Tuto miniaturní elektronickou anténku vymyslel PA0RDT a publikoval někdy v roce 2005. Když jsem viděl poprvé schéma a konstrukci, měl jsem k této anténě velkou nedůvěru, stejně jako drtivá většina ostatních.
Bohužel ano. Narážím tím na debatu v AR-PE, do které jsem také přispěl. Tato debata byla do jisté míry nešťastná, vyprovokovaná vzájemným nepochopením. Stejně tak se dodnes objevují v internetových diskusích názory - věřím fyzice, nevěřím že tohle funguje. Je to do jisté míry pochopitelné, anténa miniwhip při prvním pohledu vypadá dost podivně a nedůvěryhodně.
TOHLE PŘECE NEBUDE JAKO ANTÉNA NIKDY FUNGOVAT!!!!!!!!!!!!!!
Známe přece konstrukce aktivních antén, jejich komplikovanost a snahu se alespoň přiblížit
parametrům klasických antén, vysokou cenu, problémy se šumem, stabilitou, odolností, na
kterých si často i renomovaní výrobci vylámali zuby. Někteří dokonce po shlédnutí dokumentace
anténu překřtili na minivtip. Ale nakonec jsem se rozhodl anténu postavit a odzkoušet. Není moc
složitá, a součástky vyjdou na několik desetikorun. Zjistil jsem to samé co ostatní - anténa funguje.
Funkce jakéhokoliv technického zařízení není otázkou víry, vášní a dogmat. Ty nemají v reálném technickém a fyzikálním světě co hledat, dané zařízení buď objektivně a prokazatelně nefunguje, nebo objektivně a prokazatelně funguje. Ty, kteří upřednostňují víru a dogmata před skutečností přesvědčovat nehodlám, protože to nemá smysl. Pro ty, co si chtějí Miniwhip reálně vyzkoušet, jsem dal dohromady následující informace a praktické zkušenosti.
Samozřejmě že se nejedná o nějakou zázračnou anténu, která změní svět a nahradí všechno co se
dodneška používalo. Miniwhip má svoje nevýhody a omezení, ale i
nepopíratelné výhody a zajímavé vlastnosti, pro které je v mnoha případech užitečný.
Dost povídání, zde je schéma zapojení antény Miniwhip a nákres destičky podle PA0RDT:
Schéma zapojení je myslím naprosto jasné, až na tranzistory jde o naprosto běžné součástky. O možných náhradách tranzistorů později. Celou anténu tvoří dva emitorové sledovače, napěťově tedy vůbec nezesiluje. Deska antény má šířku 30 mm a délku 90 mm, z toho samotnou anténu tvoří plocha o velikosti 30 x 45 mm, na zbytku jsou součástky. V původní konstrukci na obrázku je spoj maximálně jednoduchý, skládá se mimo vlastní antény ze zemní, plusové a výstupní plošky. Zemní a plusové vývody součástek jsou zapájeny k příslušným ploškám desky, ostatní jsou zapojené ve vzduchu. Na výstupu je společně signál i napájení, koaxiální kabel o maximální délce 100 m vede k napájecí výhybce. Jmenovité napájecí napětí je 12V, odebíraný proud 50mA, z toho většina připadá na výstupní tranzistor. Další podrobnosti o stavbě lze najít v následujícím PDF souboru, kde je původní popis od Roelofa Bakkera PA0RDT a dále zkušenosti dalších, kteří tuto anténu zkoušeli. Včetně drobných úprav zapojení, náhrad tranzistorů a obrázků mechanické montáže, v originální podobě, jako vrabčí hnízdo, i s klasickým plošným spojem:
Velmi zajímavé je také odlišné zapojení napájecí výhybky v poslední části od Alda Moroniho, s oddělovacím transformátorem. Ten je velmi vhodný pro přijímače přímo napájené ze sítě.
U nás se první zmínky o Miniwhipu objevily v Radio revui v roce 2005. Zapojení bylo podle původního návrhu. O rok později, v A-radiu 6/2006 byl otištěn obsáhlý článek včetně podrobného popisu funkce a návrhu destičky plošného spoje. Proti původnímu návrhu zde byl na místě koncového 2N5109, který je obtížně k sehnání, běžný BFR96. Druhou změnou byl přidaný odpor 22 Ohmů na výstupu, který měl zabránit rozkmitání koncového stupně. Nákres upraveného zapojení je na obrázku:
V Radio revui a v PE-AR byl další mírně modifikovaný Miniwhip od Vojtěcha Voráčka OK1XVV. Hlavním rozdílem je úprava vstupu, kde je přidaný kondenzátor oddělující gate prvního tranzistoru od anténní plošky, dále je za něj přidaná cívka 10mikroH a kondenzátor 10 pF na kostru. Cívka a kondenzátor tvoří zádrž pro UKV kmitočty. Anténní plocha je zvětšená na 90x30mm, pravděpodobně z obavy že přídavná kapacita mezi anténkou a kostrou vytvoří kapacitní dělič a sníží úroveň signálu, především na krátkých vlnách. Upravené zapojení je na dalším obrázku:
Určitým problémem jsou použité tranzistory, především potom koncový 2N5109. Jak už jsem zmínil,
jeho možnou náhradou je BFR96. Zcela vyhovuje pokud jde o zatížitelnost, jen se mi zdá že potom
má anténa trošku větší základní šum. I samotný 2N5109 je v prodeji od různých výrobců a bohužel i
v rozdílné kvalitě. Z pěti zakoupených kusů byly tři ve spodní části zalité pryskyřicí a se zbytkem
nevyužitého, nakrátko odštípnutého čtvrtého vývodu. Tyto kusy měly dobré elektrické vlastnosti a
Miniwhipy s nimi fungovaly bez problémů. Další dva měly celokovové pouzdro, podobné jako mívaly
naše KF 504 a celkově na pohled preciznější provedení. Bohužel elektrické parametry byly horší a
v praxi dávaly slabší signál s větším obsahem šumu. Jeden tento tranzistor byl pak pro nízký
zesilovací činitel téměř nepoužitelný.
Pro první vyzkoušení lze použít prakticky kde co, v praxi znouze vyhoví jakýkoli typ s
vyhovující zatížitelností a mezním kmitočtem, sám jsem zde zkoušel i obyčejný KC 507.
Šumem se vyrovnal 2N5109, ale ve výstupním signálu se objevily parazitní signály. Také bylo
třeba na něj narazit chladicí hliníkovou kostku.
Vstupní tranzistor lze nahradit běžným BF245, ale vlastnosti Miniwhipu opět trochu
poklesnou. BF245 má výrazně menší strmost než J310.
Použité odpory (rezistory) a kondenzátory mohou také znatelně ovlivnit funkci Miniwhipu.
Vazební kondenzátory v některých variantách jsou ze 100 nF zvětšeny až na 680 nF. Vesměs jsou
doporučovány svitkové kondenzátory kvůli stabilnějším vlastnostem. U některých typů ale mohou být
potíže s vlastní indukčností svitku. Keramické kondenzátory velkých kapacit mohou mít nestálou
kapacitu a nemusí fungovat na vyšších kmitočtech - keramické hmoty s velkou permeabilitou často
nefungují na kmitočtech řádu MHz a výše, hodí se spíš jen pro NF aplikace. V amatérských konstrukcích
se problém často řeší tzv. trojkombinací - paralelním zapojením svitkového nebo keramického
kondenzátoru s kapacitou řádu stovek nF s keramickým o kapacitě kolem 10 nF a dalším o kapacitě
okolo 1 nF. Tím je zaručen vyrovnaný přenos od nejnižších až k nejvyšším kmitočtům.
Odpory zase můžou šumět, pokud je na nich spád napětí. A to zde je. Při spádu napětí v řádu
jednotek voltů se tento šum může přiblížit úrovni signálu. Proto je vhodné použít odpory metalické,
s napařenou kovovou vrstvou, které mají tento šum zhruba poloviční proti obyčejným uhlíkovým. Dále
je velmi vhodné zapojení podle OK1XVV, kde je dělič napětí na vstupním tranzistoru zablokován
kondenzátorem a gate tranzistoru je spojen s tímto bodem přes další odpor s minimálním spádem
napětí.
Na dalších dvou obrázcích je náčrtek jednoduchého plošného spoje s dělícímu čarami proškrabávanými jehlovým pilníkem. První nákres je pro klasický Miniwhip.
Druhý nákres je pro "Maxiwhip" podle OK1XVV.
Zvolil jsem je jako kompromis jednoduchosti stavby a mechanické odolnosti, zájemci nic nebrání postavit anténu na jednoduchou destičku podle původního návrhu, vzdušná konstrukce rozhodně není na závadu funkčnosti. Pečlivkové si naopak můžou zvolit profesionálně provedený plošný spoj, který se občas objevil ke koupi i s nepájivou maskou.
K zapouzdření Miniwhipu lze s výhodou použít plastové vodoinstalační díly pro odpadní vodu, s průměrem 40 - 50 mm. Zpravidla bude třeba spojka, dvě záslepky a prodlužovací trubka. Existují dva názory na provedení pouzdra - někteří zásadně používají zcela hermetické pouzdro, někdy i dvojité. Druhou variantou, ke které se přikláním i já, je názor že nejlepší těsnění je díra vespodu. Do spodní záslepky se navrtá otvor o průměru 3 - 4mm, kterým případná zkondenzovaná vlhkost prostě vyteče. V hermetickém provedení hrozí riziko, že při střídání teplot se stejně vzduch do pouzdra nasává a zase odchází ven, ale obsažená vlhkost v hermetickém pouzdru zůstává a postupně se hromadí.
Jako výstupní konektor je v originále použitý BNC. Názory na jeho vhodnost jsou různé, moje zkušenost je taková že pro trvalou montáž to není právě nejlepší řešení, jednak kvůli mechanické odolnosti, a především kvůli tomu že konektor BNC není určen pro venkovní použití - není vodotěsný. Daleko lepší je v tomto směru obyčejný F-konektor. Je odolný vůči venkovnímu prostředí, lépe se montuje na běžné televizní koaxiální kabely a na napájecí výhybce kombinace F-konektoru směrem k anténě s BNC k přijímači zaručuje dokonalou blbuvzdornost. Pro portejblové použití, kde se antény často rozkládají a balí, je ale F- konektor nevhodný, často se na kabelu uvolňuje a ztrácí dotek. A stačí ohnout nebo zalomit střední drátek koaxu v konektoru, bez nářadí na kopci máte o problém postaráno. U antén pro stacionární montáž tedy dávám F-konektor, u antén pro portejbly a DX-campy jsem se vrátil k BNC konektorům. Za úvahu také stojí použití robustního PL konektoru. Někdy se použití obyčejného televizního koaxiálu pro nízké kmitočty zavrhuje kvůli údajně vysokému útlumu a doporučuje se klasický RG58. Nikdy jsem ale problém tohoto druhu nepozoroval, myslím že jde spíš o fámu. Naopak klasický kabel RG58 ve venkovním prostředí rychle stárne, jeho stínící opletení z drátků koroduje, opletení se přestává chovat jako souvislé stínění a z drátků se stávají samostatné vodiče. Kabely se stíněním z AlPET fólie jsou v tomto ohledu odolnější.
Miniwhip se montuje zásadně na nevodivý stožár. Výška nad zemí se doporučuje okolo šesti metrů,
další zvyšování stožáru může být problematické. Síla signálů sice stále stoupá, ale na dlouhých a středních vlnách už to nepřináší zásadní efekt - nezmění se odstup signálů od šumu. U výšky přes deset metrů jsem zjistil přibývání intermodulačních produktů v signálu.
Důležité je umístění. Prostor okolo domu
ve vzdálenosti cca do pěti metrů je zamořený rušením. Stožár s Miniwipem by tedy měl stát co
nejvíce ve volném prostoru. To platí dvojnásob v dnešní době, kdy stále přibývá elektronických
přístrojů se spínaným zdrojem a u některých je nepochybné, že získat pro ně certifikát zkušebny
muselo stát těžký balík na úplatcích. Důležité je také uzemnění pláště kabelu pod stožárem, případně někde na trase kabelu před vstupem do domu,
jednak právě kvůli zmenšení rušení a také kvůli bezpečnosti před statickou elektřinou.
Krajním případem jsou potom nešťastníci z paneláků, kde zbývá jediná možnost. Uvázat Miniwhip
na dřevěnou tyč, rybářský prut nebo něco podobného, a vysunout co nejdál z balkónu. Není to ideální
umístění, ale když to jinak nejde....
Jak už jsem dříve napsal, Miniwhip není žádnou zázračnou anténou. Na krátkých vlnách se nevyrovná
kvalitní dlouhodrátové nebo vertikální anténě, o úzkopásmových rezonančních ani nemluvě. Povedené
kusy se však můžou přiblížit na dohled. Síla signálu je přibližně stejná jako u klasického vertikálu
o stejné výšce jakou má stožár Miniwhipu. Proti němu má ale Miniwhip nezanedbatelný vlastní šum
zesilovače, ve kterém se nejslabší signály ztratí. Dalším problémem můžou být interferenční zázněje
vzniklé na nelinearitách zesilovače. Někdy však může být signál z Miniwhipu přesto lepší, především
v případech kdy má daná anténa minimum vyzařovací charakteristiky nebo vzhleden k velikosti nebo
přizpůsobení na daném kmitočtu nefunguje.
Posluchačům, kteří nežádají příjem na hranici slyšitelnosti však Miniwhip i zde plně vyhoví.
Okolo 2 - 3 MHz se však úroveň vnějších šumů i v čistém prostředí vyrovná s vlastním šumem zesilovače a ten se tak neuplatní. Také síla signálů na Miniwhipu je podstatně vyšší než na běžných anténách. Pro střední a dlouhé vlny je velmi účinný a vhodný i pro extrémní dálkový příjem. Je vhodný i pro příjem na velmi dlouhých vlnách. Koneckonců, miniwhip původně vznikl právě jako anténa pro příjem NDB majáků a zde funguje skutečně excelentně.
Silnou stránkou je možnost použití v případech, kdy instalace klasické antény není možná, nebo v místech s rušením. Tam je výhodou možnost nalezení místa pro instalaci s minimální úrovní rušení. Dále je vhodné experimentovat s uzemněním pod anténou, před vstupem do domu, u přijímače, nebo ponechat anténu se svodem neuzemněnou a vybrat konfiguraci s minimální úrovní nežádoucího rušení.Pro přijímače napájené přímo ze sítě, nebo dokonce spojené kostrou s ochranným vodičem elektrické sítě je vhodná výhybka s oddělovacím transformátorem, aby obvody antény nebyly spojené s rušící elektrickou sítí. O praktických zkušenostech s instalací se zmíním dále.
Bohužel i podstatná část uživatelů Miniwhipu se chová do značné míry iracionálně a přisuzuje této anténě možná i zázračné vlastnosti, především co do odolnosti proti rušení. Potom bývají občas zklamáni výsledkem, protože čistota signálu není podmíněna nějakými zázračnými vlastnostmi, ale správnou instalací. Také ti, co nemají s Miniwhipem zkušenosti, občas tápou a zkouší kde co. Přidám proto několik typických instalací a zkušeností s nimi.
Instalace v místnosti, případně v okně, na půdě, apod.
Tohle si prakticky každý kdo postavil Miniwhip vyzkoušel, ale je to pitomost. Takhle Miniwhip nefunguje a fungovat nebude. Uslyšíte jen pár místních středovlnných stanic a spoustu brajglu z rušících přístrojů. Je to jednoduché, nic to nestojí, ale je to k ničemu. Snad jen k prvnímu otestování, jestli hotová anténa reaguje na připojení napájení.
Instalace v činžovním domě
S touto instalací, zmíněnou výše, naštěstí nemám vlastní zkušenosti, vím o ní jen z doslechu od uživatelů. Prostě vezmete co nejdelší izolační tyč (rybářský prut, plastovou vodovodní trubku apod) a vystrčíte Miniwhip co nejdál. Nějak to funguje, netroufám si hádat jak. Uživatelé Miniwhipu v této podobě jsou kupodivu vesměs spokojení - ale není divu, raději slyšet něco než vůbec nic. Úspěch zřejmě závisí na délce tyče, tedy vzdálenosti od domu. Dá se i předpokládat, že něco jiného bude přízemí a něco jiného desáté patro.
Instalace na střeše domu
Mnoha lidem jsem už říkal - nedávej Miniwhip na komín, nedávej Miniwhip na komín, nedávej Miniwhip na komín, nebude ti tam fungovat. Ale je to marný, je to marný, je to marný :-).
Snad jedině v případě, že si místo obyčejného domu představíme chatu s minimální úrovní rušení, nejlépe bez zavedené elektřiny, a dostatečně dlouhou izolační tyč. Potom se dočkáme uspokojivé funkce. Jinak má tahle konfigurace množství nevýhod. Především - stále je anténa moc blízko u domu a u jeho zarušeného prostoru, proto nachytá zbytečně moc rušení od elektrických spotřebičů. Ještě horší je, pokud někdo anténu namontuje do blízkosti televizních antén nebo dokonce přímo na jejich stožár, případně jen s krátkým izolačním nástavcem. Televizory, DVD, set-top-boxy, videa, ve všem jsou spínané zdroje, často mohutně rušící, a brajgl od nich se kabelem k TV anténě přivede přímo k Miniwhipu. Druhým průšvihem je, že tak vlastně vyrobíme další hromosvod se svodem přímo k našemu rádiu, obzvlášť když "zapomeneme" na uzemnění před domem. V této podobě jsem Miniwhip zkoušel, nějak to fungovalo, ale s nepřesvědčivým výsledkem. Tudy cesta také nevede.
Instalace na anténní stožár před domem
Mnoho posluchačů i radioamatérů má někde na zahradě anténní stožár a instalace na jeho vrcholek se přímo nabízí. Výsledek je sice lepší než v předchozím případě, ale také ne ideální. Při použití několikametrového nevodivého nástavce bude Miniwhip fungovat, i když si myslím že hůř než na samostatné podpěře. Rizika od statické elektřiny jsou řádově menší než při motáži na dům, především když kabel od stožáru půjde v zemi a stožár i kabel bude řádně uzemněný. Stále se ale může stát že si po kabelech k ostatním anténám přivedeme rušení až k Miniwhipu.
I tohle jsem zkoušel, je to už delší doba a netroufám si tak přímo hodnotit výsledek, ale nijak nadšený jsem nebyl.
Jednoduchá provizorní instalace
V téhle podobě se Miniwhip často používá na DX campech, nebo prostě tam kde jde jen o krátkodobou instalaci. Najdi nějaký sloupek, uvaž k němu klacek s Miniwhipem, kabel oknem k rádiu a jedem... Většinou se zanedbává uzemnění kabelu. Nějak to funguje, většinou dobře, především tam kde je minimální úroveň rušení. Kde je víc zarušeno, výsledek může být špatný.
Doporučená instalace
Je to v podstatě montáž doporučená autorem antény. Tedy - především najdeme nejlepší místo. Většinou co nejvíce v zahradě, na volném prostoru, co nejdál od domů, prostě je nutné najít místo s minimem rušení. V tom je celý vtip. Zde se postaví co nejvyšší nevodivý stožár, na něj přimontuje Miniwhip, kabel od něj natáhne po zemi, nebo raději schová pod zem do trubky, a především se buď přímo u stožáru nebo někde na trase zarazí zemnící tyč, na kterou se kabel uzemní. Tím se omezí rizika od statické elektřiny a také omezí přenos rušení po kabelu od domu k anténě.
Instalace s galvanicky odděleným svodem
Idea vychází ze zásad nízkošumového svodu. Tedy - samotný Miniwhip co nejdál od zdrojů rušení, tak aby už nebyl v jejich dosahu. Kvalitní uzemnění blízko Miniwhipu, přímo u něj napájecí výhybka a akumulátor. Za nimi oddělovací VF transformátor, vlastní svod k rádiu v domě je tak od antény galvanicky oddělený. Vhodná by byla i napájecí výhybka s oddělovacím transformátorem z PDF odkazu nahoře.
V této podobě jsem doma odzkoušel Miniwhip, později KAA1000. Přímo pod anténou je zemnicí tyč, navíc několik radiálů u plotu. Napájení antény je přes transformátorovou oddělovací výhybku, napětí je vedeno samostatně dvojlinkou z klasického transformátorového zdroje. U antény je zapojeno přes tlumivky v obou pólech, záporný pól přímo uzemněn, kladný blokován kondenzátory. Oddělovací výhybka má dva samostatné, galvanicky oddělené výstupy.
S výsledkem jsem spokojen, šumy a rušení ze sítě se podařilo ještě víc omezit - pokud ovšem někde v okolí nezapnou "rušičku", vyzařující přes elektrické rozvody na stovky metrů. Potom už nepomůže nic, jen feritová nebo smyčková anténa a odsměrování do minima.
Montáž Miniwhipu, nebo v tomto případě kopie antény KAA1000, má ale i svá úskalí. Na některé z nich se dále pokusím poukázat.
S anténou podobnou Miniwhipu, KAA1000 mám velmi dobré dlouholeté zkušenosti. Původně jsem ji namontoval na dřevěnou tyč vysokou přes deset metrů, původně používanou dokonce pro FM anténu. Později jsem na ni namontoval Miniwhip a nakonec KAA1000.
Ten na ni vydržel dlouhá léta, až jednou v noci přišel vítr a ráno to vypadalo takhle:
Měl jsem velké štěstí, neboť stožár s KAA1000 spadl přesně do koruny staré jabloně, jediného místa kde nezpůsobil žádnou škodu. Dokonce ani samotná anténa nebyla nijak poničená. Stožár antény se zlomil těsně nad horní objímkou.
Při podrobnější prohlídce a "vyšetřování" příčiny jsem přišel na tři důvody. Především klacek s anténou už byl používaný moc dlouho. Sice se říká že ženská naležato a dříví nastojato vydrží hodně, ale tohle už bylo moc. Kolem objímky se držela vlhkost, dřevo v ní částečně vyhnilo a tím se stožár zeslabil. Druhým důvodem byl i fakt, že abych kdysi klacek do objímky dostal, musel jsem ho hodně ohoblovat pořízem a tím jsem ho také zeslabil. A třetím důvodem byla absence kotvení. Původně s FM anténou byl stožár kotvený lanky do tří směrů, ale lanka časem shnily a po přestavbě se mi zdálo že samostatný klacek je minimální plochou pro nápory větru a ten s ním skoro nehne. Ovšem tentokrát už vítr přesáhl kritickou mez, pravděpodobně navíc klacek rozhoupal a takhle to dopadlo. Naštěstí tedy dobře, dokonce i pro samotnou anténu. Překvapující byla dokonce i nedotčenost elektroniky antény po několikaletém pobytu pod širým nebem.
Bidlo samotné se při pádu přerazilo na dvě části, odlomenou horní dlouhou asi dva a půl metru jsem obratem použil jako provizorní stožárek pro rychlé uvedení do funkčního stavu:
Nebyl to žádný zázrak, výška anténě citelně scházela a účinnost antény zřetelně poklesla. Nakonec jsem stožár obnovil, samozřejmě doma měli obavy že další podobný incident už by tak dobře skončit nemusel, v okolí antény je skleník, pergola a v létě bazén.... Nedá se nic dělat, ze zbytku klacku, který byl v pořádku, jsem udělal nový stožár o výšce asi šest metrů, který by (snad) měl být díky menší výšce odolnější.
Je znát, že se snížením výšky také trochu klesla účinnost antény a odolnost vůči rušení, ale skutečně jen trochu a je dál vhodná i pro náročnější použití. S výškou 2,5m na provizorním stožárku už to opravdu nebylo ono.
Shrnutí - dřevo přece jen není materiál na věčné časy, občas potřbuje vyměnit, trubkové objímky jsou lapačem vlhkosti a budoucí hniloby, je proto vhodné stožár důkladně nakonzervovat. A pokud se chcete dostat skutečně vysoko, tak i kotvit.