Půlvlnná anténa napájená na konci (anglicky často označovaná zkratkou EFHWA) bývá častým lákadlem pro začátečníky. Zejména pro spodní pásma krátkých vln. No bodejť by ne - prostě natáhnete kus dlouhého drátu, přes nějaké „udělátko” to připojíte k radiostanici a vysíláte. Jednoduché, váhově lehké, ideální do přírody i na místa, kde nechcete být s anténou příliš nápadní. Vy jste někde schovaní - v autě, ve stanu, pod převisem a jen anténa se táhne někam na vzdálený strom. Bohužel tato na první pohled jednoduchá anténa mnohé začínající radioamatéry často zklame. Po reportech typu „slyším tě jako mouchu v baňce” na ni zanevřou a skutečné úspěchy slaví až s anténou anténou invertované-V. Ale anténa EFHWA není špatná anténa, pouze vyžaduje, aby stavitel dodržoval určitá pravidla. A obecně platí že čím je věc jednodušší, tím důsledněji je potřeba tyto zásady dodržovat. Takže si nyní pomalu, krok za krokem popíšeme jak na to, aby vše fungovalo tak, jak fungovat má...
Umístění antény
Pokud se jedná o umístění drátové antény EFHWA (nebo i jiné drátové antény, např. neladěné délky), většinou na internetu najdete tenhle obrázek nebo jemu podobný:
Anténa má být natažená pokud možno vysoko nad volným prostranstvím. Úvazy na obou koncích jsou tak dlouhé, aby začátek i konec antény byl dostatečně vzdálený od velkých předmětů (od střechy domu, od koruny stromu). Do celkové délky antény se samozřejmě započítává i délka svodu. Proto i pro svod platí, aby se pokud možno vyhnul souběžné trase se zdmi, elektrickým vedením, okapy a podobnými stavebními prvky. Prostup do místnosti nesmí být proveden skrz cihlovou nebo betonovou zeď, i kdyby to bylo izolovaným vodičem (příliš velká kapacita a ztráty), ale raději přes okenní rám nebo v ideálním případě (jak bývalo zvykem v prvopočátcích radioamatérského vysílání) středem skleněné nebo plexisklové okenní tabulky. Ani zavěšení na živý strom není úplně ideální. Strom se ve větru ohýbá a anténní drát se bude natahovat a rozhoupávat. Pokud máte možnost, upevněte anténu druhým koncem buď na druhou budovu nebo na dřevěný či kovový stožár. Ten bude při silném větru mnohem klidnější než strom a anténa bude stabilnější.
Na portejblu se často musíme spokojit jen s jedným závěsným bodem. Pak nezbude jiné řešení, než anténu prostě natáhnout od země šikmo vzhůru (do koruny stromu) nebo naopak ji spustit šikmo dolů (z věže, z rozhledny, z paneláku). Samozřejmě čím bude anténa níž, byť by jeden její konec, tím hůře bude vysílat.
Materiál antény
Budeme-li se bavit o běžně dostupných materiálech a stacionární instalaci doma - pak jako vlastní zářič vyhoví izolovaný měděný drát o průřezu 2,5mm2 (např. elektroinstalační vodič CY 2,5, perfekcionisté mohou použít i silný vodič CY 4). Pevnostně by byl samozřejmě ideální drát fosforbronzový, protože je pevnější než měď a vydrží i v silném větru (ale pro většinu lidí je bohužel nedostupný). Naopak na anténní zářič zcela nevhodný je drát nerezový, protože klade proudu velký odpor. Ocelový pozinkovaný drát je také nevhodný, nejen že má velký odpor ale navíc je i magnetický, což je pro vysokofrekvenční účel nežádoucí. Na volně prověšený svod od krajního izolátorku dolů k radiostanici použijte izolovanou měděnou licnu (např. elektroizolační vodič CYA 2,5). Konce licny dobře připájejte. Nešetřete kalafunou! Je zapotřebí, aby se vsákla dluboko do měděného lanka a chránila tenké drátky před korozí. Pájený spoj musíte prvotřídně utěsnit a zaizolovat, aby do něj nevnikala dešťová voda. Pamatujte, že svod se bude větrem houpat a že po svodu bude stékat proud dešťové vody. Je dobré na svod navléct plastové kroužky (prstýnky), po kterých by voda odkápla nebo ho nechat hodně prohnutý. Vodič svodu je dobré ještě před připojením na svorky zachytit izolovaným úvazem, aby se zmírnilo jeho houpání a jednotlivé drátky licny se vlivem houpání od větru těsně u svorky nerozdrobily (nepříjemná skrytá závada).
Na ukotvení použijte keramické izolátorky ze starých zásob nebo můžete koupit nové vajíčkové izolátorky z černého plastu. (Prodávají se v prodejnách zemědělských potřeb na budování elektrických ohradníků pro dobytek. Jsou levné, lehké, nerozbitné, dostatečně masivní, mají výbornou odolnost proti povětrnosti a bez problémů snesou za vlhka rázová napětí přes 5000 voltů na jeden izolátorek). Ač napěťově samozřejmě jeden izolátorek úplně stačí, pokud nejste omezeni váhou nebo délkou antény, dejte kvůli minimalizaci parazitních kapacit za sebe izolátorky dva nebo i tři a to bezprostředně za sebe (nerozmisťujte je rozvláčně na půlmetrovém nebo dokonce metrovém úseku, pak totiž není přesně dáno, kde zářič „elektricky” končí). Od izolátorků k budově použijte opět měděný drát, v horším případě šňůru ze syntetických vláken, která dokáže odolávat slunečnímu záření a nepříznivým povětrnostním vlivům.
Na portejblu či v místech, kde budete anténou často smotávat, musí být celá anténa z ohebného lanka. Ideálně opět z měděného (vodič CYA 2,5). Často se používá i telefoní kabel PK, který obsahuje několik drátků měděných a několik kalených ocelových. Je velmi pevný, s nenápadnou barvou a zdálo by se že je pro terénní použití přímo ideální. Bohužel přítomnost ocelových drátků v blízkosti měděných je na závadu. Životnost je tím snížená a limitovaná životností izolace (při jejím sebemenším poškození, po vniknutí vlhkosti do vodiče dochází ke vzniku korozního článku Cu/Fe, ocelové struny rychle přereziví a anténa se přetrhne). Ve srovnání s obyčejným měděným drátem nebo licnou je nižší schopnost vysílací (při vysílání okolo sebe měděné vodiče vytvářejí vysokofrekvenční magnetickou složku, kterou magneticky vodivé, ale vysokofrekvenčne „nekvalitní” ocelové struny kabelu absorbují a část energie se tím marnotratně přemnění na teplo).
Pokud budete portejblovat za suchého počasi, dokážete se obejít úplně bez izolátorků. Jako úvaz poslouží šňůra ze syntetických vláken známá pod obchodním názvem Paracord. Už 15 či 30 cm této šňůry je dostatečný VF izolant i pro mnohasetvoltové napěťové kmitny, jaké se na koncích zářiče vyskytují. Když chcete Paracord používat jako dokonalý izolátor i za deště, namočte jej do rozpuštěného včelího vosku, tak aby šňůra ve zvoleném úseku na koncích antény zcela prosákla. Vosk "obsadí" volné místo a do šňůry už nebude moci nasáknout dešťová voda (mimochodem, dešťová voda jakožto voda destilovaná, má značně velký odpor, mnohem větší, než voda vodovodní, takže její působení na anténu a její úvazy není tak „katastrofální”, jak by se nám na první pohled mohlo zdát). Pokud se přesto obáváte, že to nebude fungovat, pro klid duše použijte izolátorky. Nicméně raději plastové než keramické, ať se vám při nějakém nečekaném pádu nerozbijí.
Délka antény
Jak už název napovídá, délka u tohoto typu antény je lambda půl. Výsledný vyzařovací diagram bude odpovídat půlvlnnému dipólu. Bude-li drát natažený přibližně vodorovně, bude na základním kmitočtu vyzařovat převážně vzhůru, což je výhodné pro vnitrorepubliková spojení technologií N.V.I.S. A je to jedním z důvodů, proč je tento článek zaměřený především na stavbu antény pro pásmo 80m, (ale stejná pravidla jde použít i pro anténu určenou pro základní frekvenci 5,3 MHz či 7 MHz).
Délka půlvlnného zářiče se vypočítá podle vzorce:
L [m] = 300 : f [MHz] × 0,47 (v našem případě L = 300 : 3,75 [MHz] × 0,47 = 37,6 metrů)
Délkou „L” je tím myšlená délka od přívodního banánku na úplném začátku, až po izolátor na úplném konci - bez ohledu na to, že jednu část antény tvoří šikmý prověšený svod a teprve druhá část zářiče je napjatá v prostoru. Vypočítaná délka platí pro holý měděný drát vysoko zavěšený. Jenže v praxi máme buď celý drát nebo alespoň určitou část drátu izolovanou. A také výška drátu nad zemí není ve všech místech stejná. Z toho důvodu nemá cenu pokoušet se do vzorce zakomponovat všechny koeficienty, které by vnější vlivy zohledňovaly a proto pro první pokusy ustříhněte drát alespoň o 5% delší, než vám vyjde výpočtem. Začněte s kusem drátu v délce přibližně 41 metrů a na přesnou délku jej pak zkrátíte praktickými pokusy (viz. níže), až nakonec dojdete k celkové délce 37,27 metru (včetně ovinů na izolátorech), kdy jako experimentální zářič posloužila jedná žíla telefonního kabelu PK natažená volným prostorem mezi dvěma stromy ve výšce 6 metrů nad suchou travnatou loukou).
Impedanční přizpůsobení
Anténní zářič má na svém konci, kde ho chceme napájet, velmi vysokou impedanci. Naopak radiostanice má na svém výstupu impedanci nízkou. Proto nemůžeme anténní drát připojit k radiostanici přímo. Ručička SWR-metru by narazila až na okraj s hodnotou „nekonečno”. Ba ani většina komerčně prodávaných anténních tunerů nezvládá lambda-půl anténu přizpůsobit (lidově řečeno „doladit”). Dalším úskalím je vysoké napětí, které se na koncích antény nakmitá. Je to několik set voltů a takové napětí většina subtilních ladících kondenzátorů v anténních tunerech nezvládá. Sršení nebo průraz v kondenzátoru pak může velmi snadno zničit koncový stupeň radiostanice. Připojit EFHW-anténu k radiostanici můžeme nejsnáze pomocí anténního transformátoru, pomocí L-článku nebo obvodem Fuchs. Pro začátek si popíšeme připojení antény pomocí anténního transformátoru, protože tento způsob nám bez dalších měřících pomůcek umožní najít správnou délku anténního zářiče.
Anténní transformátor
Pro začátek si vyrobte anténní transformátor podle níže uvedeného obrázku. Mnozí namítnou, že to není právě to nejlepší řešení. Ano, když se to udělá špatně, opravdu to za mnoho nestojí. Ale já se vám to pokusím popsat tak, abyste se alespoň těm nejhrubším chybám dokázali vyhnout. Naoplátku vám anténní transfornátor poskytne určitou širokopásmovost, kterou budete potřebovat pro nalezení správné délky zářiče a také dobré galvanické propojení dlouhého zářiče se zemí a bezpečné svedení případného statického náboje.
Signál z vysílače se do anténního transformátoru přivádí přes PL nebo BNC konektor, použijte takový typ, na který jste zvyklí. Napětí na kondenzátoru je jen v desítkách voltů, takže v praxi stačí běžný keramický. Toroid naviňte podle obrázku L1 = 3 závity, L2 = 2 závity, L3 = 22 závitů. Pokud se vám nepodaří sehnat přesný typ, zkuste jiný podobný. Pro začátek je to jen prvotní experiment. Moc si s vinutím nehrajte, není to finální verze a smiřte se s tím, že cívku L3 budete ještě několikrát upravovat. Všechny cívky jsou vinuty stejným smyslem. (Rozdělení sekundárního vinutí na dvě cívky L2 a L3, které je ověřeno praktickými pokusy, napomáhá vylepšit parametry transformátoru, po kterém požadujeme jednak širokopásmovost a současně i schopnost přenášet větší vysílací výkony s malými ztrátami.)
Protiváha
Každá anténa tohoto typu potřebuje pro svou funkci protiváhu nebo uzemnění. Radiostanice dodávající do antény signál se potřebuje „opřít o pevný bod”. Anténa EFHWA potřebuje protiváhu délky pouze 0,05 lambda (tj. pro pásmo 80m je to protiváha délky 4 metry). Použití této délky eliminuje vznik jalových složek. Použití delší protiváhy, například „oblíbená” délka lambda-čtvrt, přináší výsledky horší a navíc zbytečně spotřebujete dlouhý kus drátu.
I když to v některých případech může na první pohled budit dojem, že se anténa bez protiváhy obejde, vždy se najde něco, co funkci protiváhy vykonává. Nejčastěji koaxiální přívod a nezřídka i sama radiostanice. Pokud to nemáme pod kontrolou, je taková situace velmi nežádoucí. Vysokofrekvenční složka signálu „leze” do mikrofonu kde kazí modulaci, mikrofon pálí v ruce nebo v krajním případě radiostanice blázní (samovolně přepíná funkce).
Pokuste se poskytnout anténě kvalitní protiváhu. Problémy se částečně zmírní, ale bohužel úplně se neodstraní.
Používáte-li anténu doma, udělejte protiváhu ze samostatného drátu umístěného venku a další šíření plášťových proudů do místnosti a k radiostanici přerušte proudovým balunem na koaxiálu umístěným co nejblíže k anténnímu transformátoru (nebo vestavěného dovnitř jeho krabičky). Plánujete-li používat anténu na více pásmech, připojte protiváhy paralelně na svorku anténního transformátoru. Každou protiváhu s jinou délkou - odpovídající konkrétnímu pásmu (pro pásmo 80m protiváhu dlouhou 4 metry, pro pásmo 40m protiváhu dlouhou 2 metry atd.)
Při vysílání v přírodě, (kde není rušení a kde vám nebude vadit, že koaxiál vyzařuje), můžete umístit proudový balun do takové vzdálenosti od antény, že část koaxiálu „řízeným způsobem” převezme funkci protiváhy. Ušetříte tím komplikace s rozmotáváním kusu drátu. Bohužel proudový balun umístěný v kmitně napětí nedokáže signál šířící se po povrchu koaxiálu dokonale oddělit.V takovém případě jako je tento, bude mnohem účinnější místo balunu použít trap (paralelní rezonanční obvod vytvořený z cívky navinuté z koaxiálu a přemostěné kondenzátorem připájeným před a za cívkou na obnažený plášť koaxiálu). Protože takto vyrobený trap nejde po koaxiálu posouvat a tím délku protiváhy měnit, hodí se toto řešení pro vysílání jen na jednom předem vybraném pásmu.
Co však nebude nikdy dobře fungovat, je situace, když anténě neposkytnete žádnou protiváhu a ještě navíc proudovým balunem odstraníte plášťové proudy, takže jako protiváha nebude fungovat ani koaxiál. V takovém případě se nemá anténa o co "opřít". Jediné co je k dispozici pak bude zcela nedostatečná kapacita povrchu součástek vůči okolí. Na nich se nakmitá značné napětí, anténní transformátor i proudový balun bude velmi citlivý na přiblížení k elektricky vodivým předmětům a kmitočtově nepředvídatelně závislý. Výkon předaný do antény bude malý.
Nalezení správné délky antény
Nyní se dostáváme k tomu, proč jsem před několika odstavci doporučil použít anténní transformátor. Ten má totiž tu vadu (v tomto případě výhodu), že narozdíl třeba od L-článku nedokáže sám o sobě anténu „doladit”. Takže nás donutí naměřit anténu ve správné délce, aniž bychom mohli nějak „fixlovat”. Postup je jednoduchý a jeho výhodou je, že kromě radiostanice s vestavěným SWR-metrem nebudete potřebovat žádný jiný speciální měřící přístroj (např. anténní analyzátor).
I když se jedná o „půlvlnný zářič”, vězte že délka takového zářiče není přesně lambda půl, ale optimální délka bude cca 0,47 lambda.
Anténní zářič (o něco delší než vyšlo výpočtem) napojíte na anténní transformátor, transformátor k radiostanici s SWR-metrem a anténu zdvihnete do výše. Samozřejmě vše okolo antény už nyní uděláte stejně, jak bude ve finálním provedení - platí to zejména pro délku a umístění protiváhy a pro délku koaxiálu. Nyní radiostanici stáhnete na nejnižší výkon a pak na různých kmitočtech změříte jaké má anténa SWR. Když si z naměřených hodnot sestavíte graf, bude vypadat podobně jako na níže uvedených obrázcích. Záhy zjistíte, že na některém kmitočtu bude SWR nižší, ale stále ještě nevyhovující. V tomto okamžiku neřešte, že je SWR ještě pořád vysoké a nevyhovující. Začněte v postupných krocích zářič zkracovat a sledujte, jak se minimum na grafu bude postupně posouvat směrem k vyšším kmitočtům. Až minimum postupným zkracováním dostanete na kmitočet, na kterém hodláte anténu používat nejčastěji, máte vyhráno. Právě jste nalezli správnou délku zářiče. Nyní zbývá nevyhovující SWR snížit na použitelnou hodnotu. To však nebudeme řešit délkou zářiče, ale úpravou anténního transformátoru.
Nalezení správného počtu závitů cívky L3
Podle postupu v předchozím odstavci jsme nalezli správnou délku zářiče. To, že nám SWR-metr radiostanice stále ještě ukazuje nevyhovující SWR není způsobeno anténou jako takovou, ale tím, že má anténa v napájecím bodě jinou impedanci, než předpokládá transformační poměr anténního transformátoru. Po transformaci se pak anténa chová jako kdyby místo 50 ohmů měla 150 ohmů. Aby se SWR vylepšilo stačí změnit transformační poměr anténního transformátoru. Prostě změnit počet závitů na cívce L3. Když budete přidávat (nebo podle situace ubírat) počet závitů cívky L3, podaří se vám postupně SWR snižovat, až se nakonec minimum na grafu dostane téměř na hodnotu SWR 1:1. A máte vyhráno...
Použití antény na jiných pásmech
Anténa samozřejmě bude fungovat i na vyšších harmonických kmitočtech*. Anténa s délkou naměřenou pro 3,5 MHz bude dobře pracovat i na frekvenci 7 MHz a i na frekvenci 14 MHz atd. Ovšem to platí pouze pro telegrafní segment radioamatérských pásem. V SSB části pásma už budeme mít problém. Zde už nevychází přesný dvoj či čtyř-násobek a anténa nebude v rezonanci a nebude vykazovat dobré SWR. První co vás napadne je, že to doladíte tunerem. NE! Zadržte ruku. Uvědomte si, co se v anténě děje.
Pokud nemá anténní zářič správnou rezonanční délku, není v jeho napájecím bodě jen činná složka, ale objeví se zde i silná složka jalová. Bohužel anténní transformátor nedokáže jalové složky správně transformovat. Začnou vznikat značné ztráty, transformátor se začne zahřívat a výkon vysílaný anténou bude malý. Pokud špatné SWR „napravíte” vřazením tuneru, uděláte sice radost radiostanici, ale problém s jalovými složkami nevyřešíte. Musíte upravit délku zářiče! Například při přechodu z 3,760 MHz na 7,171 MHz je potřeba zářič prodloužit (cca o 1,3 metru), aby délka opět odpovídala potřebnému násobku. Kvůli tomu ale nemusíte anténu spouštět hned na zem. Vůbec ne. Stačí jen potřebný kus drátu vložit mezi konec svodu antény a anténní transformátor.
*) Na vyšších harmonických kmitočtech, kdy se do délky zářiče vejdou dvě a více polovin lambda, bude anténa pracovat také, ale vyzařovací diagram se „rozdrobí" na větší počet laloků mířících nízko nad obzor a anténa bude vhodnější pro spojení na delší vzdálenosti než je jen rozloha naší republiky.
Přizpůsobení antény L-článkem
Použít L-článek je asi nejlepší způsob, jak EFHW-anténu přizpůsobit k radiostanici. L-článek totiž nejen umí transformovat impedanci zářiče na potřebných 50 ohmů pro radiostanici, ale současně dokáže vykompenzovat veškeré jalové složky. Napájení antény potom probíhá s nejmenšími možnými ztrátami a vysílaný signál je velmi dobrý. Samozřejmě se musíte smířit s tím, že klasický L-článek je rozměrově velký a proto ne zcela ideální na pěší portejbly. L-článek „vyladí” i drát nahodilé délky. (V praxi to uvítáme, ale musíme vzít na vědomí, že ho kvůli této vlastnosti nemůžeme použít k nalezení správné délky zářiče.)
Pokud budete používat anténu jako jednopásmovou (např. na vysílání z údolí, strží a roklí) nepotřebujete L-článek se širokým rozsahem, ale stačí „střižený přesně na míru” (viz. stránka „Neladěný L-článek”). Abyste nemuseli tápat, okolo jakých hodnot se mohou součástky pro jednotlivé frekvence pohybovat, můžete si pomoci následující tabulkou:
Samozřejmě nic není ideální a určitou možnost doladění budete muset zachovat - u cívek např. roztažením či stlačením závitů nebo zasouváním hliníkové trubky (jako závitu nakrátko), u kondenzátoru s pevnou kapacitou doplněním trymru. Také nezapomeňte, že všechny součástky musejí zvládnout vysoké napětí (při 100W nejméně 700V, při 50W nejméně 500V a při 10W alespoň 250V střídavých), zejména kondenzátory a trymry! Odpor (nebo tlumivka) na vybíjení statického náboje (vždy na nízkoimpedanční straně) a proudový balun na odstranění plášťových proudů by měl být samozřejmostí každého L-článku. Určitě však takový L-článek bude konstrukčně menší a na portejblech mechanicky odolnější než univerzální domácí L-článek s rozsahem na všechna pásma složený z velkého ladícího kondenzátoru a rolšpulky.
[autor: OK2TAR; datum: 4.9.2022; licence: CC-BY-ND]
§ Upozornění:
Informace obsažené na těchto stránkách jsou poskytovány „tak jak jsou”, bez jakýchkoli záruk. Nejedná se o návod ve smyslu občanského zákoníku. Veškerá rizika související s použitím těchto informací přebírá uživatel. Tyto stránky obsahují informace získané vlastním studiem a vlastními praktickými pokusy. Využitím těchto informací podstupuje uživatel sám dobrovolně určité riziko možné škody. Veškerá rizika podstupuje uživatel sám a autor stránek za ně nepřebírá žádnou zodpovědnost.