Kako do dobrog kvada ...

Pre više od tri godine nastao je jedan quad opisan na stranici ANTENE ovog WEB-a. Na zahtev nekih posetioca WEB-a, ovde ću izneti detalje gradnje ove antene. Nadam se da će pomoci onima koji se odluče da ga naprave. Da je mehanicka konstrukcija quada solidna dokazuje činjenica, da je do danas, pregrmeo nekoliko zaista jakih oluja u tri zimska perioda. A da je električno dobro rešenje dokazuje mnoštvo uradjenih zemalja u ovim lošim prilikama.

Rešenje je nastalo iz iskustva koje sam do danas stekao, od mog prvog quada koji je nastao još početkom 60-tih.

Pre nego što krenemo da ga pravimo, moramo ponešto saznati i o teoriji rada jedne takve antene. Treba spoznati pojedinosti koje utiču na karakteristike, kako bi odabrali optimalne parametre.

Uporedimo li quad i beam antene, sa istim elementima, quad ima prednost u dobiti i u nižem uglu zracenja (FB za DX rad). Kod manjeg broja elemenata prednost u pojacanju ispred yagi antene je oko 1.7 dB. Sa većim brojem elemenata ta prednost opada . Kod 5 ili 6 elemenata pa nadalje, razlika u dobiti je jako mala, tako da za QUAD trud oko mehanike nije isplativ.

Sa druge strane, niski ugao zračenja jednog quada ipak čini da njegovi korisnici prvi otvaraju opsege i zadnji odlaze sa njih. Jos jedna prednost ove antene je i u tome sto se na istoj konstrukciji, u jednom volumenu, nalaze multiband antene sa karakteristika "ful size" monobandera, bez trapova i njihovih gubitaka.

Pojačanje i otpor zracenja dvoelementnog quada zavise prevashodno od razmaka izmedju elemenata (Loopa koje se napaja u daljem tekstu DE i pasivnog reflektora u daljem tekstu REF). . Sl.1 i Sl. 2..

Sl. 1. Promena otpora zračenja dvoelementnog quada u zavisnosti od medjusobne udaljenosti elemenata.

Sl. 2. Promena pojačanja kod promene razmaka DE -REF

 

Na Sl. 2. se vidi da je promena pojačanja u zavisnosti od razmaka od 0.1 do 0.25 relativno mala. Najveće pojačanje 2el. quada je u rasponu razmaka izmedju 0.075 i 0.2 talasne duzine. Ako odaberemo razmak od 0.175, pojačanje ce nam opasti za zanemarivih 0.2 - 0.3 dB od onog maksimalnog a otpor zračenja je oko 125 oma. Ovaj otpor zračenja je onaj koji se sa četvrtalasnim koaksijalnim transformatorom, kabelom karakteristicne impedancije od 75 oma, lako transformiše na potrebnih 50 oma.

Šematski prikaz prilagodjenja (za svaki opseg posebnan vod) :

Quad sa 2 el. (125 oma) ----------->Četvrtalasni koaksijalni trafo(Kvadratni koren iz (125 x 50)) = 79 oma ------->RTx (50 oma) ili koax 50 oma proizvoljne dužine.

Na ovaj je način izvršeno prilagodjenje sa najjednostavnijim zahvatima i materijalom, čime smo obezbedili da je sistem efikasan i da se lako moze zaštiti od atmosferskih uticaja. Drugi načini prilagodjenja bili bi zahtevniji i stvorili mnoge probleme.

Ovim postupkom smo defitivno odredili priblizne dimenzije antne:

 

Band

REF

DE

Razmak(0.175 lambda)

20

4 x 5.52m*

4 x 5.37m

3.7m **

15

4 x 3.72m*

4 x 3.54m

2.47m **

10

4 x 2.76m*

4 x 2.63m

1.84m **

* Krajeve zalemiti u zatvorenu petlju

** Mere razmaka nisu kritčne.

Mehanika

Osnov quada čine nosač (buzdovan) i kraci. Buzdovan je od alumunijumskih cevi a kraci od 8 kom pecaroških stapova, nazivne duzine od 10m. (Tanki vrhove se odbace). Konstrukcija je neverovatno laka, toliko, da je jedan covek lako prenosi po kosom (krovu. Sl. 3.)

Sl. 3. YU7DZ sa lakoćom prenosi antenu na kosom krovu.

DE i REF su napravljeni od licnaste izolovane zice (P/F) preseka 1.5mm2. Rastojanja elemenata fiksirana su sa najlonom za pecanje precnika 2.5mm. Elementi i najloni se pričvršćuju na krake sa obujmicama sa zavrtnjevima za stezanje, koje se često koriste za pričvršćenje plasičnih/gumenih creva na kojekakve prikljucke. Elementi i najloni se preko "prasećeg repica" pricvrste za krake quada. SL. 6 i Sl. 7. tako da se dimenzije lako mogu korigovati kod podešavanja.

Najloni se posle zatezanja fiksiraju gnječenjem cevčica, kroz koju su prethodbo provučeni. U tu svrhu dobro dodju papučice za provodnike preseka od 2.5mm2.

Gornju polovinu quada prvo montirati na malom stubu nabijenom u zemlju, tako da su gornji delovi pristupačni. Stub se mora povećati za montažu donjeg dela.

Kada je prva montaža zvršena, na red dolazi ona završna sa podesavanjem tako da sistem bude cvrst, zategnut.

Za sva tri opsega moraju se napraviti cetvrtalasni transformatori od koaksijalnog kabela karaktericne impedancije od 75 oma. Tacnu duzinu ovih transformatora mozete dobiti na dva nacina:

  1. Da verujete u podatke proizvodjaca (trgovci to mahom ne znaju) i izracunete ili
  2. Da sami izmerite tačnu duzinu (preporucujem!).

Ja sam se opredelio za ovo drugo resenje, jer malo koji prodavac moze dati tačan podataka o faktoru skracenja kabela, bitan podatak za proračun. Način na koji se pravi četvrtalasni transformator opisan je u daljem tekstu.

Buzdovan quada:

Kod izrade ovog dela treba povesti računa da dimenzije ovih elemenata budu sto tačnije prenesene, jer one definisu prostorne uglove krakova. Ovi opet definisu veličinu i rastojanje elemenata antene.

Sl. 4. Trouglovi koji definišu prostorne uglove krakova quada.

 

 

 

Sl. 5. Mere booma i položaj nosača krakova.

 

 

Sl. 5a. Montaža i varenje trougla, nosača krakova i booma.

Prvi korak kod pravljenja buzdovna su trouglovi. Sačinjeni su od Al lima najmanje debljine od 4mm. Vrhove trouglova osenčene na Sl. 4, u dužini od 15 mm treba odstraniti. Na novo dobivenu površinu naslanjaće se krajevi krakova (Prsten sa navojem za poklopac pecaroskih stapova).

Za kompletiranje buzdovana potrebno je još 4 Al cevi sa debljim zidovima (2-3mm) duzine 325mm za krake REF i 4 kom od istih cevi po 295mm za krake DE. Proveriti (pre varenja) dali ove cevi glatko i bez zazora ulaze u najdeblju cev kraka (pecaroškog stapa), sa one strane na kojoj je poklopac štapa. Sve Al cevi moraju da leze u krakovima bez zazora. I mali zazor vremenom dovodi do oštećenja krakova i njihovih lomova. Ivice ovih Al cevi moraju biti oborene u protivnom oštetiće krake sa unutarnje strane i opet dovesti do lomova. Eventualne dorade AL cevi ne vršiti sa alatkama sa ostrim vrhom već zaobljenom da nož ne ostavlja tragover -  risove i oslabiti zid cevi.

Boom buzdovana je napravljen od debelozidne Al cevi precnika min 45mm. debljine zida 5mm, duzine ca 700mm. Sl. 5.

Pripremljene trouglove navariti na cevi - nosače krakova uz prethodno poravnanje cevi sa najkraćom stranom trougla, tako da sa stranicom trougla leži u jednoj ravni. Ova će ravnina naleći na boom i kasnije za njega zavariti. Obrati paznju, da duže cevi treba zavariti na trouglove reflektora a kraće na trouglove DE. Nakon varenja pomenutu ravninu oturpeisati tako da lepo naleze na oblinu booma.

Dobivene podsklopove sada navariti na boom. Podsklopove za REF na jednu a podsklopove za DE na drugu stranu booma. Rastojanje osi nosaca REF i DE krakova mereno na na boomu je 480mm. Sl. 5. Paziti da kraci QUADA budu istim ravnima.

Kod zavarivanja podsklopova na boom, u boom staviti celicnu cev, kako bi se smanjile devijacije koje bi nastale tokom varenja. Da bi ojačali boom, nakon varenja, u cev booma nabijemo oblicu tvrdog drveta, prethodno potopljenog u nekim od impregnata (Sadolin ili sl.)

 

Detalji oko pricvršćenja elemenata quada i zatega :

Sl. 6. Svinjski repić i obujmica za pritezanje elemenata za krake. Potrudite se i nabavite obujmice od nerdjajuceg celika.

 

Sl. 7. Montirani drzač elemenata na kraku quada.

Za dvoelementni quad za 3 banda potrebna su 3 kompleta pričvrsnica po jednom kraku. Krakova ima 8, pa ih je ukupno potrebno 24,  + 3 za pričvršćenje drugog kraja DE. DE je za razliku od REF je otvoren na krajevima na kojima se priključuje napojni vod, te je zato ovde potreban po 1 komplet vise, za svaki opseg posebno. Za pričvršćenje krakova na nosače na buzdovanu, trba nabaviti dodatnih 8 obujmica velicine 25-40mm. Ove obujmice staviti na sam pocetak kraka - najdebljeg dela pecaroškog stapa, odmah do prstena sa navojem za poklopac stapa.

Na mestima na kojim se obujmice pričvršćuju na krake potrebno je omotati nekoliko slojeva PVC izolacione traka, kako se kod stezanja ne bi ostetila struktura krakovi quada.

Na slici nema najlona koji povezuje elemente, tako da sa elememntima čine pravilne quadove (za svaki band po jedan). Ovi najloni se fiksiraju tako da se provuku oko prasećeg repića pa kroz cevčice kabel papucice (2.5mm2) i nakon zatezanja se fiksiraju gnječenjem kabel papučica kombinirkama. Kod korekcija dimenzija i ponovnog zatezanja najlona na novu dimenziju, cevcice se lako oslobadjaju gnjecenjem a najlon se pomeri na novu dimenziju a cevčica papučice ponovo nagnječi.

Držači repića se mogu lako pomicati po kraku quada i formirati pravilne oblike elemenata. Time se postiže veća mehanička stabilnost sistema i bolji estetski izged.

Ugao trouglastog nosača cevi na koje se natiču krakovi quada obezbedjuju pravi nagib da bi dijagonale quadova za sva tri banda, (elemenata i njihovih najlon zatege), bile sto ravnije. Kod varenja imati na umu deformacije koje pri tome mogu nastati. One mogu znatno da ugroze proporcije sistema. Mala promena u razmaku izmedju DE i REF ne utice mnogo na karakteristiku antene ali moze da destabilizuje mehaniku i izgled.

 

Napajanje i kako odrediti tačnu dužinu cetvrtalasnog transformatora impedancije ?

Napajanje quadova možete izvesti na nekoliko načina. Ja sam se opredelio za ono koje će mi u eksploataciji praviti najmanje problema. Umetanjem cetvrtalasnog koaksijalnog transformatora, uštedeće mi brigu oko izolacije od atmosferskih uticaja i to na duže vreme.

Šta je zapravo četvrtalasni koaksijalni trafo? To je komad koaksijalnog kabela koji odgovara duzini cetvrtine talasa ali u kabelu (nikako cetvrtalas u slobodnom prostoru!). Kako odrediti tačnu dužinu  pa to jos i u kabelu? Problem odredjivanja tačne duzine lezi u tome sto je brzina prostiranja talas u koaksijalnom kabelu drugacija od one u slobodnom prostoru, te je zbog toga i talasna dužina drugačija, kraća je od one u slobodnom prostoru. Komad cetvrtalasnog koaksijalnog kabela ima jednu zgodnu osobinu, koju cemo da iskoristimo kako bi odredili potrebnu tačnu duzinu kabla.

Ako se jedan kraj četvrtalasnog koaksijalanog kabla prikljuci na VF izvor a drugi ostavi slobodan, onda ce to parče kabela delovati kao kratak spoj na izvor ali samo na odredjenoj frekvencij, t.j. kada je ta dužina tačno četvrtinu talasne duzine!. Ako to tako izmereni kabel prikljucimo na izvor preko neinduktivnog otpora od 50 oma (oklop na oklop a vruće krajeve preko otpora), onda ce izvor VF (predajnik), na talasnoj duzini na kojoj je to prače kabela četvrtalasne duzine, videti samo tih 50 oma, jer ostali deo će napraviti kratak spoj. Na nekoj drugoj frekvenciji u igri neće biti vise samo tih 50, već nesto kmpleksnije opterećenje i povećati SWR. Ako se izmedju predajnika i otpora stavi SWR metar (za 50 oma), kod minimum očitanja SWR-a, (vrednosti veoma blizu 1.0), QRG Tx-a je tačna frekvenciju na kojoj je dužina tog parceta kabela cetvrtina talasne duzine. Najednostavnija metoda je da se odreze kabel duzine cetvrtalasa u slobodnom prostoru, stavi na Tx preko SWR-a, neinduktivnog otpora od 50 ohma (snage predajnika smanjiti na vrednost snage otpornika ili manju !), postavi TX na  željenu frekvenciju i reckanjem kabla dovedi SWR na 1 : 1,0.

Kod upotrebe predajnika za ovakvo merenje mora se voditi računa o minimalnoj snazi na kojoj se moze ocitavati SWR (osetljivost SWR metra) i na disipacju prikljucenog otpornika, koji mora da absorbuje tu snagu. Najednostavnije je ovo merenje obaviti sa SWR Analyserom MFJ-259b ili sličnim instrumentom. U tom slučaju možete koristiti neinduktivni otpor i od 0.25W ili manje snage.

Dužina kabela koji će obaviti transformaciju impedancije moze biti i veca od ovako dobijene. Transformaciju će uspesno obaviti i svaka druga dužina dobijenu množenjem ove najmanje  neparnim brojevima ( 1,3,5, ...). Ta se pogodnost moze dobro iskoristiti kako bi se eventualni nastavak na 50 omski kabel, (koji opet moze da bude proizvoljne duzine), nasao u tavanu ili na nekom drugom skrovitmo mestu gde bi bio zaštićen od atmosferkih uticaja. Kraj ovako dobijenog kabela moze se i direktno prikljuciti na uredjaj.

 

Podesavanje:

Nakon montaže elemenata i najlon zatega, tako da se dobiju dobri oblici quadova i dijagonala, priključe se sva tri cetvrtalasna transformatora. Quad se podigne na pomoćni stub, tako da donja ivica najvećeg elementa (u našem slucaju elemenata za 14 MHz) bude ca. 1-1.5m iznad površine zemlje. Izmeriti SWR i naći minimum. Ako on nije u zeljenom delu opsega, skraćenjem i produžavanjem dužine elemenata dovesti ga u zeljenu tačku. Istovremeno skraćivati ili produzavati oba elementa na merenom opsegu. (DE i REF). Ako je minimum SWR-a na nižoj frekvenciji o željene, oba elementa treba skratiti i obrnuto, ako je minimum SWR na višoj frekvenciji od željene, elemente treba produžavatai. U jednom koraku podešavanja dužina ili skraćenja ne bi trebalo da bude veća od po 10cm. Nakon rezanja merenje ponoviti. To činiti za svaki opseg posebno. Nakon jednog kruga podesavanja (10m - 15m - 20m) podesavanje ponoviti istim redosledom. Ovde se radi o spregnutim krugovima pa ce podesavanje jednog kruga (antene) ima uticaj na drugu!

Treba imati na umu da je antena sada blizu zemlje. Kad se ona postavi na stub 8-10m, rezonantne frekvencije ce nesto porasti. Ponajvise ona na 14MHz, za nekih 100 - 150 kHz. Na 28 MHz za 30 - 50 kHz

Sa podesavanjima ne treba ići u nedogled da bi ste dostigli famoznih 1:1.0. Praktično se time ništa ne bi dobilo a izgubili mnogo vremena i živaca. Ako je izmereni SWR u opsezima na kojima kanite raditi u granicama od 1:2, to je sasvim OK, jer ta vrednost SWR-a nema praktičnog uticaja na karakteristike antene a na tim frekvencijama gubici u koaksijalnom kabelu su zanemarivi.

Sa drugim načinima prlagodjenja, na pr. sa GAMA Matchem, samo podesavanje bi bilo mnogo lakše, ali problemi nastanu kada atmosferki uticji relativno lako razdese sistem..

 

Sl. 8. Kriva SWR izmerena na opsegu od 14 MHz

Sl. 8. Kriva SWR izmerena na opsegu od 21 MHz

Sl. 8. Kriva SWR izmerena na opsegu od 28 MHz

Za one koji bi da quad npajaju jednim koaksom sledite Napajanje kvada sa jednim kabelom

Za sve dodatne informacije obratiti se sa e-mailom

ili

na tel. 021 6334 164