Noha nem láttam még statisztikát arról, hogy a rádióamatőrök hány százaléka küzd a QTH-ján zsibbasztó antenna korlátozásokkal, de úgy érzem ez a szám jóval az 50% felett lehet. Főleg, hogy a magyarországi rádiósok jelentős hányada Budapesten él. Aki a külvárosi, kertes övezet szerencsésebb lakója, néha az sem engedhet meg magának mondjuk 40 méter hosszú vezetéket kifeszíteni. Az ismerőseim helyzetét ismerve az átlagos lehetőség a 20 métert alig haladja meg. Hozzám hasonlóan, mások is sok módon próbálnak boldogulni az ilyen korlátok közti rádiózással. Több féle antenna próbálkozásom volt már. Az egyik sikeres az FD3 antenna. Ezt ismertetem az alábbi cikkemben.

A Windom antennát Loren Windom, W8GZ/ W8ZG, publikálta az amerikai QST Magazin, 1929. szeptemberi számában. Róla nevezték el, noha Ő világosan leírta, hogy nem Ő találta ki, hanem John Byrne, a Bell Telephone Laboratories-től, Ed Brooke, szintén a Bell Telephone-tól és John Ryder irányítása alatt Prof. W. L. Everitt, az Ohio-i Állami Egyetem Elektromos Tanszékről. Az eredeti leírásban nem két vezetéken történt a táplálás, hanem csupán egyetlennel.

Ez akkoriban azért volt korszakalkotó újítás, mert a II. Világháború előtt és alatt sokan csak dipól antennákat használtak. Sávváltásnál cserélgették az antennákat, vagy csak a hosszabbító tekercseket. A háború végén kezdett terjedni az építési láz, mert a Windom antenna több sávos, és a rezonáns sávokon nem igényli antenna hangoló (ATU, vagy Tuner) használatát. Azóta két fő változata van, az FD4 és az FD3 antenna. Az FD4 ötsávos (80m, 40m, 20m, 15m és 10m), az FD3 pedig csak három (40m, 20m és 10m). Vizsgálataim és tapasztalatom alapján az FD3 antenna a 6 méteres sávot is, módosítások nélkül tudja!

Léteznek ennek az antenna fajtának bővítései a WARC-sávokra (30m, 17m és 12m) is, a betáplálási ponthoz illesztett rövid vezetékszakaszokkal, de ezzel e cikkben nem foglalkozok (viszont a cikkem alján letölthető YL2MK írása bőségesen).

Az FD4 hossza megegyezik a 80 méteres sávra tervezett dipólus antennáéval, ami kb. 41 méter. Ennek rövidebb kistestvére az FD3, melynek hossza csupán az előbbinek fele.

A szükséges, teljes vezetékhosszat (2mm-es sodrott rézvezeték, PVC szigeteléssel esetén) mindkét fajta antennához úgy számolhatjuk ki, hogy a 147-et elosztjuk a MHz-ben értelmezendő, legalacsonyabb kívánt frekvencia értékével. Például szeretnénk egy FD3-as antennát, aminek a 40 méteres sávban a rezonancia frekvenciája 7,1MHz (sávközép), akkor a teljes vezetékhossz 20,7 méter. Ez lenne a méret akkor is, ha egy 40 méteres sávra tervezett dipól-antennáról beszélnénk.

A különbség abban rejlik a dipóllal szemben, hogy esetünkben a betáplálási pont nem a vezeték felezőpontjánál lesz (50%-nál), hanem a 64%-nál. Tehát két különböző hosszú vezetékből áll majd az antennánk. Az egyiket úgy számoljuk ki, hogy az imént kapott 20,7-et megszorozzuk 0,63-mall. Erre 13,04 méter adódik. A másik felére a maradék 37% jut, azaz 20,7 szorozva 0,36-tal, azaz 7,66 méter. Ezt az antennát gyakran OCF-nek, vagyis Off Center Feedpoint-nak is nevezik, mert a középponttól eltolt a betáplálási pont.

A legboldogítóbb kifeszítési magasság a földfelszín fölött a legalacsonyabb frekvenciára számolva a fél hullámhossz lenne. De ki tud a telkén 20 méter magasságban kifeszíteni egy ilyen antennát? Én sajnos nem. Jó, ha a 10 méter átlagos magasságot elérem.

A dipól antenna betáplálási impedanciája 73 ohm, azaz tuner nélkül a legalacsonyabb elérhető elméleti SWR (állóhullám-arány) értéke 73 osztva 50-nel, azaz 1,46:1, 50 ohmos koaxiális kábelt használva. Az FD3 és FD4 antennáknál az impedancia (nagyjából!) 200 ohm. 50 ohmos koax-kábel használata esetén 4:1-es balunt használnak hozzá. Ez a balun dipól antennákra tervezett (ballanced-unballancsed). De a Windom antennák nem szimmetrikusak, ezért a levezető kábelen nagyon zavaró köpeny áramok haladnak, ha nem teszünk ellene valamit! A megoldás a fojtó balun. Létezik egy egyszerű megoldása, ha rögtön a balun alatt, kb 10 centis átmérőn feltekerjük a koax-ot 8 menetes tekercsnek. Ez a tekercs fojtótekercsként meggátolja a köpenyáramok terjedését. Ez azt jelenti, hogy a koax-unkból 2,5 métert erre kell feláldoznunk. Viszont ez a megoldás gyorsan elkészíthető.

Ha csak 100 wattal akarunk majd dolgozni, megfelelő ferrit-gyűrűre (FT 240-61, FT 180-43, vagy hasonlóra), RG-174-es (3mm átmérőjű) koax kábelből készíthetünk olyan fojtót, ami jóval kisebb, jóval hatékonyabb és rövidebb kábel is kell hozzá. Ennek elkészítése sokkal lassabb és drágább, mint az előző, gyors változat. Csatlakozók (PL-259, SO-239) is kellenek hozzá. A szélterhelés viszont sokkal kisebb lehet, és a kiképezhető induktivitás pedig sokkal nagyobb lehet).

Ennyit a tervezésről. 4nec2 antenna modellező programmal ki is próbálhatjuk, mielőtt megépítenénk. Az alkalmazott modell a cikk alján tölthető le.

Külön-külön fogom a sávokat végigvenni, mert részletesebb képeket kapunk annál, mint ha a 7MHz..30MHz tartományról közölnék pár grafikont.

De mindenek előtt egy összesítő táblázatot mutatok az antenna fontosabb paramétereiről.

Mint látható, igazából csak a 21MHz-en használhatatlan tuner nélkül az antenna. A többi sávon teljesen megfelelő az SWR értéke a mindennapi használatra akár tuner nélkül is. A nyereségek sem rosszak. És mint kiderült, a 6 méteres sávon is használható az antenna (ezt is sikerrel kipróbáltam a gyakorlatban). A többi sávon is használható az antenna tuner-rel, több-kevesebb sikerrel. Nyilván 160méteren és 80 méteren nem teljesít majd fényesen…

Ha valaki le szeretné ellenőrizni a modellemet, a 4nec2 programban a Settings / Char-impedance menüpontban kell megadnunk a betáplálási impedanciát. Ez 200 ohm, mint említettem már, tehát a helyes eredményekhez 200-at kell beírnunk. Ekkor a nyereség és az SWR érték kiszámítása pontos lesz. A Settings / Auto segmentation legyen kipipálva!

Nem akarom a Kedves Olvasót untatni a sok grafikonnal. Inkább csak a színes, 3D-s ábrákat adom közre. Kezdjük a 40 méteres, legalsó sávval!

Mint látható az alábbi ábrán, az antenna 40 méteren nem túl DX, de azért használható, Sőt, NVIS-antennaként is hatásos. A modellezett antenna 10 méter magasan van kifeszítve.

Ha 20 méterre megnöveljük a magasságot, akkor az alábbi képet kapjuk.

Ez már sokkal alkalmasabb a DX munkára. Látható, hogy mennyit jelent(-ene) a magasság. A magasabb frekvenciákon a 10 méteres magasság már megfelelő. Ott a magasabbra emelés nem hozna nagy változást.

A képen a piros ívelt vonal az árameloszlást jelképezi. Látszik, hogy a fél hullámhossz esetén csak egy duzzadó hely van.

20 méteren alkalmas DX munkára a lapos kilövési szög és a viszonylag jó nyereség miatt. A gyakorlatban ezen a sávon kör-sugárzónak tekinthető.

15 méteren viszonylag erős irányító hatás látható az alábbi képen, de lapos kilövési szöggel. Az antenna telepítésénél ezt érdemes kihasználni, ha akarunk ezen a sávon is dolgozni illetve, ha lehetséges (QTH szempontból). Látszik az is, hogy itt már három áram-duzzadó hely van.

Az alábbi ábrán, 10 méteres sávon robbanás-szerű a terjedési ábra. A rádióhullámok kúp alakban terjednek, nagy távolságban jelentős területet lefedhetnek. Irányhatás szinte semmi nincs. Itt már négy áram-duzzadó hely van.

És végül az alábbi ábrán, 6 méteren látjuk a helyzetet. Itt már hét áram-duzzadó hely van a vezetéken. Noha jelentős irányító hatás nincs, a vezeték irányába némileg mégis tapasztalható.

Ezen az alábbi ábrán az elektromos térerősséget látjuk 10 centire az antennától mérve. Ez 10 méteres sávra lett számolva. Látszik, hogy ahol az áram csomópontok vannak, ott vannak a feszültség maximumok.

Ha mi építjük a balun-t, érdemes a dobozába a fojtó-balunt is beletenni. Figyeljünk arra, hogy ha QSO-zás közben „lehervad” az SWR, valószínűleg erősen melegszik a ferrit-gyűrű. Más típusra kell cserélni ilyenkor a gyűrű-magot.

Az alábbi kép a 4:1-es balun elkészítési rajza.

Elrettentő példának had szerepeljen itt egy rossz példa! Ez a megvalósítás több sebből is vérzik. Az egyik az, hogy ha már zománcozott vezetéket használ a tekercs anyagául, érdemes azokat összecsavarni úgy, hogy az egyik szálat vékony szigetelőcsőbe is bújtatjuk. Ezzel többnyire megelőzhető az nagyfeszültségű átütés, rossz SWR esetén. A magot érdemes egyébként (víz szerelési) teflon szalaggal betekerni. A másik nagy probléma, hogy a 2-es és 6-os végű mag-anyagok nem alkalmasak a feladatra! Érdekes, hogy sokan ezeket a magokat erőltetik. Gyanítom, hogy nem próbálták még soha megfelelő maggal elkészíteni ugyanezt a balunt.

Ez pedig az 1:1-es fojtó balun.

A mindenféle ferritmagos balun-nal ez a cikkem foglalkozik. Én kipróbáltam a fenti (házi gyártmányú) balun-okat is, valamint rendeltem a távol keletről egy alábbit is (ez csak a 4:1-es balun, a fojtó nincs benne).

Ez is tökéletesen működik, akár egészen 60MHz-ig (teszteltem). Sok éve kint van nálam télen, nyáron, hóviharban, napsütésben és változatlanul jól működik. Antenna vezetéknek három eres MTK-kábel, 2mm vastag sodrott erű vezetékeit használtam. A PVC szigetelést a környező nagy forgalom és az erős napsugárzás kissé megviselte, de így is kibír sok évet. A levezető kábel hagyományos RG/58 lehet, vagy valami hasonló. Elvileg 75 ohmos kábel-TV-s koax is ugyanúgy használható.

Az általam megépített és telepített antenna az utólagos mérések során nagyon hasonló eredményeket mutatott a modellhez képest. A Rádióamatőrök nem szakkönyvekben laknak, a való életben vannak fémkerítések, ereszcsatornák… stb. Ezek hatása mégsem számottevő nálam. Elvileg Inverted-V stílusban is használható, ha a legmagasabb, betáplálási pont szöge nagyobb 90 foknál! Ezzel persze módosulnak a sugárzási képek.

Végül meg kell még, említsem, hogy a betáplálási pont 63%-os értéke a 4nec2 modellező programmal, 14MHz-re végzett optimalizációjának eredménye. Az OCF antenna valójában egy kompromisszum eredménye, mivel ha az optimalizációt az összes alkalmazható sávra kiszámoltatom a számítógéppel, akkor a betáplálási pont helye nem ugyanoda adódik. Úgy voltam vele, hogy inkább legyen a leginkább használt sávon a legjobb és a többi sávon kissé gyengébb semmint, hogy minden sávon mérsékelt hatékonyságú. Ahány leírást találni az Interneten, annyi féle százalékot lehet olvasni, 60%...67% közt. Ha az optimalizációt 28,4MHz-re végeztettem el, az eredményül kapott arány 68% lett. És ez esetben sem volt rosszabb az antenna.

Ha az SWR-érték minimuma a legalacsonyabb sávon nem az általunk kívánt frekvencián van, (de az SWR-értékek amúgy elfogadhatók az összes használható sávon), akkor a vezeték hosszát kell változtatni, de az arányhoz nem kell nyúlni. Ha viszont a frekvenciák jó helyen vannak, csak az SWR-ek értéke nagy, akkor pedig a betáplálás helyét kell módosítani (tudom, ez nem egyszerű). Bátorításul elmondom, hogy az általam tervezett és készített összes ilyen antennát módosítás nélkül kitéve a helyére, rögtön lehetett használni, azok a papírformát hozták!

Itt említem meg az antennaépítők két fontos mondatát:

  - Mérj kétszer és vágj egyszer, mert ha egyszer mérsz csak, könnyen kétszer is kell vágnod!

  - Már harmadszor vágok az antennámból és még mindig rövid!

Ha a frekvencia túl magas, toldanunk kell az antenna vezetékhez. Ha pedig túl alacsony, vágni kell belőle!

Az antenna képeségéről ízelítőként csak annyit, hogy sikerült Új-Zélandi QSO-t csinálnom 40 méteren (több, mint 17ezer km!). A vett riport -20dB, az általam adott pedig -8dB voltak, FT8 üzemmódban, 50 wattal.

Végül (ellenőrzés nélkül) ajánlok egy YL2MK által közzé tett írást, ami itt a cikk alján szintén letölthető. Ebben rengeteg információ található még a különböző OCF-antennákról. 

Sok sikert az építéshez!

Vy 73 DX de HA5JA

Attachments:

FD3_alap.NEC	[Modell a 4nec2-höz]	0.4 kB
yl2mk_ocf_ant.pdf	[Írás az OCF-antennákról]	1408 kB