SROUBOVÁ SMĚROVKA [1953]
Jiří Deutsch, OK1DE

   Obr. 1

V 9. čísle loňského ročníku Amatérského radia jsme našli referát o nové spirálové anténě pro UKV. Podle popisu se jedná o anténu. jakou používal kolektiv OK1OVR o Polním dnu 1952 na pásmu 460 Mc/s. Jelikož se jedná o zajímavé řešení směrovky, popíšeme v následujícím její hlavní konstrukční prvky. Hlavní součástí antény je šroubovice, kterou známe již z jiných UKV zařízení.

Je-li tato šroubovice malá v porovnání s délkou vlny, pak maximum vyzařování je ve směru kolmém k její ose. Vyzařování může být polarisováno elipticky, rovinně a kruhově. Když délka jednoho závitu šroubovice je rovna asi délce vlny, pak maximum vyzařování je ve směru osy šroubovice a je přibližně kruhově polarisované. Tento typ vyzařování, t.zv. axiální, může být v praxi uskutečněn velmi lehce, při čemž šíře pásma pro amatérské použití je více, než dostatečná.

Bude nás tedy pro amatérskou potřebu zajímat právě tento typ šroubové antény s axiálním vyzařováním a přibližně kruhovou polarizací. Šroubovice odpovídající těmto požadavkům je naznačena na obr. 2, kde R je reflektor s napáječem (koax), z je vzdálenost šroubovice od reflektoru, I je délka šroubovice, s je vzdálenost mezi jednotlivými závity, označená též jako stoupání α (viz obr. 3), d je průměr vodiče, D průměr šroubovice, ln délka jednoho závitu a n je počet závitů.

Pro výše uvedené požadavky platí:

α = 5° . . . . 20°
π D = λ

Chceme-li nyní navrhnout směrovku, požadujeme určitou šíři vyzařovaného svazku a určitý zisk vyzářené energie. Tyto dvě veličiny jsou na sobě tak závislé, že je určena hodnota šíře svazku pro určitý zisk a obráceně. Menší hodnota α dává lepší soustředění energie v hlavním vyzářeném svazku; větší α má za následek lepší stabilitu vstupní impedance v rozsahu šíře pásma. Spokojíme se kompromisem a v dalším budeme počítat s hodnotou α udávanou v literatuře rovnou 12,5°.

Obr. 2

Jak již bylo uvedeno, musí být π D = λ, je proto průměr šroubovice

D = λ / π            1

kde za λ dosadíme délku vlny odpovídající kmitočtu středu pásma. Vyjádříme-li λ v cm, pak o všechny ostatní rozměry nám vyjdou v cm. Z obr. 3 vyplývá stoupání šroubovice

S = π D tg α       2

pro a = 12,5° bude stoupání

S = 0,222 π D  = 0,222a           2a

Průměr reflektoru volíme asi 0,8λ nebo větší, vzdálenost šroubovice od reflektoru z asi s/2. Průměr vodiče antény d není ‘příliš kritický, může být asi 0,02λ.

Šíře pásma a svazku, zisk a vstupní odpor

Šíře kmitočtového pásma, ve kterém bude šroubovice vyzařovat axiálně, obnáší asi 0,75 až 1,3 středního kmitočtu, t.j. šíře pásma bude 1: 1,75. Šíře svazku β (obr.4) je vyjádřena vztahem

  Obr. 1

β = 52 / [(π D / λ) (n s / λ)-1]       3

Pro střední kmitočet, kde π D = λ a s = 0,222λ bude

β = 52 / (0,222 n)-1                      3a

Šíře svazku tedy je závislá na poctu závitů spirály

n = 12 200 / β-1                              4

Doporučená hodnota je 6 závitů. Zisk šroubové směrovky lze také vyjádřit jednoduše:

A = 15 (π D / λ)2 n (S / λ)              5

nebo v dB

Obr. 4

A = 11,8 + 10 tg [(π D / λ)2 n (S / λ)]       [dB]        6

Pro střední kmitočet π D  = λ nabudou rovnice zase jednoduchý tvar

A = 3,33 n              5a

nebo

A = 11,3 + 10 tg  0,222n       [dB]             6a

Výsledek rovnice (5) a (6) může být někdy větší než skutečný zisk protože zde je zanedbán vliv parasitních svazků vyzářených anténou. Rozdíl však nepřesáhne 1 až 2 dB. Vstupní odpor antény je

R = 140 π D / λ              [Ω]             7

pokud je dodržen průměr vodiče antény 0,02λ. Ostatně změna průměru vodiče až o 50% má relativně malý vliv na vstupní odpor, když. je anténa tvořena několika málo zavity.

Konstruktivně je anténa poměrně jednoduchá. Šroubovice, v našem případe z měděné trubky, je nesena uprostřed isolátorem (obr. 1), reflektor spájený z měděných drátů je přišroubován na kusu tvrzeného tkaniva, upevněným. na konci spirály. Přívodní koax 150Ω je připojen svým vnitřním vodičem na konec šroubovice a vnějším na reflektor.

Pro poměrně velké rozměry se anténa hodí hlavně pro pásma 460 Mc/s a vyšší.

Připomínka redakce:

OK1DE neupozornil čtenáře na to, že směr elektrického vektoru kruhově polarisovaného pole může být buď pravotočivý nebo levotočivý podle způsobu vinutí samotné šroubovice. Při provozu dvou stanic je nutné, aby antény přijímací i vysílací byly vždy vinuty ve stejném smyslu. Doporučujeme proto pro konstrukci podobných antén používat jednotně pravotočivý směr (jako u metrických pravotočivých šroubů neb vývrtek). Správná orientace je tato: držíme-li šroubovou anténu za reflektor a otáčíme ve směru ručiček hodinových, pak volný konec šroubovice se musí „zařezávat do vzduchu. Šroubovice, patrná z fotografie je levotočivá.

v roce 2009 přepsal a upravil pro web OK2KKW Matěj OK1TEH