V roku 2015 sa v rádioamatérskych časopisoch objavila na konci napájaná anténa End Feed Half Wave (ďalej len EFHW) od PA3EKE a PA3RK.
Na úvod treba povedať, že v panelákovej alebo radovej zástavbe je na postavenie KV antény veľký nedostatok miesta a anténa napájaná na konci je vhodná pre utláčaných rádioamatérov aj preto, že sa dá spraviť skoro neviditeľná. Druhý variant na konci napájanej antény je nerezonančná anténa EFNR a nájdete ju v RŽ 10/20 aj na mojom blogu.
Viacpásmová
anténa EFHW
Autori PA3EKE
a PA3RK navrhli viacpásmovú anténu so širokopásmovým transformátorom
s prevodom impedancií z 50 Ω na 2500-3200 Ω v pásme 1,8-30 MHz.
Na nasledovnom obrázku je schéma EFHW antény, ktorá potrebuje malé vysvetlenie. Na správnu činnosť potrebuje anténa buď protiváhu o dĺžke 0,05 – 0,1 λ, alebo uzemnenie bodu GND na zemniacu sieť domu (odporúčajú to výrobcovia EFHW antén). Tu uvediem EFHW anténu s Biznis matchboxom, ktorá nepoužíva protiváhu (obr.1). Ako protiváha funguje opletenie napájacieho koaxu, tečie po ňom vf. prúd a je to časť antény, ktorá vyžaruje. Preto treba zaradiť pre anténu EFHW 80-10 na koaxiálny kábel prvý prúdový balun asi 4-4,5 metra od matchboxu aby sa oddelila časť koaxu ktorá vyžaruje a ktorá nie. Zaradenie prúdového balunu hneď za matchbox by znížilo účinnosť antény. Pre anténu EFHW 40-10 stačí vzdialenosť prvého balunu asi 2,5 m. Pri vchode koaxiálneho kábla do domu či hamshacku musíme vždy zaradiť ďalší prúdový balun. Použijeme prúdový balun podľa DG0SA, W1JR alebo dva-tri závity koaxu s 10-15 naklapávacími toroidmi (pozri predchádzajúci príspevok v blogu). Nakoniec pri vchode antény do domu treba dobre uzemniť opletenie koaxu, čo je možné len keď bývame na prízemí. Na vyšších poschodiach môžeme použiť ladené koaxiálne uzemnenie. Nikdy nesmieme uzemňovať zariadenie na radiátor ústredného kúrenia.
Účinnosť všetkých z konca napájaných antén je daná kvalitou uzemnenia studeného konca prispôsobovacieho transformátora (bod A na nasledujúcom obrázku) alebo kvalitou protiváhy. Na konci napájaná anténa s prispôsobením 1:9 musí mať lepšie uzemnenie ako s prispôsobením 1:49.
Základné vzorce pre UnUn transformátor (matchbox) sú:
Na obr. 2 je zľava pohľad na hotový transformátor, v strede je príprava vodičov na navíjanie a vpravo je schéma vinutí autotransformátora. Vinutia sú z teflónového, silikónového, prinajhoršom smaltovaného drôtu 1,0-1,2 mm. Najskôr spravíme odbočku na jeden vodič AD smerom na B, potom od odbočky navíjame trafo jedným smerom ku bodu A a druhý smerom ku bodu D.
Postup
navíjania transformátora EFHW
Podľa obr. 1 si pripravíme potrebne dlhé vodiče, urobíme asi 3 cm dlhú odbočku 30 cm od začiatku. Na toroidy navinieme jednu vrstvu teflónovej pásky a pripravené vodiče navinieme takto: začíname navíjať od odbočky na bod B, na toroid priložíme odbočku ku bodu B tak, aby vývod B išiel kolmo na obvod toroidu. Ďalej navinieme ľavotočivo (naspäť) dva závity smerom na začiatok celého vinutia. Zbývajúci dlhý vodič navinieme pravotočivo smerom na C a D podľa obr. 1 (6+6závitov). Vývody transformátora pripevníme zdrhovacími páskami, upravíme pri montáži do krabičky, musia byť čo najkratšie. Takto navinutý matchbox bude vyhovovať, aj keď mu nepremeriame vstupné PSV na jednotlivých pásmach, stačí keď máme správny toroid. Drôt po bod A je 30 cm dlhý, sú ním navinuté prvé 2 závity a bod B je pripojený na živý vývod konektora SO239. Bod D je pripojený na ANT.
Transformátory FT140 a 2xFT140 navíjame teflónom alebo silikónom izolovaným, prinajhoršom smaltovaným vodičom s priemerom 1 mm, transformátory FT240 s vodičom 1,5 mm a transformátory FT340 s vodičom 1,8 mm. Transformátor navíjame len na toroidy AMIDON z hmoty -43, -K alebo -KB. Toroidy FT240+FT140 používajte vždy od jedného výrobcu (AMIDON, RF-MICROWAVE ITALY, Čína), inak nemusia do seba pasovať. V dnešnej dobe sa dá trafo navinúť na 2xFT290-KB (1 kW) s dobrým výsledkom.
V žiadnom prípade nepoužívajte dobre vyzerajúce toroidy z neznámej hmoty, toroidy zo spínaných zdrojov či toroidy AMIDON žlté FT-xxx-6 a červené FT-xxx-2.
Porovnanie
matchboxov
Matchbox s FT-140-43 je na 50 W, pokryje pásma 160-10 m, je najmenší a najlacnejší. Matchbox s 2xFT-140-43 je na 100 W, je trocha väčší a iste lepší. Matchbox s FT-240-43 je na 200 W, tiež pokryje všetky pásma (160m slabšie), je drahší, väčší a matchbox s FT240+140-43 je na 400 W, pokryje všetky pásma. Matchbox na dvoch či troch toroidoch FT-240-43 tiež pokryje všetky pásma, je na 600 W, resp 1 kW. Najlepší je asi matchbox na troch toroidoch FT240-K, alebo FT290-KB (na 1 kW), má najmenšie straty, ale je použiteľný len na pásmach 80-10m.
Pri meraní priebehu PSV zaťažíme matchbox rezistorom 4K7//4K7 + 100R = 2,45 kohm matchbox položíme na dve rolky toaletného papiera a zmeriame na konektore PSV. Ja som použil NT500 s PSV môstikom. Tento matchbox je použiteľný na pásmach od 1,8 - 29 MHz a priebeh PSV zaťaženého matchboxu má maximum PSV 1:2 na 30 MHz.
Zvýšenie maximálne použitého výkonu matchboxov s toroidom z hmoty -43, čiže zníženie oteplenia feritového toroidu, môžeme urobiť zmenou hmoty feritu na –K, –KB, a vždy musíme odvetrať skrinku matchboxu, alebo dať do skrinky ventilátor, napájaný po koaxiálnom kábli. Toroidy z hmoty –K sa môžu zahriať až na 400 stupňov a cín sa taví pri teplote 250 stupňov. Preto sa neodporúča používať aj tento toroid pri teplote vyššej ako 100 stupňov. Na spodnú stranu matchboxu nezabudnite navŕtať odvodňovacie otvory a nalepiť cez ne sieťku proti hmyzu!
Všetky
matchboxy z hmoty -43 pokryjú amatérske pásma v rozsahu 1,8-30 MHz.
Matchboxy s toroidmi z hmoty –K /-KB pokryjú pásma buď 1,8-10 MHz
alebo 3,5-30 MHz, s rôznymi počtami závitov, ale sú na väčší
výkon. Pamätajme, na matchboxe sa neoplatí šetriť.
Pokiaľ máme malú indukčnosť primáru je na spodných pásmach väčšie PSV. Pokiaľ máme veľkú indukčnosť primáru je väčšie PSV na 29 MHz. Reaktancia sekundáru by mala byť 88 – 200 ohmov, čo je asi 4-9 uH na 3,5 MHz. S dvomi toroidmi sa dosiahne vyššia indukčnosť.
Meranie útlmu matchboxu
Na meranie útlmu potrebujeme dva rovnaké matchboxy MB a MB1 obr. 4. Krátkymi vodičmi prepojíme body D a zemné vývody A. Do jedného konektora privedieme signál z generátora NWT500 a druhý konektor prepojíme s detektorom NT500. NWT500 máme skalibrovaný a zmeraný útlm na danej frekvencii vydelíme dvomi. Na stránke myantennas.com sú uvedené reálne výsledky meraní PSV pri záťaži 2450 a 2800 ohmov a merania útlmu v závislosti na frekvencii.
 |
| Obr 4 Meranie útlmu matchboxu MB |
Naladenie antény
Minimá PSV 41,1 m
antény boli na 28,45 MHz, 24,5 MHz, 21,35 MHz, 17,5 MHz, 14,2 MHz, 10,5 MHz,
7,03 MHz a 3,46 MHz, pozri obr. 7.
Anténa na obr. 1 pracuje v blízkosti všetkých KV amatérskych pásiem, stredy použiteľných pásiem nie sú prísne harmonické. Skracovací činiteľ antény sa mení s harmonickou, takže anténa o dĺžke 41,8 metra rezonuje asi na 3,41 MHz (λ/2), na 7,0 MHz (2xλ/2), na 10,58 MHz (3xλ/2), na 14,17 MHz (4xλ/2), 17,76 MHz (5xλ/2), 21,35 MHz (6xλ/2), 24,94 MHz (7x λ/2), 28,5 MHz (8x λ/2). Rezonančná frekvencia sa mení podľa vzorca Fr=(150x(n-0,05))/L, kde n je počet polvĺn a L je dĺžka anténneho žiariča a pozor na anténny vodič s PVC izoláciou. Potrebná dĺžka antény s PVC vodičom je menšia ako pri použití holého vodiča. Priemer použitého vodiča je 1,0 až 1,6 mm. Nakoniec budeme mať rezonančnú frekvenciu Fr na najvyššom pásme okolo 28,5 MHz a na najnižšom pásme asi na 3,41 MHz. Anténu môžeme ladiť podľa PSV na pásme 20 metrov, minimum PSV by malo byť na 14,170-14,190 MHz. Optimum je 14,170 MHz. Na kompenzovanie harmonickej závislosti navrhol DL7AB úpravu žiariča pomocou cievky. Žiarič je dlhý len 41,1 metrov a cievka dolaďuje rezonanciu na každom pásme tak, že minimá PSV sú v amatérskych pásmach. Je jedno na ktorom konci žiariča je cievka. Cievka podľa DL2AB má 0,9 uH, alebo podľa Američanov má mať 1,5 uH.
Priemer trubky je 40 mm, dĺžka trubky je tiež 40 mm, Indukčnosť cievky 5 záv. je 1,5 uH.
Dĺžka žiariča 41,5 metra (41,1 m) vrátane dĺžky vodiča kompenzačnej cievky je len orientačná a závisí od použitého vodiča a výšky antény nad zemou. Presnú dĺžku si nastavíme tak, aby minimum PSV na 20 metroch bolo na 14,170 MHz.
Zavesenie
antény
Bod GND antény je pripojený buď na protiváhu, alebo je uzemnený krátkym, silným vodičom (doporučujem) na železný stožiar, ktorý je pripojený na uzemňovaciu sieť domu. Pri drevených stožiaroch musíme použiť protiváhu, respektíve napájací koaxiálny kábel ako protiváhu po prvý prúdový balun.
Základná
verzia EFHW antény s dĺžkou 41,1 metrov
Všetky verzie
EFHW antény majú rovnaký matchbox, rozdielna je len dĺžka žiariča. Anténa so žiaričom 41,1 m je ideálna,
lebo pracuje na všetkých KV pásmach s dobrou účinnosťou.
Podľa stránky Myantennas.com je dĺžka žiariča z izolovaného vodiča vrátane kompenzačnej cievky 39,6 metra. Dva metre od matchboxu umiestnime kompenzačnú cievku 0,9 uH (alebo 1,5 uH), ktorú navinieme jedným kusom drôtu spolu so žiaričom. Meranie PSV ukáže použiteľné úseky pásiem a úpravou dĺžky antény nájdeme dobrý kompromis. Protiváha je dlhá asi 2,5 metra. Keď na voľnom konci žiariča použijeme predlžovaciu cievku s krátkym vodičom, môžeme anténu použiť i na úzkom úseku 160 metrového pásma s menšou účinnosťou. Cievka pre pásmo 160 metrov má indukčnosť 240 μH a prídavný vodič je dlhý asi 5 metrov. Navinieme ju drôtom 1,2 mm na PVC trubku s priemerom 80 mm, závit vedľa závitu. Zmenou dĺžky prídavného vodiča si nastavíme potrebný úsek pásma, obyčajne je to v rozsahu 1810-1850 kHz. Celková dĺžka tejto antény s protiváhou je 2,5+41,5+5=49 metrov. Anténu je možné natiahnuť zahnutú do pravého uhla alebo cik-cak, aby sa vošla na pozemok.
Priebeh PSV EFHW antény dlhej 41,1 metra
Priebeh PSV hotovej antény zmeral Ľubo OM6ADP, dĺžku žiariča mal 41,1 m bez kompenzačnej cievky a matchbox FT240-43+FT140-43 2/(2+6+6). Je jasné, že ju ustrihol optimálne.
|
Pásmo |
Dolná
frq – PSV |
Minimum
PSV |
Horná
frq – PSV |
|
80 m |
3,50 MHz - 1,18 |
3,45 MHz - 1,15 |
3,80 MHz – 2,32 |
|
40 m |
7,00 MHz – 1,11 |
7,03 MHz – 1,06 |
7,20 MHz – 1,62 |
|
30 m |
10,10 MHz – 3,35 |
|
10,15 MHz –
2,45 |
|
20 m |
14,00 MHz –
1,64 |
14,19 MHz –
1,11 |
14,35 MHz –
1,5 |
|
17 m |
18,07 MHz –
1,97 |
|
18,17 MHz –
2,34 |
|
15 m |
21,00 MHz –
2,13 |
21,34 MHz –
1,14 |
21,60 MHz –
1,8 |
|
12 m |
24,89 MHz –
1,1 |
24,92 MHz –
1,06 |
24,99 MHz –
1,16 |
|
10 m |
28,00 MHz –
1,9 |
28,45 MHz –
1,08 |
29,70 MHz –
1,95 |
Obr. 9 Priebeh PSV na jednotlivých pásmach
Verzia antény EFHW s dĺžkou 20,2 metrov.
Táto verzia je vraj najpredávanejšia,
zmestí sa na každý pozemok, do záhradky,
k paneláku a keďže je málo výrazná, susedia si na ňu rýchlo
zvyknú.
Podľa stránky
Myantennas.com je dĺžka žiariča z izolovaného vodiča s kompenzačnou
cievkou 19,2 metra. Pracuje na pásmach 40, 20, 15 a 10 metrov
a pomocou cievky 110 μH a drôtu s dĺžkou 2,39 metra slabšie pracuje
i v pásme 80 metrov. Použiteľné pásmo 80 m je úzke a dĺžkou
vodiča je možné nastaviť požadovaný úsek napr. CW+FT8. Pri záverečnom meraní
PSV celej antény si zmenou dĺžky žiariča nastavíme kompromis jednotlivých
pásiem. Protiváha je dlhá asi 2,5 metra a celková dĺžka antény
s protiváhou je asi 25,1 metra.
Na priebehu PSV
antény sú štyri hlavné minimá na pásmach 28 MHz, 21 MHz, 14 MHz a 7 MHz s minimom PSV asi 1:1,2. Na 3,5 MHz je ďalšie minimum s PSV asi 1:1,5, ktoré sa
dá posúvať dĺžkou prídavného vodiča (asi 2,4 metra) po celom 80 metrovom pásme.
Na pásmach 10,1-10,6 MHz, 18,068-18,168
MHz a 24,89 – 24,99 MHz max.100 W je PSV <1:3, čo je ešte
použiteľné aj so vstavaným anténnym tunerom transceivra, ale pre istotu použite externý antény tuner. Na jednotlivých
pásmach sú tieto použiteľné úseky:
|
Pásmo |
Šírka pásma |
PSV |
|
80 m |
100 kHz |
<1:2 |
|
40 m |
200 kHz |
<1:1,5 |
|
20 m |
300 kHz |
<1:2 |
|
15 m |
450 kHz |
<1:1,8 |
|
10 m |
1000 kHz |
<1:2 |
Obr. 11 Hranice priebehu PSV
Verzia
antény EFHW s dĺžkou 10,1 metrov
Táto anténa je posledná nádej pre
utláčaných amatérov.
Pracuje na
pásmach 20 a 10 metrov a pomocou cievky 34 μH a drôtu
s dĺžkou 1,85 metra pracuje i na pásme 40 metrov, ale použiteľné
pásmo je úzke a s menšou účinnosťou. Dĺžkou vodiča je možné nastaviť
požadovaný úsek pásma. Pri meraní PSV celej antény si zmenou dĺžky žiariča
nastavíme kompromis jednotlivých pásiem. Dĺžka protiváhy je asi 2 metre a
celková dĺžka antény je 14 metrov. Na jednotlivých pásmach vyzerá priebeh PSV
takto:
|
Pásmo |
Šírka pásma |
PSV |
|
40 m |
100 kHz |
<1:2 |
|
20 m |
300 kHz |
<1:1,5 |
|
10 m |
500 kHz |
<1:1,5 |
Obr. 13 Hranice priebehu PSV
V každom
prípade musíme s EFHW anténou používať anténny tuner, lebo maximálne PSV
samotnej antény na amatérskych pásmach dosahuje 1:3. Neverte propagande
v reklamách výrobcov, že anténa sa dá používať bez tunera.
Cievka 240 μH má 80 závitov
drôtu 1,12 mm na PVC trubke s priemerom 80 mm.
Cievka 110 μH má 260 závitov
drôtu 1 mm na PVC trubke s priemerom 19 mm, dĺžka drôtu je asi 16
metrov alebo 90 záv. 1 mm na trubke 40 mm v dĺžke 92 mm, dĺžka drôtu je 12,5
m
Cievka 34 μH má 90 závitov
drôtu 1 mm na PVC trubke s priemerom 19 mm, dĺžka drôtu je asi 6 metrov.
Meranie
maximálne použiteľného výkonu EFHW antény
Na meranie maximálne použiteľného výkonu matchboxu potrebujeme PA s dostatočným výkonom, EFHW anténu a PSV meter. Zapojíme transceiver, PA, PSV meter a anténu, prepneme na CW, stlačíme PTT a ručný kľúč na pár sekúnd. PSV meter nám ukáže výkon a PSV, pričom namerané PSV by malo byť blízke 1:1. Potom stlačíme PTT a zakľúčujeme na 30 sekúnd, či dlhšie. Pokiaľ sa merané PSV ani po čase nezmení, tak matchbox znesie tento KEY DOWN výkon. Keď kľúčujeme pomocou bugu bodkami, tak získame reálny maximálny použiteľný výkon (ICAS) pre CW a ten je väčší ako maximálny (RTTY alebo KEY DOWN). Totiž, pri určitom výkone sa feritový toroid zohreje a merané PSV sa začne pomaly zvyšovať, respektíve začnú fluktuácie PSV. V tomto bode máme maximálny výkon, alebo reálny maximálny, ktorý môžeme s EFHW anténou používať. Z tohto dôvodu je vhodné doplniť matchbox ventilátorom, ktorý ochlazuje feritový toroid a je napájaný po koaxiálnom kábli. Napájanie ventilátora doplníme časovačom, ktorý sa spúšťa PTT signálom a po rozopnutí PTT privádza ešte 10 minút napájacie napätie na ventilátor. Matchbox s ventilátorom musíme aspoň raz do roka vyčistiť od pavúkov a iného hmyzu.
Pred určením maximálneho použiteľného výkonu matchboxu si musíte uvedomiť, že pri výkone 100 W máme na anténnom konektore asi 70 Vvf a na sekundárnom vinutí transformátora je asi 500 Vvf. Pri 1kW máme na konektore asi 220 Vvf , na transformátore okolo 1500 Vvf a matchbox musí byť konštruovaný tak, aby to vydržal.
Poznámka:
V texte používané maximálne použiteľné
výkony (ICAS) sú zobrané z internetových príspevkov len pre CW
alebo SSB prevádzky, nie pre RTTY. Je to podobné ako špičkový výkon PEP, ktorý
je dvojnásobný ako maximálny a takto sa v reklame uvádzajú väčšie čísla. Vy si
reálny maximálny použiteľný výkon sami odskúšajte.
Porovnanie
antén EFHW a EFNR
Porovnanie antén
je ťažké. Matchbox (EFNR) 1:9 má menší útlm ako 1:49 (EFHW). Dĺžka žiariča EFHW
je o 33%
väčšia ako EFNR, takže v súčte nie je veľký rozdiel medzi týmito anténami.
Pri výbere antény je rozhodujúce miesto na anténu, predsa 27 m (EFNR) a 41
m (EFHW) je rozdiel. Pri rovnakom výkone má EFHW anténa 2,5 krát vyššie vstupné napätie ako EFNR.
Záver
Na
napájanom
konci EFHW antény je vysoké vf. napätie a tečie tam minimálny vf. prúd. Preto sú nutné na napäjacom koaxe dva prúdové baluny 1:1. V dôsledku toho sa potom vo vodičoch domu indukujú minimálne vf. prúdy, ktoré by
mohli spôsobovať TVI/BCI.
PVC škatuľka
s matchboxom musí byť upevnená na nekovovom stožiariku (obr.5), aby sa
zabránilo ovplyvňovaniu transformátora kovom. Výhoda antény EFHW je, že žiarič
antény nie je zaťažovaný napájacím koaxom a môže byť z tenšieho
vodiča. Anténa z oceľového, pomedeného vodiča s priemerom 1 mm na 5.
poschodí vraj nie je zo zeme vidieť. Anténa sa dá natiahnuť z nášho
balkóna na stožiar osvetlenia, na strom, alebo na priateľov balkón
v susednom činžiaku, prípadne môže byť žiarič viackrát lomený.
Nakoniec sumár čo potrebujeme na stavbu antény:
1
ks matchbox (UnUn) 1:49 alebo 1:56 (2xFT240-43, alebo -K)
2
ks prúdový balun (najlepšie asi W1JR, alebo DG0SA)
s konektormi SO239 (2xFT240-43)
1
ks držiak matchboxu na stožiar
5
m RG213 kábel matchbox – prúdový balun
s konektormi PL239
42
m
(21 m alebo 11m) anténny vodič,
s kompenzačnou cievkou, koncový anténny izolátor, kevralové lanko na
kotvenie žiariča, predlžovacia cievka na 80, či 160 m, predlžovací drôt, ešte
jeden anténny izolátor, keď treba.
X
metrov RG213 kábel s konektormi PL239 zapojený medzi
matchboxami
5 metrov RG213 kábel s konektormi PL239 medzi zariadením a matchboxom
EFHW, ako všetky antény, musí byť natiahnutá čo najvyššie, lebo každý meter je na výsledku poznať.
