štvrtok 27. augusta 2020

Vertikál 80/160m

V lete roku 2019 sme sa rozhodli postaviť dlho plánovanú vertikálnu anténu pre pásmo 80m.

Bola vysoká 24m, pričom spodných 12m bolo z 50mm duralu, vrchná časť z vypeneného laminátového prutu s obtočeným 1,5mm vodičom. Čnel sa na 12m vysokej budove školy, na ktorej boli položené aj štyri 20m protiváhy. V pásme 80m mal impedanciu blízko 50 Ohm s induktívnou zložkou. Po prvom silnejšom vetre sa vrchná časť poškodila a preto sme ju skrátili, čím zostal verikál vysoký iba 16m. Chýbajúcich 8m sme natiahli v tvare invertovaného L. Induktívnu zložku sme vykompenzovali sériovým kondenzátorom v napájacom bode. S anténou sme absolvovali niekoľko pretekov a závodníci hlásili skok v počte spojení aj dovolávaní sa. 
V lete 2020 sme sa rozhodli, že anténu skúsime doplniť o kapacitný klobúk 4x8m, o ďalšie protiváhy aj pre pásmo 160m a vyrobiť relátkami prepínaný prispôsobovací obvod pre 80 a 160m. Merania impedancii v oboch pásmach však nedopadli dobre. Boli zmerané veľmi nízke reálne hodnoty spolu s vysokými kapacitnými zložkami. Niekde uprostred oboch pásiem však anténa vykazovala veľmi dobré prispôsobenie. Bolo jasné, že na jednom pásme je príliš krátka a na druhom príliš dlhá. Presvedčili sme sa, že tadiaľ cesta nevedie. Rozmýšľali sme nad riešením, ktoré by zabezpečilo, aby na oboch pásmach bola dĺžka blízka L/4 a teda bez prepínaného prispôsobovacieho obvodu. Voľba padla na trapovanú anténu typu inverted L. Trap by bol vo výške 16m. Pod trapom by bol kratší horizontálny prvok pre pásmo 3,5MHz a nad trapom pre pásmo 1,8MHz.
Najskôr sme si to potrebovali odskúšať na zmenšenom modeli, predsa len manipulácia s tak vysokým žiaričom dá zabrať. Zostal nám 8m vysoký odrezaný kus z laminátového prutu. Voľba padla na pásma 40 a 20m. Bolo treba zhotoviť trap. Uvažovali sme nad koaxiálnym trapom, avšak pramene uvádzali maximálny použiteľný výkon 500W s koaxom RG58. Potrebovali sme niečo na výkon 1,5kW. Namiesto koaxu sme preto použili reproduktorovú dvojlinku s prierezom 1,5mm2. Koniec jedného vinutia sa zapojil na začiatok druhého. Analogicky ako s koaxom. Obe vinutia spolu tvoria indukčnosť a závity medzi sebou kapacitu. Meranie na VNA bolo povzbudivé, potlačenie dosahovalo asi 50dB. Úpravou počtu závitov na 32mm  PVC trubke sa podarilo naladiť trap na kmitočet 14,05MHz. Viac napovie obrázok:



Žiarič antény pozostával z vodiča vyladeného na 14MHz (cca 5m), nasledoval trap a nad trapom asi 2,5m vodiča vyladeného spolu so spodnou časťou a trapom na 7,05MHz. Sieť protiváh tvorili vodiče 4x5m a 4x10m. PSV na oboch pásmach bolo pod 1,5. S touto anténou sme skúšobne odbehli IOTA contest, pričom sme prekonali klubový rekord. Len pre zábavu sme k žiariču na rozperky pridali dva žiariče pre 21 a 28MHz Tie sa spojili do jedného napájacieho bodu a našponovali pomocou tenkého gumolana. Inšpirovali sme sa anténou DXcommander. Pridali sme 4 protiváhy pre 28MHz. Na 21MHz ladili protiváhy z pásma 40m.Vznikol tak 4-pásmový vertikál so slušným prispôsobením, ktorý sa dá postaviť za pár minút. Tento vedľajší produkt vývoja určite ešte použijeme na našom prechodnom QTH...

Späť k dvojpásmovému vertikálu. Začal vznikať trap pre kmitočet 3,55MHz. Bol vinutý obdobnou reproduktorovou dvojlinkou, ale na PVC trubke priemeru 50mm. Bez ďalších podrobností z vývoja iba uvediem, že výsledné potlačenie okolo 40dB sa nám nepáčilo. Trap bol aj mechanicky dosť veľký a ťažký. Tento dizajn s koaxom, resp. dvojlinkou bol preto zamietnutý. Preto začal vývoj klasického trapu s cievkou a kondenzátorom. 
Pravidlo hovorí, že kondenzátor má mať asi takú hodnotu ako je dĺžka vlny v metroch, čiže okolo 80pF. Zháňal sa preto kondenzátor s hodnotou 82 až 120pF, čo najvalitnejší a pre napätie aspoň 5kV. Najlepšie z produkcie ZSSR. Opäť to skrátim - nezohnali sme. Rozhodli sme sa ho zhotoviť ako valcový z dvoch Cu trubiek a kvalitného PTFE dielektrika. Vzorec pre výpočet kapacity valcového kondenzátora je na internete dostupný. V obchode s kúrenárskymi potrebami sa dajú kúpiť potrebné Cu trubky. My sme použili jednu o vonkajšom priemere 18mm a druhú o vnútornom priemere 20mm, dlhé asi 120mm. Kapacita 10cm dlhého valcového kondenzátora z PTFE dielektrikom vychádzala 111pF. Ako dielektrikum sme použili teflónový "papier" na pečenie, kúpený v domácich potrebách. Ten náš obsahoval ešte sklenené vlákno a bol čierny. Dôležité bolo ubezpečiť sa, že je vhodný do mikrovlnky.  Má hrúbku 0,1mm Na vyplnenie 1 mm priestoru medzi dvoma trubkami bolo treba navinúť na tenšiu trubku 10 závitov. Išlo to do seba dosť ztuha, preto sa zo závitov postupne ustrihávalo, pokiaľ to nešlo zasunúť miernou silou. Zmeraná hodnota bola 110pF. Takto vyzeral výsledný produkt s naletovanými vývodmi:



Skúsení stavitelia trapovaných antén uvádzajú, že trap nemá byť naladený do pásma, ale mierne pod pásmo (induktívny charakter), alebo nad pásmo (kapacitný charakter). Zvolili sme preto frekvenciu 3,25MHz, kde potom vychádzajú kratšie vodiče klobúka. Výpočtom vychádzala hodnota indukčnosti 22uH. Stačilo už len navinúť potrebnú cievku. Z miniRing Core kalkulátora vypadli nejaké hodnoty. PVC trubka 50mm, vodič 2,5mm2, 32 závitov. Hmotnosť asi 0,35kg. Na nasledujúcom obrázku je hotový trap. Neskôr bol ešte ošetrený náterom polyuretánovým lakom (lodný lak). Kondenzátor sa nachádza vo vnútri PVC trubky:



Spodná záslepka má samozrejme dve dierky pre odvod kondenzátu. Od určitého času nedávam jednu väčšiu, ale dve menšie. Hmyz vie pekne voľný priestor vyplniť...

Ešte krásny priebeh:


Potlačenie dosiahlo >70dB. Priebeh bol meraný s kondenzátorom na boku cievky. Po vložení kondenzátora do stredu cievky sa posunula rezonančná frekvencia na 3,4MHz, čo nevadí. Cu ako paramagnetický materiál znížil indukčnosť cievky.
Pre istotu sme ešte urobili pár simulácii v MMANA-GAL. Vyžarovací diagram pre pásmo 160m mal nezdravo veľkú horizontálnu zložku a nerovnomerný vyžarovací diagram s rozdielom až 3dB. Spôsoboval to samozrejme horizontálny vodič, ktorý bol taký dlhý, ako samotný vertikálny žiarič. V pásme 80m bol priebeh takmer ideálny. Z toho dôvodu sme sa rozhodli v pásme 160m použiť dva horizontálne vodiče. Priebeh bol už takmer dokonalý. Aj vertikálny vyžarovací uhol vychádza nižší u vyzdvihnutého vertikálu, voči postavenému na zemi. Pre pásmo 7MHz to už ale neplatí, nakoľko výška 12m je už moc a vzniknú významne silné laloky pod uhlom asi 45 stupňov a s vysokou horizontálnou zložkou. Pred rokmi sme si to bez znalosti teórie vyskúšali a zodpovedne môžeme prehlásiť, že vyžaruje na nerozoznanie od obyčajného horizontálneho dipólu, ktorý je ale nenáročný na stavbu a financie.

Samotná praktická realizácia prebehla v jeden krásny slnečný deň. Išlo o nájdenie vhodnej dĺžky a sklonu dvoch horizontálnych vodičov pre 160m a jedného pre 80m. Zo simulácii sme vedeli, že treba ladiť najskôr pásmo 160m, nakoľko jeho vodiče ovplyvňujú naladenie 80m. Naopak to až tak neplatí. Realita to aj potvrdila. Najskôr sme doplnili počet protiváh na 4x40m, 8x20m a nezisťovaný počet neladených. Všetky protiváhy sú roztiahnuté vejárovito po streche a končia na svorkovnici (určená na DIN lištu) v búdke pod žiaričom. Počas ladenia sa žiarič skladal a znova staval asi 10x. Zakaždým prebehlo meranie. Bola z toho celodenná záležitosť, ale to počítam aj záverečné zhodnotenie akcie a oslávenie výsledku. Pár obrázkov:




Základňu tvorí kríž zvarený z jokla 60x60mm. Ten stojí na pneumatikách s diskami, ktoré sú šetrné k strešnej krytine. Pomocou skrutkovíc je základňa ustavená do roviny. Na vrchole základne je bidlo s dvomi pántami, cez ktoré sa dá žiarič sklopiť. Použité sú 2ks pánty z domovej brány. Na pásovine je pripevnený izolátor z vysokého napätia. Na vrchole izolátora je platnička 50x50mm s dierou uprostred a závitom, aby sa dala naskrutkovať na skrutku izolátora. Na platničku je privarená trubka o dĺžke 25cm, ktorá sa zasunie do trubky žiariča. Spolu sú zvŕtané a zoskrutkované. Táto skrutka slúži aj na pripojenie koaxiálu.


Aký je teda výsledok:
Na oboch pásmach sme v segmentoch CW dosiahli PSV < 1,5, pričom minimá sú asi 1,2. Test na výkon 1,5kW v dĺžke 1 minúty bol bez problémov a bez zmeny parametrov, čo by značilo oteplovanie prvkov trapu. Smerovosť bola porovnávaná s dipólmi inv.V 80 a 160m so stredom vo výške 25m. EU stanice sú na dipól silnejšie asi o 1-2S. Stanica z Petrohradu mala na obe antény rovnaký signál.
Na testy DX staníc si budeme musieť počkať na lepšie podmienky. Veríme, že anténa bude pre nás prínosom. Ako povedal jeden z účastníkov: "Je to zbraň."

Žiadne komentáre:

Zverejnenie komentára