Zpět

Drátové antény 2

Drátová anténa postavená podle předchozí stránky je vhodná pro všechny přijímače s vysokoimpedančním anténním vstupem. Jsou to převážně elektronková rádia, starší tranzistorová rádia, ale antenní vstup s impedancí 500 - 2000 Ohmů mívají i dnešní komunikační přijímače určené běžným posluchačům jako alternativu ke klasickému 50 nebo 75 ohmovému vstupu. Stejně tak se s ním často setkáme u různých tunerů, receiverů, věží a podobných přístrojů.

U dnešních komunikačních přijímačů je standardem antenní vstup s impedancí 50 - 75 Ohmů. Při správném použití umožní i výrazně omezit místní rušení, které při jednoduchém připojení "kusu drátu" do vysokoimpedančního vstupu znehodnotí slabší signály. K tomu je ale nutné přehodnotit zažitou a dlouhá léta používanou filozofii jejich stavby. Ono se vlastně v minulosti o přijímacích anténách téměř nepsalo, odborné knihy a časopisy se zabývaly především anténami pro amatérské vysílání, maximálně pro poslech na amatérských pásmech. Takové přijímací antény se stavěly podobně jako antény vysílací, většinou jako laděné, rezonanční, s důrazem na maximální účinnost vyzařování a co nejsilnější signál dodaný do přijímače. Pokud ale do antény nechceme vysílat, ani poslouchat na krystalku nebo podobný jednoduchý přijímač, silný signál vlastně nepotřebujeme. Pokud se náš poslech navíc neomezuje na úzké výseky krátkých vln, rezonanční aténu ani nemůžeme použít. Dnešní přijímače mají navíc citlivost více než dostatečnou a pro příjem není rozhodující absolutní síla signálu, ale odstup užitečného signálu od nežádoucího rušení. Postupujeme vlastně podobně jako při stavbě vodovodu - najdeme zdroj vody třeba i vzdálený od města, ale neznečištěný. Potom musíme vymyslet způsob jak čistou vodu dostat ke spotřebiteli, aniž by se dodatečně znečistila. Také přijímací anténu stavíme v místě kde je pokud možno co nejmenší úroveň rušení, co nejdál od domů, elektrických rozvodů, co nejvíce ve volném prostoru. Rušivých signálů, které proniknou přímo do antény, se už těžko zbavíme. Běžný rádiový posluchač často v domácím prostředí ani nemůže dosáhnout kvality příjmu, kterou má radioamatér poslouchající na výkonnou laděnou, často směrovou anténu postavenou v málo zarušené lokalitě. Spíš má problém slyšet něco víc než signály nejsilnějších stanic a postavit si vůbec nějakou, pro okolí přijatelnou anténu. Proto se dnes používají i antény s velmi malou účinností, ale necitlivé na místní rušení, například nejrůznější smyčkové antény typu Flag, EWE, apod. Nebo aktivní antény, ať už tovární, nebo typu Miniwhip, které je možné postavit do místa s minimálním rušením a navíc v provedení, které nebudí pozornost okolí.

Odrušování antén v minulosti

O problémech s rušením, které měli posluchači už v samých začátcích rozhlasu, byla zmínka v předchozím článku. Kromě důkladně postavených klasických antén se v té době objevily také tzv. stíněné antény. Dnes už málokdo ví, co to znamenalo. Když se podíváme na obrázek "poruchové mlhy" na předchozí stránce, každého napadne že takové rušení se nejvíce nachytá právě do anténního svodu, který prochází skrz ní. Přitom tento svod je pro příjem málo významný. Kdyby se podařilo vyrobit svod, který by nepřijímal žádné signály a přitom neznehodnotil užitečný signál, bylo by z velké části pomoženo.
K tomu právě sloužily zmíněné stíněné antény. Samotná anténa samozřejmě byla klasická, stíněný byl jen její svod. Názorně vše vysvětluje obrázek amatérské konstrukce stíněného svodu:

V nejjednodušší podobě se jako stíněný postavil svod v úseku od rádia přes průchod zdí až do vzdálenosti 1 - 2m od domu, dále pokračoval méně zarušeným prostorem už svod klasický. Ve více zarušených místech se stíněný svod vedl až k anténě. Dobovou stíněnou anténu z komponentů fy. Kapa si můžeme prohlédnout na obrázku:

Konstrukce stíněného svodu v zásadě odpovídala dnešnímu koaxiálnímu kabelu, svod měl střední vodič spojený s vlastní anténou, buď vertikální jako na obrázku, nebo klasickou "L" anténou. Stínící plášť byl uzemněný, instalace vyžadovala kvalitní uzemnění napojené v nejnižším místě venku, z odbočné krabice. Účinnost stíněné antény byla samozřejmě snížená tím víc čím byla stíněná část delší, délka stíněného svodu neměla přesáhnout zhruba 20m, anténa měla být raději delší o část odpovídající délce stíněného svodu a stíněná anténa se doporučovala spíše pro citlivé vícelampové přístroje. Samotné snížení hladiny poruch ale bylo prokázáno. Protože jak antény, tak i přijímače pracovaly s vysokou impedancí a širokopásmová transformace nebyla možná, musel i souosý kabel pro stíněný svod tuto impedanci pokud možno zachovat. To znamenalo použít co nejsilnější stínicí plášť, co nejslabší střední vodič a kvalitní materiály. A to se mnohdy nepodařilo - s tehdejší materiálovou základnou šlo o úkol na hranici řešitelnosti.

Na obrázku je kabel používaný pro svody stíněných antén. Asi každý si dovede představit, jaké vlastnosti a životnost měl při použití gumy na vnitřní izolaci a impregnovaného opředení na vnější plášť. A tak už ve čtyřicátých letech, v příručce "Praktická škola radiotechniky" z roku 1943, se o stíněných anténách dočteme následující:

"Radíme začátečníkovi docela upřímně, aby jen klidně zůstal věren své nejprostší anteně drátové se svodem nestíněným, ať už bydlí na venkově anebo ve městě. Dokonale provedená a účelně vybraná antena stíněná by jej možná zbavila některých poruch, zato by mu však poslech zeslabila tak vydatně, že krystalka, kterou si zatím postavil, zůstala by s největší pravděpodobností téměř němá. Dobrá stíněná antena je také mnohem dražší, než by svědčilo kapse velké části mladých zájemců, stojí zpravidla několik set korun, je také vůbec nevhodná pro krátké vlny. A konečně, jakmile se jednou stíněný svod poškodí — a při jeho choulostivosti dojde k tomu mnohdy za několik měsíců — má majetník takové anteny všecky její nevýhody (zejména podstatně menší užitkovou výšku), avšak ztratil její hlavní výhodu, totiž omezení poruch. Abyste uvěřili, že menší výkonnost stíněné anteny má svou příčinu, uvažte, že stíněný kabel velmi dobré jakosti má na jeden metr délky kapacitu asi 5 pF a svodový odpor několik desítek megohmů, kdežto kabely tenké, jakých se pro přístupnější cenu běžně používá, dosahují až 30 pF na metr a svod i při neporušeném stavu sotva kolem jednoho megohmu. Použijete — li pak svodu několik desítek metrů dlouhého, je na tom přijimač asi tak, jako byste při obyčejné nestíněné anteně zapojili ještě mezi antenní a zemní svorku kondensátor 1000 cm a odpor 10 000 ohmů paralelně. Zkuste to a uvidíte, co zbude z poslechu."

A tak se nad podobnými anténami na dlouhá desetiletí zavřela voda. Dvojnásob u nás, kde zájem o příjem čehokoliv jiného než domácích vysílačů a případně radioamatérů vyvolával podezření.

Problém se stíněným svodem nebyl tehdy jednoduše řešitelný, i když správný směr je zmíněn i v citované knížce:
"Velkou kapacitu svodu mohou ovšem ve škodlivém účinku mírniti tak zvané antenové transformátory; mají však zase tu podstatnou nevýhodu, že vyhovují jen pro poměrně úzký vlnový rozsah, zpravidla sotva pro střední a dlouhé vlny, nikoliv však pro krátké. A to ovšem musí být transformátory dobré, jejichž návrh není nikterak snadný, zatím co různé, efektně označované a balené výrobky tohoto druhu spíše uškodí, než prospívají."
To ale bylo konstatování poplatné své době, kdy horkou novinkou byly ferrocartové materiály, občas používané i dnes například v podobě železoprachových toroidů Amidon. Od šedesátých let dvacátého století se rozběhla výroba feritových materiálů nejrůznějších vlastností, druhů a tvarů. Díky nim je možné mnoho aplikací, včetně skutečně širokopásmových transformátorů.

První vlaštovkou, která se objevila v osmdesátých letech, byla anténa popsaná ing. Dýlikem v Amatérském rádiu č. 4/1986. Pro většinu radioamatérů, stejně jako rádiových posluchačů, to muselo být jako zjevení - místo drátu pár metrů dlouhá vertikální tyč, svod koaxiálem, jakési transformátorky... Dnes se tá této anténě několik věcí vytknout a zlepšit, o tom se ještě zmíním, ale naznačená konstrukce je odpovídající tehdejší součástkové základně a v zásadě správná.

Samotná anténa byla z hliníkové trubky o délce 3,5m, ukotvené samozřejmě izolovaně. Transformátorek na dvojděrovém jádře pro TV symetrizační členy měl 12 primárních závitů a 3 sekundární, pro přijímač s klasickým vysokoimpedančním vstupem bylo nutné použít stejný, opačně zapojený transformátorek na konci kabelu. Změřený kmitočtový rozsah byl 1 - 80MHz.

A dnes...

I drátovou anténu je možné postavit tak aby dodávala ve většině případů čistý signál. Jen je nutné dodržet zásadu, aby žádná aktivní část nebyla blízko domů, většinou se jako minimální hranice udává pět metrů. Ale čím více, tím lépe. Pro příjem tak raději zvolíme anténu o délce kolem 20m na samostatných podpěrách, vzdálenou od domů, elektrického rozvodu a zdrojů rušení, než čtyřicetimetrovou, uvázanou mezi komíny dvou domů, jejíž konce jsou nad střechami.

Na konec drátové antény zapojíme anténní transformátor, od něj vedeme stíněný kabel k zemnícímu kolíku s bleskojistkou, dále kabel pokračuje k přijímači. Pokud má přijímač nízkoimpedanční vstup pro koaxiální kabel, máme ve většině případů vyhráno. Problém nastane, když je přijímač spojen s elektrickou sítí, potom musíme použít oddělovací transformátor s převodem 1:1. Nebo když máme rádio s pouze vysokoimpedančním vstupem pro drátovou anténu, potom musíme použít stejný anténní transformátor, ale opačně zapojený, který impedanci opět zvýší. Ze ztrát v koaxiálním kabelu není třeba mít obavy, proti zmíněným stíněným anténám je díky širokopásmovým transformátorkům impedance antény přetransformována na hodnotu přibližně odpovídající koaxiálnímu kabelu, útlum běžných koaxiálních kabelů je na nízkých kmitočtech většinou malý a tak ani délka kolem 100m nepředstavuje zásadní problém.

Na tomto obrázku, převzatém z popisu výrobce transformátoru MLB je vlastně nakresleno, jak s jeho použitím postavit anténu nejhůř, jak jen to jde. Především koaxiální kabel není nejpozději před průchodem do domu uzemněn, atmosférické přepětí nebo dokonce úder blesku půjde po kabelu přímo do rádia. Samotná anténa s transformátorkem je v těsné blízkosti domu a bude chytat rušení z elektrické sítě. Druhý konec antény je uvázaný ke stromu, když se strom zhoupne ve větru, anténu přetrhne. A ani montáž antény ke komínu není dobrá kvůli urychlení koroze kouřem a plyny z komína.

Obdobným způsobem můžeme také postavit vertikální anténu podle následujícího obrázku. Konstrukci zvolíme podle toho, kde má anténa nejlépe pracovat. Krátká anténa o délce okolo dvou metrů bude mít nedostatečnou účinnost, pokud nelze namontovat delší, je lepší použít některou z aktivních antén, například KAA1000. Dobře fungující je ale anténa už o délce okolo 4m, zmíněná ve článku z AR. Je třeba počítat s menší účinností pod cca 1MHz. Takovou anténu lze snadno postavit z výprodejních vojenských tankových antén, z vyřazené CB antény, i z běžně dostupných hliníkových trubek. Vertikál o délce kolem 4m také používaly pro AM rozhlas společné antény v činžovních domech. Vyšší vertikální antény budou mít samozřejmě lepší účinnost na nižších kmitočtech, vertikál o výšce okolo 10 - 12m bude velmi dobře pracovat i na středních vlnách. Zato na nejvyšších krátkovlnných kmitočtech může být problémový.
Dále budeme navíc potřebovat ještě nějakou protiváhu, na obrázku naznačenou drátovými radiály na zemi. Stejně lze využít například kovový plot. Minimem jsou nejméně dvě radiály zhruba o délce samotné antény, čím více, tím lépe. Anténa také bude mít proti vodorovné drátové jiné vlastnosti, většinou vhodné pro příjem vzdálenějších vysílačů, zatímco blízké signály budou potlačené. Vertikální antény také někdy bývají citlivější na místní rušení.

No to je vůl :-)

To nejspíš zařvali všichni anténní odborníci a zasloužilí radioamatéři, kteří dočetli až sem. Každý přece ví, jak je to s impedancí antény o čtvrtvlnné a půlvlnné délce, jak je to s kapacitní a indukční jalovou složkou, jak se chová vyzařovací diagram vertikální antény při délce vyšší než 5/8 vlnové délky.... Jo, já to vím taky.
Protože předpokládám, že články budou číst především začátečníci a zájemci o poslech bez větších praktických zkušeností a teoretických znalostí, je teorie a vše co s ní souvisí omezena na absolutní minimum a věnuji se spíš praktické stránce stavby přijímací antény.
Vtip je také v tom, že nestavíme superúčinnou laděnou anténu pro jedno krátkovlnné pásmo, ale "jen" běžnou anténu pro běžný poslech. Potřebujeme jednu anténu, která pokryje co největší úsek kmitočtů, od dlouhých až po krátké vlny a situace je stejná, jako když připojíme drátovou anténu k vysokoimpedančnímu vstupu běžného rádia - i to má jen jedno vazební vinutí, kolísání impedance antény se také nijak neřeší a přesto vše uspokojivě funguje. Tovární transformátor MLB je doporučen pro drátové antény o délce 12,5 až 50m, s nimi překryje celý rozsah od dlouhých po krátké vlny. Obdobně 4m vysoký vertikál také není anténa náhodně střelená od boku, ale prakticky vyzkoušená - včetně zmíněných STA. Pokud má posluchač zájem především o určitá krátkovlnná pásma, ať už rozhlasová nebo amatérská, je pro něj daleko lepší postavit rezonanční anténu podle návodů pro amatéry - vysílače. To už jsou ale konstrukce, které se vymykají běžnému rádiovému příjmu a bylo o nich napsáno dost.

Anténní transformátorek

Ještě zbývá popsat, jak vlastně takový anténní transformátor vyrobit. V nejjednodušší podobě ho má popsaný Jara Sedlář na svém webu Krysatec labs. Je to transformátor se sedmi závity ploché trojlinky na odrušovacím jádru pro ploché počítačové kabely. Já jsem použil nové jádro z GESu, největší které je dostupné s označením FFB34. Celkem je tak na jádru 3x7 závitů, které se zapojí jako transformátor 1:3, převádějící impedanci 1:9. Protože popisovaný transformátor je spíš krátkovlnný, zkusil jsem slepit dvě jádra na sebe, tím vznikly jakési podlouhlé "brýle" a přenášené pásmo se rozšířilo přes střední vlny. Kdo chce ještě lepší vlastnosti na dlouhých vlnách, může zvýšit počet závitů na 3x10 až 12, ale je nutné počítat se zhoršenou funkcí na nejvyšších kmitočtech.

Takový transformátor je snadno a rychle zhotovitelný. Lepší vlastnosti má transformátor na toroidu FT50/43. Na něj navineme 15 závitů třemi vodiči současně, jak je názorně vidět na obrázku:

Zapojíme je podobně jako v předchozím případě, takže získáme vlastně autotransformátor se 45 primárními závity a odbočkou pro koaxiální kabel na 15. závitu.

Názorně je to vysvětleno na dalším obrázku:

Výše zmíněné dvouděrové "televizní" jádro z návodu v AR je vhodné spíš pro krátkovlnné antény, je prakticky ověřeno že na kmitočtech pod 1MHz je špatné. Je to dobře vidět na grafu. Situace se ale změní při použití dvouděrových jader Amidon BN202/43 nebo BN202/77. Ty jsou z hmoty s velkou permeabilitou a vlastnosti transformátorků navinutých na těchto jádrech se blíží továrním výrobkům.

Na následujícím grafu je kmitočtový průběh továrního transformátorku - MLB od fy. RF-Systems:

Není mi ale jasné, co mysleli referenční úrovní 0dB, protože pasivní transformátor přece nemůže mít 2dB zisk...... Nu, ničevó....

Často jsou také k vidění návody k transformátorkům na velkých železoprachových jádrech Amidon, většinou T130/2 nebo pro velké výkony T200/2. To je nutné pro vysílání na amatérských pásmech, kde kvůli přenášenému výkonu potřebujeme velký průřez jádra a odlišnou hmotu - ferit může být pro velké výkony problematický. Pro příjem je takový transformátor zbytečně velký a finančně nákladný, navíc vhodný opět spíš pro krátké vlny. Naopak téměř libovolný feritový toroid o velké permeabilitě, vydolovaný z vyřazených přístrojů kde bývají použité k odrušení, vetšinou pro příjem vyhoví.

Ještě ke způsobu vinutí. Dříve se často doporučovalo oddělené sekundární vinutí o 1/3 závitů a spojené společnou zemí s uzemněním primáru - viz zmíněný článek v AR. Samostatné sekundární vinutí má ale zhoršené přenosové vlastnosti na vysokých kmitočtech, především u toroidních jader, u dvouděrových je tento jev méně výrazný, ale stále citelný. Je lepší se mu proto vyhnout a transformátorek navinout jako autotransformátor. S jednou jedinou výjimkou - to jsou právě přijímače spojené přímo s elektrickou sítí. Ty jsou uzemněné přes ochranný kolík elektrické sítě a dalším uzemněním u antény vyrobíme tzv. zemní smyčku, která poslech většinou zhorší. Potom je nutný transformátorek s odděleným sekundárním vinutím, ale pozor - u transformátorku se země nespojují, pod anténou se uzemní jen primární vinutí, sekundární se zde neuzemní, jen spojí se stíněním kabelu. Ještě lepší řešení je ale použít autotransformátor podle předchozího popisu a u rádia potom použít oddělovací VF transformátor. Ten je na stejném toroidu jako anténní, má 2x15 závitů, primár spojený s kabelem od antény, sekundár s kabelem k přijímači. Obě vinutí se samozřejmě nijak vodivě nespojují, ale vinutí by mělo být střídavé - tedy vždy jeden závit primární, jeden sekundární. Tomuto tématu se v budoucnu budu věnovat podrobněji samostatným článkem.
Krátce shrnuto - většinou vyhoví popsaný autotransformátor, který sice neoddělí anténu od svodu, ale má výrazně lepší vlastnosti na vysokých kmitočtech. Naopak transformátor s odděleným primárem a sekundárem je někdy nutný, s horšími vlastnostmi na vyšších kmitočtech se musíme smířit. Potom ale nespojujeme obě vinutí společnou zemí - tím jen spojíme nevýhody obou způsobů vinutí.

Kdo si na výrobu anténního transformátoru netroufá, případně nemá chuť či možnost, může pořídit tovární výrobek - antenní transformátor (často nesprávně nazývaný balun) MLB od RF-Systems:

Nebo Moonraker LWB-1, prodávaný u nás v DD Amteku:



Zpět