OK1UFC

 

Balkónový vertikál laděný interním tunerem transceiveru

 2025    

 

Všeobecně

Balkónový vertikál s autotransformátorem je určen pro provoz pomocí digimódů na krátkovlnných pásmech. Tuto anténu lze použít s délkami koaxiálních napáječů (Z=50 Ohm) do několika metrů  a anténu lze přizpůsobit vnitřním tunerem transceiveru. Zářič vertikálu je uzemněný přes vinutí transformačního členu. Naprosto totožný zářič jsem 3 roky úspěšně testoval na všech pásmech s automatickým tunerem Yaesu FC-40, popis zde.

Pracovní rozsah kmitočtů po úpravě vertikálu (na amatérských pásmech):  3.5 MHz až 30 MHz, příp. 50 MHz (vyzařovací diagram v pásmu 50 MHz však není dobrý)

Použitý vertikál je Sirio, typ GPE 27 5/8 SIRIO, manuál ke stažení zde. Jedná se o vertikál, jehož zářič je dlouhý cca 6m, hmotnost vertikálu je cca 2.5 kg. Pata vertikálu umožňuje montáž na trubku o průměru 32 až 42 mm. S tímto rozměrem vertikálu dokáže manipulovat jedna fyzicky méně zdatná osoba. Předpokládám, že typ CB antény není pro použití s tunerem na amatérských pásmech rozhodující.
Úprava vertikálu spočívá v odstranění spodní indukčnosti v patě vertikálu. Na obou koncích jsem indukčnost přeštípl ostrými kleštěmi s jemnými čelistmi a nepotřebný Cu vodič jsem odvinul. Horní indukčnost (je zapojená mezi zářičem a středním vodičem konektoru PL259) jsem ponechal. Je tedy zřejmé, že úprava je nevratná.  
Montáž vertikálu: Na balkóně, s použitím trubky 32 mm. Pata vertikálu je ve výši cca 4 metry nad zemí.
Kotvení vertikálu: Není použito.

Radiály: Původní GPE 27 vertikál byl dodán s radiály. Pro provoz s ununem se s vertikálem dodané radiály neinstalují.

Protiváha vertikálu: Vertikál vyžaduje použití protiváhy. Jako protiváha v mé instalaci slouží cca 4m dlouhý vodič, který je jedním koncem spojen se zemní svorkou ununu a druhá svorka je připojena na zemnicí kolík délky 40 cm.

Uzemnění vertikálu: Každý si instaluje takový druh antény na vlastní nebezpečí. Instalace nesplňuje žádné bezpečnostní hledisko. Zářič je spojen se zemí přes vinutí ununu.
Vysunutí horního dílu zářiče: V mé instalaci je nastaven na maximální délku.

Napájení vertikálu: pomocí koaxiálního vedení (RG58 Low Loss Foam, cca 4 m)
Transformační člen u vertikálu: UNUN - autotransformátor s 6 ks feritových toroidů z materiálu NiZn, rozměrů (OD/ID/H) 31/19/16, viz následující popis provedení.

Linkový izolátor (balun, tlumivka): Linkový izolátor na potlačení společných zemních proudů byl použit. V mém případě se jedná o konstrukci balunu vinutou tenkým teflonovým kabelem na toroidním feritovém jádře. Linkový izolátor je zapojen mezi TCVRem a ununem. Použití dobrého linkového izolátoru je klíčovou záležitostí k úspěchu s tímto typem antény. Linkový izolátor je v zapojení kvůli zamezení společným zemním proudům. Na vertikál lze přijímat slabé signály i v městské zástavbě a lze vysílat s plným výkonem TCVRu, aniž by docházelo k jakýmkoliv nežádoucím jevům, tj při příjmu k rušení a při vysílání k pronikání vf do PC apod.

Nastavení FT-710: Vertikál byl testován s využitím rádia Yaesu FT-710. Je třeba udělat nastavení v menu OPERATING SETTING - GENERAL - TUNER TYPE SELECT - INT.

Ladění: Před použitím v provozu stiskneme na každém pásmu tlačítko TUNE. TCVR s tunerem provede ladění a následně uloží nastavení do paměti. Při provozu s popsanou anténou pouze zkontrolujeme, že na obrazovce TCVRu svítí nápis TUNE. V režimu TX bude anténa vyladěna.

Na obrázcích dole jsou: Konstrukční provedení balunu (ununu), instalace ununu u antény.

Foto ununu po montáži k patě antény na balkóně (na fotografii vpravo je již demontován externí tuner FC-40):

   

Pohled na montáž ununu v krabičce, pohled na svorky

Prototyp autotransformátoru byl instalován do plastové krabičky (GM Elektronik). Na boku krabičky jsou vyvedeny svorky:

- M4 pro připojení zářiče (kabel s banánkem, který se strká do SO-239 konektoru CB antény);
- M4 pro připojení uzemněné protiváhy.

Směrem dolů je vyveden konektor SO-239 pro připojení koaxiálního napáječe.

Provedení autotransformátoru (UNUN)

Primární vinutí autotransformátoru tvoří jedna ze dvou Cu trubek. Druhá trubka je součástí sekundárního vinutí. Cu trubky jsou montovány pájením (jde to blbě) mezi čela z kuprextitu (FR4). Vinutí jsou zapojena dle uvedeného schématu.
Sekundární vinutí a zemnící spoje jsou provedeny z izolovaného Cu lana o průřezu 1.5 mm2.

Pozn.: Unun na fotografii vpravo dole ještě nemá vyvedenou zemnicí svorku, která se ukázala jako vhodná.

 
   
   
   

Feritové toroidy

Použité feritové toroidy jsou neznámého typu. Pravděpodobně se jedná o jádra z materiálu NiZn. Permeabilitu jsem neměřil, ale předpokládám, že se pohybuje mezi hodnotami 100 až 700. Popsané zapojení ununu se na Internetu objevilo v mnoha návodech. Jde o známé zapojení, které bylo pravděpodobně prvně použito u antény Comet CHA250. Jádra, trubky a čela z materiálu FR4 lze sehnat například na ebay.com jako sadu. V mojí sadě byly dodány jádra neznámého typu, asi se jednalo o jádra T31x16x19 od Ferrocore. Jádra o stejném průměru dodává i Kemet (materiál 700L).

Odkazy k anténám Comet CHA250 a jejím klonům:

http://www.vk5zd.com/CHA250/CHA250.aspx
https://officinahf.jimdofree.com/antenne-hf-mf/hf-commerciali-cha250b/
https://no1pc.org/radio/CHA250B/MARTIN%20-%20G8JNJ%20-%20Comet%20CHA-250B.html

Továrně vyráběné klony antény:
1. Moonraker GPA-80
2. https://www.passion-radio.com/moonraker-gpa-80-hf-1265.html
Schéma zapojení ununu (navíjecí předpis bez nakreslených jader)

Navíjí se vodičem (Cu lano s PTFE nebo silikonovou izolací) od konce, který je před navíjením připájen do PCB desky (na schématu jde o modrý počáteční uzel na pravé Cz trubce). Je navinuto 2.5 závitu. Poslední (třetí) závit není navinut. Je prostrčen skrz Cu trubku (na schématu sklz levou trubku) a vyveden zpět. Vzniklá smyčka má dvě funkce - tvoří kapacitu výstupu ununu proti zemi. A také tvoří rezervu.
Barvy na schématu:
- oranžová: vstup z jádra koaxiálu, Cu primární trubka, Cu sekundární trubka;
- zelená: zemní spoje, tj. propojení Cu trubek na desce PCB, propojení závitu konektoru SO-239 a propojení zemnicí svorky M4;
- modrá: sekundární vinutí ununu provedené lanem Cu.

Základní měření

Přizpůsobení vertikální antény na konektoru SO-239:
Zobrazená veličina: VSWR
Měřidlo: RigExpert AA-200, koaxiální vedení 30 cm
Výsledek: V celém pásmu od 3.5 MHz do 54 MHz byl naměřen poměr stojatých vln (VSWR) lepší, než VSWR=2.5; na amatérských pásmech cca od VSWR=1.5 do VSWR=2.2:

Kontrola ununu po montáži

Měření indukčnosti mezi svorkou M4 zářič a svorkou M4 uzemnění: L = 20 uH, přímoukazující měřič, f = 40 kHz.

Měřidlo: RigExpert AA-200;
Výstup UNUN: zatížení rezistorem R=200 Ohmů;
Měří se: Koeficient odrazu a průběh impedancí (R, jX, Z) po transformaci:

Finální měření VSWR na konektoru u TCVRu (bez tuneru)

Měřidlo: RigExpert AA-200:

Zemnicí vodič antény

Popsaný vertikál má své dobré vlastnosti při délkách zemních vodičů od cca 3m. Při nízkých instalacích antény (nebo na zemi) použijeme sadu čtvrtvlnných radiálů alespoň pro 3 až 4 pásma. Co se na anténě děje si vysvětlíme na následujících třech schématech antény s vyznačenými zemními proudy.

 
1. Na pásmu 80m (obrázek vpravo) je zářič pro danou vlnovou délku krátký. Směrem od ununu je zářič obložen proudem, který použité uzemnění, zemní vodič a unun dovolí. Tento proud podél zářiče klesá a na špičce zářiče je nulový.

2. Uvažujeme-li o instalaci antény ve vyšší výšce, vřele doporučuji udělat jednoduchou zkoušku s délkou zemnícího vodiče. Stávající zemnicí vodič demontujeme a nahradíme ho delším vodičem se zemnicím kolíkem na konci. Zemnicí vodič bude sice šikmý, vyzařovací diagram bude proudem v zemnicím vodiči deformovaný (deformace si možná nevšimneme), ale test je pro indikaci výskytu společných zemních proudů na napáječi docela dobrý.

3. Stejný test provedeme na více pásmech. Zaměříme se na vyšší pásma. Dlouhý zemnicí vodič bude srovnatelný s délkou vlny. Pokud bude zemnicí vodič delší, než 1/2 vlnové délky, nalezneme na zemnicím vodiči maxima a minima proudů. Zemnicí vodič bude samozřejmě vyzařovat. A vyzařování nás může díky různým vlivům na napáječ antény začít trápit.

Jedná se o anténu konstrukčně jednoduchou (jednoduchý zářič, jednoduchý transformační unun, jednoduchý systém uzemnění). Pravděpodobně nám anténa poslouží tam, kde jednoduchosti antény dokážeme využít a nebudou nám vadit její ztráty. Tedy jako antény všepásmové, s nízkým vyzařovacím úhlem, antény vhodné pro provoz s malými úrovněmi signálů.

Jednou z podmínek bude, že výška antény bude limitovaná rozmezím instalované výšky ununu od cca 2 až 3 m do nějakých 6 m, možná do 6 m až 8 metrů.

Proto jsem anténu označil jako balkónový vertikál.

 

 

 

  

Ukázka příjmu (80m a 30m ráno); na malém vertikálu musí být v městské aglomeraci, mezi desítkami solárních elektráren, stovkami wifi zařízení a poblíž rozvodny 110 kV slyšet provoz digitálních DX stanic;  červená šipka ukazuje momentálně nejsilnější přijímaný signál, žlutá šipka signál mezikontinentální DX stanice:

   

Závěry

Anténa má podstatně horší účinnost, než měl balkónový vertikál stejného umístění, který byl laděný tunerem FC-40. Přijímané signály s touto anténou FT8/FT4 jsou slabší. Pravděpodobně však mají oba vertikály v mém QTH stejný odstup signál/šum (S/N).

Ztráty antény

1. Ztráty na vysokých kmitočtech, které lze indikovat měřením teploty jader; na pásmu 50 MHz je oteplování nejrychleší:

 Tab. 1:  50 MHz, FT8, P = 50 Wattů, teploty ve °C

vzduch levé toroidy pravé toroidy po počtu relací FT8
18 24 32 5
19 26 34 8
19 28 39 10
19 35 47 15


2. Ztráty na nízkých kmitočtech, teploty jader:

 Tab. 2: 3.570 MHz, FT8, P = 80 W, teploty ve °C

vzduch

 levé toroidy pravé toroidy po počtu relací FT8
22 56 33 5
22 64 35 8
22 68 36 10
22 72 38 12

O ztrátách pojednává též tento zveřejněný článek z Internetu: https://no1pc.org/radio/CHA250B/MARTIN%20-%20G8JNJ%20-%20Comet%20CHA-250B.html

Poznámky:
- na pásmu 6 m jsem měření prováděl při reálném spojení s norskými a švédskými stanicemi;
- na pásmu 80m jsem měření prováděl před polednem, pouze jsem vysílal výzvu výkonem P=80 Wattů, tento výkon považuji u TCVRu FT-710 za maximální možný,
  kdy signál FT8 je stále ještě čistý a dokonale detekovatelný;

Ztráty v transformátoru se mi nelíbí, samozřejmě. Proto doporučuji použít unun, který instalujeme do Al trubky, pokud je to možné, s vnějším odvodem tepla nebo alespoň konstrukci podobnou originálnímu transformátoru Comet CHA250.

Nicméně, tak jako kdysi konstrukce antény Diamond BB6W s širokopásmovým transformátorem a baterií výkonových rezistorů, tak ani konstrukce s ununem zde popsané konstrukce mě nenadchla a najít řešení transformátoru, které bude sice složitější, než tento unun, ale méně ztrátové na pásmech 80 m a 6 m určitě nebude jednoduchou úlohou na jedno odpoledne.

Výhody popsaného vertikálu:
- uzemnění zářiče;
- lze vyladit s vestavěným interním tunerem a anténa je výborně přizpůsobena;
- k anténě není veden řídící kabel pro tuner a ani žádný další kabel (ss napájení apod.); výborné řešení z pohledu společných zemních proudů;
- anténu lze vyladit od pásma 160m až po pásmo 6m, ale na pásmu 160m má anténa nepatrnou účinnost a na pásmu 6m anténa nemá potřebné vyzařování na nízkých úhlech;
  praktická použitelnost antény je od 3.5 MHz do 30 MHz;
- kombinace ununu (autotransformátoru) a linkového izolátoru potlačuje velice účinně společné zemní proudy; anténa je tichá i v městském prostředí
  (například dnes, tj. 29.07.2025 jsem dopoledne nádherně slyšel stanici T30TTT (Kiribati), provoz FT8, pásmo 18 MHz).

Nevýhody:
- přijímané signály jsou slabší, než u stejného zářiče vyladěného tunerem;
- anténa není použitelná v pásmu 160m; na tomto pásmu má unun extrémně vysoké ztráty, ale interní tuner FT-710 vertikál přizpůsobí;
- anténa není použitelná v pásmu 6 m; v tomto pásmu je zářič dlouhý a nevyzařuje nízkými elevačními úhly;
- Cu trubky ununu do PCB čel se opravdu obtížně pájí, je to nutné dělat v etapách, mezi pájením chladit jádra i letovačku; zapájel jsem to trafopáječkou 125 VA, ale bylo to na hraně;
- účinnost antény je použitým principem autotransformátoru s feritovými jádry významně snížena.
 

 
   TU 73, Mira, ok1ufc