VÝROBA LADĚNÉ ANTÉNY "MOXON" PRO PMR TRX

NA VLASTNÍ NEBEZPEČÍ !!! JESTLI SI NEVĚŘÍŠ, ŽE TO ZVLÁDNEŠ, JDI OD TOHO !!!

Autor tohoto postupu nenese žádnou zodpovědnost za případné škody, a UPOZORŇUJE, že použití externí antény v pásmu PMR je porušením VO-R/3/07.2005-16. Popisovanou anténu lze použít jen pro DX poslech nebo k experimentům držitelů HAM licence a/nebo na vlastní riziko.

   Leslie A. "Les" Moxon, G6XN, of Surrey, England, zemřel ve svých 95 letech 3.3.2004 a byl nejstarším amatérským operátorem ve Spojeném Království. Radioamatérskou licenci získal již v roce 1928. Napříč světovou komunitou radioamatérů byl známý svými publikacemi o anténách. Asi nejpopulárnější je jeho kniha HF Antennas for All Locations.

    David Sumner, K1ZZ, ARRL CEO o jeho díle prohlásil, že "... jeho publikace nastavily standard praktických příruček o anténách a zůstávají klasikou mezi odbornou literaturou ..."

   "He always liked to live on the top of a hill--good for propagation of radio waves," ... vždy rád bydlel na vrcholu kopce, kde se dobře šířily rádiové vlny - říká jeho syn David.

   V posledních letech života našel Les Moxon hluboký zájem o theologii, ale v éteru nebyl aktivní až posledních pár měsíců před smrtí. 10.3.2004 jej vyprovodili na poslední QTH jeho žena Nancy a syn David.

 

Byl jsem jednou na svém oblíbeném portejblu na Měděnci, když tam přijel i německý pár na motorce. Rozhlíželi se do kraje, když tu On se vydal směrem ke mě. A jéje, zase se budu z němčiny potit až na pr..odloužených zádech. Ale on začal anglicky, tedy anglicko-německy. První co mi řekl, že je radioamatér, zajímal se o RIG a anténu. Měl jsem tam tenkrát Zacha ZK4P a také 4EL YAGI. Poslechl pár spojení a říkal něco o tom, že ty antény jsou velký a blbě se to nosí na kopec a ať si udělám moxona. No nevěděl jsem co to je. Ale on že je to legrační anténa, že pro naše pásmo by byla skoro do kapsy, že je prostě perfektní a klackem do písku mi namaloval obdélník. To prý je ono a vymyslel to pan Moxon a tak se jí říká Moxonův obdélník (Moxon´s Rectangle). A pak jsme se rozloučili. Velmi příjemný člověk to byl, i jeho paní. Nějakou dobu jsem na to nemyslel, ale tuhle jsem si HB9CVčkem málem vypíchnul oko a vzpomněl si na tu legrační anténu z Měděnce. Tou si přece nemůžu nic vypíchnout, když je to uzavřený obdélník. A začal jsem hledat ...

Takže - především uvedu, kde toho je nejvíc. Nejvíc toho najdete ve zlatém dole všech milovníků domácí stavby antén, tedy u Cebika, W4RNL. Základní schéma této antény je jednoduché.

Rozměry ABCDE vypočítáte pomocí Moxon-generátoru, který na základě algoritmu vytvořeného právě Cebikem napsal Dan Maguire, AC6LA

Parametry antény :

Impedance v napájecím bodě 50 Ohmů (!!! to je luxusní parametr pro přizpůsobení !!!),  zisk antény je při vertikální polarizaci až 5.5dBi, směrový předozadní poměr až 25dB, je velmi levná a velmi malá, dá se jednoduše postavit z čehokoliv vodivého. Od měděného drátu o průměru 2mm až po různé trubičky. Já jsem použil mosaznou trubičku průměr 6mm a tl. stěny 0.5mm, kterou koupíte v OBI za 69Kč/m. Z toho metru spotřebujete 64cm.

Na tomto místě bych chtěl upozornit, že rozměry jsou skutečně kritické a pokud toho jste schopni, dodržte i ty desetiny milimetru. KRITICKÝM ROZMĚREM č.1 JE "C" - MEZERA MEZI PRVKY. Při ladění antény totiž zjistíte, že podle použitých materiálů (prvky a izolace) se právě tento rozměr bude od teorie lišit. Jsou to desetiny milimetru, ale bude. Dále upozorňuji, že rozměry je třeba měřit v ose materiálu prvků. Asi takto, jako na ilustračním obrázku (těch hodnot u kót si nevšímejte, nebo si to postavte, pokud budete chtít MOXONa pro dvoumetr. HI).

Na obrázku sice vidíte zakulacené rohy, ale Cebik naopak doporučuje provést rohy pokud možno co nejostřejší. Vlastní výrobu antény nebudu popisovat, pouze sem vložím sérii obrázků, určitě postup pochopíte. Nemusíte se provedením řídit doslova. Pokud ano, dejte prosím pozor na tu vrtačku. Prstů máte jenom deset.

Tak máte moxona skoro hotového. Poznamenám, že po rozdělení zářiče na polovinu a vložení izolačního kolíku (jsou to truhlářské kolíky z tvrdého dřeva o průměru 6mm a snesou i teplotu pájky), musíte opět získat správný rozměr "A". Dvakrát měřte, třikrát počítejte a jednou řežte. Trubičku jsem pájel klasickým neekologickým cínem PbSn.

Kolíky zabrousíte tak, aby po dosednutí na sebe byla mezera mezi konci prvků < než vypočítaná hodnota "C". Tím získáte prostor pro dolaďování antény. Sestavení jsem provedl do plastové trubičky ALFER o průměru 7.5mm. Jeden metr stojí v OBI 20,-Kč. Zrada je však v tom, že vnitřní průměr je jen 5.5mm. Takže po odříznutí dvou stejných kousků jsem je v ruce provrtal 6kou vrtákem. První jsem dělal velmi opatrně a povedl se bezvadně. Při druhém kousku jsem byl již mistr světa, vrták profičel a chytil mi na druhé straně prst. TAK BACHA - a nebo to vyřešte jinak. Paralelně se mnou tuto anténu řešil i Standa Králíky a u něho na webu najdete jeho postupy a poznatky ze stavby. Spoustu další inspirace najdete na internetu, ale to vám nemusím povídat.

Na naladěné anténě jsem provedl měření a jeho výsledek je na prvním grafu. Druhé dva grafy jsou vygenerovány pomocí modelu programem EZNEC. Vidíte na tom hezky, že teorie a praxe spolu v tomto případu hezky korespondují a to, že jsem u skutečné antény s rezonancí "utekl" trochu nahoru je asi způsobeno právě i nepatrnými nepřesnostmi.

První pokusný vzorek byl nasazen na Dlouhé louce a ačkoliv nebyl tenkrát vůbec naladěný, jako podpůrná konstrukce sloužila stará násada od koštěte a kabel byl jenom připájený a nikterak směrovaný podle posledních Standových poznatků, byl výsledek překvapující. Jak je to legrační anténa - no podívejte na obrázky. Ale mít 5.5dBi a SWR 1:1.04 skoro v kapse - no nezkuste to, že? Až bude hotová definitivní konstrukce ráhna, doplním fotografie.

 

Po praktických zkouškách a testech jsem zjistil, že to opravdu chodí, ale stále to není to pravé. Začal jsem tedy studovat teorii napájení antén a došel jsem k tomuto závěru.

Protože MOXON je symetrická anténa a já jí napájím nesymetrickým byť impedančně přizpůsobeným kabelem, provádím asi něco nekorektního. Zjistil jsem (studiem) následující skutečnosti.

1) Většina amatérských vysílačů (transceiverů) používá nesymetrický výstup 50 Ohmů. Je tedy konstruována pro napájení antény nesymetrickým koaxiálním kabelem. Signál z koncového stupně je vedený středovým vodičem a vztažná "zem" je vnitřní povrch stínění koaxiálu. (Vf proudy se šíří po povrchu vodičů - jev je nazýván "skin effect"). Tyto dva proudy mají stejnou amplitudu, ale jsou posunuty o 180° vůči sobě. Tyto dva proudy v protifázi se vzájemně ruší a zabraňují tak vyzařování samotného napáječe antény. Tím je zajištěn transport maxima vf energie k anténě.

2) MOXON je symetrická anténa, která má dva identické elementy napájené signály posunutými o 180°. Je běžnou praxí napájet takovou anténu přímo nesymetrickým koaxiálním kabelem. Na styku nesymetrického kabelu a symetrické antény (feed point = napájecí bod) vzniká proud, který se šíří po vnějším povrchu stínění kabelu zpět k výstupu transceiveru. Tento proud je v literatuře nazýván jako "common-mode current", protože jeho směr je stejný jako směr proudu ve středovém vodiči kabelu.

3) Common-mode proud má tři hlavní nevýhody. Jako první - vyzařuje vf energii a tím deformuje vyzařovací diagram samotné antény. Anténa "šilhá". Výsledný vyzařovací diagram antény pak nelze vůbec předvídat, natož exaktně určit. Za druhé - tento proud snižuje energii, kterou by anténa měla vyzářit do prostoru směrem k protistanici. A do třetice - tento proud může směřovat zpět do výstupu vysílače, kde jednak namáhá koncový stupeň a také - a to je horší - může způsobit zkreslení vysílaného audiosignálu.

Řešením je zařazení prvku nazývaného balun mezi konec napáječe a feed point antény. Balun se mu říká proto, že transformuje symetrický (balanced) vstup antény na nesymetrický (unbalanced) napáječ. tento prvek může také impedančně přizpůsobit anténu k impedanci napáječe nebo naopak. Moje situace je o to jednodušší, že anténa i koaxiální napáječ již impedančně přizpůsobeny jsou. Musím omezit common-mode proud na minimum a k tomu použiji proudový balun (current balun 1:1), který je dostatečně širokopásmový. Eliminace common-mode proudu také příznivě působí na prevenci rizika RFI a TVI (rušení rozhlasu či televize).

Pokud vás to zajímá hlouběji, zajímavou prezentaci o funkci balunu najdete zde. Další neméně zajímavé prezentace potom na stránkách York County Amateur Radio Society tedy zde.

Vyrobíte jej (balun) jednoduše. Zvláště pak pro naše frekvenční pásmo. Konec napájecího koaxiálního kabelu svinete před připojením k anténě do cívky s asi čtyřmi až pěti závity na průměru asi 3-5 cm. Nebo - na kabel navléknete feritové jádro, které získáte třeba z vyřazených kabelů VGA monitorů. Abych se přiznal, zkoušel jsem obě varianty a to jádro je mnohem jednodušší než motat koaxiální kabel do cívky. 

 

Koaxiální kabel feritem jednoduše protáhnete a jádro zafixujete co nejblíže k anténě. Toto opatření stačí k tomu, aby anténa vyzařovala se správným diagramem a maximum energie. Praktické řešení (i když provizorní) je ukázáno na obrázku. Konečné řešení je třeba zajistit proti vlivu počasí.

Nyní mě čeká konečné konstrukční řešení antény, aby nebyla vlivem podpůrných elementů zbavena své hlavní výhody - malá, skladná snadno transportovatelná. Až to bude hotové, doplním to sem. 

   

Laboroval jsem s polohou napáječe vůči anténě a nyní, při této poloze koaxiálního kabelu nešilhá skoro vůbec. Otáčením kolem svislé osy je zmenšování výchylky čichátka asi do 70° rovnoměrné na každou stranu, potom prudce spadne téměř na "nulu". Kabel vedu kolmo na zářič, ale v rovině antény. Ta smyčka dozadu je asi důležitá (více nebo méně a jak pro koho), protože její velikost mi vyzařovací diagam ovlivňovala (doprava šla anténa víc). Proudový balun musí být opravdu až na úplném konci kabelu, tam kde se koaxiál rozdvojuje. Průhyb té smyčky od reflektoru antény mám asi 7cm. Až k reflektoru je kabel vedený kolmo na prvky antény. Vše by mělo být jasné z obrázků.

Zkoušel jsem přes S45ku nahodit OK0BEZ asi na 20km přes převýšení široké dobře 10-12km a vysoké asi 100m (z dolíku do dolíku). Pozice antény bala na balkóně v přízemí uprostřed vysoké městské zástavby. Na HB9CV byl report od OK0BEZ S2, na MOXON S4, při napájení 5V potom S6!

Konečné řešení uchycení antény na nosnou konstrukci z PVC trubky ALFER je na obrázcích. Zezadu na reflektoru jsou připájeny dva šrouby M4 a anténa je připevněna na nosnou trubku. Při kontrole parametrů se proti původním hodnotám nic nezměnilo. Šrouby na reflektoru anténě nevadí.

  

  

Tuto anténu jsem si opravdu užil a při stavbě se dobře bavil. Děkuji pane Moxone.


NĚKOLIK UKÁZEK KONSTRUKCÍ OD "DR OMs"


Jako první bude Standa a podrobný popis najdete na jeho webu zde. Standa spolupracoval na vývoji a laboroval s vedením napáječe. 

Dalším je Roman Modřany, anténa je také na jeho webu zde. Na portejblovém stožáru mu to sluší (MOXONu). Pracoval pro změnu s hmoždinkami na místě izolace elementů. Na elektrikářskou PVC trubku anténu přilepil tavným lepidlem.

  

A do třetice Vilém, který poslal i stručný popis:

Konstrukce: Materiál svařovací drát pro nerez průměr 1,6 mm.
Mechanické spojení reflektoru se zářičem: pájením přes pásky cuprextitu asi 30x6 mm (uprostřed v patřičné délce přerušená Cu folie)
Ladění: posouváním reflektoru v miniaturních „lustr“ svorkách připájených na na opačný konec cuprextitových pásků.
Moje zkušenost: Při ladění je patrné maximum, ale očekával jsem ostřejší. Na indikátoru je asi o 40 % silnější signál než s mojí anténou HB9CV. Směrové účinky přibližně podobné. Ještě trochu "šilhá", ale s tím se dá počítat. Na dálkové spojení venku zatím nevyzkoušeno pro to psí počasí. 

Vilém


Hodně úspěchů a zábavy při práci

73! Franta CV