Anténa W5GI mystérií zbavená
John P. Basilotto, W5GI, v článku [1] (stahujte
zde) popsal anténu, pokrývající amatérská pásma od 80 do 6 m.
Anténa je konstrukčně jednoduchá, levná, vícepásmová a má délku necelých 31 m.
Sám autor i mnozí příznivci této antény však uvádějí, že tuto anténu "je
obtížné, ne-li vůbec nemožné namodelovat a vysvětlit, proč pracuje tak dobře,
jak pracuje" [2].
Anténa je podobná vícepásmovému dipólu G5RV, který v pásmu 20 m představuje tři
půlvlnné úseky. Ty jsou u antény G5RV napájeny v protifázi, proto autor začal
uvažovat, jak zlepšit funkci antény zejména v pásmu 20 m tím, že úseky budou
napájeny soufázově. Inspirovat se nechal článkem J. E. Taylora, W2OZH [3] z
roku 1989, popisujícím kolineární anténu, konstruovanou z drátu.
Myšlenka kolineární antény není nová, velmi podobnou anténu popsal např. K3AZ
již počátkem 70. let minulého století, popis této antény najdete např. na
internetu [4]. Určitým problémem podobných antén byly nešikovně konstruované
úseky, otáčející fázi, které byly vytvořeny z žebříčku, visícího z horizontálně
nataženého drátového zářiče. W5GI se pokusil tyto úseky vytvořit z koaxiálního
kabelu a uspořádat je tak, aby se staly mechanickou součástí antény (obr. 1).
Právě v uvědomění si funkce těchto úseků je klíč k pochopení funkce této
antény, k jejímu modelu, ke stanovení kritických parametrů a bohužel i k
výroku, že ani zde se nejedná o žádný zázrak, ale pouze o šikovně zkonstruovanou
anténu, která nevyvrací platnost fyzikálních zákonů, ale naopak ji potvrzuje.
Obr. 1. Anténa W5GI
Pokud si pozorně přečtete manuály k programu NEC (lze je
najít např. na [odkaz]) nebo
velmi názorný manuál programu EZNEC, který vytvořil Roy Lewallen, W7EL (lze
stáhnout na [odkaz]), neujdou vaší
pozornosti různé triky, jak modelovat různé, i neobvyklé vyzařovací struktury.
Plná verze programu NEC, který je volně šířitelný, umožňuje také používat úseky
vedení (transmission lines). Jejich pomocí se tedy pokusíme namodelovat anténu
W5GI.
Úseky vedení jsou v NEC-2 implementovány jako nevyzařující. Nic však nebrání
paralelně s takovým úsekem vedení "natáhnout" vodič - tak se např.
modeluje i obyčejný dipól, chceme-li do modelu zahrnout i napáječ. Podobně
můžeme postupovat i v případě antény W5GI.
CM An attempt to model the W5GI multiband dipole
CM as described in CQ, July 2003, pp. 18-19 & 22
CM 'The W5GI Multiband Mystery Antenna'
CM by John P. Basilotto, W5GI
CE created by OK1RR 22-nov-03
SY tlen = 12.153
GW 1 10 -15.09 0.0 20.0 -10.06 0.0 20.0 0.002
GW 2 10 -10.06 0.0 20.0 -5.03 0.0 20.0 0.002
GW 3 10 -5.03 0.0 20.0 -0.05 0.0 20.0 0.002
GW 4 1 -0.05 0.0 20.0 0.05 0.0 20.0 0.002
GW 5 10 0.05 0.0 20.0 5.03 0.0 20.0 0.002
GW 6 10 5.03 0.0 20.0 10.06 0.0 20.0 0.002
GW 7 10 10.06 0.0 20.0 15.09 0.0 20.0 0.002
GW 8 1 -0.05 0.0 20.0-tlen 0.05 0.0 20.0-tlen 0.002
GE 0
TL 2 1 2 10 50.0 5.03 1000000.0
TL 6 1 6 10 50.0 5.03 0.0 0.0 1000000.0
TL 4 1 8 1 300.0 tlen 'feed
LD 5 1 0 0 25000000.0 0.0
LD 5 2 0 0 25000000.0 0.0
LD 5 3 0 0 25000000.0 0.0
LD 5 4 0 0 25000000.0 0.0
LD 5 5 0 0 25000000.0 0.0
LD 5 6 0 0 25000000.0 0.0
LD 5 7 0 0 25000000.0 0.0
LD 5 8 0 0 25000000.0 0.0
EX 0 8 1 0 1.0 0.0
GN 2 0 0 0 13.0 .005
'FR 0 1 0 0 7.02 0.0
FR 0 1 0 0 14.05 0.0
'FR 0 1 0 0 28.05 0.0
'FR 0 1 0 0 21.05 0.0
EN
Model obsahuje funkci symbolické karty SY podle implementace
4NEC2D, která mj. umožňuje funkci optimizéru. Zakomentované řádky umožňují
snadné modelování na jiných frekvencích. Je samozřejmě nutné modelovat rovněž i
napáječ!
Výsledky modelování ukazují následující obrázky:
Obr. 2. Průběh ČSV od 3 do 30 MHz.
Obr. 3. Průběh vstupní impedance od 3 do 30 MHz ve Smithově diagramu.
"Hranatost" spirály je způsobena zvoleným krokem 200 kHz.
Obr. 4. Vyzařovací diagram antény W5GI ve vertikální rovině v pásmu 14
MHz.
Obr. 5. Vyzařovací diagram antény W5GI v horizontální rovině v pásmu 14
MHz.
Obr. 6. Trojrozměrný vyzařovací diagram antény W5GI v pásmu 14 MHz.
Autor uvádí i praktické hodnoty ČSV, naměřené analyzátorem MFJ-259:
|
Frekvence (MHz) |
ČSV |
R |
X |
|
3,55 |
1,5 |
42 |
34 |
|
3,65 |
2,5 |
98 |
61 |
|
3,85 |
3,5 |
48 |
61 |
|
3,95 |
4,0 |
22 |
36 |
|
7,0 |
1,9 |
95 |
12 |
|
7,2 |
3,0 |
22 |
25 |
|
10,1 |
5,2 |
22 |
50 |
|
14,0 |
1,7 |
37 |
19 |
|
14,2 |
1,5 |
42 |
18 |
|
14,3 |
1,6 |
43 |
22 |
|
18,15 |
1,9 |
93 |
13 |
|
21,3 |
2,9 |
120 |
46 |
|
24,9 |
1,9 |
35 |
23 |
|
27,8 |
2,1 |
26 |
16 |
|
28,35 |
1,8 |
33 |
20 |
|
29,5 |
2,6 |
53 |
55 |
|
50,11 |
2,3 |
51 |
37 |
|
52,5 |
1,2 |
57 |
7 |
Uvedené údaje platí pro délku napáječe, tvořeného vzdušnou dvoulinkou, která odpovídá l/2 na 14 MHz vynásobenou příslušným zkracovacím činitelem. Výsledky, kterých "dosáhl" zmíněný model ve výšce 20 m nad průměrnou zemí jsou podobné jen částečně:
|
Frekvence (MHz) |
3,6 |
7 |
10,1 |
14,0 |
18,1 |
21,0 |
24,9 |
28,0 |
|
ČSV |
4,6 |
2,2 |
94,3 |
1,4 |
6,3 |
31 |
3,0 |
18,4 |
Minima byla dosažena na těchto kmitočtech:
|
Frekvence (MHz) |
3,6 |
7,2 |
14 |
18,8 |
24,8 |
30 |
|
ČSV |
4,6 |
1,6 |
1,4 |
1,4 |
2,2 |
1,8 |
Jako velmi kritická se ukázala délka napáječe, tvořeného
vzdušnou dvoulinkou, tzv. žebříčkem. Původní pramen doporučuje délku 8 - 11 m,
pro její optimalizaci jsem proto použil zmíněnou symbolickou kartu SY v modelu
4NEC2. Výsledkem optimalizace byla kompromisní délka 12,153 m, pro kterou platí
uvedené údaje. Z výsledků je patrné, že anténu bude možné jen obtížně
přizpůsobit na pásmech 10,1 a 21, případně i na 28 MHz.
Na základě uvedeného modelu jsem anténu W5GI vyrobil a vyzkoušel na třech
různých přechodných stanovištích s použitím transceiveru Kenwood TS-950SD.
Anténa byla dolaďována pouze vnitřním anténním členem transceiveru. Na 80 m bylo
možné anténu poměrně dobře přizpůsobit, ale výsledky jsem nebyl nijak nadšen -
anténa byla vždy ve výšce kolem 12 m a vlastní napáječ sahal prakticky k zemi.
Na 40 m anténa fungovala velmi dobře jak po Evropě, tak nebyl problém dovolat
se na DX stanice včetně expedic. Na 30 m nebylo možné anténu přizpůsobit, což
jsem očekával, na 20 m však anténa předčila veškerá očekávání. Při srovnání s
vícepásmovým vertikálem Cushcraft AP8-A byly reporty od stanic W6 většinou o 2
S lepší s anténou W5GI, než s vertikálem. Na 17 m bylo ladění antény
problematické a poměrně ostré, na 15 m se anténu podařilo přizpůsobit jen
částečně, výsledné ČSV bylo přibližně 2,6 a transceiver dodával do antény místo
očekávaných 150 W pouhých 60 W. I přesto se poměrně dobře dařilo navazovat
spojení s DX stanicemi.
Na 12 m pracovala anténa velmi dobře, transceiver dodával plný výkon a dosažené
výsledky byly buď shodné s vertikální anténou Cushcraft, nebo o 1 S stupeň
lepší. Na 10 m anténa zklamala - ostré ladění, ČSV se měnilo, pokud se anténa
pohupovala ve větru, ovšem objektivních výsledků se díky podmínkám šíření
nepodařilo dosáhnout.
Anténu lze díky její jednoduchosti a láci doporučit, zejména pro práci z
přechodného stanoviště. Podmínkou úspěchu je odpovídající výška nad zemí, 12 m
je skutečně málo. Změnou délky žebříčku lze anténu optimalizovat pro určité
pásmo, samozřejmě na úkor pásem ostatních. Na anténě W5GI tedy není nic
mystického, výsledky jsou přibližně srovnatelné s anténou G5RV, která je,
stejně jako W5GI, stejně choulostivá na umístění. Na 20 m je však tato anténa
opravdu vynikající a jejích 9 dBi zisku je opravdu znát.
OK1RR
Literatura:
[1] http://www.c-a-v.com/e107_plugins/content/content.php?content.92
[2] Basilotto, J. P.: W5GI Multiband Mystery Antenna, CQ July, 2003, str. 18-19, 22
[3] Škácha, J.: Vícepásmová anténa W5GI, Radioamatér (ČRK),
5/2003, str. 22-23
[4] Taylor, J. E.: COCOA - A Collinear Coaxial Array, 73 Amateur Radio, Aug.
1989, str. 24
[5] Geerligs, Frits: VERKORTE UNIVERSELE MULTI BAND DIPOOL