Antena Moxon (prostokąt Moxona) to prosta i wytrzymała mechanicznie dwuelementowa antena kierunkowa na jedną częstotliwość. Jest to dwuelementowa yagi-Uda z odbłyśnikiem i bez direktorów, gdzie końce obu elementów są zagięte ku sobie – tworzy to prostokątny kształt, od którego antena wzięła swoją nazwę. To właśnie ta konstrukcja sprawia, że jest to popularny wybór do pracy w terenie, komunikacji awaryjnej i zwykłej stacji domowej.
Przeczytasz w artykule
Historia anteny Moxon G6XN
Za projektem stoi Leslie „Les” Moxon, G6XN, brytyjski radioamator posiadający licencję już w 1928 r. Podczas II wojny światowej był zaangażowany w rozwój ściśle tajnych radarów, po wojnie pracował jako rządowy specjalista ds. inżynierii radiowej aż do przejścia na emeryturę w 1969 r. Najbardziej znany jest jako autor książek o antenach – jego praca „HF Antennas for All Locations” z 1982 r. (wydanie drugie 1993, RSGB) stała się klasyk tej dziedziny. Według Deana Strawa, N6BV, technika anten ARRL, wiedza Moxona na temat wpływu terenu na propagację była jednym z czynników, które sprawiły, że wiele lat temu zainteresował się obszarem działania HF. Moxon zmarł 3 marca 2004 roku w Surrey w wieku 95 lat, a w 2005 roku został pośmiertnie wprowadzony do Galerii sław amatorskiego radia CQ.
Sama zasada działania anteny nie została stworzona całkowicie od podstaw. Opiera się na koncepcji kwadratu VK2ABQ odkrytej przez Freda Catona, VK2ABQ - jeśli kwadratowa poczwórna pętla zostanie ułożona poziomo i przecięta z dwóch stron w środku, utworzy dwa izolowane przewodniki półfalowe o pewnej kierunkowości. Moxon dokonał dwóch głównych ulepszeń: odkrył, że prostokątny kształt poprawia wzmocnienie oraz że odstęp między końcami przewodów ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego działania anteny - musiał być większy niż zapewniany przez izolatory używane do tego czasu. W swojej oryginalnej wersji Moxon dostrajał oba przetworniki zdalnie z budki, uzyskując stałą, ale odwracalną wiązkę. Późniejsze systematyczne modelowanie i dokumentację anteny wykonał LB Cebik, W4RNL, który również opracował własną metodę obliczania wymiarów natywnych elementów bez konieczności dostrajania elektrycznego.
Wiedza Moxona na temat wpływu terenu na propagację była jednym z czynników, które skłoniły antenistę ARRL, Deana Strawa, N6BV, do zainteresowania się tym obszarem działania HF – Moxon był, jego słowami, prawdziwym „pionierem radia”.
Parametry techniczne anteny Moxon
Typowa dwuelementowa Yagi z odbłyśnikiem ma długość wysięgnika około 0,2 λ i impedancję 50 Ω. Moxon osiąga tę samą impedancję 50 Ω przy długości wysięgnika wynoszącej zaledwie 0,18 λ, tj. na około 70% długości równoważnego dipola. Końce elementów wygięte do tyłu (radiator) lub do przodu (reflektor) pełnią rolę obciążenia pojemnościowego - co jest korzystniejsze pod względem szerokości pasma i strat niż obciążenie indukcyjne z cewkami.
Dzięki zmniejszonym wymiarom wzmocnienie w porównaniu do pełnowymiarowej belki dwuelementowej jest mniejsze o około 0,2 do 0,7 dB, w zależności od konkretnego zastosowania. Kompensacją jest niezwykle wysoki stosunek przód-tył (F/B) - przy dobrze zestrojonej konstrukcji osiąga wartości 30 dB i więcej przy częstotliwości projektowej, co przekracza każdą inną popularną belkę dwuelementową, w tym ZL Special czy HB9CV, które mają tendencję do tłumienia listków tylnych bocznych nieco poniżej 20 dB. Właściwość tę powstaje poprzez połączenie sprzężenia pasożytniczego z równoległych części elementów oraz sprzężenia na końcach przewodów (sprzężenie końcowe), przy czym Moxon osiąga ten efekt bez stosowania linii fazowej.
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Typ anteny | 2-elementowy Yagi-Uda (radiator + odbłyśnik, bez reżysera) |
| Długość wysięgnika | 0,18 λ (w porównaniu do 0,2 λ dla klasycznego 2-elementowego Yagi) |
| Impedancja | 50 Ω (bezpośrednie zasilanie koncentryczne) |
| Zysk | o około 0,2–0,7 dB niższy niż pełnowymiarowa belka 2-elementowa |
| Stosunek przód-tył (F/B) | typowo ≥ 30 dB przy częstotliwości projektowej (wg DK7ZB) |
| Kierunkowość | ok. 2,0 dB, z szerokim płatem czołowym o kształcie niemal kardioidalnym |
Zgodnie z modelem Cebika dotyczącym 20-metrowego aluminiowego Moxona, wzmocnienie zmienia się tylko o około 0,6 dB w całym paśmie, podczas gdy stosunek F/B na krawędziach pasma utrzymuje się na poziomie około 20 dB. Impedancja w punkcie zasilania pozostaje bliska 50 Ω w całym paśmie, więc kabel koncentryczny (z dławikiem/balunem) jest naturalnym wyborem mocy bez konieczności dopasowywania elementów.
Wideo: Budowa anteny Moxona
Przegląd zalet anteny Moxon
Głównym atutem Moxona jest połączenie cech, których nie można znaleźć w jednej konstrukcji: wysoki stosunek przodu do tyłu przy zachowaniu wzmocnienia zbliżonego do pełnowymiarowej belki, a to wszystko na znacznie krótszym wysięgniku. Dla operatorów, którzy wolą zasadę „dobrego ucha” od zysku brutto, jest to idealne połączenie – Moxon znacząco tłumi zakłócenia i QRM dochodzące z tyłu.
Prostota mechaniczna to kolejna zaleta. Konstrukcja nie zawiera żadnych cewek ani linii fazujących, bezpośrednie zasilanie 50-omowe eliminuje potrzebę skomplikowanej adaptacji. Przenośne, przewodowe wersje Moxona są popularne podczas pracy w terenie i komunikacji w sytuacjach awaryjnych ze względu na niewielką wagę i trwałą konstrukcję. NA UKF i pasma UHF, Moxon jest zwykle zbudowany z aluminiowych rurek o średnicy około 3/8 do 3/4 cala, co zapewnia szersze pasmo bez niepotrzebnego obciążenia wiatrem.
Projektując dla pasm KV (na przykład 17 m) użytkownicy potwierdzają, że przy dokładnym wymiarowaniu osiągają niemal idealne dopasowanie 1:1 przy projektowanej częstotliwości, nawet bez baluna, chociaż balun w punkcie zasilania jest powszechną praktyką. Pasmo jest wystarczające do pełnego pokrycia np. całego pasma 17-metrowego.
Szkic i wymiary anteny
Kluczowe wymiary Moxona są zawsze podawane w ten sam sposób: A to całkowita długość promiennika, B to długość „ogona” (zagiętego końca) promiennika, C to szczelina między końcami promiennika a odbłyśnikiem, D to długość ogona odbłyśnika, a E to całkowita szerokość anteny (odległość między promiennikiem a odbłyśnikiem w środku).
Zgodnie z oryginalnym modelem Cebika długość A przede wszystkim kontroluje ogólną impedancję, ogon promiennika B ma najbardziej bezpośredni wpływ na reaktancję punktu zasilania, ogon reflektora D wpływa głównie na rezystancję punktu zasilania, a przerwa C ma największy wpływ na położenie najgłębszego zera w wybranym paśmie.
DK7ZB publikuje dla pasma 144 MHz (2 m). następujące wymiary dla elementów aluminiowych o różnych średnicach, z wysięgnikiem wykonanym z rury PCV o średnicy 25 mm:
| Wymiar | 2,4 mm | 3,2 mm | 4 mm | 5 mm |
|---|---|---|---|---|
| A – długość emitera | 744 mm | 744 mm | 744 mm | 742 mm |
| B – ogon emitera | 104,5 mm | 102 mm | 99,5 mm | 98 mm |
| C – przestrzeń | 29,5 mm | 32,5 mm | 34,5 mm | 37 mm |
| D – ogon odblaskowy | 141,5 mm | 141 mm | 141,5 mm | 141 mm |
| E – szerokość (odstęp) | 275,5 mm | 275,5 mm | 275,5 mm | 276 mm |
Dzięki tej konstrukcji 2-metrowy Moxon osiąga wzmocnienie DK7ZB na poziomie 4,09 dBd przy 144 MHz, 3,89 dBd przy 145 MHz i 3,69 dBd przy 146 MHz, przy stosunku przód-tył wynoszącym 20 dB, 33 dB i 27 dB w tych punktach pasma. Elementy wykonane są z aluminiowych prętów spawalniczych, kabel koncentryczny jest podłączony po przeciwnej stronie zacisku i nawinięty na dławik dla symetrycznego zasilania. Końce elementów są połączone małymi rurkami izolacyjnymi dla lepszej stabilności mechanicznej.
Dla wersji przewodowych na pasmach KV (bez izolacji, drut o średnicy 1 mm) DK7ZB podaje np. następujące wymiary: opaska 20 m – S (radiator) 1011 cm, R (odbłyśnik) 1057 cm, rozpórka F 411 cm; taśma 17 m – S 788 cm, R 826 cm, rozpórka F 321 cm; taśma 15 m – S 674 cm, R 706 cm, rozpórka F 275 cm. Kompletne tabele dla wszystkich pasm od 6 do 30 m publikowane są bezpośrednio na QSL.net/dk7zb.
Praktyczne wskazówki z budowy
Wskazane jest wybranie częstotliwości projektowej w przybliżeniu w pierwszej trzeciej części pasma od jego dolnej krawędzi, ponieważ SWR wzrasta znacznie poniżej częstotliwości projektowej niż powyżej niej. W przypadku wersji przewodowych nigdy nie zginaj końcówek przewodów w okrąg – działają one wówczas jak kondensator końcowy i powodują przesunięcie częstotliwości. Zamiast tego użyj prostego izolatora o dokładnie określonej długości.
W praktycznej konstrukcji np. przy wędkach w układzie X, punktem krytycznym jest dokładne położenie punktu, w którym element zagina się o 90 stopni – to właśnie w tym miejscu przewodnik łączy się z wędką. Doświadczenie konstruktorów potwierdza, że przy dokładnym zachowaniu wymiarów antena osiąga niemal idealne dopasowanie 1:1 przy częstotliwości projektowej i może wytrzymać również dużą moc (bez problemów praca kilowatowa).
Aby obliczyć dokładne wymiary w zależności od wybranej średnicy przewodu i materiału, najpraktyczniej jest skorzystać z ogólnodostępnego programu MoxGen autorstwa D. Maguire'a, AC6LA, który opiera się na wzorach empirycznych Cebika i jednocześnie generuje plik wyjściowy dla EZNEC w celu dalszych modyfikacji (np. zwężania elementów). Warto pamiętać, że Moxon jest anteną jednopasmową – próby wersji wielopasmowych ze wspólnym zasilaniem nie dają zadowalających rezultatów; do pracy wielopasmowej wymagana jest oddzielna linia zasilająca dla każdego pasma lub zupełnie inny typ anteny.
Wideo: Antena Moxon w działaniu testowym
Moje obserwacje na temat anteny Moxon
Rzadko wspomina się o wytrzymałości mechanicznej anteny moxon. Zauważyłem, że inaczej zachowuje się na wietrze niż klasyczne yagi, gdzie każdy element oscyluje niezależnie. Łącząc elementy wydaje mi się, że elementy tłumią wzajemne drgania i są znacznie spokojniejsze.
Prostokątny kształt sprawdza się także w przypadku przenośnych VKV – nie ma końcówek elementów, które mogłyby się o coś zaczepić. Antenę Moxon mogę wrzucić do bagażnika samochodu bez plątania się elementów w kablach.
Vynikajúci F/B pomer môžem potvrdiť. Wzmocnienie również odpowiada deklarowanym 4dBd. Na przykład wieloelementowe yagi Optibeam OB10-3W ma wzmocnienie od 5,3 do 6,5 dBd (w zależności od pasma). W bitwie na decybele antena moxon przegrywa. Znane jest również 2 dB. Ale wspomniany Optibeam ma 10 elementów, jest dłuższy, szerszy, cięższy i droższy.
Antena Moxon jest dość wrażliwa na otoczenie. Nie mieści się np. na wspólnym maszcie z szeregiem innych anten, nawet obróconych o 90°. Dzieje się tak dlatego, że antena moxon do swojego działania wykorzystuje także części elementów wygięte o wspomniane 90°, dzięki czemu zachodzi interakcja.
Streszczenie
Ponad trzydzieści lat po publikacji antena Moxon pozostaje jedną z najpopularniejszych kompaktowych anten kierunkowych wśród radioamatorów - częściowo dzięki jej twórcy Lesowi Moxonowi, G6XN, który udoskonalił oryginalną koncepcję kwadratu VK2ABQ, częściowo dzięki późniejszemu systematycznemu modelowaniu L. B. Cebika, W4RNL. Połączenie wysokiego współczynnika F/B, wzmocnienia zbliżonego do pełnowymiarowej wiązki dwuelementowej, bezpośredniego zasilania 50 omów i znacznie krótszego wysięgnika sprawia, że jest to praktyczny wybór zarówno dla zamkniętych miejsc w pasmach KV, jak i dla anten polowych i przenośnych VHF/UHF. Dokładne wymiary należy zawsze dostosować do wybranej średnicy przewodnika - jeśli zastosujemy się do opublikowanych tabel (np. z DK7ZB dla pasma 2 m), konstrukcja osiągnie powtarzalnie doskonałe wyniki bez konieczności skomplikowanego strojenia.