| Při pohledu na anketu pod článkem QUAD, jsem se dozvěděl, že ze strany čtenářů, kteří navštívili uvedený článek, má převážná většina hlasujících v anketě, zájem se dozvědět něco více o této pozoruhodné anténě. Dlouho jsem váhal s napsáním dalšího pokračování, reakce v příspěvcích pod článkem žádné a tak jsem nabyl dojmu, že tato anténa zřejmě mezi uživateli CB pásma oblibu mít nebude. |
|
|
| V závěru předcházející části bylo uvedeno, jak anténa typu Quad vznikla. V podstatě jsme konce dvou půlvlnových dipólů tzv. "ohnuli". Na obrázcích je celý postup znázorněn. |
| Zde vidíte výchzí pozice dvou dipólů a jejich napájecí body. Napájecí body se jeví, jako symetrické. |
| Na tomto obrázku vidíme postupné "ohýbání" konců dipólu a to na vzdálenosti 1/4 vlnové délky od středu dipólů. |
| Na tomto obrázku je patrné, jak dojde k vytvoření smyčky antény o stranách 1/4 vlnové délky. |
| Po dokončení "ohýbání" konců dipólů je vidět, že výsledný tvar nám nápadně připomíná smyčku antény Quad. Fázovací vedení mezi dipóly ztrácí význam a tak je odstraněno. Napájecí body horního dipólu vzájemně propojíme a na spodním dipólu je ponecháme - ty stále se jeví, jako symetrické. |
| Je zřejmé, že aktivní element Quad antény je tvořen obvykle čtvercovým rámem, kterého délka (vodič) je rovna elektrické délce vlny. Napájení je uprostřed jedné čvrtvlnové strany. V rozsahu rezonančního kmitočtu a jeho blízkém okolí je rozložení proudu podél vodiče elementu takové, že jen v dvou protilehlých stranách vodiče čtvercového tvaru existují proudy ve fázi, takže se vytváří dvouprvková řada zářičů, jejihž délka se rovná elektrické délce 1/4 vlny a jsou od sebe vzdáleny vzájemně shodně - 1/4 vlny. Na bočních stranách elementu tečou vf proudy v protifázi a jejich vyzařovací účinek se ruší. To platí v případě, že element je přesně symetrický, pokud tak tomu není - posouvají se body, kde se ruší vyzařovací účinek, poněkud jinam. V místě napájení a v protilehlé straně lze zjistit maxima proudu a minima napětí. Přímo proti napájecím bodům existuje bod minimálního napětí, kde je možno anténu v případě nutnosti - uzemnit. Výpočtový odpor záření Rz=110ohm. Vstupní odpor při praktickém měření na reálném elementu Quad antény je závislý na použitém pracovním kmitočtu, výšce elementu nad zemí a obvykle lze naměřit hodnoty v rozsahu pro horní HF pásma (kam spadá i pásmo CB) v rozmezí 80 - 100 ohmů. |
| Někdy se můžeme setkat s tím, že místo napájení je umístěno do vrcholu čtvercového elementu. V takovém případě se i v protilehlém vrcholu vektorově sčítají soufázové proudy, tím se vytváří fiktivní soufázové, paralelně orientované proudy, které vytvoří dvojici prvků anténové řady s příčným vyzařováním. Na obrázku značeno zelenou barvou. Napájení z vrcholu umožní realizovat uspořádání do tzv. tvaru 8. Tímto lze vytvořit víceprvkovou anténu, ktrá se používá obvykle pro oblasti vyšších kmitočtů, kde s ohledem na rozměry se snadno realizuje. |
| Tak a máme vytvořen aktivní smyčkový element antény Quad, který samotný vykazuje zisk 1.87 až 2.1 dBd. Bývá nezřídka stavěn pro spodní HF pásma. Obíbený je v tomto provedení zejména tím, že k jeho stavbě lze s úspěchem využít stávajícího stožáru a kotvících lan. U kotvících lan se poněkud zastavíme. Vycházejme z předpokladu, že budeme stavět zářič pro horizontální polarizaci (na obrázku) - zde nám nebude vadit vodivý stožár. Kotvící vodivé lana musíme pomocí izolátorů elektricky oddělit v místě, kde vodič zářiče se od lana odklání směrem ke stožáru - nejlépe dvojicí až trojicí izolátorů. V místě připevnění kotvícího lana na vrcholu stožáru použijeme taktéž izolátor pro galvanické oddělení od stožáru. Tím si vytvoříme horní část vodiče zářiče, kdy ke spodním koncům připojíme další vodič a tím uzavřeme celou smyčku - zářič je nedělený a vodič zářiče nesmí být spojen s vodivým stožárem, případně kotvami. Pro napájení použijeme koaxiální napáječ a napájení vyřešíme pomocí tzv. GAMA tyče. Stínění připojíme ke spodnímu vrcholu zářiče a "živý vodič na kondenzátor Gama přizpůsobení. Gama přizpůsobení nám v dané situaci výrazně zjednoduší problematiku vzájemného propojení symetrického zářiče a nesymetrického napáječe. Podrobněji bude posáno až v části popisující stavbu více elementové antény Quad. Pro práci na CB pásmu není dovoleno používat horizontální polarizaci - jak tedy vyhovět této pasáži povolovacích podmínek? Jednoduše - napájecí bod přemístíme ze spodního vrcholu k následnému - bočnímu. Tím zářič bude pracovat s vertikální polarizací. V této úpravě ovšem se dostaneme k nepříjemnému problému. Pokud má zářič (anténa Quad obecně) pracovat s vertikální polarizací, musíme zajistit, aby stožár nebyl vodivý. Zde nastávají jisté obtíže. Problém je ve vhodném a dostupném materiálu elektricky nevodivý a přitom dostatečně mechanicky odolný, aby udržel váhu Quad antény. V dnešní době již není nijakým problémem si obstarat za celkem "malé" peníze instalatérské silnostěnné trubky z tvrzeného PVC pro vodovodní vedení do země. Nabízejí se v různých rozměrech a pro uvažované použití vyhoví PVC trubka o průměru 40/30 mm (vnější/vnitřní průměr). Na místě kotvících lan lze s úspěchem použít lana nylonová, čímž nám odpadnou potíže s izolátory. Vodič zářiče můžeme vyrobit z měděného lanka o průměru 3 - 5 mm. Nevylučuji použít měděné lanko opatřené tenkou izolací z měkčeného PVC - zde upozorním na to, že bude nutno upravit délku smyčky - mírně zkrátit (rychlostní činitel). Neodpustím si zdůraznit, že izolace musí být opravdu tenká! Použití tzv. autokabelů nevylučuji, ale díky poměrně silné vrstvě izolace se vystavujeme při oživování antény Quad značným komplikacím, které v některých případech končí "totálním" nezdarem při pokusech o zprovoznění antény opatřené vodiči se silnou izolací, v lepším případě výsledek takové sestavy působí spíše rozpačitě, než uspokojivě. Bohužel - velice často se setkávám s uvedenou závažnou chybou. |
| Výše popsaná sestava zářiče Q-antény je provozně použitelná a z vlastní zkušenosti mohu říci, že je vhodné začít stavět Q-anténu jen jako samostatný zářič. Na této sestavě se máme možnost seznámit s reálným chováním Q-antény a ověřit si zákonitosti spojené s laděním. V pratickém provozu lze zářič Q-antény namontovat na stožár a to ve dvou směrech - za předpokladu použití 4 kotev. Na vrchol stožáru můžeme bez obav připevnit běžnou všesměrovou anténu používanou na CB pásmu. Vhodným anténovým přepínačem můžeme volit použití jednotlivých antén. Anténový přepínač si můžete vyrobit a návod je zde: |
|
|
| Tak a teď se podíváme na to, jak přidáme další elementy k zářiči Q-antény. Vrůzných pramenech je uváděn zisk samotného smyčkového zářiče až 2.1 dBd. Je známo, že u antén typu Yagi přidáním reflektoru ve vzdálenosti 0.2 - 0.25 vlnové délky dosáhneme zisk přibližně 4dB, pokud použijeme kombinaci zářič - direktor ve vzdálenosti 0.1 vlnové délky lze očekávat zisk nepřevyšující 5dB. Z úvodních obrázků je zřejmé, že Q-anténa je v podstatě patrovou soustavou dipólů v malé vzdálenosti - lze očekávat zisk okolo 7 - 8dB. To odpovídá přibližně srovnatelnému zisku tříprvkové antény Yagi. V provozu se ověřilo, že vertikální vyzařovací úhel Q-antény je výrazně menší než u Y-antény. V důsledcích lze konstatovat, že 2 elementová Q-anténa se jeví stejně účinná, jako 4 elementová Y-anténa. V praxi se velice často opomíjí vliv výšky antény nad zemí. K tomu lze uvést, že pro vytvoření dostatečné intenzity vf pole v přízemní vlně je zapotřebí nízkého vyzařovacího vertikálního úhlu. V článku na těchto stránkách lze si doplnit některé informace související s problematikou výšky antény nad zemí na tomto odkazu: |
|
Výkon a některé věci okolo něj
|
| Pro názornost zde uvedu zjednodušenou animaci, na které je zachycen vliv výšky vertikálně polarizované 3 elementové Q-antény nad dokonale vodivou zemí ve vztahu k vertikálnímu vyzařovacímu úhlu. Q-anténa je laděna na střed CB pásma 27.205MHz. Výchozí výška Q-antény je 2 m nad zemí, postupně je zvednuta vždy o 1 m, až do výšky 12 m. Na animaci lze vysledovat, jaké změny ve vertikálním vyzařovacím úhlu se projevují. (Doba výměny obrázků v animaci je prodloužena na 2-3 sec.) |
| Vliv výšky Q-antény nad zemí je zřetelný a obecně můžeme říci, že se podobá i jiným anténám. Pro uživatele CB pásma bude zřejmě zajímavé zjištění, že obdobně se projevuje vliv výšky antény všesměrové s vertikální polarizací. Je zřejmé z animace, že se zvyšující se výškou se vytváří podružné svazky s vysokými úhly vyzařování ve vertikální rovině - jejich počet s výškou antény nad zemí roste. Logicky se celkově vyzářený výkon dělí poměrově do všech svazků. V konečném důsledku lze říci, že lze pro konkrétní anténu najít optimální výšku nad zemí, kdy vyzařování je nejintenzivnější v přízemní vlně. Pro úplnost připomenu, že vysoké vyzařovací úhly ve vertikální rovině slouží jen k "ohřevu mraků" a jejich vliv na tvorbu intenzivní přízemní vlny je negativní. Vyzářený výkon pod vysokými úhly bez užitku odchází do mezihvězdného prostoru a od inosféry se neodráží. Dále můžeme v animaci zjistit vliv výšky Q-antény nad zemí ve vztahu k PSV(SWR), zisku, předozadního poměru i tvaru vyzařování v horizontální rovině (ne horizontální polarizace). Pro další popis Q-antény a konkrétní konstrukci, bude vhodné si některé vlivy výšky antény nad zemí ještě připomenout a tak v průběhu popisu Q-antény se vrátíme k této animaci - pokud nevytvořím novou... |
Obecná teorie týkající se Q-antény 174
Možné varianty konstrukčního uspořádání Q-antény 144
Podrobný návod na stavbu Q-antény pro CB a PMR pásma 206
Autor: Láďa Fórum
Fousáč Plzeň CL-51