Antena z kabla koncentrycznego – jak zbudować i podłączyć?

Chcesz wykorzystać zwykły kabel antenowy jako antenę i nie wiesz od czego zacząć? W tym tekście zobaczysz, jak zbudować prostą antenę z kabla koncentrycznego i jak ją podłączyć do radia. Dzięki temu łatwiej wejdziesz w świat nasłuchu na VHF, UHF i falach krótkich.

Jak działa antena z kabla koncentrycznego?

Antena zbudowana z kabla koncentrycznego to nic innego jak specjalnie uformowany odcinek przewodu, w którym wykorzystujesz zarówno żyłę gorącą, jak i oplot. W typowej instalacji telewizyjnej kabel tylko łączy antenę z odbiornikiem. Tu sam staje się anteną, bo odpowiednio przycinasz go na długość wyliczoną do konkretnej częstotliwości w zakresie VHF i UHF.

W środowisku krótkofalarskim popularne są dwa rozwiązania z kabla: antena Double Bazooka oraz anteny kolinearne na VHF/UHF. W Double Bazooka większość promieniującego elementu jest wykonana właśnie z odcinka koncentryka. W antenach kolinearnych montujesz wiele odcinków kabla – żyła i oplot są lutowane naprzemiennie, a cała konstrukcja pracuje głównie na pasmach 144 MHz, 430 MHz czy pasmach WiFi.

W antenach kolinearnych z kabla koncentrycznego największy zysk otrzymujesz z pionowego „sznura” promieniujących segmentów, które tworzą dookólny charakter odbioru w poziomie.

Jak dobrać długość odcinków kabla?

Podstawą jest długość fali. Dla każdej częstotliwości f liczymy ją ze wzoru λ = 300 / f, gdzie f podajesz w MHz, a wynik dostajesz w metrach. Dla 145 MHz długość fali to około 2,07 m, dla 435 MHz będzie to około 0,69 m. Z odcinków stanowiących ćwierć fali lub pół fali budujesz później kolejne segmenty anteny.

Trzeba jednak uwzględnić współczynnik skrócenia kabla koncentrycznego, zwykle w przedziale 0,66–0,85. Oznacza to, że promieniujący odcinek z koncentryka musi być krótszy niż geometryczna ćwierć fali w powietrzu. Dla popularnych kabli z dielektrykiem z pełnego polietylenu współczynnik skrócenia wynosi około 0,66, dla kabli z pianką – około 0,8. W praktyce liczy się długość teoretyczną i mnoży przez ten współczynnik.

Jakie pasma da się objąć jedną anteną?

W pytaniach często pojawia się zakres „100–30000 MHz” i chęć zrobienia jednej anteny na wszystko. Taki przedział – od około 100 MHz aż po 30 000 MHz – jest zbyt szeroki, by jedna konstrukcja działała dobrze w całym zakresie. Anteny z kabla koncentrycznego projektuje się na węższe fragmenty, na przykład na 144 MHz i 430 MHz, pasma WiFi czy wybrane pasma krótkofalarskie.

Jeśli chcesz nasłuchiwać na 41 m i 75–90 m, wchodzisz już w zakres fal krótkich i długich. Tam dużo częściej stosuje się długie anteny drutowe, dipole czy pętle, a nie klasyczną kolinearną z koncentryka. Kabel koncentryczny może tam natomiast służyć jako symetryzator, transformator impedancji czy element obciążający, na przykład w antenie Double Bazooka.

Jaki kabel koncentryczny wybrać do anteny?

W domowych warunkach często masz do dyspozycji koncentryk „od TV”, w rolce 20 m, typowo o impedancji 75 Ω. W krótkofalarstwie standardem z kolei jest kabel 50 Ω. Można wykorzystać oba rodzaje, ale trzeba brać pod uwagę dopasowanie do radia i reflektometru oraz realne straty w kablu przy wyższej częstotliwości.

Do przenośnego nasłuchu z odbiornikiem typu DEGEN DE1103 czy podobnymi skanerami, drobne niedopasowanie nie jest krytyczne. W budowie anten na 2 m i 70 cm wielu konstruktorów korzysta zarówno z RG-58 (50 Ω), jak i przewodów telewizyjnych 75 Ω, licząc się z tym, że charakterystyka i zysk zmienią się nieco względem wzorów z literatury.

Czym różni się kabel 50 Ω od 75 Ω?

Kabel 50 Ω lepiej sprawdza się przy większych mocach nadawczych i jest standardem w sprzęcie krótkofalarskim. Ma nieco inne wymiary żyły i oplotu, co przekłada się na inną impedancję falową. Kable 75 Ω są powszechne w instalacjach telewizyjnych i satelitarnych, często mają mniejsze tłumienie przy bardzo wysokich częstotliwościach.

W antenie kolinearnej z koncentryka ważne jest zachowanie tych samych parametrów na całej długości. Mieszanie odcinków 50 Ω i 75 Ω w jednym promienniku prowadzi do nieprzewidywalnego zachowania anteny. Jeśli masz 20 m jednego typu, lepiej zaprojektować całą antenę właśnie z tego jednego rodzaju przewodu.

Jak zbudować pionową antenę kolinearną z kabla?

Najczęściej spotykana antena z koncentryka to pionowa antena kolinearna na pasmo VHF albo antena dualband na 2 m/70 cm. W literaturze („Poradnik ultrakrótkofalowca”, AGH) i w opracowaniach amatorskich znajdziesz schemat, w którym naprzemiennie łączysz żyłę gorącą i oplot poszczególnych segmentów. Całość montujesz w pionie, zwykle w plastikowej rurze do wody.

Każdy segment ma długość zbliżoną do pół fali lub ćwierć fali w kablu, przeliczoną z uwzględnieniem współczynnika skrócenia. Odcinki łączysz tak, aby na końcach jednych segmentów wyprowadzić żyłę, a w następnych – oplot. Dzięki temu promieniowanie poszczególnych części dodaje się w jednej płaszczyźnie, co daje wyraźny zysk względem prostego dipola.

Jak przygotować segmenty i lutowania?

Przy cięciu segmentów ważna jest precyzja. Różnice rzędu kilku milimetrów przy częstotliwościach rzędu kilkuset MHz potrafią przesunąć rezonans anteny o kilkadziesiąt MHz. Dlatego odcinki najlepiej odmierzać metalową miarką, a nie „na oko”, i po przycięciu sprawdzić każdy kawałek jeszcze raz.

Istotne jest także przygotowanie końców. Wielu konstruktorów radzi, aby oplot był minimalnie krótszy od dielektryka, na przykład o około 0,5 mm. Dzięki temu poszczególne żyły z oplotu z sąsiednich segmentów nie stykają się przypadkiem po zmontowaniu, co powoduje zwarcia i całkowicie zmienia działanie anteny. Po zdjęciu izolacji warto założyć koszulki termokurczliwe, a dopiero później lutować kolejne połączenia.

Jak zamocować antenę w rurze?

Gotowy „sznur” z segmentów kabla koncentrycznego umieszcza się zwykle w sztywnej rurze z tworzywa. W opisach krótkofalarskich pojawia się często szara rura do zimnej wody, która jest dość sztywna i nie odkształca się na wietrze. Rury elektryczne o cienkich ściankach potrafią się wyginać, a trzy metry długości anteny na 144 MHz potrafią taką rurę mocno obciążyć.

Na górnym końcu rurę warto zasklepić korkiem lub zaślepką, żeby do środka nie wchodziła woda. W dolnej części możemy przewidzieć przepust na kabel zasilający i mocowanie do masztu. Im sztywniejszy maszt i rura, tym mniejsze naprężenia w samym koncentryku i lutach. To ma duże znaczenie w konstrukcjach terenowych – antena ma być lekka, ale też odporna na wiatr.

Jak podłączyć antenę z kabla do radia?

Podłączenie takiej anteny nie jest skomplikowane, ale trzeba zadbać o detale. W antenie kolinearnej punkt zasilania zwykle znajduje się na dolnym odcinku, gdzie podłączasz właściwy kabel koncentryczny idący do radia. Żyłę gorącą łączysz z przewidzianym punktem promiennika, a oplot z ekranem oraz ewentualnym elementem symetryzującym.

W przypadku anten typu Double Bazooka zasilanie odbywa się w środku odcinka z koncentryka, który pełni jednocześnie rolę promiennika i transformatora impedancji. Tam także wymaga się starannego lutowania i dobrego odciążenia kabla, żeby punkt zasilania nie wyrwał się pod własnym ciężarem.

Jakie złącza i przejściówki zastosować?

Większość radiotelefonów ręcznych ma gniazdo SMA, część starszych urządzeń – złącze BNC. W stacjach bazowych często spotkasz złącza SO-239 lub N. To oznacza, że do anteny z kablem koncentrycznym musisz zastosować wtyk pasujący do radia, a w razie potrzeby prostą przejściówkę.

Przy nasłuchu z przenośnego odbiornika istotne jest, aby przejściówki były możliwie krótkie i dobrej jakości. Każde dodatkowe złącze to strata, szczególnie powyżej kilkuset MHz. Dobrze zarobiony wtyk na końcu linii zasilającej – bez luźnych drucików oplotu i z zachowaną geometrią dielektryka – znacznie zmniejsza ryzyko rozstrojenia anteny.

Czy trzeba stosować balun lub dławik?

W wielu opisach anten z koncentryka stosuje się prosty dławik z kabla, czyli kilka zwojów koncentryka tuż przy punkcie zasilania. Taki „choke” ogranicza prąd płynący po ekranie zewnętrznym i zmniejsza wpływ linii zasilającej na charakterystykę anteny. W prostych konstrukcjach przenośnych dla samego nasłuchu można się obyć bez niego, ale jego dodanie zwykle poprawia stabilność pracy.

W przypadku anten krótkofalowych na fale krótkie i długie – szczególnie typu Double Bazooka – stosuje się często baluny 1:1 oparte na rdzeniach ferrytowych. Tłumią one prądy wspólne i poprawiają dopasowanie do linii 50 Ω. Takie rozwiązania są opisane w „Poradniku ultrakrótkofalowca” i w wielu projektach krótkofalarskich na pasma od kilku do kilkudziesięciu MHz.

Jak zaprojektować antenę na konkretne pasmo?

Budowa anteny „na oko” zwykle kończy się rozczarowaniem. Dużo lepiej jest podejść do tematu jak krótkofalowcy opisują w literaturze: ustalić pasmo pracy, policzyć długości segmentów i dopiero wtedy brać w rękę nóż i lutownicę. Wspomniany „Poradnik ultrakrótkofalowca” – dostępny online w bibliotece AGH – zawiera gotowe wzory i rysunki anten z koncentryka na stronach okolic 911–913.

Jeśli Twoim celem jest antena na 70 cm (około 430–440 MHz), w sieci znajdziesz wiele opracowań anten kolinearnych z prostym opisem krok po kroku. Krótkofalarze często chwalą ich działanie w łącznościach terenowych, łącząc je z radiami ręcznymi podczas wyjazdów w góry czy wypraw zamkowych.

Jak krok po kroku policzyć antenę?

Proces projektowania możesz podzielić na kilka prostych kroków. Dobrze jest zapisać wszystko w jednym miejscu, zanim zaczniesz cokolwiek ciąć:

1. Wybierz częstotliwość pracy, na przykład 145 MHz lub 435 MHz.

2. Oblicz długość fali λ = 300 / f z f w MHz.

3. Określ typ segmentu (ćwierć lub pół fali) i policz jego długość w powietrzu.

4. Pomnóż wynik przez współczynnik skrócenia Twojego kabla koncentrycznego.

5. Na podstawie schematu anteny wyznacz liczbę segmentów i ich rozmieszczenie.

Po takim przygotowaniu łatwiej zachować porządek w konstrukcji. W razie potrzeby można też delikatnie korygować długości – na przykład skracając końcowe segmenty po próbach z reflektometrem – żeby dopracować SWR do możliwie niskiego poziomu w interesującym Cię fragmencie pasma.

Czy jedna antena wystarczy do nasłuchu wielu pasm?

W nasłuchu szerokopasmowym często stosuje się anteny kompromisowe. Dobrze zaprojektowana kolinearna na 2 m i 70 cm, opisana choćby w projektach konstruktorów z DL8KDL, potrafi zapewnić przyzwoity odbiór także w sąsiednich częstotliwościach, na przykład w paśmie lotniczym. Nie będzie idealna, ale dla skanera jest to często wystarczające.

Dla fal długich i bardzo niskich częstotliwości (komunikacja z łodziami podwodnymi, zakres kilkunastu kHz) potrzebne są zupełnie inne rozwiązania. Tam antena z koncentryka w klasycznym układzie pionowym nie zda egzaminu. Lepiej wtedy wykorzystać długą antenę drutową, ramową lub aktywną, z dopasowaniem w.cz. do wejścia odbiornika.

Jak zadbać o ekranowanie i bezpieczeństwo sprzętu?

Przy nasłuchu na tanich odbiornikach pojawia się czasem pomysł ekranowania obudowy od środka folią aluminiową. Taki zabieg rzeczywiście może trochę zmniejszyć wpływ zakłóceń z wnętrza urządzenia i z otoczenia. Trzeba tylko uważać, żeby folia nie zrobiła zwarcia na płytce ani na złączach, bo to grozi uszkodzeniem radia.

Lepszym rozwiązaniem jest korzystanie z dobrze ekranowanego kabla koncentrycznego, stosowanie dławików na wejściu anteny i rozsądne prowadzenie przewodów zasilających. Zamiast „oklejać” radio w środku, więcej zyskasz, gdy założysz ferrytowe rdzenie na przewody i ustawisz antenę z dala od źródeł zakłóceń domowych.

• Monitor komputerowy i zasilacze impulsowe generują silne szumy szerokopasmowe.

• Ładowarki telefonów i routery WiFi potrafią „zaśmiecić” pasmo VHF i UHF.

• Przewody sieciowe prowadzone równolegle do kabla antenowego zwiększają poziom zakłóceń.

• Metalowe elementy w pobliżu anteny wpływają na jej charakterystykę i dopasowanie.

Świadome ustawienie anteny – choćby 2–3 metry dalej od mieszkania, na balkonie lub maszcie przy ścianie – często przynosi większą poprawę jakości odbioru niż długie eksperymenty z ekranowaniem samego radia wewnątrz obudowy.

Przy pierwszej antenie z kabla koncentrycznego warto trzymać się sprawdzonego schematu z polskim opisem lub z „Poradnika ultrakrótkofalowca” i cierpliwie dopracować długości segmentów oraz połączenia. Dobrze zrobiona antena z prostego koncentryka potrafi zostać w Twoim plecaku na lata i nieraz uratować łączność w terenie.