EH antenna

Innen: HamWiki

Alább egy kompromisszumos antenna kerül bemutatásra. A kompromisszumos antennákat leginkább akkor célszerű alkalmazni, amikor a rendelkezésre álló hely megköveteli a kisebb méretet. Egy másik ilyen kompromisszumos antenna az Isotron antenna, amelyet szintén célszerű megtekinteni.

EH antenna elnevezése, jellemzői

001.jpg

Az EH-antenna működési mechanizmusát Ted Hart (W5QJR) gondolta ki és szabadalmaztatta is az ezredforduló környékén. A neve az elektromos (E) és mágneses (H) térerősség jelébol származik.


Az EH-antenna egy erősen kompromisszumos antenna. Néhány dB veszteség áldozatot hozva a méretei rendkívül kicsik, hossza a hullámossz méretének akár 1-2 %-ára is lecsökkenthető. A mágneses hurokantennákkal ellentétben sávszélessége elegendő a teljes amatőrsávra (amelyikre méretezve van), így nem kell sávon belül utánhangolni.

Nyeresége a hosszától függ. Amit eddig sikerült a fellelt anyagokból kikövetkeztetni róla:

  • nagyon érzékeny a behangolásra, hangolatlan helyen (sávon kívül) használva akár 10 dB-vel rosszabb eredményt is mutat.
  • 1/20 λ hosszúságú antenna hosszúságú antenna 20-30 dB-lel rosszabb eredményt ad az 1/2 λ-s dipólnál. Azaz 3-5 S értéket csökken a jelszint az indikátoron. Ha 100 W a dipóllal az ellenállomásnál S9-et hoz létre, akkor az EH antenna kb. S5-öt, ami kommunkációra még alkalmas lehet.
  • 1/20 λ hosszúságú antenna például 7 MHz-en 20 méter hosszú dipól helyett 2 méter hosszt és hozzávetőleg 15 cm-es átmérőt jelent.

Az antenna működése

UA3AIO-féle elrendezés


Az EH-antenna alapjában véve egy erőteljesen csökkentett hosszú, dipól-szerű sugárzó. Két részből áll, amelyek elektromos kapacitást képeznek. Az antenna elemi tetszőleges kialakításúak lehetnek, azonban - praktikussági okokból - három féle kialakítás terjedt el:

  • kettős kúp (biconnical)
  • rövid, vastag dipól,
  • tányér-kúp (disc-cone)
Elméletet magyarázó ábra

A sugárzó két felének egymás közti kapacitását a dob kialakítású elrendezés valamelyeset megnöveli. Az antenna bemeneti feszültségét alkalmas impendacia transzformátorral illesztik a nagyimpedanciás, inkább kapacitív jellegű sugárzóhoz. Az sugárzón nagyfeszültség lép fel, erre mindenképpen figyeljünk.

A két antennaelemhez juttatott feszültség kelti az E-mezőt. A feszültség áramot hoz létre a kapacitásban, ami viszont a H-mezőt kelti. A H-mező vektora derékszöget zár be az E-mező vektorával, azaz a H-mező mintegy "átöleli" az E-mezőt.Ez nem mond ellent az egyensúly elméletnek, ugyanis Maxwell második egyenletével összhangban Rot H = j + D' Az E és H mezőnek szinfázisban kell lennie. Ezt biztosítja az antennában a fázistekercs (ugyanis normál esetben a kapacitásban folyó áram fázisa megelőzi a feszültség fázisát)

Más elmélet szerint: „A közönséges Herz-féle antennákban az elektronok haladó mozgásúak, ezek keltik a mezőt. Az EH-antennák sajátossága, hogy a hengerekben szintén jelen van ugyan az elektronok haladó (lineáris) mozgása, de az elektronok forgó mozgásnak van domináns szerepe. Ez a szituáció az EH-antennák hangolótekercseiben létrejövő mágneses áramok hatására alakul ki. A hangolótekercsben keletkező mágneses mező áthatol a nem mágnesezhető anyagból készült hengereken, ellenfázisban azzal a mezővel, amelyet a fázistekercs kelt az antennában. Ez az a bizonyos harmadik vektor, ami az elektronok forgó mozgását jelzi. Éppen erre harmadik vektorra épül az EH-antennák működési elve.”

A fenti leírásbol nem derül ki, hogy tulajdonképpen mi is az a harmadik vektor. Mivel az antenna méretei és frekvenciatartománya alapján a klasszikus elektrodinamikával (azaz a Maxwell-egyenletekkel) leírható, legalábbis kételkedéssel kell fogadnunk a fenti magyarázatot.

Nem teljesen tisztázott továbbá az sem, hogy az alább ismertetett Star elrendezésben a fázistekercs által a henger megtáplálásánál keltett mágneses térnek van-e valójában szerepe vagy csak mellékhatás-e. Ugyancsak kérdéses a tápvonal hatása: annak sugárzása is hozzájárulhat az antenna sugárzásához.

A Star típusú EH antennaelrendezés

Az EH antenna konstrukciók közül a Star típusú, L+L illesztésű antennák a legnépszerűbbek. Az alábbiakban egy ilyen antenna megépítését mutatjuk be részletesen.

Az antenna elektromos helyettesítő kapcsolása

Star típusú EH-antenna elkészítése 14 MHz-re

Építette: HA7JCA Gyula

Az ötlet nem az enyém: UA1ACO Vlad részletes útmutatásait követtem. Remélem, sikerült használható ötleteket adni azok számára, akik belevágnak az építésbe.

Felhasznált anyagok és eszközök

Néhány napig tanácstalanul törtem a fejem, hogy honnan is lehetne szerezni rézlemezt, a két hengerhez. Végül egy nem várt helyről jött a mgeoldás, ajánlották, nézzek be a Ferroglobus-hoz. És láss csodát: mindenféle vastagságban és méretben kapható náluk! Én a 30 cm széles, 0,2 mm vastagságú vörösréz szalag mellett döntöttem, amit ők jó nagy tekercsben tárolnak. Kilója 3.300.-Ft, gyorsan vettem fél kilót, ami majdnem 2 méter hosszúságú csíkot jelentett.

1,7 mm²-es zománcszigetelésű rézhuzal szolgál a hangolótekercs és a csatolótekercs elkészítéséhez, míg a fázistekercs és az elemeket összekötő vezeték céljára a villanyszerelők által használt 1,5 mm²-es MCu (műanyag szigetelésű tömör réz vezeték).

Dörzsszivacs, paszta

A forrasztási munkákhoz a rézcsövekkel dolgozó fűtésszerelők által használt sötétszürke színű dörzsszivacsot, illetve folyasztószerként a szintén az általuk használt, ónszemcsékkel dúsított pasztát választottam. Kiválóan lehet velük dolgozni. A forrasztási műveletekhez legalább 100 W-os páka használata ajánlott.

Az antenna tartóeleme a 32 mm átmérőjű, 1,8 mm falvastagságú szürke, műanyag vízvezeték (leginkább szennyvízhez használják) és az ehhez a csőhöz illeszkedő, 32 mm-es vakdugó (ami valami rejtélyes oknál fogva hófehér). Ebből a csőből Vlad 50 cm-nyi darabot javasol. Na, erre majdnem ráfáztam, éppen csak elég lett. Javasolom, hogy legalább 55 cm-es darabot használjunk fel erre a célra (a tömítőgyűrűs rész felől számolva).

Az antenna méretei

Az ismertetett méretező program kiválóan használható erre célra, én azonban előbb megépítettem az antennát (Vlad által megadott méretek szerint), és csak azután találtam meg a programot...

Tehát:

  • 32 mm átmérőjű, 550 mm hosszúságú műanyag vízvezeték cső
  • 32 mm-es zárósapka (vakdugó) a vízvezeték csőhöz
  • hengerekhez felhasznált rézlemez mérete: 160 mm x 115 mm
  • 1,7 mm² CuZ huzal
  • 1,5 mm² MCu "villanyvezeték"
  • RF csatlakozó (pl. "Amphenol")
  • 2 db M3-as csavar és anya az RF csatlakozó rögzítésére
  • 2 db kis méretű lemezcsavar a vakdugő rögzítésére a csőhöz

Elkészítés menete

Méretrevágott lemezek

Méretre vágás

Méretre kell vágni a csövet és a 2 db, egyenként 160x115 mm-es réz lapot.

Lemezek hajlítása

Hajlítás puha alátéten

Puha alátéten (én egy leselejtezett kerti szék vastag ülőpárnáját használtam), a cső segítségével meg kell hajtani a lemezeket. A mozdulatok ugyanazok, mint a tésztanyújtás. Ezzel a módszerrel nagyon szépen, egyenletesen meg lehet hajtani a lemezeket, azok nem lesznek görbék, összevissza horpadtak.

Fázistekercs egyik végének beforrasztása

Le kell szabni az 1,5 mm²-es vezetékből olyan darabot, ami elegendő a fázistekercs elkészítéséhez. A huzal egyik végét kb 1 cm hosszúságban megblankoljuk és ónnal befuttatjuk.

Huzal beforrasztása

Kissé kinyitjuk az egyik meghajlított csövet és a belső felületén, az egyik végénél 1 cm²felületen befuttatjuk ónnal és oda forrasztjuk a fázistekercs megónozott végét. A fázistekercset a henger alá, annak belső felületéhez kell forrasztani! és nem annak külső felületéhez!

Felső henger forrasztása

Felső henger forrasztása

Ráhúzzuk a hengert a csőre, a dörzsszivaccsal megtisztítjuk a forrasztandó felületeket, bekenjük azokat a forrasztó pasztával, szorosan összefogjuk a palástot a közvetlenül a műanyag csövön végigforrasztjuk a palástot. Nem kell félni, kellően gyors munkával a műanyag cső nem fog megolvadni a forrasztás során.

Alsó henger forrasztása

Alsó henger forrasztása

Előzetesen beleforrasztunk a henger belső felületébe, a felső részre egy kb. 15-20 mm hosszúságú csupasz drótdarabot (melyet előzetesen teljes hosszában befuttattunk ónnal). Ráhúzzuk a hengert a csőre, és a felső hengernél leírt módszerrel végigforrasztjuk.

FONTOS! A két henger közötti távolságnak pontosan annyinak kell lenni, amennyi a csőátmérő! Jelen esetben ez 32 mm. A távolságot nem a fázistekercstől kell számítani, hanem a felső henger alsó élétől!

Megjegyzés: A fázistekercs elkészítése előtt, az alsó henger felhelyezését követően ajánlatos megmérni a két henger közötti kapacitást. Ennek 7 pF-nek kell lennie. Én ezt a lépést kihagytam, bízva abban, hogy a paraméterek pontos betartásával nagyjából ez az érték születik. A kapacitás nagyságának ismerete a hangolótekercs menetszámának pontos meghatározásához szükséges. Mint a képeken látható, én kihagytam a kapacitásmérést, ezért a felső henger elkészítése után előbb elkészítettem a fázistekercset és csak ezután rögzítettem az alsó hengert.

Fázistercs elkészítése

Fázistekercs

Közvetlenül a felső henger alá elkészítjük a fázistekercset (3-4 menet). A huzal végét kb. 1 cm hosszan megblankoljuk, befuttatjuk ónnal, kb 5 mm-re a végétől derékszögben meghajtjuk. Ø1,5 mm-es fúróval átfúrjuk a csövet ott, ahol a tekercs derékszögbe hajtott vége van, majd beledugjuk a drótvéget a furatba. Ezáltal rögzítettük a tekercs végét, ugyanakkor a cső palástján futó 5 mm-nyi ónozott részhez forrasztjuk majd az összekötő huzalt.

Hangolótekercs elkészítése

Hangolótekercs

Az alsó henger alsó élétől 33 mm-re, egyvonalban a fázistekercs alsó végével (amit behajlítva beledugtunk a csőbe) a csövön Ø2 mm-es furatot készítünk. Az 1,7 mm² zománcszigetelésű huzalból elkészítjük a hangolótekercset. Más vastagságú huzal rendelkezésre állása esetén a méretező programmal ki lehet számolni a szükséges menetszámot.

FONTOS! A hangolótekercset a fázistekerccsel ellentétes irányba kell megtekerni!

Összesen 28 menetet készítünk. A 23, 24, 25 és 26. menetnél kivezetést készítünk oly módon, hogy a huzalt az adott helyeken 1 cm hosszan megtisztítjuk, U-alakban meghajtjuk, majd befuttatjuk ónnal. A tekercs alsó végénél Ø2 mm-es furatot készítünk a műanyag csőbe, a huzal végét 1 cm hosszan megtisztítjuk, befuttatjuk ónnal, a futtatott részt derékszögben félbe hajtjuk és a behajlított véget bedugjuk a furatba.

Összekötések

Összekötések

Elsőként a hangolótekercs alsó (hideg) végét és az alsó henger felső szélét kötjük össze. Ehhez elkészítünk 1-1 Ø2 mm-es furatot az alsó henger felső széle mellett, ahol a ráforrasztott drótdarab van, illetve a hangolótekercs hideg vége melletti kivezetésnél. Lemérjük a megfelelő hosszúságú drótot(furatok távolsága, ráhagyva 1-1 cm-t. Ajánlott a hangolótekercshez használt huzalból elkészíteni, de én az MCu villanyvezetékből készítettem, rajta hagyva a szigetelést. A végeit megblankoljuk, befuttatjuk ónnal, meghajlítjuk derékszögbe. Mindenféle trükkel és ügyeskedéssel a helyére kell tenni az összekötő huzalt, a cső belsejében!

FONTOS! Ennek az összekötő drótnak közvetlenül a csőfal mentén, ahhoz szorosan hozzásimulva kell haladnia!

Miután sokadik alkalomra sikerült az összekötő drót végeit kibújtatni, meg kell hajlítani és hozzáforrasztani az alsó henger felső szélénél lévő drótdarabhoz, illetve a hangolótekercs alsó végéhez.


Ugyanígy kell elkészíteni a fázistekercs alsó végét és a hangolótekercs felső (meleg) végét összekötő huzalt (előzetesen 1-1, Ø2 mm-es furatot készítve a végek mellett a csövön).

FONTOS! Ennek a vezetéknek középen, pontosan a cső tengelye mentén kell futnia! Olyan hosszúságúra kell tehát a derékszögbe behatott végek hosszait hagyni, hogy ez teljesüljön. Én ezt a dróton hagyott szigetelés méretével állítottam be

Záródugó és RF csatlakozó szerelése

Záródugó, RF csatlakozó

A 32-es csőhöz kapható záródugó (vakdugó) alját kifúrjuk, és 2 db csavarral hozzáerősítjük az RF csatlakozót. Annak érdekében, hogy a csavarok beférjenek, célszerű a palástot kifűrészelni kb. 5 mm szélességben az átellenes oldalakon. BNC esetén erre nincs szükség. A dugót célszerű kb. felére rövidíteni, mert egyrészt fölösleges ez a hosszúság, másrészt pedig zavar is a szerelésben.


Csatolótekercs elkészítés

Készítsük el a tekercset az adott méretek szerint (nálam ez 1,5 mm² CuZ huzalból, 12-15 mm átmérőjű légmagos, 7 menet). Egyik végét forrasszuk az RF csatlakozó meleg pontjához, a tekercs másik végéhez pedig forrasszunk kb 10 cm hosszúságú összekötő vezetéket. Az RF csatlakozó testéhez (pl. a csavar alá helyezett forrfülhöz) szintén forrasszunk 10 cm-nyi összekötő huzalt. Az összekötő huzalok 1,5-2 mm²-esek legyenek.

FONTOS! A csatolótekercs tengelye merőleges kell, hogy legyen a hangolótekercs tengelyére!

Csatolótekercs bekötése

Furatok készítése

Készítsünk 2 db, Ø2 mm-es furatot a hangolótekercs alá.

RF aljzatból kivezetés

A két furaton dugjuk ki a vakdugóba szerelt RF aljzat testvezetékét, illetve a csatolótekercshez forrasztott drótot. A testvezetéket forrasszuk a hangolótekercs alsó (hideg) végéhez, a csatolótekercsről jövőt pedig a középső (2., vagy 3.) kivezetéséhez. 2 db lemezcsavarral rögzítsük a vakdugót.

AZ ANTENNA KÉSZ!

...azaz mégsem.

Behangolás

A lényeg ugyanis most jön: a hangolás.

Nagyon sokan itt véreznek el, mert rosszul hangolják be az antennát és az vagy átalakul elemi dipóllá (minidipóllá), vagy pedig pedig egy félrehangolt vacak lesz belőle. Az antenna atyja, Ted Hart (és azok szerint, akik már készítettek működő EH-antennát) vallják, hogy ha az elkészítéshez 1 nap szükségeltetik, akkor a sikeres behangoláshoz legalább kettő.

A behangolás menete:

Mielőtt leírnám a behangolás menetét, néhány - nem éppen fergeteges minőségű, ám a mondanivaló alapján tanulságos - felvétel a 14 MHz-re megépített EH-antenna átviteli karakterisztikájáról. Ezeken nem mérések eredményei láthatók, hanem egyszerűen csak detektálások. Arra voltam kíváncsi, "hol megy"az antenna. A műszer régi, de stabil működésű szovjet X1-48 wobblerszkóp, melyhez egy egyszerű, mindössze pár alkatrészt tartalmazó, olcsón megépíthető wobblerezhető SWR mérőhidat készítettem.

Mérési elrendezés

Az 1. fotón a mérési elrendezés látható (kissé kusza módon ugyan, de azért működőképesen). Mint látható, az antenna közvetlenül, mindenféle koax (tápvonal) nélkül csatlakozik a mérőhídhoz. A képernyőn 1 MHz-enkénti markerjelek vannak, az első hosszú marker 10 MHz, így a negatív csúcs 12 MHz (amilyen értékre be is kell állítani az antenna rezonanciáját, amennyiben arra utóbb külső hangológyűrűt húzunk). Ez a bizonyos hangológyűrű az antenna burkolatán (50 mm-es műanyag vízvezeték cső)kb 10 mm szélességű fém gyűrű, a csatolótekercs felső vége fölött helyezkedik el. Le-fel mozgatva be lehet állítani a kívánt frekvenciát.

A 2. képen (bocs a minőségért) 1 MHz-től majdnem 40 MHz-ig látszik a tartomány (a három vékony, magas jel a 10, 20, és 30 MHz-s markerjel). Lehet, hogy kardinális hibák vannak a mérési viszonyokban, de ebben a közel 40 megás tartományban csak egy rezonancia pontot mutat a wobbler. Erről, azaz az EH-antennák monorezonanciájáról beszél az elmélet is, mint egyik előnyről.

1..40 MHz-ig egyetlen frekvencián rezonál


Sok sikert kíván az utánépítéshez HA7JCA Gyula.