Jednoduchá LW anténa s ochranou pred prepätím

 Tento príspevok je o stavbe jednoduchej nerezonančnej antény s ochranou pred prepätím z antén.

         Najskôr sa rozhodneme akú vysielaciu anténu budeme používať. Tu treba vysvetliť, že prepätie je napätie voči zemi na živom vodiči, na opletení koaxu a samozrejme aj medzi živým vodičom a opletením. Pri búrke býva prepätie veľké a treba sa nejako brániť.  

         Rozhodol som sa pre anténu EFLW, ktorá je tiež popísaná na mojom blogu. Je to Invisible End Fed Long Wire Antenna alebo neviditeľný, na konci napájaný dlhý drôt. Nepripomína anténu a pracuje na pásmach 80 až 6 metrov, vrátane pásiem WARC. Anténa je vhodná pre radovú zástavbu alebo pre sídliská, kde nemôžu byť natiahnuté dipólové antény nedajbože smerovky. Skladá sa zo žiariča, splittera, odpájača antény a z prispôsobovacieho transformátora (magnetický balun), ktorý má prevod impedancií 1:9. Prispôsobovací transformátor je blízko hamshacku a prevedie impedanciu antény na zvládnuteľnú hodnotu PSV <1:3 pre Váš transceiver s ATU. Externý anténny tuner musíte vždy používať hlavne na spodných pásmach pri PSV > 1:3. V zahraničnej literatúre sa anténa volá tiež magnetická.

         Ako pracuje táto anténa ? Podľa fyziky má izolovaný vodič vo výške pár desiatok metrov nad zemou impedanciu okolo 500 Ω, čo sa dá širokopásmovým transformátorom 1:9 prispôsobiť na 50 Ω. Na horných pásmach má anténa týchto 500 Ω a na spodných pásmach sa prejavuje rezonancia antény a máva PSV až 1:8. Čím je žiarič dlhší, tým na nižšej frekvencii je PSV antény pod 1:3.

         Na anténu potrebujeme:
- UnUn 1:9 na toroidoch 2xFT140-43 alebo -61 na max. 100 W, alebo 2xFT240-43 (-61) na 800 W, pokrývajúcich pásma 80-6 m s malými stratami.
- Dva izolátory na konce antény, vhodné na vysoké napätie a veľké mechanické zaťaženie
- 26,8 metra izolovaného anténneho vodiča na žiarič, plus rezerva na pripevnenie, alebo iná vhodná dĺžka.
- 5,15 metrov rovnakého anténneho vodiča na protiváhu, plus rezerva na pripevnenie.
- CNF filter 1:1 podľa W1JR, najlepšie dva kusy. 

- Odpájač antény a splitter.

- Na prevádzku antény potrebujeme dobrý anténny tuner na pásma < 10 MHz.

         Na UnUn som použil použil tri toroidy TX36/23/15-4C65 a 3x6 závitov teflónového vodiča. Aby sa tieto baluny neuvarili, musíte matchboxy vždy vetrať. Matchbox musí mať na spodnej strane otvory na odvedenie kondenzovanej vody. Pri použití 100 W som nepozoroval zahrievanie matchboxu, hlavne pri FT8 sa PSV počas vysielania nemenilo. Pre výkon 1 kW použijeme dva toroidy FT-240-43 alebo dva TX/58/41/18-4C65 a navinieme 3x6 závitov  teflónového alebo silikónového vodiča. 

Pozn.: Trafo sa navíja jednoducho jedným vodičom s odbočkou (odb.) v jednej tretine. Začíname vinúť od odbočky smerom na obe strany (začiatok a koniec). Napríklad, vinieme 3 x 6 závitov, ale najskôr prvú vrstvu 6 závitov smerom na začiatok (GND), potom druhú a tretiu na smer koniec (ANT), aby bolo celkom navinutých 8 závitov po tri vodiče, pozri obr. 2. Je to tam ešte raz a je to trifilárne vinutie a nemusíme nič prepájať.

Obr.1 UnUn 1:9 3x6 závitov na dvoch toroidoch TX36/23/15-4C65 80 - 6 m

Obr. 2 Postup navíjania toroidu

Obr. 3 Schéma antény EFLW

         Odporúča sa:
Pre najnižšie pásmo 1,8 MHz dĺžka žiariča 51,35 m a koax min. 39,6 m dlhý.
Pre najnižšie pásmo 3,5 MHz dĺžka žiariča 26,8 m a koax min. 9,8 m dlhý. Je to najpoužívanejší typ antény.
Pre najnižšie pásmo 7,1 MHz dĺžka žiariča 13,4 m a koax min. 15,2 m dlhý a je to anténa pre utláčaných amatérov. Protiváhy sú dlhé 2 x 5,15 m.

         Firma myantennas.com uvádza vhodné dĺžky žiariča: 44  feet= 13,41m, 60 feet= 18,28m, 73 feet= 22,25m, 88 feet= 26,82m, 107 feet= 32,61m, 140 feet= 42,67m, 173 feet= 52,7m, 202 feet=61,57m. Na žiadnom amatérskom pásme by sa nemala objaviť rezonancia antény a tak tieto rozmery odporúčam. Čím je dlhšia anténa tým je lepšia a môže byť natiahnutá aj ciky-caky. Uzemnenie prispôsobovacieho obvodu je na hromozvodnú sieť domu, pre istotu cez kondenzátor 33n/1kV, aby sa neuzemňoval nulák alebo na protiváhu 5,15 m. Upevnenie matchboxu na stožiar vidíme na obr. 3.

 Anténa hlavne na spodných pásmach „šumí“ viac ako dipól, preto je nutné zaradiť do napájacieho koaxu 4,5 metra od transformátora UnUn 1:9 a pri vstupe do hamshacku baluny 1:1 podľa W1JR (15 dB útlmu stačí na potlačenie šumu). UnUn nám potlačí povrchové vf. prúdy po opletení koaxu a napájací koax sa nechová ako anténa.

Obr.3 Pohľad na matchbox na balkóne

Obr. 4 Pohľad na transformátor 1:1 W1JR

         Balun W1JR má feritový toroid FT240-43, FT240-K alebo TX58/41/18-4C65. Koaxiálny kábel je RG142 50 Ω, celkovo navinieme 2x7 závitov, alebo koľko sa zmestí. Maximálny prenášaný výkon je asi 800 W. Pracuje na všetkých pásmach 1,8 - 50 MHz s malými stratami.

         Moja anténa vyzerá takto. Je to jednoduchá anténa pracujúca na všetkých pásmach 3,5 až 50 MHz. Proti používaným anténam ako sú dipól či FD8, nevyzerá ako anténa. Verzia na  1 kW má matchbox s dvomi toroidmi FT240-43 alebo TX58/41/18-4C65. Vinutie toroidu je z teflónového vodiča 1 mm2.  Žiarič antény mám z izolovaného vodiča s priemerom 1,6 mm dlhého 26,8 metra. Použil som matchbox podľa obr. 1, len som tam dal tri toroidy  TX36/23/15-4C65, čo je dosť na 100 W. Na obr. 3 je vidieť matchbox antény, ktorá je natiahnutá medzi umelohmotným stožiarom na balkóne a dvomi okolitými stromami. Medzi matchboxom a zariadením v hamshacku mám natiahnutý 6 metrový kus 50 ohmového kábla RG58A/U, pozri obr. 5. Od matchboxu idú 3 metre koaxu, potom som 1 m kábla stočil na trojzávitovú cievku, na ktorú som dal 10 kusov nacvakávacích feritov na potlačenie povrchových prúdov na koaxe. Táto cievka je ešte na balkóne. Keď pri vstupe ho hamshacku použijeme balun 1:1 podľa W1JR nemusíme na napájací koax. dávať trojzávitovú cievku z koaxu. Posledný 2 m kus kábla ide do hamshacku. Protiváhu mám jednu 5,15 metrovú pripojenú na GND svorku matchboxu. Na pásme 80 m používam tuner Drake MN-2000.

Obr. 5 Schéma pripojenia EFLW na zariadenie

Na konci koaxu v hamshacku je takéto PSV antény a jej impedancia:

Frekvencia          PSV                  Z

3,5 MHz                1:5,16           131 + j124
3,8 MHz                1:6,52           322 - j36
5,375 MHz            1:2,44           20,6 - j4
7,0 MHz                1:3,0             129 + j48,8
7,2 MHz                1:3,19           158 + j13,9
10,12 MHz            1:1,45           43,8 + j16,2
14,0 MHz              1:2,02           26,9 + j12,8
14,3 MHz              1:1,97           33,8 + j23,2
18,1 MHz              1:1,76           61,3 + j29,5
21,0 MHz              1:1,21           41,5 - j20
21,4 MHz              1:1,3             46,3 + j12,3
24,89 MHz            1:1,35           41,1 - j10,3
28,0 MHz              1:1,46           34,2 - j1,2
29,0 MHz              1:1,68           38,8 + j20
29,7 MHz              1:1,82           52,7 + j31
50,1 MHz              1:2,7             37,2 - j42,8

Podľa tabuľky je jasné, že okrem pásma 80 metrov môžem používať anténny tuner v transceivri (max. 100 W a PSV <1:3). Na 80 metrovom pásme je treba použiť externý ATU, ale nie Z-match. Iste by bol vhodnejší  dlhší napájací koax asi 16 metrov, ale to sa mi nevošlo na balkón. Anténu musíme natiahnuť čo najvyššie na vhodný strom, činžiak či kandeláber.   

Anténa má živý kolík konektoru vodivo spojený s uzemnením (cez matchbox) a tým  je trocha odolnejšia proti statickému prepätiu. Zariadenie potrebuje dobré uzemnenie.

Snom každého amatéra je mať zariadenie, ktoré pri vypnutí transceivra automaticky odpojí anténu od transceivra a pripojí ju obomi pólmi na hromozvodnú sieť.  Počas búrky sa aj tak nedá vysielať a takto automaticky ochránime transceiver. 

Prvý zákon rádioamatéra-vysielača hovorí, že pri búrkach a pri tvorbe atmosférického prepätia sa nedá vysielať. Anténa s napájačom musí byť odpojená od vysielacieho zariadenia a musí byť pripojená na vonkajšiu hromozvodnú sieť. Druhý zákon pripomína, že pri vysielaní musí byť anténa s napájačom od vonkajšej hromozvodnej siete odpojená, ale môže tam byť pripojená cez iskrište. A posledný zákon hovorí, že vysielacie zariadenie musí byť v hamshacku pripojené na sieťový rozvod vrátane ochranného vodiča, ale je dobré keď je aj uzemnené. 

Obr. 6 Odpájač antény

           Pre amatérov v dome s jednou anténou odporúčam jednoduchý odpájač antény na obr. 6, ktorý ochráni transceiver po vypnutí napájacieho napätia. Základ zariadenia je relé FINDER 12 V=, 2 x prepínací kontakt 8 A. Pri napájaní 13,8 V treba zapojiť do série s relé rezistor 47 Ω. Alebo použijeme jednoduchší variant odpájača s napájaním externou dvojlinkou bez splittera.

Obr.7 Druhý variant odpájača

         Popis činnosti prepínača antén: vo vypnutom stave je relé RE v kľudovej polohe, oba kontakty relé RE skratujú živý vývod koaxu aj opletenie a tento bod (uzemnenie) je prepojený krátkym, silným vodičom na hromozvodnú sieť. 

Obr. 8 Zapojenie odpájača z obr. 7, ADS je odpájač

Pre väčšie výkony sa odporúčajú dve jednopólové relé RE1, RE2 - napr. FINDER 16 A alebo automobilové. Tieto relé majú len jeden prepínací kontakt na 40 až 60 A, tak sú treba dve. Prepínač antén na obr. 6 je napájaný po prepojovacom koaxiálnom kábli cez jednotku „SPLITTER VF/DC“, ktorá má prenos od 1 – 50 MHz = 0 dB a na 144,5 MHz = – 1 dB. Odpájač na obr. 7 je napájaný dvojlinkou zo zdroja pre transceiver. Keď vypneme napájací zdroj, antény sa odpoja od napájacieho koaxu a uzemnia sa. Antény vtedy pracujú ako snímače (hromozvody) a v jednotke „SPLITTER“ kontakty relé Re3 skratujú vstupný VF konektor, teda živý vývod so zemou.

Obr. 9 Splitter VF+DC

           Keď sa blíži búrka, alebo ideme na dovolenku aj tak odpojíme anténny kábel z TRX  alebo PA a zavesíme ho na trubky či radiátor kúrenia, mimo všetkých ostatných káblov nášho zariadenia.

                Odpojovač sa dá použiť pre každý zvod našich antén, ktoré prepíname ručne podľa potreby. Čiže koľko máme zvodov antén, toľko potrebujeme odpojovačov. Splitter nám stačí len jeden.  V odpájači antén je nakreslená bleskoistka a je to napríklad typ CG2-350L až CG2-470L výrobcu Littelfuse, alebo podobná. Pre výkon 500 W je treba dve bleskoisky CG2-470L v sérii.

                  Zapojenie jednotiek.

Obr. 10 Zapojenie jednotiek odpájača

           TRX – transceiver    Splitter – Splitter VF/DC    Odpájač – Odpájač antény  Zdroj 13,8V                

               Jednotky „Odpájač antén“ a „Spliter VF/DC“ sú jednoduché a ich výrobu zvládne každý amatér. Veľa šťastia pri stavbe a pri odchode z hamshacku vždy vypnite napájanie zdroja pre TRX, podobne aj pri prevádzke REMOTE.

👲