Zpět

Ještě o Miniwhipu


Miniwhip se neobjevil jen tak, z ničeho nic. Na první pohled podobné jsou elektronické autoantény, v podobě krátkého proutku nebo ploutvičky, případně drátku v předním skle opatřené zesilovačem. Takové antény ale nemají s Miniwhipem ve skutečnosti mnoho společného a nehodí se pro náročnější poslech. Mívají nízkou citlivost, velký vlastní šum a trpí na interference. Proč? Konstruktéři těchto antén automaticky předpokládali, že malá krátká anténa dává automaticky také slabý signál a snažili se o napěťové zesílení signálu, se všemi negativními průvodními jevy. Jenže signál ze zkrácené antény nemusí být nutně slabý.

Miniwhip na rozdíl od těchto antén napěťově vůbec nezesiluje. Pokud nebudeme anténu zatěžovat odběrem proudu, i v malém velmi zkráceném zářiči se naindukuje dostatečné napětí. Elektronika Miniwhipu obsahuje dva emitorové zesilovače, je to tedy obvod s extrémně velkou vstupní impedancí a nízkou výstupní. Z anténní plošky Miniwhipu se snímá napětí, ale proud a výkon do zátěže dodává elektronika. V pásmu středních a dlouhých vln je poměrně velké přirozené šumové pozadí, které určuje odstup signálu od šumu a tak stačí i extrémně zmenšený zářič s mizivou účinností k tomu, aby anténa na principu Miniwhipu dodávala dostatečný signál. Ve skutečnosti totiž v těchto pásmech mají malou účinnost i klasické antény, protože i jejich velikost je zlomkem vlnové délky. Podle některých teorií, např. pana ing. Procházky, se na přijímaném signálu podílejí především plášťové proudy ve stínění koaxiálního kabelu. To je do určité míry i možné, je známé že anténa špatně funguje na kovovém stožáru a velmi špatně uvnitř budov s krátkým kabelem. Jednoznačný vliv na sílu signálu má ale i velikost anténní plošky, bez ní anténa nefunguje, na druhou stranu pokud chceme poslouchat i slabé signály na krátkých vlnách, je třeba k plošce přidat klasický zářič o délce 0,5 - 1m. Poté už ale s "klasickým" miniwhipem často nepochodíme a musí se zvolit odlišné zapojení. Dost teoretizování, pojďme se podívat na skutečné antény.

Aktivní anténa KAA 1000

Tato anténa se vyráběla v polovině 80. let v bývalé NDR jako příslušenství známých přijímačů řady EKD. Při brouzdání po internetu jsem náhodně narazil na její technický popis a ten mě zaujal. KAA 1000 se totiž zapojením i funkcí docela podobá známému Miniwhipu, takže bych si ji dovolil označit jako jednoho z předchůdců. Odlišuje se důkladným ošetřením vstupu proti přepětí a symetrickým dvojčinným koncovým stupněm. Především má místo pouhé plošky prutový zářič o délce cca 1m.

Následující konstrukce není mechanicky přesnou kopií původní antény. Samotné zapojení je dodržené až na tranzistory, které už dnes nejsou běžně dostupné. Tranzistory v koncovém stupni nahradila dvojice BC549-BC559. Tyto tranzistory jsou sice nízkofrekvenční, ale mají dostatečně vysoký mezní kmitočet. Jinou otázkou je náchylnost těchto tranzistorů s vysokým zesilovacím činitelem k intermodulacím, ve zkoušeném prototypu se sice občas něco málo objevilo, ale nešlo o nějaké masivní průlezy rušící užitečný signál.Lepší by sice byly vysokofrekvenční tranzistory, ale poskládat z nich dvojici s vyhovujícími a hlavně stejnými vlastnostmi je celkem problém. Nějaké návrhy osazení pro VF dvojčinný stupeň jsou na internetu k nalezení, otázkou je dostupnost a skutečná funkčnost. Časem se k těmto experimentům ještě vrátím a napíšu výsledek. Ještě horší je to se vstupem. Místo ruského KP902 jsem dal VN66AFD z šuplíkových zásob. Ten sice vyhovuje, ale také už je nedostupný. Druhou náhradou se tak stal obyčejný J310, známý z Miniwhipu. Potom je ale nezbytně nutné odpor v jeho emitoru (source) zvětšit z 10 Ohmů na 270 Ohmů, jinak by tranzistorem tekl příliš velký proud. Původní tlumivky jsem nahradil běžně prodávanými o indukčnosti 680 mikroH.

Základem konstrukce je plošný spoj o rozměru 90 x 45 mm, dělící čáry byly vytvořeny jednoduše - proškrabáním jehlovým pilníkem. Nákres destičky je na čtverečkovaném papíru v rastru 5x5mm.

Dále se destička se spoji obrousí jemným smirkem, natře kalafunovým lakem a vyvrtají se otvory pro součástky. Nejdříve se osadí všechny pasivní součástky, poté tranzistory v koncovém stupni. Trimr v koncovém stupni musí být nastaven na minimální hodnotu. Připojíme napájení, pro oživení je vhodné omezit proud např. malou 12V žárovkou pro případ zkratu a trimrem nastavíme proud 5mA. Poté osadíme i vstupní tranzistor, trimr pro jeho předpětí nastavíme na minimum a po zapnutí napájení nastavíme jeho proud. Pro tranzistor J310 asi 20 mA, zároveň kontrolujeme napětí na emitorovém odporu, které by mělo být přibližně polovinou napájecího. VN66AFD jsem nastavil necelých 40 mA, poté už začal dost silně topit. Proti originálu, kde se používalo napájecí napětí 18V, jsem celou anténu nastavoval pro 12V, běžných u napaječů pro Miniwhip. Dále jsem na desku neosadil Zenerovu diodu v napájení, která chrání celou desku před přepólováním a přepětím. Není ani zakreslena v nákresu rozložení součástek. Pokud by ji někdo chtěl použít, místa je na destičce dost. K zapouzdření jsem použil díly trubek pro odpadní vodu o průměru 50mm, osvědčené už při stavbě Miniwhipů, jako zářič ocelovou kulatinu - hlazenku o průměru 5 mm a délce 1m s povrchovou úpravou. Konstrukce je spíš poloviční provizorium pro otestování, anténa pro dlouhodobé použití by si zasloužila důkladnější provedení. Celá anténa je uchcena na stožár pomocí standardních příchytek, prodávaných jako příslušenství trubek. Přes kostřící šroub je kostra antény spojená s kovovým stožárem. To je zásadní odlišnost proti miniwhipu - KAA 1000 se montuje na kovový uzemněný stožár.

Pro vyzkoušení jsem anténu namontoval provizorně na kabel, natažený z dílny do nedalekého přístřešku na zahradě, kdy byla položená pod střechou ve výšce zhruba dvou metrů. V těchto podmínkách byla funkce horší než u Miniwhipu. Poté jsem u plotu postavil teleskopický stožár a anténu vysunul do výšky zhruba šesti metrů. To už bylo o něčem jiném. Na středních a dlouhých vlnách dává KAA1000 znatelně silnější signál než Miniwhip, ovšem se stejným odstupem užitečného signálu od šumů a rušení a tedy se stejným výsledkem. Na krátkých vlnách ale pracuje celkové lépe, ještě v rozhlasovém 25m a amatérském 20m pásmu dává signály podstatně silnější než Miniwhip a zpravidla srovnatelné s pasivní vertikální anténou. Dále už není v současných podmínkách moc příležitostí k testování, pouze hradecký maják na 28,283 MHz už byl slyšet hůř než na vertikál a snad i o trochu hůř než na Miniwhip. Je tedy možné předpokládat, že KAA 1000 umožní kvalitní příjem krátkých vln až do 15 MHz, zatímco nad 20 MHz už bude citelně slábnout. CB stanice byly přes KAA1000 slyšet teprve když na velké CB anténě dosáhly úrovně okolo 6S. Také jsem nepozoroval zásadní rozdíl mezi variantou s V-MOS VN66AFD a nebo s běžným J310 na vstupu. Anténu jsem ale zkoušel v domácím QTH, neměl jsem prozatím příležitost testovat v místě bez vnějšího rušení nebo v blízkosti silných AM vysílačů.

Aktivní anténa z 2m antény

Principem je použití vysílací antény GP typu 5/8 pro 2m nebo 1/4 pro 6m radioamatérské pásmo k příjmu na KV a SV. Původní popis byl otištěn v časopisech CQ-DL 2/90 a Funkamateur 12/09, tyto zdroje nemám k dispozici. Schéma na prvním obrázku bylo otištěno v letním magazínu DX Revue ze srpna 1993. Jde o úpravu od Pavla Pelikána, kde anténa pracuje čistě jako přijímací a jsou vynechány obvody přepínající zářič napřímo pro provoz na VKV.

Na druhém obrázku je schéma s jednoduchým přepínacím obvodem, který po přivedení napájení na zesilovač přepojí VKV zářič do původního stavu. Popis byl v RR 06/10, kde byl článek o jejím porovnávání s tovární anténou Wellbrook ALA100. V původním článku z Funamateur 12/09 jsou zakreslené ještě další obvody, které podle velikosti napájecího napětí spínají filtr - horní propust, ořezávající kmitočty pod 1,8 MHz.

Tuto anténu jsem prakticky nezkoušel. Zapojení je velmi podobné Miniwhipu a KAA1000, lze očekávat i podobnou funkci. Podrobnosti o této anténě jsem nenašel ani na internetu.
Pro příjem by tento zesilovač byl vhodný například s anténou "discone", kde by podle potřeby umožnil příjem jak na VKV, tak i na klasických pásmech.

Vlastní modifikace antény Miniwhip

Kombinace Miniwhipu a pasivní vertikální antény

Při pohledu na koaxiální kabel, vedený po dřevěné tyči k Miniwhipu mě napadlo zkusit ho použít jako pasivní vertikální anténu. Výsledkem je následující zapojení:

U paty antény je připojená skříňka s přepínacím relé. S připojeným napájením relé přitáhne a anténa pracuje jako Miniwhip. Bez napájení relé odpadne a potom plášť kabelu od skříňky k Miniwhipu funguje jako klasická vertikální anténa. Zem skříňky je spojena se zemnícím kolíkem a několika drátovými radiály na zemi. Zenerova dioda 18V a kondenzátor u cívky relé blokují napěťovou špičku, která by jinak na cívce vznikla při vypnutí napájení a mohla poškodit vstup přijímače. Stínění koaxiálního kabelu použitého jako vertikální zářič lze na svod připojit přímo, to je ideální pro kmitočet kde je délka kabelu čtvrtvlnou přijímaného kmitočtu. Prakticky však vyhoví pro celé krátké vlny. S kabelem o délce 7.5m bez problémů funguje v celém rozsahu 2 až 30 MHz. Druhou možností je přizpůsobit anténu k napáječi prostřednictvím anténního transformátoru. V praktickém provedení se takový transformátor navine na na dvouděrové jádro o délce 12 mm, je možné použít jádro z našich starých TV symetrizačních transformátorů, tak i moderní Amidon BN 43/202 a BN 73/202. Ve všech případech je výhodnější na rozdíl od obrázku zapojit vinutí jako autotransformátor. Vinutí bude mít celkem 12 závitů s odbočkou na 4. závitu od studeného konce pro jádra z Prametu a pro BN43/202, nebo 9 závitů a odbočku na 3. závitu od země pro jádro BN73/202. Další možností je transformátor na odrušovacím jádru FFB34 pro počítačový plochý kabel podle nápadu Jary Sedláře Ještě lepší je slepit dvě taková jádra nad sebe, tím vznikne jakési podlouhlé dvouděrové jádro. Výhodou je galvanické uzemnění zářiče pro statickou elektřinu.
Výsledek byl podle očekávání - pro krátké vlny nad cca 5 MHz je lepší klasická vertikální anténa, pro kmitočty pod 2MHz jednoznačně vítězí Miniwhip. Slabé stanice na horním konci středních vln, při příjmu na vertikál utopené v šumu a síťovém rušení, po přepnutí na Miniwhip zesílí a vyčistí se od rušení. V pásmu 2-5 MHz je to případ od případu.

Anténa PPwhip

Následující anténa vznikla jako experimentální kombinace prvního stupně z antény Miniwhip s koncovým stupněm z aktivní antény KAA 1000. Pojmenování PPwhip jsem odvodil z anglického názvu pro dvojčinný koncový stupeň - push pull.
Celé zapojení se proti KAA1000 zjednodušilo. První stupeň zesilovače odpovídá zapojení antény Miniwhip, včetně použitého tranzistoru J310. Odlišnosti jsou dvě - blokování děliče napětí pro gate tranzistoru kondenzátorem jako u Maxiwhipu a tlumivka mezi source tranzistoru a odporem. Obě úpravy by teoreticky měly snížit průchod nežádoucího šumu vznikajícího napěťovým spádem na odporech do signálové cesty. Vynechané ochranné obvody na vstupu prvního tranzistoru znamenají možné zvýšené riziko jeho zničení, na druhou stranu zase zvýšení citlivosti antény. Při oživování zkontrolujeme, zda je na elektrodě "source" (emitoru) přibližně polovina napájecího napětí.
Dvojčinný koncový stupeň je převzatý z antény KAA 1000. Teoreticky by takové zapojení mělo poskytovat lepší linearitu a tím větší odolnost proti přetížení silnými signály než jednočinný, byť hodně "naprouděný" koncový stupeň. Prakticky by ale bylo potřeba nalézt PNP obdobu 2N5109. Nezanedbatelnou výhodou je také menší napájecí proud. Koncový stupeň potřebuje proud pouze 5 mA proti cca 40 mA u klasického Miniwhipu. Tranzistory jsem použil opět NPN BC549C a PNP BC559C. Přestože se jedná katalogově o tranzistory nízkofrekvenční, mají dostatečný mezní kmitočet. Hlavně ale mají velmi dobrou shodu parametrů, takže nebyl problém s jejich párováním. Na něj narazíme při snaze zkombinovat VF typy NPN s typy PNP, které mívají zpravidla výrazně menší zesílení. Další výhodou dvojčinného zapojení je také náhrada obtížně sehnatelného tranzistoru 2N5109 v původním Miniwhipu běžnými, lehce dostupnými a levnými součástkami. Stejně jako u KAA1000 můžeme narazit na nežádoucí interference signálů, ale ve zkoušeném prototypu se také objevil jen výjimečně slabý signál nebo zázněj, nešlo o zásadní problém ztěžující používání antény, jako například při náhradě 2N5109 obyčejným KC nebo BC u Miniwhipu. Při oživování nastavíme trimr mezi bázemi tranzistorů na minimální velikost, zkontrolujeme odebíraný proud a poté jej vytočíme tak aby koncovým stupněm tekl proud 5 mA. Na společném bodě mezi emitory tranzistorů by mělo být také přibližně poloviční napětí než je napájecí.

Destička plošného spoje je zhotovena opět jednoduše proškrabáním dělících čar, podle nákresu na obrázku. Nákres je na čtverečkovaném papíru v rastru 5x5 mm. Součástky jsou podobně jako u Miniwhipu montovány ze strany spoje. Anténní ploška měla stejnou velikost, jako u Maxiwhipu. Hotová anténa je zapouzdřena běžným způsobem do plastových odpadních trubek.

Při prvních zkouškách se tato anténa zdála trochu "tupější" než klasický Miniwhip. Na horní stranu jsem tedy přidal šroub, spojený s anténní ploškou a k němu zhruba půl metru drátu. Poté už anténa fungovala lépe než původní Miniwhip, je možné připojit zářič dlouhý až jeden metr. S půlmetrovým zářičem anténa prošla i náročným testováním při špičkovém DXingu (TNX Karlu Honzíkovi) a osvědčila se.

Zpět