|
Roman Wesolowski DJ6EP ( Níže uvedený článek není o výsledku mé práce, ale o práci jednoho z vynikajících radioamatérských konstruktérů! ) Vícepásmový ozařovač parabolických reflektorů podle HB9MPU
Anténa, kterou René HB9MPU zkonstruoval v devadesátých letech. Tak, jak roste zájem o vyšší mikrovlnná pásma, objevuje se také stále více problémů s praktickou realizací odpovídajících anténních systémů. Zatímco v pásmu 23cm nepředstavuje konstrukce dokonce několika sfázovaných antén obtížný problém, na vyšších mikrovlnných pásmech to již je rozhodně složitější záležitost a počínaje pásmem 6cm prakticky nemáme jinou možnost, než použít parabolický reflektor. Provozně asi nejlepším uspořádáním je využití pouze jedné parabolické antény, vybavené odpovídajícím ozařovačem, který by nám dovolil pracovat na všech mikrovlnných pásmech mezi 1 až 6 GHz. Většina známých konstrukcí vícepásmových ozařovačů bohužel má tu vadu, že pro jednotlivá kmitočtová pásma se u nich mění poloha fázového středu ozařovače, tedy místa, které by mělo být umístěno na všech pásmech v ohnisku paraboly. Úplně krajním řešení by proto bylo použití sestavy parabolického zrcadla a logaritmicko-periodické antény (která má pro různá pásma nestejný fázový střed vyzařování), což má za následek, že při analýze takového uspořádání rychle zjistíme, že aktivní prvky, užívané pro různá pásma jsou od sebe navzájem vzdálené dokonce o několik centimetrů. To má pochopitelně za následek to, že reflektor antény je správně ozářený jen pro jediné kmitočtové pásmo...
Největší výhodou ozařovače
podle HB9MPU je proto skutečnost, že aktivní prvky ozařovače leží
mechanicky velice blízko sebe (a symetricky vzhledem k subreflektoru
ozařovače), což má za výsledek, že parabolický reflektor, který de facto
rozhoduje o zisku anténního systému je vlastně ideálně ozářený na všech
kmitočtových pásmech, pro které je ozařovač navržen. Co se týče popisované anténní sestavy: Ozařovač je v plné verzi čtyřpásmovou kombinací aktivních prvků pro pásma 23, 13, 9 a 6cm a k nim odpovídajících subreflektorů. Parametry této (pro každé jednotlivé pásmo vlastně dvouprvkové) antény podle HB9MPU umožňují téměř optimální ozáření (při lineární polarizaci) parabolického reflektoru o poměru F/D = 0,5 . Zisk ozařovače i ověřené charakteristiky vyzařování odpovídají parametrům dvouprvkové antény Yagi. Pochopitelně rovněž existuje možnost tuto anténu realizovat v souladu s vlastními potřebami - například pouze pro pásma 23 a 13cm.
Z důvodu ověření opakovatelnosti konstrukce byly vyrobeny čtyři ozařovače (viz obrázky výše). Výsledkem tohoto testu opakovatelnosti je zjištění, že byly vyrobeny 4 anténní ozařovače, jejichž vlastnosti lze přinejhorším označit za dobré..
Konstrukce: Mechanickým nosníkem prvků ozařovače a zároveň jejich napáječem je zhruba deseticentimetrový odřezek koaxiálního kabelu typu Semirigid UT 250 o průměru 6,3mm. Nicméně použití běžněji dostupného kabelu UT 141 (3,6mm) je rovněž možné. Na konci koaxiálního vedení rozřízneme (podélně) vnější trubku kabelu po délce cca 25mm a odstraníme polovinu vnajšího vodiče. V závislosti na délce částečně odstraněného vnějšího vodiče se bude měnit přizpůsobení na jednotlivých mikrovlnných pásmech (viz komentář k měření jednotlivých antén), protože ten odstraněný kousek vnějšího vodiče ve skutečnosti funguje jako rukávové přispůsobení jednotlivých přímo buzených zářičů. V délce cca 10 milimetrů je nakonec zapotřebí po délce odříznout i polovinu teflonové izolace vnitřního vodiče kabelu a střední vodič kabelu o cca 1mm oddálit od zbývající druhé poloviny teflonové izolace. Takto připravený semirigid je již připravený k montáži obou polovin dipólů. Detaily jistě dostatečně objasní fotografie a výkres ozařovače. Vzájemný, především kapacitní vliv jednotlivývh aktivních prvků se může měnit při nastavování ozařovače jemnou změnou jejich délky, jakož i změnou rezonanční délky sousedních prvnů. Stačí mít trochu trpělivosti a potřebné měřicí přístroje a jistě si s finálním nastavením ozařovače poradíme. Na obrázku uvedené rozměry prvků jsou počítané tak trochu "do rezervy" a uvedené rozměry počítají tak trochu s rezervou na jejich zkracování při nastavování, tedy jsou o trochu delší, než by bylo optimální a jsou tedy poněkud "do rezervy" Zbývající pasivní prvky (subreflektory) je třeba namontovat tak, aby se nedotýkaly odizolovaného koaxiálního kabelu. Optimální délka všech prvků záleží dokonce na takových drobnostech, jako je rovinnost uříznutí konců těchto elementů a přesnosti přiletování, ale především odstupu mezi jednotlivými dipóly. Při nastavování těchto čtyřech uvedených antén potvrzuji, že vlastně neexistují dva naprosto identické ozařovače. Rozdíly v mírách jednotlivých antén přitom leží v hranicích desetin milimetrů, což ale prakticky nemá žádného významu. Musíme si ale ovšem připomenout, že mluvíme mimo jiné o konstrukci půlvlného dipólu pro kmitočet 5,76 GHz!!!
Pro orientaci ještě uvádím délky celých dipólů již sestavené antény: Pro pásmo: 23 cm (nejlepší PSV při) 1296 MHz = 109,8 mm 13 cm 2320 MHz = 68,6 mm 9 cm 3400 MHz = 44,9 mm 6 cm 5760 MHz = 29,0 mm
Vzhledem k uvedenému se vyžaduje začít nastavování antény od nejdelsího dipólu tak, že jej postupně po malých krocích zkracujeme až k téměř potřebnému zkrácení. Při nastavování je ovšem nezbytné vzít v úvahu, že dipól musí být mechanicky symetrický. Během nastavování je proto užitečným indikátorem neustálá kontrola délky obou polovin každého dipólu vůči nosníku (srovnej horší parametry ozařovače č.3 na pásmu 9cm, pokud není tato symetrie zachována). Po úvodním nastavení dipólů do pásma je proto nezbytné zajistit následné donastavení ozařovače konečnou korekcí symetrie a délke jednotlivých zářičů a k tomu se bude hodit ta rezerva délky, kterou doporučuji v odstavci výše. Ve vzdálenosti cca 30 mm od zářiče je na kabel nasunutý feritový toroid (toroidy), který efektivně tlumí VF proudy, tekoucí po vnějším plášti kabelu. Použití tohoto feritového prstence není nezbytné, ale v některých případech bylo možné v případě jeho absence pozorovat určité zkreslení vyzařovací charakteristiky ozařovače.
Zatímco při nastavování zářičů pásem 23 a 13 cm jsou ostré a malé štípačky odpovídajícím nástrojem, dipól pro 5,7 GHz je třeba již "nastavovat" malým pilníčkem. Změna délky tohoto zářiče v hranici 1mm totiž mění jeho rezonanční kmitočet o stovky MHz!!! Příliš zkrácený rezonátor se dá v malých mezích "opravit" malou cínovou kapičkou na konci zářiče (na konci prvku, kde je vysoká impedance, teče malý proud a proto ztráty nízkou vodivostí cínu již nejsou důležité). Nosníkem reflektorů je, jak vyplývá z výkresu, teflonová tyčka. Tedy materiál, který se téměř nedá lepit! Za rovinou dipólů je proto podélně rozříznutý nosník reflektorů nasunut na přívodní koaxiální kabel a mezi jeho půlky je nanesená kapka epoxydového lepidla - obě poloviny teflonové tyčky jsou následně vzájemně staženy a zafixovány prostřednictvím teplotně smrštitelné bužírky o délce několika centimetrů. Tento způsob montáže je dostatečně uspokojující pro zachování mechanické stability konstrukce. Během nastavování zářičů byla teflonová tyčka s reflektory na zářiče nasouvaná pochopitelně bez tohoto fixování a zafixování bylo provedeno teprve po skončení nastavování.. Reflektory ozařovače nemusí být nějak nastavované a úplně stačí, pokud zachováme rozměry, uvedené na výkresu.
Popsaný ozařovač vyžaduje
kryt, který zajistí jeho ochranu před atmosférickými vlivy.
Takto vypadá přípravek, který značně ulehčuje přiletování všech prvků zářiče.
Konstrukce reflektorů. Délky jednotlivých reflektorů nejsou nějak zvláště kritické a není potřeba je dostavovat.
Měření a nastavování antén.
Ozařovač Nr.1 M1 - 1296 MHz, M2 - 2320 MHZ, M3 - 3400 MHz, M4 - 5760 MHz Polovina vnějšího vodiče kabelu byla odstraněná v délce 25 mm. .
Ozařovač Nr.2 M1 - 1296 MHz, M2 - 2320 MHZ, M3 - 3400 MHz, M4 - 5760 MHz Polovina vnějšího vodiče kabelu byla odstraněná v délce 25 mm.
Ozařovač Nr.3 M1 - 1296 MHz, M2 - 2320 MHZ, M3 - 3400 MHz, M4 - 5760 MHz Polovina vnějšího vodiče kabelu byla odstraněná v délce 18 mm, což přineslo lepší výsledky na vyšších pásmech.
Poznámka: Relativně
špatné přizpůsobení na pásmu 9cm je výsledkem nesprávného sestavení
zářiče. Dipól sice leží v požadovaném kmitočtovém
pásmu, ale
obě poloviny dipólu nejsou stejně dlouhé.
Ozařovač Nr.4 M1 - 1296 MHz, M2 - 2320 MHZ, M3 - 3400 MHz, M4 - 5760 MHz Polovina vnějšího vodiče kabelu byla odstraněná v délce 30 mm - výsledkem je velmi dobré přizpůsobení v pásmu 23cm.
Děkuji tímto Michaelovi DB6NT (firma Kuhne elektronic) za provedení kontrolních měření u prvních dvou vyrobených ozařovačů. Výsledky měření,
provedených DB6NT vypadají dokonce ještě o něco lépe, než v případě měření
v mých domácích podmínkách. Důvod je jednoduše vysvětlitelný - směrovost
jeho měřicího můstku byla o několik dB lepší, než v případě mnou použité
směrové odbočnice.
Měření ozařovače č.1 u DB6NT.
Měření ozařovače č. 2 u DB6NT.
Závěr: Dobře nastavený ozařovač má lepší útlum odrazu než -16dB na všech pásmech.
Dosud tyto vícepásmové ozařovače podle HB9PMU používají 3 stanice a mohu s uspokojením potvrdit, že s dobrými provozními výsledky.
Anténní systém Staszka SP3DRT
Anténa Michala SP3WYP
Výkres 1 detaily konstrukce
Přeji mnoho úspěchů při konstrukci tohoto docela podařeného ozařovače!
Best 73! Roman DJ6EP dj6ep@ aol.com
Volný překlad z polštiny se souhlasem autora provedl OK1VPZ |
