Popis antény

Momentálně byla skladem dostupná tato anténa pro CB ručky: https://www.eshop-yachtmeni.cz/cb-teleskopicka-antena-27mhz-sma/

Foto a rozměry

Na fotografii jsem uvedl frekvence s nejlepším poměrem stojatých vln, kterého jsem dosáhl uzemněním stanice na zemnicí kolík nebo připojením k drátové protiváze.

Měření na anténě

Zapojení obvodu v patě antény je pro mě neznámé. Měřením na svorkách naměříme sériovou indukčnost mezi středním vodičem konektoru a zářičem L_s= cca 1.8 mikroH. Měřením mezi zářičem a patou antény jsem naměřil kapacitu C_p= cca 10 pF. Uvedeným hodnotám odpovídá rezonance přibližně na kmitočtu 35 MHz a takový kmitočet s pomocí makety stanice (viz popis níže) a anténního analyzátoru na anténě skutečně nalezneme. Vlivem jakékoliv protiváhy připojené k maketě se hodnota rezonančního kmitočtu snižuje. S vhodnou protiváhou (např. délky 3.8 m) anténa rezonuje na kmitočtech v pásmu 27 MHz.

Poznámky (o co u protiváhy jde?):

1. Protiváhou doplňujeme anténu připojenou k vysílači do rezonanční délky (do poloviny vlnové délky). Nejedná se o aperiodickou nebo rezistory tlumenou anténu a rezonance je pro vyzařování antény na požadovaném kmitočtu důležitá.
2. Na délku protiváhy mají samozřejmě vliv soustředěné indukčnosti a kapacity, které jsou například v místě napájení. Včetně kapacity těla operátora, který drží ručku.
3. Protiváha může být nevyzařující. Toho docílíme například různými směry radiálů, jejichž vyzařování se vzájemně liší.
4. Protiváha může vyzařovat. Potom bude ovlivňovat vyzařovací diagram antény. To platí také pro případ jednoho radiálu. Můžeme této vlastnosti využít. Příklad takového vyzařování jsem modeloval a výsledek - viz konec stránky.
 

Měření VSWR s protiváhou

Při zcela vysunuté anténě jsem docílil nejlepšího VSWR (cca VSWR = 1.5) při zcela vysunuté anténě na kmitočtu 26.455 MHz.
Při zasunutém horním (nejtenčím) dílu bylo nejlepší VSWR ( cca VSWR = 1.67) na kmitočtu 27.135 MHz.

Poznámky:

1. Délku vodiče protiváhy jsem stanovil experimentálně. Hledal jsem nejlepší VSWR při zcela vysunuté anténě na kmitočtu kolem 26.5 MHz. Po ustřižení konce drátu protiváhy byl tento kmitočet 26.455 MHz a pro další měření jsem už jeho délku neměnil.
2. Impedance antény změřená na svorkách antény měla hodnotu Z = cca 30 - 33 Ohmů, tomu odpovídají naměřené hodnoty VSWR - viz tabulky v grafech s naměřenými průběhy. Úpravou výšky protiváhy jsem docílil vyšších hodnot impedancí na svorkách antény, než Z = 50 Ohmů.

Maketa přenosné stanice

Rozměry makety stanice odpovídají přibližně rozměrům ručky. Pomocí makety stanice měřím poměr stojatých vln. Maketa je vybavena konektorem pro připojení antény. Napáječ antény je oddělen vícestupňovým linkovým izolátorem, který zamezí tomu, aby společné zemní proudy tekly po koaxiálním napáječi. Maketa se tedy chová přibližně jako ručka napájená z vnitřní baterie. Maketu stanice držím přibližně na úrovni úst. Pomocí makety si tedy snadno zjistím, na jakém kmitočtu má soustava anténa-ručka nejlepší přenos energie do antény. Rovněž zjistím, zda použitá anténa vyžaduje ke své činnosti protiváhu nebo uzemnění. Některé antény (například půlvlnné, včetně půlvlnných zkrácených) protiváhu nevyžadují, jiné antény (čtvrtvlnné, včetně čtvrtvlnných zkrácených) bez protiváhy dobře nevyzařují (neteče do nich na nízké impedanci dostatečný proud).

U testované antény jsem docílil dobrých výsledků s jednoduchou protiváhou nebo s použitím uzemnění.

Přizpůsobení antény při použití protiváhy (nebo uzemnění)

Mezi oběma kmitočty bylo možné docílit VSWR kolem hodnoty VSWR = 1.5, a to v případě, kdy byl kolík zasunut do vlhké země, cca 24 hodin po vydatném dešti nebo rozvinutím alespoň jedné drátové protiváhy po zemi. Foto zemnicího kolíku je na konci této stránky.

Průběhy VSWR s uzemněnou maketou stanice

Typická šířka pásma kolem pracovního kmitočtu

Uvedená hodnota platí jen pro ručku s protiváhou nebo s uzemněním stanice na zemnicí kolík. Přestože jsem osoba s nadváhou (výška 170 cm, váha téměř 90 kg), tak moje postava s ručkou u úst netvoří dostatečnou protiváhu antény a použitelného VSWR nejsem schopen na CB kmitočtech docílit. V praxi to pro mě znamená vzít si s sebou věci potřebné k vytvoření protiváhy nebo uzemnění stanice.

Moje sada s protiváhou a zemnicím kolíkem

Používám kolík ze soupravy na měření uzemnění. Vratidlo slouží jen k vytažení ze země. Kolík a konektor antény je spojen drátem se svorkami.
Délku drátové protiváhy doporučuji stanovit experimentálně. Lze použít více, než jednu protiváhu. Moje anténa s ručkou a mojí postavou funguje dobře již s protiváhami dlouhými 3.8 m, ale stejně dobrého přizpůsobení jsem docílil například i s jednou protiváhou délky asi 10 m.
Jsme v okamžiku, kdy dovedeme do antény přenést energii z konektoru vysílače, kterou umí anténa vyzářit.

Vyzařování antény

Jednoduchým experimentem bychom si mohli dokázat, že anténa s jednou protiváhou vykazuje směrový účinek. Nejlépe vyzařuje anténa ve směru protiváhy a vyzařovací diagramy vypadají takto:

nebo 3D zobrazení téhož:

Protiváha nebo uzemnění?

Teleskopická anténa mi dorazila den po té, co spadlo na zahradě 60 mm srážek na 1m². Zahrada slouží jako místo pro různé experimenty a pod povrchem se sem tam nacházejí zakopané vodiče jiných antén. Nicméně, kolík zemnicí sady vykazoval naměřený zemní odpor ve výši asi 20 Ohmů proti uzemnění napájecí soustavy nízkého napětí. Modelováním i měřením bylo možné prokázat, že maketu ručky lze k anténě dobře přizpůsobit. Vyzařovací diagram antény s uzemněním na kolík a se zemnicím vodičem o délce jeden metr již nevykazuje takovou směrovost, jako anténa s nadzemním radiálem - viz obrázek zde. Anténa je dost všesměrová, s výrazným minimem do nebe. Jde tedy o anténu s nízkým vyzařovacím úhlem o hodnotě cca 30°.

Kvůli zemnímu odporu je anténa poměrně dobře přizpůsobena, i když ztrátově. Na zemním odporu se ztratí polovina vysokofrekvenčního výkonu. Můžeme se pokusit najít takovou výšku radiálu, který již bude vykazovat vlivem země podobné ztráty, jako uzemnění na kolík. Anténu je vhodné modelovat nějakým lepším algoritmem, než je MININEC GND programu MMANA. Používám pro tento účel vlastní Real/High Accuracy GND algoritmus, který mi dává podobné výsledky, jako např. zemní modely EZNEC Pro2+. Anténa s jedním radiálem nízko nad zemí jde opět snadno přizpůsobit, ale přesto ten jeden radiál nízko nad zemí nepatrně vyzařuje, i když je zemí tlumený a anténa díky tomu vykazuje nepatrnou směrovost (červená čára v grafu dole). V hlavním směru vyzařování a směrem k horizontu je však rozdíl v zisku antén nepatrný (1 - 2 dB).

Shrnutí

Pokud budu vysílat z vlhké pastviny nebo z mokré a slané pláže, vezmu si sebou zemnicí kolík a krátký vodič. Pokud budu vysílat z vysoké skály, použiji drátovou protiváhu. Ale, možná se na teleskopickou anténu vykašlu a vezmu si s sebou například dobře připravenou anténu Sirio Boomerang 27W, která má zářič délky 1330 mm a jeden radiál délky 1280 mm. Využiji známé směrovosti takové antény, jejího dobrého přizpůsobení nad skalnatým terénem a řešit budu pouze její portable montáž. Srovnání vyzařování teleskopické antény ručky s vozidlovou magnetkou Sirio Titanium 2000 :

Anténa ručky s jednodrátovou protiváhou nebo s jednoduchým uzemněním na kolík má o cca 6 dB menší zisk v požadovaném směru, než magnetická mobilní anténa stejné délky.