Dipol zna prawie każdy krótkofalowiec. Ma dwa ramiona, a punkt zasilania leży w środku: prąd w.cz. (wielkiej częstotliwości) płynie jednym ramieniem i wraca drugim. Antena end-fed wygląda inaczej. Widać jeden drut, podłączony do radia z jednej strony. Stąd dobre pytanie: gdzie jest druga połowa anteny?
Ta druga połowa istnieje. Nie zawsze jednak leży tam, gdzie byśmy chcieli.
Czym jest antena end-fed
Antena end-fed (z ang. zasilana na końcu) ma punkt zasilania na końcu drutu promieniującego albo bardzo blisko niego. Nadajnik zasila jeden koniec drutu, a nie jego środek jak w dipolu.
Taki układ jest wygodny. Jeden koniec drutu możesz zawiesić na drzewie, a drut poprowadzić nad ogrodem. Punkt zasilania może być blisko radia, więc nie trzeba prowadzić kabla koncentrycznego aż do środka anteny.
Najpopularniejsza odmiana to półfalowa antena end-fed, w skrócie EFHW (ang. end-fed half-wave). To drut o długości mniej więcej połowy fali na paśmie, na którym ma pracować. Dipol i EFHW mogą zużyć prawie tyle samo drutu. Mimo to przeniesienie punktu zasilania ze środka na koniec całkowicie zmienia to, co „widzi” radio: inna jest impedancja i inny sposób dopasowania.
Na końcu drutu impedancja jest bardzo wysoka
Na drucie o długości pół fali prąd i napięcie rozkładają się nierówno. Na końcach napięcie jest wysokie, a prąd mały. W środku jest odwrotnie. Impedancja w punkcie zasilania to stosunek napięcia do prądu: Z = U / I. Gdy zasilasz drut na końcu, gdzie napięcie jest duże, a prąd mały, impedancja wychodzi bardzo wysoka. Dużo wyższa niż 50 Ω, których oczekuje radio.
Dipol zasilany w środku trafia w miejsce dużego prądu i małego napięcia, więc ma impedancję niską. Ten sam mechanizm opisywaliśmy przy dublecie w tekście „Jeden drut na wiele pasm”.
UWAGA: podczas nadawania na końcu drutu pojawia się wysokie napięcie w.cz. Dotknięcie anteny grozi poparzeniem. Zawieś ją tak, żeby ludzie i zwierzęta nie mogli jej dosięgnąć, i nie dotykaj jej, gdy radio nadaje.
Transformator 49:1, czyli co jest w skrzynce
Dlatego przy punkcie zasilania potrzebny jest transformator dopasowujący, najczęściej o przekładni 49:1 albo 64:1. Sprowadza on wysoką impedancję końca drutu do wartości, z którą poradzą sobie radio i kabel koncentryczny. Stąd mała skrzynka przy końcu wielu anten EFHW. Nie ma w niej nic magicznego: przekształca impedancję.
Przekładnia mówi, ile razy zmienia się impedancja. Po stronie radia jest 50 Ω, więc transformator 49:1 pasuje do drutu o impedancji około 2450 Ω (50 × 49), a 64:1 – do około 3200 Ω.
Bez transformatora radio widziałoby bardzo złe dopasowanie i bardzo wysoki SWR (współczynnik fali stojącej). Z transformatorem SWR może wyglądać dużo lepiej. Niski SWR nie oznacza jednak automatycznie, że antena dobrze promieniuje. To, jak naprawdę działa, zależy też od długości drutu, wysokości zawieszenia, strat, uziemienia i drogi prądu powrotnego. Więcej o samym SWR przeczytasz w poradniku „Podstawy anten krótkofalarskich”.
Dokąd płynie prąd powrotny
Tu wracamy do pytania z początku. Prąd w.cz. potrzebuje zamkniętej drogi. Nawet jeśli antena wygląda jak jeden drut, cały układ wciąż potrzebuje drogi powrotnej. Może nią być krótki drut przeciwwagi, oplot kabla koncentrycznego, masa radia, a nawet przedmioty w pobliżu i całe otoczenie.
Gdy do anteny dociera energia w.cz., wokół drutu powstaje pole elektryczne. To pole nie kończy się na drucie. Oddziałuje z przewodnikami w pobliżu: z oplotem kabla, z przeciwwagą, a nawet z ziemią. Indukuje się w nich prąd w.cz., a układ sam „szuka” drogi powrotnej.
Przeciwwaga to dodatkowy krótki drut dołączony do skrzynki z transformatorem. Daje zamierzoną drogę powrotną i to nią płynie duża część prądu powrotnego. Po zewnętrznej stronie kabla płynie go wtedy mniej.
Jeśli zamierzonej drogi nie ma, prąd powrotny może płynąć po zewnętrznej stronie oplotu i kabel staje się częścią anteny. Tak powstaje prąd wspólny (ang. common mode). Oplot nie przewodzi go dlatego, że tak go zaprojektowano. Przewodzi, bo pole wokół anteny przekazało mu energię i zrobiło z niego niezamierzoną drogę powrotną.
Dlatego anteny end-fed potrafią działać bardzo dobrze, ale bywają nieprzewidywalne, gdy droga powrotna nie jest pod kontrolą.
Objawy: w.cz. wraca do domu
Prąd wspólny to jeden z największych problemów anten end-fed. Antena jest zasilana na końcu, więc oplot kabla może stać się częścią układu antenowego. Czasem to nawet pomaga antenie promieniować. Czasem jednak prowadzi w.cz. z powrotem do pomieszczenia z radiem, czyli do shacku. Typowe objawy to szumy i zakłócenia, sprzężenia w.cz., kapryśnie działający sprzęt, brzęczące głośniki komputera albo dziwne zachowanie urządzeń podczas nadawania.
Przeciwwaga i dławik 1:1
Na te kłopoty pomagają dwie rzeczy: przeciwwaga i dławik prądu wspólnego. Przeciwwaga daje prądowi w.cz. bardziej kontrolowaną drogę powrotną. Dławik, często nazywany dławikiem 1:1, nie pozwala, żeby zewnętrzna strona kabla stała się niechcianym elementem promieniującym.
Transformator i dławik robią dwie różne rzeczy. Transformator dopasowuje impedancję anteny do radia. Dławik ogranicza niechciany prąd w.cz. na zewnętrznej stronie oplotu.
Dobre miejsce na dławik to zwykle okolica punktu zasilania: za transformatorem, zanim kabel pobiegnie do radia. Czasem pomaga też drugi dławik przy radiu, który ogranicza zakłócenia w.cz. wracające do sprzętu.
EFHW to nie to samo co random wire
Podobnie wygląda antena typu random wire, czyli drut o dowolnej długości. Zwykle nie jest ona rezonansowa na żadnym konkretnym paśmie, bo jej długość elektryczna zmienia się z częstotliwością. Na jednym paśmie drut jest elektrycznie krótki, na innym ma około pół fali, a na wyższych pasmach mieści kilka długości fali. Impedancja w punkcie zasilania potrafi się więc mocno zmieniać od pasma do pasma, podobnie jak w dublecie.
Dlatego random wire zwykle pracuje z ununem 9:1 i tunerem antenowym. Unun to transformator łączący dwie strony niesymetryczne (ang. unbalanced–unbalanced). Unun 9:1 nie robi z drutu anteny rezonansowej. Zbliża tylko trudny zakres impedancji do takiego, z którym poradzi sobie tuner.
EFHW i random wire wyglądają podobnie, ale nie są tym samym. Drut EFHW tnie się zwykle na długość bliską rezonansowej. Random wire to drut nierezonansowy, używany na wielu pasmach razem z tunerem.
Jeden drut, ale cały układ
Anteny end-fed są popularne, bo są proste, łatwo je zabrać w teren i szybko rozwiesić. Na pytanie, jak jeden drut może działać jako antena, odpowiedź brzmi: działa, bo układ nie składa się tylko z jednego drutu. Drugą połowę tworzy droga prądu powrotnego. Przeciwwaga i dławik pomagają ustalić, którędy ona biegnie.
Artykuł powstał na podstawie filmu „End-Fed Antennas Explained: Where Does the Return Current Go?” z kanału Telecom Training.
