Vícepásmový dipól bez trapů
V polovině 90. let minulého století se objevila nová konstrukce vícepásmových antén [1], založená na principu paralelních půlvlnných rezonátorů, navržených pro jednotlivá pásma, kde je napájen pouze dipól pro nejnižší pásmo a rezonátory pro vyšší pásma jsou napájeny parazitně. Konstrukce byla patentována [2] a později použita např. u antén Force 12 (série C3 a C4), Hy-Gain, Optibeam apod. Rezonátory jsou od buzeného prvku umístěny v určité vzdálenosti, která na všech pásmech zaručí vstupní impedanci, odpovídající půlvlnnému dipólu. Není nutné, aby jednotlivá pásma mezi sebou byla v harmonickém poměru. Pomocí dipólu, navrženého pro CW část pásma (např. 3520 kHz) a rezonátoru pro SSB část pásma (např. 3790 kHz) lze pokrýt obě části pásma 80 m apod.
Princip je jednoduchý – je-li ve vzdálenosti (od půlvlnného dipólu, buzeného na nižší frekvenci) dané vztahem
(l,
MHz) (1)umístěn rezonátor s rozměry, odpovídajícími půlvlnnému dipólu pro vyšší frekvenci, lze tento rezonátor parazitně vybudit na této vyšší frekvenci. Rezonátory musí mít délku půlvlnného dipólu, musí být paralelně uspořádané a symetrické podle středu (obr. 1).
Obr. 1. Třípásmový dipól pro 10, 18 a 24 MHz.
Vzdálenost, ve které je dosaženo optimálního impedančního přizpůsobení, je závislá na frekvenci a průměrech vodičů (trubek), použitých pro konstrukci rezonátoru dipólu. Frekvencí, pro kterou byl navržen napájený dipól pro nižší frekvenci je tato vzdálenost ovlivněna jen v zanedbatelné míře. Potřebujeme-li např. přidat další pásmo ke stávajícímu dipólu, použijeme půlvlnný rezonátor ve vzdálenosti, vyplývající z tab. 1 nebo z nomogramu (obr. 2), která bude stejná bez ohledu na kmitočet, pro který byl navržen napájený dipól.
Abychom nemuseli řešit
poměrně komplikovanou rovnici (1), můžeme odpovídající
vzdálenost buď odečíst z nomogramu (obr. 2),
i parazitně buzený rezonátor jsou zhotoveny
z vodiče o stejném průměru). Vhodná vzdálenost od dipólu (pro nižší frekvenci) tedy bude 66 mm.
nebo pro amatérská KV pásma odečíst z tab. 1
Tab. 1. Vzdálenost parazitně buzených rezonátorů pro jednotlivá pásma od buzeného dipólu. Je uvedena v milimetrech.
Uveden je také vodič čtvercového průřezu, který se vyskytuje poměrně vzácně. Jeden z konstruktérů antény podle [3] jej použil proto, že jej získal odvinutím ze starého transformátoru. V tabulce je uveden pro ilustraci vlivu průřezu vodiče (srovnejte např. vzdálenosti pro kruhový vodič o průměru 1,5 mm a pro vodič čtvercového průřezu o straně 1,5 mm).
Údaje v tabulce ve sloupci Frekvence se vždy vztahují ke kmitočtu parazitně buzeného rezonátoru. Rezonátor pro 3,600 MHz by tedy byl použit s napájeným dipólem pro frekvenci nižší, tj. např. pro 1,830 MHz, pokud bychom např. chtěli stávající anténu pro 160 m doplnit o pásmo 80 m.
Chceme-li použít hodnoty z tabulky nebo z nomogramu, je třeba vzít v úvahu určitá omezení. V tabulce, převzaté z [3], jsou uvedeny výchozí hodnoty. Skutečná vzdálenost parazitně buzeného rezonátoru od napájeného dipólu se může mírně lišit, což je způsobeno vlivy okolí a závisí zejména na výšce antény nad zemí. Údaje v tabulce či nomogramu vycházejí z praxe, kdy anténa bývá navrhována pro spolu sousedící KV pásma, tj. poměr kmitočtu, na kterém pracuje napájený zářič a parazitně buzený rezonátor, bývá zpravidla < 2. Dalším omezením platnosti těchto údajů je předpoklad, že napájený zářič i rezonátor jsou zhotoveny z vodičů o stejném průměru.
Platnost uvedeného principu je však obecná. Lze tedy konstruovat antény pro libovolná pásma, pokud bychom však chtěli vytvořit dvoupásmovou anténu pro 3,5 a 28 MHz, bude vhodnější nespoléhat na tabulkové údaje, vyřešit rovnici (1) a z výsledné antény vytvořit matematický model, který bude optimalizován pomocí momentové metody, např. v programu 4nec2 (model zde).
Princip parazitně buzených rezonátorů byl komerčně použit většinou pro antény pro vyšší pásma KV s prvky, zhotovenými z trubek. Antény jsou zpravidla umístěny na stožáru ve výškách > l/2. Lze tedy předpokládat instalaci antény, respektující doporučení výrobce (nelze předpokládat, že by někdo takovou anténu instalovat ve výšce 3 m nad zemí). Proto může výrobce zaručit uváděné parametry antény.
Konstrukce
Třípásmový dipól pro 10, 18 a 24 MHz je zkonstruován z měděného drátu o průměru 2 mm. Rezonátor pro 18 MHz je umístěn ve vzdálenosti 6 cm od napájeného dipólu pro 10 MHz, rezonátor pro 24 MHz je ve vzdálenosti 5,2 cm. Rezonanční kmitočty jsou 10120, 18090 a 24900 kHz. Dipól pro 10 MHz je napájen přes balun 1:1. Dipól pro 10 MHz má délku 14,514 m, rezonátor pro 18 MHz 8,12 m a pro 24 MHz 5,95 m. Anténa je umístěna ve výšce 15 m nad zemí.
Popisy konstrukce této antény v zahraničních pramenech [3], [4] uvádějí, že délka dipólu resp. rezonátoru by měla být větší, než obvyklých l = 143/f (m, MHz). Testy ukázaly, že vhodnou délku lze vypočítat ze vztahu l = 146,9/f a pro kmitočty vyšší, než 20 MHz je optimální délka dána vztahem l = 148/f (m, MHz). Tyto odchylky jsou způsobeny vlivem průměru drátu, resp. změnami poměru průměru drátu k vlnové délce.
Vodiče jsou v příslušné vzdálenosti fixovány pomocí izolačních rozpěrek. Vhodný materiál musí mít nejen dobré izolační vlastnosti, ale musí být také nenavlhavý a odolný proti UV záření. Vhodným materiálem je např. Lexan. Rozpěrky jsou rozdílně napěťově namáhány, čím dál od středu dipólu, tím je namáhání větší. Pro napájení je nutné použít balun 1:1. Vhodný je proudový (tlumivkový) balun, pro zkoušky byl použit Fritzel FR1015.
Nastavení
Nastavení antény není složitější, než nastavení běžného dipólu. Stačí běžný reflektometr, vhodnější je ovšem nějaký analyzátor impedance, např. MFJ-259B. Dipóly uděláme o něco delší, u dipólu pro 10 MHz je vhodné nechat u izolátorů "ocásky" o délce kolem 5 cm, jejichž odstřiháváním anténu doladíme na minimální ČSV. Napájený dipól pro 10 MHz naladíme jako první, pak ladíme rezonátor pro 18 MHz a nakonec rezonátor pro 24 MHz. Výhodou je, že se jednotlivé části antény vzájemně neovlivňují, tj. jednou nastavený rezonátor již není nutné dolaďovat. Stavíme-li anténu pro jiná pásma, postupujeme obdobně, vždy od dipólu pro nejnižší pásmo. Pokud je anténa navržená přesně, bývá po doladění na nejnižším ČSV na všech pásmech zpravidla vyhovující, tj. na ostatních pásmech již nebývá třeba nic ladit.
Výsledky
Dosažený průběh ČSV je po pečlivém naladění velmi uspokojivý (obr. 3). V praktickém provozu se anténa chová, jako obyčejný půlvlnný dipól.
 |
| ČSV - 12 m |
 |
| ČSV - 17 m |
 |
| ČSV - 30 m |
Obr. 3. Průběhy ČSV třípásmového dipólu pro 24,9, 18 a 10,1 MHz.
Určitou nevýhodou antény je její váha a poněkud nepraktická konstrukce, takže takový vícepásmový dipól nelze snadno svinout a používat na přechodných stanovištích.
Závěr
Výhody této antény jsou následující:
Šířka pásma jako u normálního půlvlnného dipólu
Možnost pokrytí více pásem (ověřena 3 pásma)
Snadné nastavení
Napájení jedním koaxiálním kabelem
Výkon omezený pouze balunem, kabelem a izolátory
Vyzařovací diagram na všech pásmech, odpovídající půlvlnnému dipólu.
Pokud konstruujeme anténu pro víc pásem, je vhodné dipóly rozložit podle náčrtku na obr. 4.
Obr. 4. Rozložení rezonátorů pro více pásem. Plnou tečkou je znázorněn parazitně buzený rezonátor, nevyplněnou tečkou napájený dipól. Vzdálenosti jsou pro přehlednost kresleny jako stejné, ve skutečnosti budou odpovídat výše popsanému návrhu.
Princip parazitního buzení na rozdílných frekvencích lze použít i pro čtvrtvlnné vertikální antény. Napájený zářič i parazitně buzené prvky používají společný zemní systém. Pro napájení nejdelšího prvku lze použít jakoukoli obvyklou metodu přizpůsobení, parazitně buzené prvky jsou v patě přímo spojeny se zemním systémem.
Parazitně buzenou vícepásmovou soustavu lze velmi snadno analyzovat a optimalizovat v libovolném programu, určeném pro modelování antén momentovou metodou, tedy např. 4nec2, EZNEC, GNEC apod., vyhovující výsledky obdržíme i s jednoduchými programy, založenými na algoritmu MiniNEC, tj. např. MMANA.
Literatura:
[1] Gary Breed, K9AY: Multi-Frequency Antenna Technique Uses Closely Coupled Resonators, RF Design, November 1994, str. 78-85
[2] US Patent 5489914 (ke stažení zde)
[3] Benny Hansen, OZ8BZ: Et andet princip for afstemte multibånds antenner, OZ (Denmark), April 1996 (ke stažení zde)
[4] Hans O. Pyndt, OZ5DX: A WARC Dipole Using a New Design, FOCUS (Journal of the First Class C.W. Operator's Club) No. 32 – Autumn '97, str. 36
