Je běžně zažitým názorem, že dipól je z hlediska přizpůsobení poměrně úzkopásmová anténa. Anténa se chová jako rezonanční obvod a lze dokázat, že na rezonančním kmitočtu nastává i maximum účinnosti vyzařování. Hypotetický půlvlnný dipól z nekonečně tenkého vodiče ve volném prostoru, který je napájen uprostřed, by měl na rezonančním kmitočtu vstupní impedanci 73 + j42,5 ohmů. Půlvlnný dipól tedy vykazuje induktivní reaktanci, jeví se tedy jako příliš dlouhý. Při ladění dipólu se snažíme dosáhnout nulové reaktanční složky vstupní impedance. Je-li půlvlnný dipól napájen uprostřed, je možné (při zanedbání dalších vedlejších vlivů, které se u reálné antény uplatní jen velmi málo) považovat na kmitočtu, kde je reálná složka jeho vstupní impedance v bodě napájení rovná nule, vstupní impedanci za rovnou vyzařovacímu odporu. Reálný dipól bude mít impedanci mírně odlišnou a závislou na vlastnostech prostředí, kde je instalován, především na vlastnostech země (obr. 1).

Obr. 1. Závislost vyzařovacího odporu horizontálního i vertikálního půlvlnného dipólu na jeho výšce nad dokonalou rovinnou zemí. Čárkovaná křivka naznačuje průběh vyzařovacího odporu dipólu v relativně malých výškách nad reálnou zemí.

Průběh vstupní impedance tedy bude analogický křivkám, uvedeným na obr. 1. Údaje však platí pro jedinou frekvenci. Anténa se buď ladí doprostřed pásma, minima ČSV se tedy dosahuje na kmitočtech, kde se příliš často nepracuje, nebo bývá anténa naladěná do upřednostňované části pásma podle druhu provozu (CW nebo SSB). V každém případě je nutné anténu nějak dodatečně přizpůsobit na kmitočtech, kde ČSV již není vyhovující. K tomu se používají různé anténní členy, které však komplikují obsluhu a jejich nesprávným použitím lze i zničit PA vysílače.

Je-li dipól konstruován jako jednovodičový, odpovídá průběh ČSV křivkám, uvedeným na obr. 1. Přináší to řadu problémů, např. pokud chceme na 80 m pracovat CW i SSB. Na tomto poměrně širokém pásmu nelze dosáhnout optimálního přizpůsobení tam, kde chceme pracovat.

Obr. 2. Typický průběh ČSV jednovodičového dipólu (drát Cu 2 mm) pro 80 m (rezonanční kmitočet 3750 kHz) ve volném prostoru. Při napájení 75 W je šířka pásma pro ČSV = 2 rovná 5,5%, při napájení 52 ohmů klesá na 4,3%. Šířka pásma se mění s výškou antény nad zemí.

Částečným řešením bývá použití poněkud „širokopásmovější“ antény, např. skládaného nebo tlustého dipólu. Pokud bychom zkonstruovali dipól z vodiče o průměru 15 cm, bude mít šířku pásma pro ČSV = 2 rovnou 7,7% a Q antény poklesne na 8. Poměrně dobrým a v praxi osvědčeným řešením je i tzv. Bazooka (obr. 3), představující z elektrického hlediska skládaný dipól, doladěný na koncích do rezonance na požadovaném kmitočtu pomocí úseků jednoduchých vodičů. Konstrukci na obrázku publikoval HB9XY a byla rovněž uveřejněna v časopise Krátké vlny [1]. Tato anténa byla mnohokrát v praxi vyzkoušena s velmi dobrými výsledky.

Obr. 3. Anténa Bazooka podle HB9XY

Rozměry antény pro jednotlivá pásma jsou následující:

Tab. 1. Rozměry antény Bazooka pro jednotlivá pásma

Představíme-li si širokopásmovou anténu jako rezonanční obvod s nízkým Q, je pak samozřejmě nutné vzít v úvahu i veškeré vlivy transformačních a přizpůsobovacích obvodů. Výsledkem je pak poměrně složité náhradní schéma, jehož rozborem sotva dojdeme k použitelným výsledkům, protože hodnoty mnoha prvků jsou neznámé a jen obtížně měřitelné. Přesto takové odbočení není zbytečné, budeme-li na anténu pohlížet jako na rezonanční obvod, může být výsledkem úvah anténa se dvěma rezonančními vrcholy, tedy se dvěma minimy ČSV, která se bude chovat podobně, jako např. Čebyševův filtr.

Přejdeme-li od náhradních schémat zpět do reálného světa vodičů a vedení definovaných délek, je možné takovou anténu skutečně zkonstruovat. Jednotlivé rezonanční obvody filtru mohou být tvořeny úseky vedení, vytvořenými z koaxiálního kabelu. Princip antény patentoval r. 1984 R. D. Snyder [2] a na jeho principu publikoval Frank Witt, AI1H, poměrně rozsáhlou studii v časopise QST [3] a později i v „The ARRL Antenna Compendium“ [4]. I když se modelování takové antény může zdát složité, lze ho poměrně přesně provést pomocí „karet“ TL v programu NEC (NEC byl původně psán ve Fortranu a jeho první verze byly zpracovávány na počítačích s děrnými štítky, každý parametr byl děrován na samostatný štítek - proto tedy „karta“ TL).

Optimalizací modelu AI1H pak byla vytvořena anténa pro 80 m, jejímž autorem je Ed Parsons, K1TR (obr. 4).

Obr. 4. Anténa DX Special K1TR se dvěma rezonančními vrcholy. Je optimalizována pro práci v CW i SSB části pásma 80 m.

Obr. 5. Průběh ČSV antény DX Special (křivka A) ve srovnání s běžným dipólem, laděným do středu pásma (křivka B).

Anténa je konstruována z úseků, tvořených kabelem RG-213, příp. RG-8 a měděného vodiče o průměru 2 mm. Z mechanického hlediska by však byl vhodnější silnější vodič, alespoň o průměru 3 mm. Konce úseků kabelu je nutné důkladně zajistit proti vnikání vody a povětrnostním vlivům, stejně jako spoj úseků, kde dochází k překřížení vnějšího opletení a vnitřního vodiče kabelu. Spoje jsou rovněž poměrně značně mechanicky namáhány, nebo» anténa je poměrně těžká. Průběh ČSV této antény je však opravdu pozoruhodný (obr. 5), za povšimnutí rovněž stojí značná širokopásmovost z hlediska ČSV (křivka A) oproti běžnému jednovodičovému dipólu, laděnému do středu pásma (křivka B).

Původní anténa byla postavena v konfiguraci Inverted Vee (obr. 4). Taková anténa však sotva poskytne uspokojivé výsledky, je-li její nejvyšší bod uprostřed (apex) umístěn v běžně dosažitelných výškách nad zemí, tedy kolem 20 m (obr. 6). Je-li možnost umístit takovou anténu výš, kolem 40 m, budou výsledky zcela jiné (obr. 7) a anténa si pak jistě zaslouží svůj název DX Special. Bez zajímavosti také není nárůst zisku z teoretických 5,88 dBi ve výšce 20 m nad zemí na 7,22 dBi ve výšce 40 m.

Obr. 6. Vyzařovací diagram antény DX Special ve vertikální rovině ve výšce 20 m nad zemí.

Obr. 7. Vyzařovací diagram antény DX Special ve vertikální rovině ve výšce 40 m nad zemí.

Literatura:

[1] OK1RR, „Anténa Bazooka HB9XY“, Krátké vlny (SČR) 5-6/1991, str. 24

[2] R. D. Snyder, „Broadband Antennae Employing Coaxial Transmission Line Sections“, United States Patent no. 4 479 130, vyd. 23. 10. 1984.

[3] F. Witt, „The Coaxial Resonator Match and the Broadband Dipole“, QST, Apr 1989, str. 22-27.

[4] F. Witt, „The Coaxial Resonator Match“, The ARRL Antenna Compendium, Volume 2 (Newington: ARRL, 1989), str. 110-118.