hexbeam jest anteną kierunkową przewodową łączącą zasady yagi a Moxon antény. Verziu G3TXQ, produkowany przez Anthony'ego MW0JZE od 2009 roku, jest obecnie wykorzystywana przez wielu radioamatorów jako zamiennik klasycznej wielopasmowej anteny Yagi lub quad na lądzie, gdzie nie ma miejsca na większą konstrukcję. W artykule opisano zasadę działania, konstrukcję mechaniczną, historię powstania, dodanie pasma 40 m, rozwiązanie z balunem oraz praktyczne doświadczenia z budową podobnej anteny w warunkach domowych.
W artykule przeczytasz
Zaleta anteny hexbeam
Główną zaletą anteny hexbeam jest połączenie zysku kierunkowego i niewielkich rozmiarów. Konstrukcja ta osiąga zysk około 5-6 dBi i stosunek sygnału przód-tył do 20 dB, co czyni ją zbliżoną parametrami do dwuelementowej anteny Yagi. Dzięki sześciu równoległym ramionom, na jednej centralnej kolumnie można umieścić do sześciu oddzielnych pasm, przy czym każde pasmo funkcjonuje jako niezależna dwuelementowa antena bez cewek i filtrów pasmowo-przepustowych, czyli bez strat, jakie te elementy zazwyczaj powodują.
Największą praktyczną zaletą w porównaniu z klasyczną anteną Yagi jest jej rozmiar. Sześciopasmowa antena Hexbeam G3TXQ ma promień skrętu zaledwie 3,25 m, podczas gdy porównywalna dwuelementowa antena Yagi dla pasma 20 m wymaga rozpiętości 10,75 m i promienia skrętu 5,75 m. Dzięki temu Hexbeam zmieści się w standardowym ogrodzie i można ją obracać nawet przy użyciu rotatora o mniejszej mocy.
Oryginalna konstrukcja hexbeam z lat 90. miała charakterystykę wąskopasmową i wymagała strojenia. Wersja G3TXQ natomiast została zaprojektowana jako szerokopasmowa – po prawidłowym montażu nie wymaga tunera antenowego, a współczynnik SWR pozostaje niski w całym zakresie poszczególnych pasm.
Cechy anteny Hexbeam
Hexbeam G3TXQ to pełnowymiarowa, dwuelementowa antena Yagi z elementami wykonanymi w technologii giętego drutu. Element sterowany ma kształt litery M z lotu ptaka, a reflektor – kształt litery U. Antenę można montować w wersji jedno- lub wielopasmowej bez znaczącego pogorszenia wydajności, ponieważ poszczególne pasma praktycznie nie wpływają na siebie – odłączenie lub modyfikacja jednego elementu praktycznie nie wpływa na pozostałe pasma.
Całkowita szerokość sześciopasmowej anteny wynosi 6,5 m, a wysokość od podstawy do szczytu kolumny centralnej 107 cm. Waga obecnej wersji z grubszymi wkładkami (stan na 2014 rok) wynosi 12 kg, podczas gdy starsza wersja z cieńszymi wkładkami ważyła 9,5 kg.
Producent podaje, że antena jest testowana w Wielkiej Brytanii do mocy 400 W, przy czym niektórzy użytkownicy rutynowo używają jej w trybie SSB do 2 kW oraz w trybie CW i cyfrowym do 1 kW. Wytrzymałość mechaniczna została przetestowana przy prędkości wiatru do 120 km/h, ale wartość ta obowiązuje tylko wtedy, gdy maszt nośny wytrzymuje takie samo obciążenie.
| Zespół | Wzmocnienie kierunkowe (dBd) | Stosunek przód-tył (dB) |
|---|---|---|
| 20 metrów | 3.8 | 22 |
| 17 metrów | 3.2 | 19 |
| 15 metrów | 3.5 | 16 |
| 12 metrów | 3.0 | 13 |
| 10 metrów | 3.6 | 16 |
| 6 metrów | 2.7 | 11 |
Podane wartości zostały opublikowane przez producenta dla sześciopasmowej wersji HD hexbeam'u G3TXQ; wzmocnienie podano w dBd, w celu przeliczenia na dBi należy dodać 2,15 dB.
Historia anteny hexbeam
Koncepcję hexbeam po raz pierwszy zaprojektował Mike Traffie, N1HXA, który opublikował swój projekt w Communications Quarterly w 1996 roku. Ten oryginalny projekt, obecnie określany jako „klasyczny”, charakteryzował się promieniem skrętu wynoszącym około 2,9 m i obejmował pasma 20, 17, 15, 12 i 10 m.
Brytyjski radioamator Steve Hunt, G3TXQ, przyjrzał się bliżej oryginalnej konstrukcji, zwracając uwagę na rozbieżności w wartościach wzmocnienia, szerokości pasma i stosunku sygnału przedniego do tylnego, podawanych przez różnych konstruktorów. Pod koniec 2007 roku opublikował wyniki swojej modyfikacji w internetowym magazynie AntennaX pod tytułem „Broadband Hexbeam”, a od 2008 roku ta szerokopasmowa wersja zaczęła być popularna wśród konstruktorów. Zmienił wymiary i kształt elementów, tak aby antena pracowała szerokopasmowo bez konieczności strojenia, podczas gdy element wzbudzony pozostał w kształcie litery M, ale reflektor zyskał bardziej półkolisty kształt. Ceną za rozszerzenie szerokości pasma było zwiększenie promienia skrętu do 3,25 m.
Komercyjna produkcja szerokopasmowej wersji anteny G3TXQ rozpoczęła się w lipcu 2009 roku, a jej twórcą był Anthony MW0JZE. Początkowo była to odpowiedź na zapotrzebowanie na antenę do przenośnej anteny IOTA. Produkcją kieruje Steve Hunt, G3TXQ, a od 31 marca 2013 roku firma działa pod nazwą handlową Hexbeam UK. Według producenta, do tej pory sprzedano ponad 3000 sztuk anteny do ponad 65 krajów.
Konstrukcja anteny wielopasmowej heksagonalnej
Centralny filar
Sercem konstrukcji jest koncentryczna kolumna centralna MW0JZE, własnej konstrukcji, produkowana od sierpnia 2012 roku. Przewód zewnętrzny stanowi aluminiowa rura o średnicy 35 mm i ściance 3,5 mm, przewód wewnętrzny to lity pręt umieszczony na nylonowych przekładkach w środku rury – sama kolumna nie zawiera żadnego fragmentu kabla koncentrycznego. Konstrukcja została zaprojektowana dla impedancji 50 omów i jest symetryczna, co poprawia równowagę zasilania i izolację od pozostałych części konstrukcji. Górna część kolumny jest zamknięta nylonowym bolcem zapewniającym wodoszczelność, a złącze zasilania to SO-239, a na życzenie również złącze N.
Płyta podstawowa
Płyta podstawy wykonana jest z 6-milimetrowej blachy aluminiowej klasy T6, obrabianej CNC, z grawerowanymi oznaczeniami umożliwiającymi precyzyjne umiejscowienie przekładek. Wszystkie śruby U i łączniki są wykonane ze stali nierdzewnej. Dolny kołnierz ma wymiary dostosowane do maksymalnej średnicy rury wsporczej od 50 do 40 mm (metrycznej), czyli od 1 i 7/8 cala do 1 i 5/8 cala, przy zalecanej minimalnej grubości ścianki 2,5 mm.
Wyściółki z włókna szklanego
Każde z sześciu ramion składa się z trzech sekcji wytłaczanego profilu z włókna szklanego, z których jedna po złożeniu ma długość 353 cm.
| Sekcja | Długość | Średnica zewnętrzna |
|---|---|---|
| 1. | 1,5 m | 25,4 mm (1″) |
| 2. | 1,5 m | 19 mm (3/4 cala) |
| 3. | 1,0 m | 12,7 mm (1/2 cala) |
Końce sekcji wzmocniono aluminiowymi tulejami, aby zapobiec ich pękaniu podczas wyginania podpór w kształt anteny. Każde ramię jest przymocowane do słupa i do sąsiedniego ramienia za pomocą linek napinających Mastrant P2 o wytrzymałości na rozciąganie 95 kg, które utrzymują podpory w odpowiednim łuku. Przewody są prowadzone na podporach w uchwytach z HDPE, które producent zastąpił oryginalną, mniej wytrzymałą konstrukcją w wersji ze stycznia 2025 roku.
Elementy druciane
Antena jest standardowo dostarczana w wersji pięcio- lub sześciopasmowej, o zasięgu od 6 do 20 m. Każdy element jest oddzielną jednostką, więc dodanie lub usunięcie jednego pasma praktycznie nie wpłynie na parametry pozostałych. Przewody wykonane są z siedmiożyłowego drutu miedzianego w izolacji PVC, a pomiędzy elementem napędzanym a reflektorem znajdują się przekładki z linki poliestrowej.
Od stycznia 2013 roku wszystkie elementy zostały wyposażone w specjalnie opracowane izolatory, zapobiegające powstawaniu łuku elektrycznego podczas długotrwałej pracy z dużą mocą w trybach CW i transmisji danych, zazwyczaj podczas zawodów lub wypraw DX. Wszystkie połączenia są uszczelnione rurkami termokurczliwymi.
Według producenta, kompletny montaż anteny zajmuje około godziny. Optymalna wysokość nad ziemią to powyżej 10,7 m, ale antena zapewnia zadowalające rezultaty już od wysokości około 6 m nad terenem otwartym, bez przeszkód w pobliżu, a współczynnik SWR maleje wraz ze wzrostem wysokości.
Rozszerzenie pasma 40 m
Dla posiadaczy sześciopasmowego hexbeama G3TXQ dostępny jest dodatkowy zestaw do rozszerzenia pasma o 40 m w postaci pojedynczego elementu dipolowego. Zestaw zawiera sześć wysięgników z akcesoriami, jeden wysięgnik pionowy oraz adapter. Balun do bezpośredniego podłączenia zasilania 50-omowego o obciążeniu do 1,5 kW oraz samego elementu przewodowego na pasmo 40 m.
Zestaw zastąpił starszą, siedmiopasmową antenę hexbeam, która została wycofana ze względu na swoją złożoność i pracochłonność. Nowy zestaw można dostosować do istniejących anten sześciopasmowych, zwiększa wagę jedynie o kilka kilogramów i zajmuje około godziny.
Zgodnie z modelowaniem w programie EZNEC, sam element osiąga wzmocnienie 3,77 dBi na 40 m w przestrzeni otwartej, dipol odniesienia ma wzmocnienie 2,14 dBi w tych samych warunkach. Po zamontowaniu na wysokości 10 m nad ziemią, modelowanie wykazało również wzrost wzmocnienia kierunkowego sąsiedniego elementu na 15 m – z 9,12 dBi do 10,35 dBi, stosunek sygnału przód-tył wzrósł z 16,51 dB do 16,94 dB, a szerokość wiązki promieniowania zmniejszyła się, co przełożyło się na lepsze tłumienie boczne, ale z wyraźniejszym uwypukleniem tylnych listków.
Szerokość pasma anteny 40 m, według producenta, wynosi około 175 kHz poniżej granicy SWR 2:1, co mieści się w zakresie większości wbudowanych tunerów antenowych w nowoczesnych transceiverach; środek pasma można określić podczas składania zamówienia, zgodnie z preferowaną częścią pasma. Promień skrętu anteny w zestawie 40 m wzrasta do 4,1 m, a zestaw waży około 3,5 kg.
balun
Hexbeam zasilany jest pojedynczą linią 50-omową i, według producenta, wymaga zastosowania baluna lub dławika 1:1 umieszczonego jak najbliżej punktu zasilania – w praktyce zazwyczaj w odległości 20 m, w pobliżu szczytu centralnej kolumny – w celu tłumienia prądów współbieżnych na powłoce kabla koncentrycznego.
Oprócz anten, MW0JZE dostarcza również własny liniowy balun izolacyjny oparty na koncepcji W1JR z rdzeniem toroidalnym FT240-43. Uzwojenie składa się z 70 cm kabla koncentrycznego RG-303 nawiniętego ośmioma zwojami wokół rdzenia. Całość umieszczona jest w wodoszczelnej obudowie z żywicy poliestrowej, ze złączami SO-239 po obu stronach. Balun został przetestowany pod kątem pełnej mocy granicznej obowiązującej w Wielkiej Brytanii; rdzeń FT-240 może obsłużyć do 1 kW mocy na SSB przy idealnym współczynniku SWR 1:1, ale nie w trybach pełnego cyklu pracy, takich jak CW czy transmisja danych.
Przy wyborze konkretnego rozwiązania dławika producent powołuje się na odrębne badania Steve'a Hunta, G3TXQ, który porównał impedancję różnych rdzeni i liczbę zwojów przy tłumieniu prądów współbieżnych. Zalecane opcje obejmują na przykład osiem zwojów kabla RG58 lub alternatywnie RG142 na rdzeniu FT240-43 lub sześć rdzeni ferrytowych FB-31-1020 nawleczonych na kabel RG213.
Doświadczenie w budownictwie
Zbudowałem w domu antenę Hexbeam na trzy pasma. Pomimo swojej prostoty wizualnej, jest to pracochłonna w produkcji antena, ale niedroga pod względem materiałów, akceptowalna pod względem rozmiaru i funkcjonalna.
Użyłem płyty bazowej wykonanej z duraluminium. Do niej za pomocą kątowników przymocowana jest rura duraluminiowa, która przenosi punkty końcowe grzejników, połączenia współosiowe między nimi oraz oczka do mocowania lin napinających. Należy zwrócić uwagę na szczelność tego połączenia.
Podpory elementów stanowią zwykłe wędki z włókna szklanego, z których wykorzystano grubsze elementy. Każde połączenie dodatkowo zabezpieczane jest opaską zaciskową z gumową podkładką – starą dętką rowerową. Wnętrze wędek również wypełnione jest pianką poliuretanową; przy zastosowaniu dłuższej dętki możliwe jest wypełnienie całej wędki, co ją wzmacnia.
Wykonanie elementów przewodu antenowego było proste – wystarczyło je zmierzyć, zacisnąć i przylutować końcówki lub zamontować izolatory.
Najtrudniejszą częścią było ich połączenie i dokręcenie do konstrukcji nośnej. Robiłem to w ogrodzie, zimą, i nie było to łatwe – jest mnóstwo mocowań, połączeń i kabli. Praca wymagała też trochę gimnastyki, bo czasami trzeba dotrzeć do mocowania, które już jest za rozciągniętymi drutami, a połączeń jest mnóstwo.
Po montażu nastąpiło strojenie. W moim przypadku antena była nieco rozstrojona i wymagała dostrojenia. Ponieważ skróciłem radiatory, niektóre mocowania również wymagały przesunięcia. Jednak strojenie zadziałało dokładnie tak, jak powinno, co świadczy o dobrze zaprojektowanej antenie.
W praktyce antena hexbeam zachowywała się dokładnie tak, jak oczekiwano. W porównaniu z anteną moxon zysk był nieco niższy, ale różnica nie była duża. Pod względem stosunku sygnału przód-tył i przód-tył, antena moxon wypadła znacznie lepiej.
Po tych doświadczeniach powiedziałbym, że hexbeam jest dobrą anteną do małych pomieszczeń, ale jej wykonanie jest pracochłonne i praktyczniej jest sięgnąć po gotowy produkt, którego strojenie i wdrożenie zostało już zweryfikowane.
Niestety, kilka miesięcy po ukończeniu instalacji anteny, przeprowadzałem się, więc antena musiała przenieść się razem ze mną.
Film przedstawiający budowę anteny hexbeam
Pomysł montażu oryginalnej anteny G3TXQ od producenta MW0JZE daje oficjalny film instruktażowy opublikowany bezpośrednio na stronie internetowej producenta, na którym pokazano montaż kolumny centralnej i płyty bazowej w aktualnej wersji konstrukcji.
Gdzie kupić antenę hexbeam
Pierwotnym producentem szerokopasmowej wersji G3TXQ jest brytyjska firma Hexbeams UKFirma prowadzona przez Anthony'ego, MW0JZE, który od 2009 roku produkuje i sprzedaje antenę bezpośrednio ze swojego warsztatu w Walii. Strona internetowa www.g3txq-hexbeam.com oferuje, oprócz podstawowej sześciopasmowej wersji HD, lekką, przenośną wersję dla ekspedycji DX, dodatkowy zestaw do pasma 40 m, oddzielny balun, uchylną płytę do serwisu anteny oraz inne akcesoria. Pierwotny nabywca jest objęty dożywotnią gwarancją, a producent zapewnia wsparcie techniczne za pośrednictwem poczty elektronicznej i WhatsApp; płatności można dokonać przelewem bankowym, kartą lub przez PayPal.
Dla zainteresowanych Włochami producent podaje Giorgio, IZ3KVD, prowadzącego stronę internetową Hamproject.it, jako autoryzowanego dystrybutora; aktualna lista innych autoryzowanych dealerów znajduje się w sekcji Dystrybutorzy na stronie internetowej producenta.
Konstruktorzy chcący samodzielnie zbudować antenę G3TXQ mogą również skorzystać ze strony internetowej hex-beam.com, ktorú vedie K4KIO (LEO Shoemaker), w którym znajdują się szczegółowe instrukcje budowy, lista materiałów oraz bardziej złożone elementy, takie jak kolumna centralna lub płyta bazowa, dla tych, którzy nie chcą lub nie są w stanie wykonać wszystkiego sami.