mm | 744 mm | 744 mm | 742 mm |
| B – chvost žiariča | 104,5 mm | 102 mm | 99,5 mm | 98 mm |
| C – medzera | 29,5 mm | 32,5 mm | 34,5 mm | 37 mm |
| D – chvost reflektora | 141,5 mm | 141 mm | 141,5 mm | 141 mm |
| E – šírka (rozstup) | 275,5 mm | 275,5 mm | 275,5 mm | 276 mm |
Pri tejto konštrukcii dosahuje 2-metrový Moxon podľa DK7ZB zisk 4,09 dBd na 144 MHz, 3,89 dBd na 145 MHz a 3,69 dBd na 146 MHz, s pomerom predu-vzadu 20 dB, 33 dB a 27 dB v týchto bodoch pásma. Elementy sú vyrobené z hliníkových zváracích tyčí (welding rods), koaxiálny kábel je pripojený na opačnej strane svorky a namotaný do tlmivky (choke) pre symetrické napájanie. Konce prvkov sú spojené malými izolačnými trubičkami pre lepšiu mechanickú stabilitu.
Pre drôtové verzie na KV pásmach (bez izolácie, drôt priemeru 1 mm) publikuje DK7ZB napríklad tieto rozmery: pásmo 20 m – S (radiátor) 1011 cm, R (reflektor) 1057 cm, spreader F 411 cm; pásmo 17 m – S 788 cm, R 826 cm, spreader F 321 cm; pásmo 15 m – S 674 cm, R 706 cm, spreader F 275 cm. Kompletné tabuľky pre všetky pásma od 6 do 30 m sú publikované priamo na stránke QSL.net/dk7zb.
Praktické tipy z konštrukcie
Návrhovú frekvenciu je vhodné voliť približne v prvej tretine pásma od jeho spodného okraja, keďže SWR narastá výraznejšie pod návrhovou frekvenciou než nad ňou. Pri drôtových verziách nikdy neohýbajte konce vodičov do kruhu – fungujú potom ako koncový kondenzátor a spôsobujú posun frekvencie. Namiesto toho použite rovný Izolátor s presne definovanou dĺžkou.
Pri praktickej stavbe napríklad rybárskymi prútmi v konfigurácii X je kritickým bodom presné umiestnenie miesta, kde sa prvok ohýba o 90 stupňov – práve v tomto bode sa vodič pripája na rybársky prút. Skúsenosti staviteľov potvrdzujú, že pri presnom dodržaní rozmerov dosahuje anténa takmer dokonalé prispôsobenie 1:1 na návrhovej frekvencii a znáša aj vysoký výkon (kilowattová prevádzka bez problémov).
Pre výpočet presných rozmerov podľa zvoleného priemeru vodiča a materiálu je najpraktickejšie použiť voľne dostupný program MoxGen od D. Maguirea, AC6LA, ktorý vychádza z Cebikových empirických vzorcov a generuje aj výstupný súbor pre EZNEC na ďalšie úpravy (napríklad tapering elementov). Dôležité je nezabúdať, že Moxon je jednopásmová anténa – pokusy o viacpásmové verzie so spoločným napájaním neprinášajú uspokojivé výsledky; pre viacpásmovú prevádzku je potrebné buď samostatné napájacie vedenie pre každé pásmo, alebo úplne iný typ antény.
Video: Moxon anténa v testovacej prevádzke
Moje postrehy ku moxon anténe
Málokedy sa spomína mechanická odolnosť moxon antény. Všimol som si, že sa chová vo vetre inak ako klasická yagi, kde každý prvok kmitá samostatne. Spojením prvkov sa mi zdá, že prvky si navzájom kmitanie tlmia a sú oveľa pokojnejšie.
Obdĺžnikový tvar je praktický aj pre VKV portable – nie sú tu konce prvkov, ktoré sa o niečo zachytia. Moxon anténu môžem hodiť do kufra auta bez toho, aby sa mi prvky zaplietli do nejakých káblov.
Vynikajúci F/B pomer môžem potvrdiť. Aj zisk pocitovo zodpovedá deklarovaným 4dBd. Viacelementové yagi, napríklad Optibeam OB10-3W má zisk 5,3 až 6,5 dBd (podľa pásma). V súboji decibelov tak moxon anténa stráca. Také 2 dB už poznať. Ale spomínaný Optibeam má 10 prvkov, je dlhší, širší, ťažší aj drahší.
Moxon anténa je dosť citlivá na okolie. Nehodí sa napríklad na spoločný stožiar s množstvom iných antén, a to ani o 90° pootočených. Je to dané tým, že pre fungovanie využíva moxon anténa aj časti prvkov, ktoré sú o spomínaných 90° zahnuté a tak vzniká interakcia.
Zhrnutie
Moxon anténa zostáva viac než tridsať rokov od svojho publikovania jednou z najobľúbenejších kompaktných smerových antén medzi rádioamatérmi – a to jednak vďaka svojmu tvorcovi Lesovi Moxonovi, G6XN, ktorý zdokonalil pôvodný koncept VK2ABQ square, jednak vďaka následnému systematickému modelovaniu L. B. Cebika, W4RNL. Kombinácia vysokého F/B pomeru, zisku blízkeho plnorozmernému dvojprvkovému beamu, priameho 50-ohmového napájania a výrazne kratšieho bumu z nej robí praktickú voľbu tak pre stiesnené pozemky na KV pásmach, ako aj pre poľné a prenosné VKV/UHF antény. Presné rozmery je vždy potrebné prispôsobiť zvolenému priemeru vodiča – pri dodržaní publikovaných tabuliek (napríklad od DK7ZB pre pásmo 2 m) dosahuje konštrukcia opakovateľne vynikajúce výsledky bez potreby zložitého ladenia.