Menu

25.2.6. A „nagy kerék" (the big wheel)

A 2 m-es sávban szinte kizárólag csak éles irány hatású antennával dolgozik az ultrarövid hullámú amatőr, mert ezzel megsokszorozhatja egy meg határozott irányban adójának kisugárzott teljesítményét. Az irányhatás ezenkívül lehetővé teszi a más irányokból származó vételi zavarok kiszűrését és a hasznos jel kiemelését.
Ezek a jó tulajdonságok azonban nem mindig válnak az irányhatású antennák előnyére, hiszen a tapasztalatok szerint a 2m-es sávban majdnem kizárólag az esti órákra korlátozódik a forgalom, és ebben a többnyire rövidnek bizonyuló napszakban annyira fokozódik a tevékenység, hogy szinte lehetetlen minden irányban gondosan felkutatni a beérkező jeleket és kisugározni. A gyakorlatban ezért többnyire beáll az amatőr a legnagyobb kínálatot nyújtó irányra, aminek következtében el veszíthet más irányokban esetleg értékes összeköttetési lehetőségeket. Utólag igen gyakran kiderült már, hogy egy bizonyos irányban jó DX-lehetőség kínálkozott volna, de nem lehetett kihasználni, mert senki sem állította ebbe az irányba az antennáját.
Az ilyen alkalmakra ideális volna egy nagy nyereségű, vízszintesen polarizált körsugárzó, még hozzá lehetőleg egy éles irányhatású antenna mellett. Az ilyen körsugárzóval biztosak lehetnénk abban, hogy mindenhol meghallhatják hívójeleinket és minden irányból hallhatjuk mások adását.
W1IJD és W1FVY egy ilyen antennarendszert dolgozott ki, és elnevezte nagy keréknek (The Big Wheel). Egyszintes kivitelezésben mint járműantennát próbálták ki, ebben az üzemmódban az egyszerű keresztdipólushoz képest 5,7dB nyereséget értek el vele, és jelentős mértékben csökkentették a mozgó állomásokra jellemző hullámzási jelenségeket (a rövid ideig tartó elhalkulásokat). Mint hogy a keresztdipólus nyeresége - a normális félhullámú dipólusra vonatkoztatva - 3dB, a „nagy kerék" 2,7 dB-lel jobb a félhullámú sugárzónál.

25.18. ábra. A nagy kerék

A nagy kerék vázlatos rajzát a 25.18. ábrán közöljük. Hasonlít az előbbiekben ismertetett máltai kereszthez és négylevelű lóheréhez, de csak három hurkot tartalmaz. A fő különbség a gerjesztés módjában van. A máltai kereszt alakú rendszerben és a lóheresugárzóban sorosan csatlakoznak egy máshoz a sugárzóelemek, a nagy kerékben viszont párhuzamos a kapcsolás. Ennek következtében a nagy kerékre kisebb talpponti ellenállás adódik. Az áttekintés megkönnyítésére a 25.18. ábrán nem rajzoltuk be az elemek összekötését és gerjesztését ; az ezekre vonatkozó adatokat a 25.19. ábrán közöljük.
Mint a rajzon látjuk, mindegyik hurok kerülete 1λ; a beírt 2050mm hossz a 2m-es sávra vonatkozik. Mindegyik hurkot úgy kell behajlítani, hogy szabad végeik A és E helyén 100°-os szöget zárjanak be egymással. A hajlatok görbületi sugara a 2m-es hurkokon 152mm. A szomszédos hurkokhoz tartozó A, E szárak közel λ/4 hossz mentén párhuzamosan haladnak. Minthogy a negyed hullámúrészekben ellentétes irányúak az áramok, ezek a szakaszok nem sugároznak [lásd a 25.19.(a) ábrát]. A hurkok összekapcsolásának módját jól

25.19. ábra. A nagy kerék gerjesztése és táplálása:
(a) árameloszlás; (b) táplálás; (c) csonk

láthatjuk a 25.19.(b) ábrán: az A betűvel jelölt hurokkezdetek mind össze vannak kötve egymással, akárcsak az E betűvel jelölt végek. Eszerint a három hurok úgy van párhuzamosan kapcsolva, hogy a sugárzó félhullámú szakaszok mind azonos fázisban kapják a gerjesztést [lásd az áramok irányátjelző nyilakat a 25.19.(a) ábrán].
A hurkok párhuzamos kapcsolása folytán nagyságrendben 10Ω-ra csökken a talpponti ellenállás. Hogy azonban a kereskedelmi forgalomban kapható koaxiális kábelekkel is táplálhassuk a rendszert, kissé megrövidítjük az egészhullámú hurkokat, és az így keletkező kapacitív meddő összetevőt a táppontban egy induktív csonkkal kompenzáljuk. Ezzel elérjük, hogy a táppont automatikusan eltolódik a mélypontból a nagyobb impedanciaértékek felé, vagyis akármilyen hosszú koaxiális kábel lehet a tápvezeték. A csonk egyenes szakaszának a hossza a 2m-es sávnak megfelelő rezonancia eléréséhez 127mm. Ha gépjárművön, a kocsi fedele fölött kis magasságban akarjuk felszerelni a „nagy kereket", inkább 153 mm-re vegyük a csonk egyenes szakaszának a hosszát. Magát a csonkot a 25.19.(c) ábra szerint alumínium szalagból készítjük el (szélessége 20 mm, vastagsága kb. 1,5 mm).
Elektromos vonatkozásaiban nincs nagy jelentősége annak, hogy milyen anyagot használunk fel az egészhullámú hurkokhoz. Ebben az esetben mindenekelőtt a mechanikai megfontolások jönnek számításba, mert az antenna oldalsó kiszögellésének sugara mindig kereken 600mm. A minta antenna 9,5mm vastag alumínium csőből készült, nyitott végét legalább 50mm mélyen bevert fadugó vagy alumínium csap zárja le. E helyett éppen ilyen jó szolgálatot tehet a 8...10 mm átmérőjű tömör, gömbölyű alumínium rúd is, amilyen a villámhá­rítókhoz használatos. Ezenkívül a tömör anyagot még könnyebb is hajlítani, mint a csövet. A cső alakú vezetőt megtöltjük száraz homokkal, dugókkal jól elzárjuk a két végén, és ebben az állapotában kifogástalanul és törésmentesen behajlíthatjuk.
Meg kell gondolnunk még a hurkok mechanikai rögzítését és helyes összekapcsolását. Egy lehetsé ges konstrukciós megoldás a 25.20. ábrán látható.

25.20. ábra. A nagy kerék felerősítése (méretek mm ben)

A tartószerkezet egy derékszögű négyszög alakú, 130x70mm méretű fémlemez [25.20.(a) ábra.] Ebből a lemezből egy 40mm hosszúságú részt derékszögben behajlítunk (a szaggatott vonal men­tén), hogy hozzáerősíthessük az antennaárbochoz. A lemezt, amely itt az alaplemez szerepét tölti be, egy U alakúra behajlított menetes csappal hozzá erősítjük az árbochoz, egyúttal mindjárt földeljük is. Az E alaplemezen csavarokkal rögzítjük az E hurokvégeket és a csonk rövidebbik szárát, de ügyeljünk arra, hogy jó fémes érintkezés jöjjön létre. A tápkábel külső vezetőjét is az alaplemezhez forrasztjuk. Az E alaplemez fölé kis távolságban felszerelünk egy másik, a rajzon A betűvel jelölt műanyag lemezt, és a hurkok A kezdetét, a csonk hosszabbik ágát, továbbá a tápkábel belső vezetőjét ehhez erősítjük, egymással pedig fémesen összekötjük.
A „nagy kerék" nagy sávszélességű antenna. A 2m-es változatban 142 és 150 MHz között 1,5 alatt marad a hullámosság. Ebből látszik, hogy a méretezésben nincs szükség túlságosan pontos értékekre. Mint a 25.21. ábrán látjuk, egyszintes kivitelezésben a negyedhullámú részek irányából behorpadások jelennek meg a sugárzási diagramon. A behorpadások mélysége 3 dB-t is elérhet.

25.21. ábra. A nagy kerék egyszintes változatának sugárzási diagramja

A nagy kerék alakú antenna kiváló tulajdonságai még jobban érvényesülnek, ha két ilyen antennát egymás fölé szerelünk, vagyis kétszintes emeletes antennát állítunk össze belőlük. A szintek közötti optimális távolság 5/8λ, és ebben az esetben az egy szintes változathoz viszonyítva körülbelül 3dB-lel nő meg az antennanyereség. A vízszintes sugárzási diagram kör alakú marad, a nyereség kizárólag csak abból származik, hogy a függőleges síkban csökken a nyílásszög. Ezáltal a gyújtószikrák zavaró hatása is sokkal kisebb lesz.
Az egyszintes antenna talpponti ellenállása, mint ismeretes, 50Ω. Két szint összekapcsolása révén a közös táppontban már csak 25Ω volna az ellenállás. Ezért már az összekötő vezetéknek úgykell transzformálnia, hogy újra 50Ω impedancia jelenjék meg a közös táppontban. Szokásos el járás a negyedhullámú vezetékdarab transzformáló hatásának kihasználása. Ebben az esetben mindkét szinten szükség van egy-egy negyedhullámú transzformátorra, és ezzel 50Ω-ról 100Ω-ra kell feltranszformálni a talpponti ellenállást, mert így lesz a párhuzamos kapcsolásban újra 50Ω a közös táppontban jelentkező ellenállás. A ne gyedhullámú vezeték Z0 hullámellenállásának az (5.31) egyenlet szerint

értékűnek kell lennie. 70Ω hullámellenállású koaxiális kábelek kaphatók az üzletekben (ilyen például a 75-4-1 vagy a 75-4-4 típusú kábel is). Ebben az esetben 50Ω-ról 120Ω-ra transzformálódna fel az impedancia, és a tápponti ellenállásra 60Ω-ot kapunk.
A gyakorlatban 70 vagy 75Ω hullámellenállású koaxiális kábelből készül az összekötő vezeték és a transzformátor, és az elektromos hossz pontosan 1Ω. A kábel rövidülési tényezője általában 0,66, tehát a geometriai hossz 2070∙0,66 =1365mm. Minthogy a szintek közötti optimális 5/8Ω távolság a 2m-es sávban kereken 1300mm, nagyon kedvező megoldást kapunk. Az 1λ hosszúságú vezetékdarab persze nem transzformál. Transzformálni csak negyedhullámú vezetékdarabbal vagy páratlan számú többszöröseivel (3/4λ., 5/4λ, 7/4λ stb. hosszúságú szakaszokkal) lehet. Esetünkben azonban egyszerűbb fogáshoz is folyamodhatunk, felosztjuk az egészhullámú vezetéket egy 1/4λ és egy 3/4λ hosszúságú szakaszra. Az alsó szinttől egy negyed hullámhossznyi távolságról az egész rendszert táplálhatjuk.
Mindez jól látható a 25.22. ábrán. Itt azonban a következőkre is ügyelnünk kell: az alsó szintet negyedhullámú transzformátoron keresztül tápláljuk, míg a felső szint transzformáló vezetékének hossza 3/4Ω. Ez azt jelenti, hogy a két szint egy máshoz képest 180° fáziseltolással kapja a gerjesztést. A szükséges fázisviszonyok helyreállítására egymáshoz képest 180°-kal el kell forgatni a két szintet.

25.22. ábra. Az emeletes nagy kerék gerjesztése (a meg adott méretek 145 MHz rezonancía frekvenciára vonat koznak)

Ezt nagyon egyszerűen érhetjük el, ha az alsó szintet, mint hurokkezdetnek A betűvel jelölt végét a felső szinten E hurokvégnek tekintjük és ennek megfelelően kötjük be.
A két szinten teljesen szimmetrikus gerjesztést minden műszaki fogás nélkül úgy érünk el, hogy az összekötő vezeték elektromos hosszát 1,5λ-ra vesszük. A közös táppont ekkor e vezeték geometriai közepére kerül. Ily módon mindkét szinthez elektromosan 3/4λ hosszúságú kábeldarab tartozik, márpedig az ilyen kábel, mint negyedhullámú vezeték transzformál. Most már azonos fázisban és szimmetrikusan kapja a két szint a gerjesztést. 0,66 rövidülési tényezővel számolva az 1,5λ hosszúságú vezetékdarab geometriai hossza a 2m-es sávban 3100∙0,66=2046 mm. Mivel a szintek közötti távolságnak kereken csak 1300mm-nek kell lennie, az összekötő vezetéket kerülő úton kell vezetni. Ez a kerülőút többnyire szükséges is, mert ily módon a tartóárboc mentén vezethetjük és rögzíthetjük az összekötő vezetéket, és a táppont jó mechanikai alátámasztást kap az árbocon.
Kiderült, hogy a két szint közötti kölcsönös csatolás hatására egy kissé eltolódik a rezonancia a nagyobb frekvenciák felé. E hatás kompenzálására külön-külön 152 mm-re növeljük meg a két csonk egyenes szakaszának hosszát. Négy szintre is kibővíthetjük egyébként a nagy kerekes antennát, de a kétszintes elrendezéshez képest alig 2 dB lel kapunk nagyobb antennanyereséget, úgyhogy nemigen éri meg a nagyobb költséget.
Összefoglalva az elmondottakat, megállapíthatjuk, hogy a „nagy kerék" mint egyszintes antenna a 2m-es sávban, mozgó állomásokon kitűnő, bár kissé idomtalan sugárzónak bizonyul. Kétszintes emeletes elrendezésben ez az antenna a helyhez kötött állomásokon nagyon jó, vízszintesen polarizált körsugárzó, és megfelelő antennanyereséget ad. A hagyományos eszközökkel felépíthető „nagy kerék" méretei a nagy sávszélesség miatt különösebben nem kritikus értékek. Az itt közölt méretek betartásával megtakaríthatjuk magunknak az utólagos állítgatások fáradságát.

 

A máltai kereszt alakú antenna
Tartalom
A körsugárzó kettős tekercsantenna