Antény Zeppelin 2

Ing. Ivan Vávra, OK1MMN

Některé popisy antén budou ještě upřesněny nebo doplněny podle připomínek kolegů radioamatérů

Článek je pokračováním článku Antény Zeppelin [13], ve kterém byly popsány jednoduché antény Zeppelin a známé typy antén, které pracují na principu této antény. V článku jsou popsány dvojité antény Zeppelin, vhodné anténní tunery pro jejich přizpůsobení, prodloužené dvojité antény Zeppelin a praktická ukázka konstrukce dvojité antény Zeppelin.

Dvojitá anténa Zeppelin - DZ

Dvojitou anténou Zeppelin je v odborné literatuře např. [1] nazýván rezonanční symetrický vícepásmový dipól délky λ/2, se symetrickým napáječem, žebříčkem. Není to tedy anténa s délkou zářiče λ (dvě sfázovaná ramena λ/2 v přímce klasické antény Zeppelin – tedy kolineární anténa). Občas se setkáte i s názvem Doublet, který používá jako napáječ dvojlinku, ale též dva koaxiální kabely, nespecifikované, často libovolné délky. Používají se i zkrácené a modifikované verze takovýchto dipólů, třeba známá G5RV, nebo W4HDX a verze prodloužené, jako je EDZ. Výhodou těchto antén je to, že nepoužívají trapy, které snižují účinnost vícepásmových antén a použití téměř bezeztrátového symetrického napáječe – žebříčku, nebo dvojlinky, umožňujícího napájení zářiče stojatou vlnou. Nevýhodou je pak náročnější mechanická konstrukce a ve většině případů i nutnost použití anténního tuneru nebo balunu, popřípadě obou.

Doporučené rozměry DZ pro základní pásmo 80 m (obr. 1) jsou podle [1]: délka zářiče 41,15 m a délka žebříčku 12,8 nebo 23,6 m - pro klasický žebříček 600 Ω. Pro základní pásmo 40 m pak 20,42 m a 12,95 nebo 19,5 m. Popis takovéto antény včetně symetrického anténního tuneru (AT) naleznete též v [3].

Obr. 1. DZ pro základní pásmo 80 m (40m)

Pokud na konci napáječe, kde je umístěn např. dálkově ovládaný AT provedete propojení obou konců žebříčku [2] a zároveň odpojení a bypass AT např. pomocí relé, vznikne T-anténa pro pásmo 160 m, kterou je možno připojit ladicím kondenzátorem v sérii (asi 500 pF) přímo na střed koaxiálního kabelu 50 Ω, jehož opletení je trvale připojeno k soustavě radiálů (λ/4) a zároveň k zemnícímu bodu AT, podrobnosti naleznete v literatuře [2]. Délka zářiče je pak 40 m a žebříčku 24 m pro všechna pásma 160, 80 a 40m.

Postavil jsem i vícepásmovou verzi DZ s délkou zářiče 2x 40 m, která chodí velmi dobře v pásmech 160, 80 a 40 m. Použil jsem napáječ z US žebříčku - dvojlinky 450 Ω délky 13 m (obr. 2 a 11) s proudovým balunem a krátkým koaxiálním kabelem do nesymetrického anténního tuneru.

Obr. 2. DZ pro pásma 160, 80 a 40 m

Existují i No-Tuner, All-HF-Band verze DZ antény, např. od W5DXP [4] s variabilní (přepínatelnou) délkou napáječe – dvojlinky 450 Ω.

Anténní tunery pro DZ

Problematika anténních tunerů je náročné téma, které je většinou u popisu antén, které ho potřebují vynecháno. Pro orientaci v problematice doporučuji k přečtení články “Antenní tunery“ a “Symetrické anténní tunery“ od OK2BUH [5]. Pro nás z nich vyplývá důležitý fakt, že pro přizpůsobení DZ k transceiveru je nejlepší volbou AT typu L-článek v symetrickém zapojení, nebo v nesymetrickém zapojení s vloženým proudovým balunem (mezi anténou a AT) a samozřejmě může být balun i za symetrickým tunerem (příklad zapojení je na obr. 3).

Obr. 3. Příklad AT symetrického L-článku s balunem

L-články mohou být zapojeny čtyřmi způsoby [5], přepínačem, nebo záměnou vstupu a výstupu je můžeme zredukovat na dva (to platí i pro symetrický L-článek na obr. 3, kde se kondenzátor přepne dvojitým přepínačem na stranu balunu). Přesto správná volba není tak úplně jednoduchá, protože impedance DZ bude mít zcela jistě v pásmu, nebo pásmech, kde ji budeme používat, velkou imaginární složku a my musíme vědět jakou (reaktanci kapacitní se znaménkem - , nebo induktivní se znaménkem +), abychom mohli určit správné zapojení L-článku. Každé zapojení totiž “uladí“ jen určitou oblast impedancí. Je tedy nutné změřit, nebo si nechat změřit, impedanci antény na konci žebříčku, resp. dvojlinky pomocí anténního analyzátoru a to v několika bodech na každém použitém pásmu. Já jsem DZ měřil pomocí MFJ-259B za proudovým balunem. MFJ-259B bohužel zrovna není schopen určit, o jakou reaktanci jde. V takovém případě si pomůžeme připojením malého kondenzátoru paralelně k zátěži, tedy u mě za proudovým balunem na konci dvojlinky. Pokud se hodnota reaktance zvýší, bude reaktance kapacitní (-), pokud se sníží, bude induktivní (+). Podobným způsobem by měl zareagovat analyzátor i při mírném snížení frekvence. Pomocí změřených hodnot můžete správné zapojení určit podle již zmíněných článků [5] od OK2BUH. 100% úspěšnost pro určení typu L-článku a hodnot C a L zaručí použití Smithova kruhového diagramu. Není to tak až tak těžké, pokud si na to troufnete, zkuste program Smith od prof. Fritze Dellspergera, který je možno s určitými omezeními používat zdarma, podrobný návod k němu napsal OK2FJ [6].

Pro anténní tunery pro DZ existují tři v praxi nejpoužívanější řešení. Nejlepším řešením je použití zmíněného symetrického anténního tuneru a to dálkově ovládaného, nebo automatického (ATU). Tuner je připojen na konci žebříčku, dvojlinky venku mimo hamshack a musí být odolný nepřízni počasí.

Doporučuji k přečtení internetovou verzi článku “A Balanced Antenna Tuner“ od AG6K [7], původně zveřejněného v únorovém QST Magazine z r. 1990. Fotografie dálkově ovládaného anténního tuneru - symetrického L-článku od WA1SEO je na obr. 4. Na zdířky kondenzátoru je paralelně přiveden žebříček, k indukčnostem, které jsou klínovým řemínkem spřáhnuty, je pravděpodobně připojen proudový balun.

Obr. 4. Dálkově ovládaný AT od WA1SEO - symetrický L-článek

Další možností je umístění symetrického anténního tuneru do hamshacku s průchodem žebříčku, dvojlinky rámem okna, nebo zdí. Zde může být problém, pro který existuje kompromisní řešení – k průchodu lze použít dva krátké koaxiální kabely umístěné vedle sebe, jako pokračování žebříčku, řešení je popsané v [1] a zobrazeno na obr. 5.

Obr. 5. Průchod žebříčku zdí pomocí dvou koaxiálních kabelů

Malé odbočení: Tato myšlenka pravděpodobně inspirovala některé radioamatéry k náhradě celého žebříčku dvěma koaxiálními kabely a W4HDX popsal v článku [11] takovouto All-HF-Band verzi zkrácené nerezonanční DZ. Podrobný doplněný popis od OK1RR v češtině naleznete též ve [12]. Délka napáječe podle W4HDX může být různá, ale nerezonanční, doporučená je λ/4 + 20% základního pásma antény. Anténa se přizpůsobuje anténním tunerem. Pro výkon do 100 W je možno použít koaxiální kabely RG-58. Příklad: pro pásmo 160 - 10 m je délka ramene antény 32 m, doporučená délka napáječe 50 m a pro pásmo 80 - 10 m je to 16,5 a 25 m. Podobnou, ale nezkrácenou DZ je též Doublet napájený dvěma koaxiálními kabely nespecifikované délky. Jedná se vždy o antény kompromisní.

Obr. 6. Multiband Zepp W4HDX

Zpět k AT: třetí možností je méně čisté řešení, na konci žebříčku, dvojlinky použít proudový balun, buď jako vzduchový z koaxiálního kabelu ve tvaru válce, nebo prstence (jeho rozměry – délku kabelu a počet závitů pro jedno i vícepásmové DZ naleznete v [1] na str. 158), nebo jako toroid s navinutým koaxiálním kabelem např. též podle [1] od W1JR na obr. 7. Napáječ pak pokračuje co nejkratším koaxiálním kabelem rámem okna, nebo zdí na nesymetrický anténní tuner typu L-článek. Použitý toroid pro proudový balun může být např. Amidon T-200-2 pro RG-58 (volíme pokud možno měkčí, ohebnější typ kabelu) nebo větší toroid např. T-300-2 pro RG-59 (viz foto na obr. 12) a pro RG-58 samozřejmě také. Vyrábějí se i profesionální baluny W1JR pro velké výkony (5-10 kW), ty ale používají koaxiální kabel, který má postříbřený středový vodič i opletení a teflonové dielektrikum, plášť je z průhledné hmoty, o níž se výrobce nezmiňuje.

Obr. 7. Proudový balun W1JR z koaxiálního kabelu na toroidu

Na závěr: pozor při vyšších výkonech (nad cca 100 W) mohou být v AT vysoká VF napětí řádu až několika kilovoltů. Je třeba na to AT, napáječ i balun dimenzovat a AT mít uzavřen během vysílání.

Prodloužená dvojitá anténa Zeppelin - EDZ

EDZ – Extended Double Zepp je prodloužená dvojitá Zepelinka, která je podle některých radioamatérů [8] považována za nejlepší drátovou anténu, jaká byla kdy vyvinuta. Vyžaduje velký prostor a je oblíbená hlavně u radioamatérů v USA, kteří jí používají i s velkými výkony pro DX spojení. Má délku ramen zářiče 0,64 λ - 5/8 λ a celková délka zářiče je tedy 1,28 λ – například pro pásmo 80 m je to 100 m. Na obr. 8 je rozložení proudu na EDZ podle [9]. Jedná se tedy o nerezonanční dipól se ziskem okolo 3 dB oproti klasickému dipólu. EDZ jsou jak jedno-pásmové tak více-pásmové a vyžadují minimální výšku nad zemí λ/4, ideální je výška 0,6 λ - například pro pásmo 80 m je to 50 m.

Obr. 8. EDZ – rozložení proudu

Délka napáječe – žebříčku nebo dvojlinky může být různá, podle konkrétního řešení EDZ. V dnešní době se většinou stanoví experimentováním u počítače, např. modelováním antény v programu EZNEC. Obvykle se používají nerezonanční délky (mimo λ/4, λ/2). Žebříček je připojen k anténnímu tuneru a dále pak napáječ pokračuje jako koaxiální kabel do transceiveru (obr. 9).

Obr. 9. Základní zapojení EDZ

EDZ se zejména konstruuje jako jedno-pásmová. Napáječ většinou US žebříček 450 Ω má pak nejčastěji délku odpovídající transformaci impedance zářiče na impedanci připojeného balunu 4:1 [10] a dále pak pokračuje jako koaxiální kabel 50 Ω, rozměry EDZ jsou podle N8ITF [10] přepočtené v metrech. Pro proudový balun (1:1) bývá délka US žebříčku 450 Ω okolo 0,2 λ. Ve středu pásma pak lze dosáhnout PSV 1:1.

Obr. 10. EDZ – rozměry podle N8ITF

Příklad:Pro 1,8 MHz je délka jednoho ramene 101,6 m a délka žebříčku 17,4 m, pro 28 MHz je to 6,53 m a 1,12 m.

Praktická ukázka konstrukce DZ

Díky tolerantním sousedům (což je nezanedbatelná položka při stavbě každé antény) se mi podařilo v místě bydliště realizovat DZ 2x 40 m pro pásmo 160, 80 a 40 m (obr. 11) ve tvaru invertovaného “V“ se středem 17 m nad zemí a konci ramen 6 – 7 m nad zemí.

Obr. 11. DZ 2x 40 m pro pásmo 160, 80 a 40 m

Napájena je US žebříčkem 450 Ω délky 13 m, který je veden souběžně s 5 m stožárkem a dále souběžně se šikmou střechou pod okap, kde je umístěn proudový balun s  koaxiálním kabelem RG-59 (75 Ω) navinutým na toroidu Amidon T-300-2 (otevřená verze pro testování je na obr. 12).

Obr. 12. Proudový balun na toroidu T-300-2 s RG-59

Dále pak kabel RG-59 pokračuje v délce 4,5 m a prochází rozhraním střechy do hamshacku, na nesymetrický AT typu L-článek, horní propust (obr. 13) a z AT vede kabelem RG-213 (50 Ω) v délce 1 m do transceiveru.

Obr. 13. Použitý AT typu L-článek, horní propust

Ladění DZ je ostré, pro první naladění tuneru doporučuji použít anténní analyzátor místo TCVRu a zapsat si polohy ovládacích prvků. Pokud je AT dobře navržen stačí při přelaďování v daném pásmu občasné doladění pouze jedním ovládacím prvkem. AT lze impedanci antény přizpůsobit až na PSV 1,2-1,0 na vstupu TCVRu. Pokud chcete mít pohodlí a smíříte se s většími ztrátami, můžete předladěný AT nechat automaticky dolaďovat vestavěným ATU v transceiveru za provozu.

Subjektivní hodnocení: Anténa je poměrně nízko nad zemí, takže dobře chodí jen po EU, občas se na ní dá (hlavně při velkých závodech) “ulovit“ na spodních pásmech i nějaký ten “amík”. Ve větší výšce by pravděpodobně byly výsledky mnohem lepší. Chodí ale mnohem lépe než předchozí antény zkoušené v mém QTH (LW 52 m, W3DZZ 66 m a Windom 73 m), nemá problém s pronikáním VF do PC a TV a nemá trapy odporující větru a poskytující prostor pro námrazu. US žebříček - dvojlinka 450 Ω je velmi odolná působení slunečního záření, větru i tahu masy zmrzlého sněhu na šikmé střeše, pokud je dobře upevněná a vedená co nejvíce vertikálním směrem k zemi. Nejlépe se osvědčilo uchycení US žebříčku k úchytným bodům nevodivým lanem Mastrant protaženým okénky mezi jeho vodiči.

Na závěr: Komponenty pro jednoduché i dvojité Zeppelin včetně dvojlinky 450 Ω i klasického žebříčku 600 Ω, nebo kompletní hotové antény si můžete objednat i tuzemsku, stačí jen zadat do Googlu např. “KV anténa extended double zepp“, nebo “Drátové antény Zeppelin“ a podobně. Ceny nejsou vzhledem k jednoduchosti antén vysoké. Závěrem přeji hodně úspěchů při experimentování s těmito zajímavými anténami.

Seznam použité literatury a webových stránek

[1] - Rothammels Antennenbuch, 12 edice, Ing. Alois Krischke DJ0TR, DARC 2001

[2] – John Devoldere, ON4UN, Low-Band DXing, ARRL 1999

[3] – Matuszczyk, SP2MBE, Antény prakticky, české vydání, BEN 2005

[4] – W5DXP, No-Tuner All-HF-Band Antenna, http://www.w5dxp.com/notuner.htm

[5] - OK2BUH, Antenní tunery, Symetrické anténní tunery, http://ok2buh.nagano.cz

[6] - OK2FJ, Impedance a přizpůsobení antén pro vysílání, AR 5, 6, 7/2008

[7] - AG6K, A Balanced Antenna Tuner, http://www.somis.org/bbat.html

[8] – G3ZPS, The extended double Zepp (EDZ), http://www.g3zps.com/Page4.htm

[9] - Manuál MFJ-1742, 20 m EDZ

[10] - N8ITF,Building a Double Extended Zepp Antenna, http://home.comcast.net/~n8itf/doubzepp.htm

[11] - W4HDX, This Antenna ls Too Good To Be True, http://www.k6ria.net/antenna/ZEPP.pdf

[12] – OK1RR, Anténa W4HDX Multiband Zepp, AR 4, 5/2005

[13] – OK1MMN, Antény Zeppelin, Ra 06/2011