Semestrální projekt Anténa HB9CV Václav Stefek - 1 -
Tvůrcem antény HB9CV je Rudolf Baumgartner který se narodil 11.11.1914 v Bernu. Jako dvacetiletý mladík se začal živě zajímat o vysokofrekvenční techniku a v roce 1937 se mu podařilo získat oprávnění k provozu vysílací stanice. Odborné studium zakončil v roce 1943. Od té doby byl zaměstnán u firmy Brown Boveri v Baden (ve Švýcarsku) a fy Hasler v Bernu na poli nosné telefonie. V r. 1947 vstoupil do služeb státu pracoval jako inženýr VF techniky v ministerstvu obrany. Zkušenosti načerpané v jeho amatérské praxi měl možnost mnohokrát uplatnit jak na jeho civilní, tak i vojenské životní dráze. Od začátku druhé světové války byl zařazen u spojovacích jednotek švýcarské armády a získal hodnost majora. Jako nadšený radioamatér se postavil celé zařízení vlastnoručně a věnoval se hlavně DX provozu. Anténa HB9CV - Je směrová, díky tomu je možné omezit nežádoucí signály z ostatních směrů nebo je úplně odstranit. - Je dvouprvková a podává výkon jako dobrá tříprvková nebo průměrná čtyřprvková. - Malé náklady ve vztahu k odevzdanému výkonu - Dobrá šířka pásma i na 10m pásmu 28-29.5 MHz. - Je určena je pro jedno pásmo, pokud chceme využívat více pásem je nutné dát více antén nad sebe do určité vzdálenosti od sebe. U antén HB9CV bylo ověřeno, že je lze vzájemně přiblížit na vzdálenost 1/20 λ, aniž by se nějak vzájemně ovlivnily. To platí i pro případ, že prvky druhé antény jsou delší než antény prvé. Jsou-li naopak kratší, můžeme obě antény přiblížit ještě více. Anténa HB9CV patří do skupiny super ziskových antén.žádná jiná dvojice půlvlných dipólu se stejnou roztečí prvků, nemá větší zisk, než anténa HB9CV. - 2 -
Vznik a princip antény HB9CV Klasickou formou zářiče představuje půlvlnný dipól, který má schopnost kmitat na resonančním kmitočtu. V anténě buzené z vysílače vznikají střídavé proudy a napětí, vytvářejí kolem ní rychle vznikající a opět doznívající elektromagnetické pole, které se šíří daleko do prostoru. V důsledku konečné rychlosti šíření elektromagnetického pole 300.000 krm/sec. nestačí se vnější část magnetických silokřivek vrátit včas zpět k anténě a je proto následujícími siločarami jakoby odstrkována. U zmíněného půlvlnného dipólu můžeme pozorovat minimum vyzářené energie podél osy, zatímco maximum je kolmé k ose. Jelikož je tato anténa směrová využil její tvůrce geniální a přitom jednoduché řešení které bylo navrženo již před mnoha lety japonským vědcem Yagim. Umístíme-li totiž blízko sebe (ve vzdálenosti asi λ/4 až λ/10) dva dipóly, přičemž jeden z obou budíme energií z vysílače, počne druhý vlivem elmg. pole vzniklého kolem prvého dipólu parasitně kmitat. Prodloužíme-li však nyní tento parazitně napájený prvek, pak již nebude mít přesnou resonanci s prvkem buzeným, bude zatížen induktivní složkou, čímž dojde k fázovému posunutí, které má za důsledek, že vyzařování energie ve směru A se podporuje (obr. 2), zatímco ve směru B působí proti. Opačně se bude chovat prvek který uděláme kratší než odpovídá resonančnímu kmitočtu, neboť na něm bude převládat kapacitní složka, která vyvolá fázové posunutí opačného směru, než tomu bylo v předchozím příkladu a prvek působí tedy jako direktor a musíme jej tedy zařadit před zářič. - 3 -
Uspořádáme-li oba právě popsané prvky kolem zářiče, dostáváme vlastně klasickou formou Yagiho antény, čili tříprvkové směrovky (obr. 3). Taková anténa je v porovnání s normálním dipólem podstatně výkonnější. Případným dalším přidáváním prvků, hlavně direktorů, jak se to obvykle dělá u antén pro VKV, můžeme dále zvyšovat zisk. Přírůstek zisku však již od 4. prvku je velmi malý a s každým dalším dalším prvkem klesá. Důvodem, proč se Yagiho anténa těší takové oblibě tkví v tom, že je u ní třeba napájet jen jediný prvek, lze ji mechanicky řešit jako celokovovou, čímž se stává velmi odolnou vůči povětrnostním vlivům. Účinnost každého parazitně buzeného dipólového prvku je však nejistá a v žádném případě ji nelze srovnávat s účinností přímobuzených prvků. Tím se dostáváme k myšlence napájet reflektor i direktor přímo z vysílače se správným fázováním a tím se přiblížit k 100% účinnosti. Zde musíme nutně jen na základě úvahy dojít k závěru, že svazkování elmg. energie, jakož i její vyzáření, je u dvou prvků přímo buzených lepší než u tříprvkové Yagi, což je dnes již plně prokázáno. Zůstává otázka, zda však můžeme i navzdory komplikovanému napájení postavit takovouto anténu tak pevně a trvanlivě jako anténu Yagiho. Přibližně v roce 1951 popsal H. J. Gruber W8MGP plněbuzenou dvouprvkovou anténu označenou jako ZL - speciál, která sestává ze dvou smyčkový dipólů (obr. 4). I když byla dokázána její výkonnost, přece jen bylo její konstrukční řešení poněkud obtížné, neboť si vyžadovalo silné nekovové nosné konstrukce, na níž pak byly oba smyčkové dipóly mnoha rozpěrkami upevněny. Směrovka HB9CV sjednocuje v sobě elektrické přednosti vzájemného napájení obou prvků, jakož i mechanickou pevnost konstrukce antény Yagi. Jde o dva jednoduché dipóly buzené přes přizpůsobovací úseky tvaru T (obr. 5). Podstatné zjednodušení tkví v tom, že celý napájecí systém je z měděného drátu, provedení je jednoduché, náklady zanedbatelné a konstrukce i po pětiletém provozu elektricky stálá a odolná proti povětrnostním vlivům. Pásma a použití HB9CV Tato anténa je velmi populární a používá se v kmitočtovém pásmu od 160 metrů do 70 centimetrů. Což odpovídá konci 6 (MF- Medium Frequency ) až začátku 9 pásma(uhf- Ultra High Frequency) dle ITU-T. Byla vyvinutá především pro DX provoz na tak zvaných horních KV pásmech. Velikost antény je dána pásmem na kterém bude pracovat. Velikost lze určit z následujícího obrázku. Také záleží na průměru trubek nebo drátu ze kterého je anténa vyrobena, ale né tolik jako na délkách prvků. Např. na pásmu 160m (1.875MHz) bude délka reflektoru cca 80m a délka direktoru 73m a pro pásmo 70cm (428.57MHz) bude délka reflektoru cca 35cm a délka direktoru 32cm - 4 -
Používá se jak horizontální tak vertikální polarizace. U vertikální polarizace se směrovost zmenšuje. U pásma CB se však používá vertikální polarizace. Vliv okolí Je známo, že na dobré vyzařování vlastnosti směrovky má vliv jak blízké, tak vzdálené okolí. Rovněž stínící účinek blízkých hor nemůže být překonán ani směrovkou. Nejlepším stanovištěm je ploché převýšení okolí s dobrou vodivostí půdy. Vrcholy kopců nebo vysoké budovy jsou v důsledky špatné nebo neurčité vodivosti méně vhodné, neboť špatně odráží vlny do prostoru. Nejlepší podmínky pak mají lodě vzhledem k dobré vodivosti mořské hladiny. U většiny stanic umístěných v městech nebo hustě zastavěných osadách ztrácí se většina odražené vlny v překážkách v blízkém okolí. Mnohdy je podstatně ovlivněno okolními budovami i přímé vyzařování z antény. Rozdíl mezi takto špatně situovanou městskou stanicí a stanicí na venkově je až 10 db. Což může dle tabulky představovat rozdíl mezi slabým a středně silným signálem. Síla U ant Čitelnost Šum Slyšitelnost přijímače S db μv R signálů ruší 0-54 0,1 1 1 neslyšitelné jen šum 1-48 0,2 1 1 sotva slyšitelné velmi silně 2-42 0,4 2-4 1-2 velmi slabé velmi silně 3-36 0,8 3-5 2-3 slabé silně ruší 4-30 1.5 4-5 3-4 ještě slabé poměrně silně - 5 -
5-24 3 5 4-5 středně silné středně silně 6-18 6 5 5 dobrá poměrně slyšitelnost slabě 7-12 12 5 5 poměrně silné slabě 8-6 24 5 5 silné velmi slabě 9 0 50 5 5 velmi silné neslyšitelně 9 +6 100 CW Fone 9 +12 200 CW Fone 9 +18 400 9 +24 800 9 +301,6mV Stavba antény lze provézt v podstatě téměř z jakéhokoli vodivého materiálu (drát, trubka, jakl, ). Mechanická stránka sestavení antény je poměrně jednoduchá. Na internetu je mnoho programů na vypočet délek prvků podle kterých se cca řídíme. Horší je to ovšem s následným doladění antény na požadovaný rezonanční kmitočet. Abychom toho dosáhli upravujeme délky prvků. Jednotlivé elementy můžeme proměřovat zvlášť, pomocí anténového analyzéru nebo šumového můstku zjistíme rezonanční kmitočet elementu. Při rezonančním kmitočtu vyšším, než je požadovaný, zvětšíme délku elementu Anténa ve skutečnosti - 6 -
Simulace antény : Mmana-gal - HB9CVH - simulace je provedena pro pásmo 20m Smith přizpůsobení antény na 50 Ohm - 7 -
Použitá literatura: -Překlad instrukční příručky Rudolfa Baumgartnera HB9CV Die HB9CV Richtstrahlantenne, vydané DL1CU, Stuttgart 1 - Jan Bocek, Jiří Škácha, Magické dvouelementové směrové antény pro KV -http://www.cbdx.cz - http://cs.wikipedia.org/wiki/r%c3%a1diov%c3%a9_vlny - http://www.cbmonitor.cz/ - http://www.crk.cz - 8 -