|
SWAN - KOUZELNÁ ANTÉNA? [1978] Čas od času se v různých časopisech (a to nejen v dubnových číslech) objeví informace o téměř zázračných a neuvěřitelných výsledcích dosažených v našem oboru. Problematika antén s vysokým ziskem patří k nejvděčnějším o nejpůsobivějším tématům. V poslední době se o zvíření hladiny postarala tzv. anténa Swan, po drobně u nás popsaná v [1], které se přisuzují takové hodnoty zisku, že by se o nich mělo mnoha našim amatérům zdát i ve spánku. Považujeme proto za svou povinnost uvést některé skutečnosti, které byly v našem i některém z radioamatérském tisku opomenuty a které možná poněkud ochladí počáteční nadšení. Anténa Swan je stručně řečeno kombinací logaritmicko-periodické (dále jen LP) antény a známější Yagiiho antény. U LP antény jsou fázovacím vedením aktivně buzeny všechny prvky, zatímco u Yagiho antény je aktivně buzen pouze jede prvek (zářič) a ostatní jsou buzeny pasivně. Nahrazení zářiče Yagi antény strukturou LP lze dosáhnout lepšího vybuzení blízkých pasivních prvků a tím lze získat při stejných fyzikálních rozměrech (délce antény) mírně vyšší zisk, větší šířku pásma a tvar vyzařovacího diagramu s lepším potlačením postranních laloků i lepšího zpětného záření v pásmu o něco širším než klasická anténa Yagiho. Je však vhodné připomenout si staré přísloví, že nic není zadarmo. Zmíněné lepší vybuzení pasivních prvků strukturou LP, díky jejímu zisku proti jednoduchému dipólovému zářiči Yagiho antény, se uplatní především u blízkých pasivních prvků. Přidáním dalších, od zářiče LP vzdálených direktorů, nebude již mít zásadnější účinky. Důvodem je to, že např. již třetí direktor není ozařován jen samotným zářičem LIP jako direktor první, ale soustavou sestávající ze zářiče LP a prvních dvou direktorů. Zisk takové struktury vůči odpovídající Yagiho anténě s jedním aktivně buzeným prvkem je již podstatně menší než zisk samotného zářiče LP vůči jednoduchému dipólovému zářiči Yagiho antény. S rostoucím počtem direktorů se bude tento rozdíl dále zmenšovat. Lze proto logicky předpokládat, že zisk dlouhé antény Swan, tj. s mnoha direktory, bude prakticky týž jako u odpovídající dlouhé Yagiho antény. Samozřejmě, že i délky takových antén budou přibližně stejné. Dosažitelný zisk dlouhé Yagi antény [6] je např. 13 dB pro anténu délky 2,5 λ (5 m na 145 MHz) a teprve prodloužení na 6 až 7λ (okolo 13 m! na 145 MHz) může v homogenním elektromagnetickém poli přinést zvýšení zisku o další pouhý 1 dB, tedy na 14 dB vůči půlvlnnému dipólu. Z uvedeného plyne, že největší rozdíl v zisku mezi anténou Swan a anténou Yagi bude pro tříprvkové struktury, tj. u antény Swan struktura LP s jedním reflektorem a jedním direktorem. Podle publikovaných údajů může rozdíl dosáhnout teoreticky až 5,5 dB (11,5 dBd vůči 6 dBd - dBd zisk proti půlvlnnému dipólu) při celkové délce antény Swan 0,38 λ až 0,48 λ Yagiho antény. Anténa Swan by tedy mohla představovat vynikající jednopásmovou anténu pro vyšší pásma KV. Naproti tomu při použití 4 direktorů a 1 reflektoru je maximální rozdíl v zisku již jen asi 1,15 až 2 dB (12 až 13 dB vůči 10,5 dB) při délce antény Swan 1,15 λ a 1,17 λ u Yagiho [2, 3] Protože poslední příklad představuje právě diskutovanou anténu pro pásma VKV, věnujeme jí dále větší pozornost. Počet prvků struktury LP je určen požadovanou šířkou pásma [2]. Optimální počet prvků je čtyři pro většinu amatérských pásem KV i VKV. Zvětšování jejich počtu se nejeví opodstatněným, zejména při použití většího počtu direktorů, jejichž širokopásmovost zůstává stejná jako u Yagiho antény. Konstrukce antény Swan se čtyřprvkovým zářičem LF reflektorem a čtveřicí direktorů o celkové délce přibližně 1,5 vlnové délky je podrobně popsána pro pásmo 145 MHz v [3] a pro pásma TV a VKV FM rozhlasu v [1].
Mezera mezi vnitřními konci je 57 mm. Pasivní prvky téhož průměru jsou připevněny na podobných, ale menších blocích. Fázovací napájecí vedení je zhotoveno z jednoho kusu silného hliníkového drátu a k prvkům je připojeno malými příchytkami tvaru U. Tedy v žádném případě ne měděný drát [1]. Napájecí fázovací vedení musí být vzdáleno od ráhna i vzájemně v místech překřížení nejméně 6 mm. Přizpůsobovací vedení je tvořeno dvěma hliníkovými trubkami o průměru 6 mm s roztečí 30 mm a s délkou o něco větší než polovina vlnové délky. Na horním konci je rozehnuto na rozteč 89 mm podle obr. 1, konce trubek jsou zploštěny a upevněny stejně jako struktura LP. Na spodním konci má vedení posuvný zkrat. Napájecí koaxiální kabel libovolné impedance je opatřen známým typem symetrizujícího a transformujícího členu. Je tvořen vedením s délkou elektrické půl vlny, které v místě připojení členu k přizpůsobovacímu vedení musí mít bezpodmínečně vzájemně vodivě spojeny konce stínicího opletení koaxiálních kabelů. Je samozřejmě možno použít jakýkoliv jiný typ symetrizujícího členu i bez transformace impedance, neboť posuvem místa připojení symetrizačního členu k přizpůsobovacímu vedení a posuvem zkratu na konci vedení lze snadno najít potřebnou impedanci k přizpůsobení. Orientační hodnoty místa připojení pro impedanci 50 Ω a transformaci 4 : 1 jsou A = 280 mm a B = 790 mm (obr. 1). Rozměry a rozteče jednotlivých prvků, uvedené v obr. 1 vlevo platí pro původní anténu Swan, která vykazuje stejný zisk na 144 a 145 MHz, ale na 146 MHz má již zisk o 1,5 dB nižší. Rozměry na obr. 1 vpravo platí pro anténu optimalizovanou na maximální zisk na 144 MHz, bez ohledu na závislost zisku na kmitočtu [3]. Ve většině pramenů je udávána impedance antény 110 Ω, jako vhodná pro použití systému dvou antén nad sebou, poskytující údajně vhodnou impedanci pro jednoduchý symetrizační člen s čtvrtvlnným pahýlem při impedanci koaxiálního kabelu 52 Ω. Bylo však shledáno [3], že anténa Swan vykazuje v celém pásmu reaktanční složku, která nedovoluje dosáhnout činitele stojatých vln (ČSV) menšího než 2 při použití pouze transformačního a symetrizačního členu. Pro dosažení optimálních parametrů je tedy přizpůsobovací vedení (obr. 1) nezbytné. Při jeho nastavování se nesmí zapomenout na vzájemné ovlivňování zkratu a polohy připojení symetrizátoru, a je dále žádoucí vyloučit vliv okolních předmětů, zejména ve směru vyzařování. Anténu lze popřípadě umístit tak, že vyzařuje kolmo vzhůru s reflektorem asi čtvrtinu vlnové délky nad zemí [3, 4]. S uvedeným přizpůsobovacím vedením nastaveným na 145 MHz, byl ČSV v pásmu 144-146 MHz menší než 1,5. Činitel zpětného záření (ČZZ) - tedy nikoliv zisk - je na 145 MHz 18 dB, na 144 MHz 16,5 dB a asi 17,5 dB na 146 MHz. K uvedenému ČZZ lze ještě doplnit, že např. nedosahuje hodnoty 23 dB, jak třeba předepisuje pro TV antény a antény VKV rozhlasu I. třídy ČSN 36 7120 a Jen s obtížemi plní požadavek ČZZ 18 dB pro antény II. třídy. K tomu lze dodat, že pro samotné logaritmicko-periodické dipólové antény není problém v dosažení ČZZ větším než 25 dB - viz [7]. V rozporu s ČSN je i ta skutečnost, že nelze anténu Swan jako celek uzemnit k ochraně proti statické elektřině. Souhrnně lze tedy charakterizovat anténu Swan jako anténu, poskytující větší zisk při délce podstatně menší než vyžaduje Yagiho anténa stejného zisku. Pro zisk 12 dBd má anténa Swan délku asi 1,5 λ a ziskově odpovídající anténa Yagi bude dlouhá asi 2,6 λ. V žádném případě však nemůže mít anténa Swan zisk 18dBd apod. Zkrácení antény při stejném zisku nebo vyšší zisk při stejné délce má nejpodstatnější význam pro amatérská pásma KV, kde zvýšená pracnost konstrukce napájecího systému vyváží velké materiálové náklady na konstrukci mechanicky odolných dlouhých antén Yagiho. Na pásmech VKV je ale situace jiná. Naprostou nevhodnost má anténa Swan pro práci z přechodných stanovišť, jednak jsou značné problémy s rozebíráním a skládáním antény, ale i pro parametry antény likvidované námrazou ve vyšších nadmořských výškách. Dále rozdíl v materiálových nákladech s ohledem na zkrácení nosného ráhna je nepodstatný vůči zvýšení náročnosti na konstrukci napájecího systému struktury LP a kvalitu použitých izolačních materiálů při vysokých kmitočtech a větších výkonech vysílačů. Rozhodně je daleko vhodnější snad rozebíratelná a vůči větru i námraze odolnější Yagiho anténa přibližně stejného zisku s délkou o 80 % větší. Pro příjem TV a FM VKV rozhlasu lze krátkou anténu Swnn, tj. s malým počtem pasivních prvků považovat za téměř vhodnější než anténu Yagi se stejným ziskem pro poněkud větší širokopásmovosti která je však stejně limitována parazitními prvky jako u antény Yagiho Předcházející výhoda však s rostoucím počtem prvků a tím i ziskem rychle klesá. Naopak při trvalé instalaci, zejména ve velkoměstském chemicky agresivním ovzduší a nikoliv na slunné Francii či Kalifornii, má anténa Swan nesrovnatelně větší počet napájených míst (12), která mohou být ohrožena korozí. Jejich dostatečná ochrana proti klimatickým vlivům včetně výběru vhodných kombinací stykových materiálů se nezdá být úměrná zvýšení zisku o asi 1,5 až 2,5 dB při délce antény 1,5 λ. K otázce zisku lze uvést jako zajímavou podrobnost že už při VKV setkání v Bradle v roce 1975 ze srovnávacích měření OK3JM věděl, že zisk antény Swan je 12 dB. Na dokreslení předcházejících údajů lze ještě uvést např. to, že v posledních letech se diskutovaný typ antény pro VHF či UHF pásma nedá najít v žádném z katalogů známých či známějších profesionálních výrobců antén a není o něm vůbec zmínka ve výsledcích pravidelných soutěží o nejlepší VKV anténu v USA [8, 9] také nikde nefiguruje v popisech zařízení mnoha známých VKV stanic. OK1DAK Literatura: [1] O. Burger OK2ER Anténa pro dálkový příjem FM a TV, Amatérské rádio 12/1977, str. 467 469, [2] Rhodes K4EWG, Painter W4BBP The Log-Yag Array, QST 12/1976, str. 18 až 21, [3] W! The Swan Multidrive 2-Meter Antenna QST 10/1969, str. 42, 43, 56, [4] OK1VCW: Amatérská měření kolem antén, RZ 8/1971, str. 1 až 7, [5] Lektorský posudek zaslaný redakcí RZ s nepřijatým článkem v r 1975, [6] Macoun J.: Směrové antény pro amatérská VKV pásma, Naše vojsko 1965, [7] Logaritmické dipólové antény pro IV. a V. televizní pásmo, Sdělovací technika, 5/1974, str. 191 a 192, [8] Soutěž o nejlepší UHF anténu, RZ 3/1975, str. 25, [9] Soutěž o nejlepší anténu - II RZ 4/1977, str. 29. RZ 5/1978 přepsal a upravil pro web OK2KKW Matěj, OK1TEH |
Protože
účelem tohoto článku samozřejmě není odradit každého od stavby antény Swan,
jsou na obr. 1 uvedeny její rozměry pro pásmo 145 MHz podle