Autor: Miłosz Kocierz SQ9PND Wersja: 1.0 Nazwa projektu: Opis kilkupasmowej anteny typu EndFed wraz z tunerem z przeznaczeniem do pracy terenowej. OPIS WIELOPASMOWEJ ANTENY TYPU ENDFED WRAZ Z TUNEREM
Przedmiot i cel opracowania Antena zasilana od dołu typu EndFed wraz z opisem tunerem antenowym, z przeznaczeniem do pracy terenowej z urządzeń nadawczo-odbiorczych o niewielkiej mocy potocznie określanych jako QRP. Jako główne kryteria przyjęto: Praca w amatorskich pasmach od 10 do 40m Konstrukcja o dużej mobilności przez co rozumie się minimalną wagę, niewielkie gabaryty, łatwość montażu i demontażu w terenie. Możliwość uzyskania różnych kątów promieniowa. Łatwość wykonania. Niewielki koszt. Celem opracowania jest także usystematyzowanie wiedzy i w miarę możliwości zebranie jej w jednym miejscu. Osoby chętne do uzupełnienia wiedzy, dodania swoich doświadczeń są mile widziane a dokument uważam za otwarty. Dziękuje Piotrowi SP9VFG za przekazaną wiedzę, cierpliwość i motywację.
SPIS TREŚCI 1. Wstęp 2. Tuner 2.1. Obliczenia. 2.2. Konstrukcja... 2.3. Pomiary. 3. Antena..
1. Wstęp Zwracając uwagę na strzałkę napięcia i prądu w antenie będącej w rezonansie a co za tym idzie na jej impedancje najlepiej zasilać antenę w jej środku. Przykładem jest tutaj dipol półfalowy gdzie strzałka prądu występuję w środku symetrii dipola a węzły na jej końcach, natomiast strzałki napięcia występują na końcach dipola a węzły w punkcie zasilania. Rysunek przedstawia przebiegi napięcia i prądu na antenie podczas rezonansu Sensowne jest w powyższym wypadku zasilenie anteny w jej punkcie symetrii co często staje się niewykonalne z wielu powodów, jest kłopotliwe, czasami wręcz niemożliwe. Biorąc pod uwagę powyższe informacje zasilanie anteny od końca wydaje się niewykonalne ponieważ w tym punkcie (punktach) występuje wysoka impedancja co trochę komplikuje temat. Nic bardziej błędnego. Rozwiązania są ogólnie znane, dość często stosowane a ze względu na wiele pozytywnych aspektów tego rozwiązania predefiniuje takie rozwiązanie zasilania anteny do pracy terenowej. Ci co taszczyli w plecaku dipola z masztem a potem go rozstawiali po długiej wędrówce wiedzą o czym mówię. Czasami po dotarciu do celu okazuje się, że mimo wysiłku i tak anteny nie da się rozwiesić bo po prostu nie ma na czym, albo nie można z przyczyn formalnych. Poniżej schemat podłączenia w jednej z wielu konfiguracji. Schemat podłączenia oraz instalacji promiennika (jeden z wariantów)
2. Tuner Patrząc na to, że podjęliśmy decyzję zasilania anteny od końca musimy oczekiwać w punkcie podłączenia wysokiej impedancji rzędu 1000-5000Ω. Oczywiście na wartość impedancji ma także wpływ to o jakiej długości (ile λ) zdecydowaliśmy się użyć promiennik, jak go instalujemy, na jakiej wysokości i co ważne, albo najważniejsze od częstotliwości. Przyjmujemy zatem, że powyższy zakres jest tym spodziewanym a jak wiemy używamy do podłączenia radia kabla o impedancji 50Ω. W związku z tym potrzebujemy tuner który zmieni nasze 50Ω na 1000-5000Ω a dodatkowo umożliwi nam płynną regulację. Z pomocą przychodzi Josefa Fuchs i jego rozwiązanie a poniżej schemat. Większość potrzebnych danych mamy chodzi o impedancje na wejściu i wyjściu co zdeterminuje nam przekładnię impedancji a także założyliśmy na wstępie, że chcemy pracować w pasmach w zakresie częstotliwości pokrywającym pasma amatorskie od 7 do 30MHz. Schemat także mamy bo robotę za nas odwalił Josef a wiec warto by policzyć jakich elementów potrzebujemy. Kluczowe na początek jest sprawdzenie jakim rdzeniem dysponujemy. Ważne jest to o tyle, że za chwilę będziemy szukać indukcyjności w naszym układzie LC a ta ma odwzorowanie w ilości zwojów. Wiadomo na rdzeń o małych wymiarach ciężko będzie nawinąć wiele zwojów. Dodatkowo ich symetryczność rozłożenia ma także znaczenie na wartość końcową cewki. Generalnie zawsze dobrze jest trzymać się zasady, że jak coś dobrze wygląda to i dobrze działa.
2.1. Obliczenia Zaczynamy szukanie wartości elementów jak to nazywam od d..y strony a więc w tym wypadku od układu LC i dobrania wartości cewki uzwojenia wtórnego oraz kondensatora zmiennego (poniżej): Do obliczeń użyjemy aplikacji mini Ring Core Calculator do ściągnięcia z poniższego linku: http://mini-ring-core-calculator.software.informer.com/download/ Po instalacji otwieramy aplikację i wprowadzamy dane jak poniżej. Wybieramy typ rdzenia [1], następnie wprowadzamy indukcyjność [2] obserwując ile to będzie zwojów [3] bo trzeba wiedzieć czy zmieści się nam to na rdzeniu. Jeśli już to ustalimy to w polach [4] mamy informacje ile drutu potrzebujemy na wykonanie tej cewki i jakiej maksymalnej średnicy możemy użyć. Wybraną indukcyjność użyjemy w kolejnym kroku do obliczenia wartości kondensatora.
Oczywiście nie stoi nic na przeszkodzie, aby szukać indukcyjności do posiadanego kondensatora, ale kolejność podana przez mnie wydaje się być sensowniejsza. Ustaliliśmy, że interesuje nas indukcyjność 3µH ze względu na wybrany rdzeń i mieszczącą się na nim (z praktyki) ilość około 30 zwojów drutu 0.6mm. Przystępujemy do wyliczenia skrajnych wartości kondensatora. Uruchamiamy wbudowany do mrcc kalkulator [6] i podajemy naszą indukcyjność w polach oznaczonych jako [7] i [9]. Następnie w polu [8] wpisujemy minimalną pojemność naszego kondensatora. Otrzymujemy wynik 29.058MHz który jest górną granicą jaką będzie w stanie obsłużyć nasz tuner. Następnie w polu [10] podajemy minimalną interesującą nas częstotliwość i w polu [11] otrzymujemy jaką maksymalną wartość powinien mieć nasz kondensator. Oczywiście warto posłużyć się miernikiem w celu faktycznego pomiaru pojemności kondensatora. Przyrząd przydatny gdy nie znamy faktycznej pojemności bo mamy element z nieznanego źródła, wymontowany z nieznanego urządzenia, jakiś stary leżak itd. Mistrzu jeśli to nadal czytasz i dotarłeś do tego miejsca to gwarantuje Ci, że na tym się nie skończy więc będziesz potrzebował skorzystać z takiego przyrządu wielokrotnie więc warto zainwestować bo zakup na pewno się zwróci. No więc tak: mamy już policzony układ LC znamy ilość zwojów, wartości skrajne kondensatora. Czas na policzenie ilości zwojów uzwojenia pierwotnego. Interesuje nas przekładnia transformatora która jest początkiem do przekładni (transformacji) impedancji. Wiemy że musimy zmienić nasze 50Ω na około 3000Ω a więc coś około 1:60 1:64 Jak to policzyć?
Prosto, ze wzoru: Z 2 =n 2 x Z 1 co po przekształceniu daje Gdzie: Z 2 ilość zwojów uzwojenia wtórnego (od strony anteny) Z 1 ilość zwojów uzwojenia pierwotnego (od strony radia) Podstawiając do wzoru średnie 3000Ω po stronie wtórnej i 50Ω po stronie pierwotnej otrzymujemy wynik 7,74 co mówi o stosunku ilości zwojów. Wyliczyliśmy w mrcc ilość zwojów uzwojenia wtórnego na 27 więc dzielimy to przez wyliczony stosunek przełożenia czyli 7,74 co daje nam wynik 3,48 uzwojenia po stronie pierwotnej. Oczywiście nie da się nawinąć niepełnego zwoju się zaokrąglamy to do 4. Mamy w związku z tym wyliczone poniższe parametry i dane a więc: rdzeń użyliśmy T50-6 (żółty) kondensator minimalna pojemność 10pF a maksymalna to przynajmniej 234,5pF uzwojenie wtórne 27 zwojów uzwojenie pierwotne 4 zwoje 2.2. Konstrukcja Dane mamy wiec trzeba byłoby zabrać się za trochę majsterkowania. Uwagi jakie wydają się być przydatne to: kondensatory najlepsze są z radioodbiorników, przede wszystkim są małe, czasami kilkusekcyjne, ale to nie jest przeszkoda ponieważ i tak wykorzystamy jedną maksymalnie dwie sekcje (dołączając) drugą a ważny jest wymiar i waga bo mamy to zabierać do plecaka. Kondensatory powietrzne są przede wszystkim duże i proszę się nie zdziwić, ale ciężkie. Mają natomiast jedną wielką zaletę jaką jest łożyskowana przekładnia 1:3 co daje komfort i precyzje. Niestety takie dobro jak komfort i energia musza ciut ważyć połączenia wewnątrz powinny być jak najkrótsze ponieważ wyeliminuje to niechciane przez nas inne pojemności i indukcyjności. Znowu dobrze pamiętać o zasadzie, że jak dobrze wygląda to i dobrze będzie działać drut najlepszy jest nawojowy, emaliowany przy czym należy pamiętać o dwóch jego odmianach. Jedna mniej wygodna wymaga mechanicznego usuwania emalii, druga wygodniejsza gdzie emalia schodzi w procesie lutowania. Po przygrzaniu lutownicą do 100-120st. pozbywamy się izolacji obudowa tutaj wybór jest dość spory, dobrze żeby była w miarę wytrzymała, pomieściła wszystkie graty, otwierana od tyłu (nie na pół) co ułatwia uzyskanie krótkich połączeń gniazda - nie ma zasady i wszystkie są dobre choć fajnie pomyśleć jak się będzie korzystać z tego w terenie. Złącza laboratoryjne jakie zastosowałem są fajne ale u Kuby SQ7OVV podejrzałem MS i te są jeszcze fajniejsze. Gniazdo pod antenę pewnie UC-1 jest ok., ale ja wybrałem BNC bo jest mniejsze.
Materiały które zostaną wykorzystane. Przygotowanie drutu przed nawinięciem. Po nawinięciu element gotowy do montażu.
To co chyba najtrudniejsze już za nami. Teraz wiertarka i lutownica w rękę. Po zmontowaniu całości zgodnie ze schematem u mnie wygląda to tak jak na poniższych zdjęciach. A z przodu tak:
2.3. Pomiary Do sprawdzenia na sucho czy tuner działa, jest poprawnie zmontowany i stroi zgodnie z naszymi założeniami i wyliczeniami wykorzystałem analizator antenowy RigExpert AA-520. Do wykonania pomiaru pomiędzy gniazdo anteny a uziemienia podpiąłem rezystor/y o wartości 5000Ω Wielką zaletą tego analizatora jest możliwość jednoczesnego pomiaru na pięciu niezależnych częstotliwościach a także możliwość wyświetlenia graficznej charakterystyki dla zadanej częstotliwości z zadeklarowanym zakresem. Wyniki pomiarów poniżej. Powyższe pomiary zostały wykonane z użyciem funkcji jednoczesnego pomiaru w wielu zadanych częstotliwościach. Wiele wskazuje, że montaż został wykonany poprawnie, założenia obrane na wstępie zostały zrealizowane. Można zająć się bardziej szczegółowymi pomiarami pokazującymi czego należy się spodziewać w terenie. Na następnych zdjęciach bardziej szczegółowe informacje.
3. Antena Sam promiennik anteny najlepiej wykonać z linki PKL. Dla nie wtajemniczonych to linka do łączności telefonicznej dedykowana dla wojska. Skrót to chyba Polowy Kabel Linkowy. Służyły i pewnie jeszcze z powodzeniem służą do budowy połączeń w sieci MB. Wielka zaletą tego kabla jest bardzo duża odporność izolacji na uszkodzenie, możliwość przenoszenia sporych sił na rozciąganie (około 100-200kg), odpowiedni przekrój, wykonanie linkowe przewodnika. Dodatkowym plusem jest to że pojedyncze żyły są ze sobą jedynie skręcone a nie jak to bywa w przypadku kabli parowych sklejane. Waga wykonanego z tego kabla promiennika jest naprawdę znikoma i nie brana jest pod uwagę. Jeśli natomiast komuś będzie to mimo wszystko za dużo to może usunąć z niego izolację zewnętrzną. Mi się nie chciało i nigdy mi się nie zachce!!! Głupie pomysły zresztą trzeba ubijać w zarodku
Co do samego sposobu rozwieszenia promiennika to jest ich wiele. Wręcz można by powiedzieć nieskończenie wiele. Osobiście preferuję 10m drutu wystawionego w pionie na maszcie turystycznym minidx Wire. Maszt ma po złożeniu około 75cm a jego waga to około 1kg. Do tej pory nie zdarzył mi się szczyt który aktywowałem gdzie nie byłoby opcji rozstawienia tego masztu. Maszt jest na tyle kompaktowy a promiennik endfed a jest tak lekki, że Połonina Caryńska czy inne o podobnej charakterystyce miejsca nie stanowią jakiegokolwiek problemu. Poniżej kilka przykładowych instalacji anteny:
A tak na koniec zanim graty zostaną spakowane do plecaka i zabrane na wyprawę to warto zajrzeć na poniższe linki. Będzie wiadomo na które pasmo, przynajmniej teoretycznie się nastawić. Taka wiedza w połączeniu z tą o tym jak nasza antena promieniuje pozwoli przynajmniej w części świadomie zadecydować o tym w jakiej konfiguracji ją rozstawimy a co za tym idzie na łączności ze stacjami z jakich części świata możemy liczyć. http://www.voacap.com/coverage.html http://www.voacap.com/prediction.html 73! Miłosz Kocierz SQ9PND