Kocie wąsy to antena szerokopasmowa na zakres 14-30 MHz o dwukierunkowej charakterystyce promieniowania. Szerokopasmowość osiągnięto przez połączeniu kilku pętli wykonanych z linki antenowej.
Antena była opisana w Świecie radio 2017/01 i QST 2018/03. Antena zdobyła drugą nagrodę w kategorii anten na pasma od 80 do 10 m, w konkursie ogłoszonym przez QST w roku 2017.
Jej opis trafił również do 24. wydania ARRL Antenna Book.
Zewnętrzne wymiary anteny to 7,4 x 4,5 m. Promień obrotu wynosi zatem 3,7 m. Rysunek poniżej pokazuje wszystkie wymiary Kocich wąsów.
Jak wynika z rysunku, cztery przewody odchodzą w lewo od punktu zasilania i cztery w prawo. Ich końce połączone są z prostokątną ramką wykonaną także z przewodu antenowego. Cztery przewody, łączące się z narożnikami ramki poprowadzone zostały po rozpórkach wykonanych z włókna szklanego. Pozostałe przewody wiszą w powietrzu. Przewody łączą się w punktach zaznaczonych na rysunku niebieskimi kropkami. W antenie prototypowej zastosowałem lutowanie, ale połączenia wykonane przy pomocy zacisków śrubowych powinny okazać się trwalsze.
Górne rozpórki podniesione są pod kątem 47°, a dolne obniżają się o 8° w stosunku do poziomu. Górne mają długość ok. 5,4 m, a dolne 3,7 m. W antenie prototypowe wykonane one zostały z wędek z włókna szklanego o długościach odpowiednio 8 i 6 metrów. Z wędek usunięto dwie najcieńsze sekcje, a pozostałe sklejono w pozycji rozłożonej przy pomocy kleju dwuskładnikowego na bazie żywicy i docięto je do potrzebnej długości. Rozpórki wsunięte zostały w aluminiowe rurki, które z kolei przymocowano do stalowego wspornika centralnego przy pomocy cybantów.
W antenie prototypowej zastosowano linkę miedzianą o średnicy 1 mm.
Wymiary anteny zoptymalizowane zostały podczas modelowania komputerowego tak aby uzyskać jak najmniejszą zmienność impedancji wejściowej anteny. W Kocich wąsach zmienia się ona w zakresie od 150 do 650 omów. SWR obliczony w punkcie zasilania anteny dla źródła sygnału o impedancji wewnętrznej 300 omów wynosi od 1,8:1 do 2,6:1 w zakresie 14-30 MHz. Dopasowanie do kabla koncentrycznego 50 omów osiąga się przy pomocy układu symetryzującego (baluna) o przekładni 6:1.
Kiedy do anteny i baluna dołączony jest kabel koncentryczny, SWR na jego końcu obniża się ze względu na niezerowe tłumienie kabla. Przykładowo, jeśli byśmy użyli 30-metrowego kabla RG-58, to SWR zmierzony na jego końcu byłby poniżej 1,85:1 w całym zakresie częstotliwości. A to oznacza, że wiele nadajników nie wyposażonych w tunery antenowe dałoby radę współpracować z tą anteną bez obawy o zniszczenie stopnia mocy.
Antena prototypowa pokazana na fotografii, zasilana była 40-metrowym kablem RF-7, który ma znacznie mniejsze straty niż RG-58. Dlatego w tym przypadku SWR nie został aż tak bardzo obniżony, jak by to miało miejsce dla RG-58. Wykres poniżej pokazuje wynik pomiaru SWR wykonany przy pomocy analizatora antenowego. SWR zmienia się od 1,2:1 do 2,2:1 w zakresie częstotliwości 14-30 MHz.
Podobnie niskie wartości SWR ma dobrze znana antena T2FD. Jednakże należy podkreślić, że Kocie wąsy nie tracą energii w rezystorze tak, jak to się dzieje w T2FD. Można pokazać, że zależnie od częstotliwości, T2FD może tracić w rezystorze nawet 50% doprowadzonej mocy w.cz. Dlatego T2FD ma znacznie mniejszy zysk antenowy niż dipol półfalowy.
A w takim razie, jaki jest zysk antenowy Kocich wąsów? W zakresie 14-30 MHz zysk Kocich wąsów w wolnej przestrzeni zmienia się on od 2,5 do 3,8 dBi. Dla przypomnienia zysk dipola w takich samych warunkach to 2,15 dBi.
Jednakże, aby porównać zysk Kocich Wąsów z dipolem w poprawny sposób, trzeba wziąć pod uwagę, że w ich przypadku starta sygnału w kablu koncentrycznym jest trochę większa niż w przypadku dipola. Poniższy wykres pokazuje zysk Kocich wąsów porównany do dipola obliczony w programach 4nec2 i MMANA-GAL ale pomniejszony o straty sygnału w kablu koncentrycznym obliczone w programie TLDetails (freeware opracowany przez AC6LA). Przyjęto w tych obliczeniach kabel koncentryczny RG-58 o długości 30 m. Jak widać wyniki symulatora MMANA-GAL są nieco bardziej optymistyczne niż wyniki 4nec2. Można powiedzieć, że Kocie wąsy są na równi z dipolem w paśmie 20 m (~0dBd) i są lepsze od dipola na wyższych pasmach (aż do +1,5 dBd przy 29 MHz). W przypadku krótszego lub mniej stratnego kabla niż RG-58, supremacja Kocich wąsów nad dipolem byłaby jeszcze bardziej widoczna. Proszę zwrócić uwagę, że w tych obliczeniach przyjęto, że nadajnik wyposażony jest w tuner antenowy dopasowujący jego impedancję wyjściową do systemu antena-balun-kabel.
Po przeprowadzeniu symulacji w wolnej przestrzeni wzięto pod uwagę wpływ ziemi. Antenę symulowano umieszczoną na rożnych wysokościach nad ziemią. Symulacje pokazały, że impedancja wejściowa anteny i jej SWR zależą nieznacznie od wysokości instalacji.
Co więcej, niewielkie zmiany w wymiarach anteny (rzędu 5-10 cm) prawie wcale nie wpływają na parametry anteny. Oznacza to, że tę antenę można zbudować bez zachowania najwyższej precyzji, a i tak będzie doskonale pracować w zakresie 14-30 MHz.
A teraz kilka słów o konstrukcji anteny.
Wspornik centralny został wykonany z blachy stalowej 400 x 400 x 4 mm. Rysunki poniżej pokazują główne wymiary. Na rysunku pokazana jest także dodatkowa rurka prostopadła do płaszczyzny wspornika. Nie była ona wykorzystana w prototypie Kocich wąsów. Można ją jednak wykorzystać, wprowadzając do niej krótki bom i łącząc jego końce z końcami rozpórek przy pomocy nieprzewodzących linek. Dzięki temu wyeliminuje się drgania rozpórek w czasie silnych wiatrów.
Całkowity ciężar prototypowej anteny wyniósł 8 kg. Dodano pod nią lekką obrotnicę Yaesu G-450C (3,5 kg).
Balun 6:1 zbudowano w oparciu o trzy transformatory toroidalne. Pierwszy (TR1) transformuje 50 omów na 75 omów, a pozostałe dwa (TR2 i TR3) tworzą balun Guanella 4:1 transformujący 75 omów na 300 omów. Wszystkie transformatory nawinięto na rdzeniach Amidon FT140-61. Dla mocy wyższych niż ok. 200 W zaleca się większe rdzenie w rodzaju FT240.
TR1 ma 10 zwojów nawinięty pięcioma przewodami w emalii o średnicy 0,5 mm. TR2 i TR3 mają po 10 zwojów nawiniętych parą miedzianych przewodów izolowanych. Zastosowano tu przewody w izolacji wysokonapięciowej. Dzięki temu zwiększono odstęp między nimi. W idealnym przypadku TR2 i TR3 powinny być nawinięte symetryczna linią długą o impedancji charakterystycznej 150 omów. Gruba izolacja zbliża impedancję pary przewodów do tej wartości. Kocie wąsy można także zasilić kablem koncentrycznym 75 omów. Wtedy należy pominąć transformator TR1.
Podczas testów porównawczych, Kocie wąsy zdeklasowały moją druga antenę - wielopasmowy GP. Podczas odbioru zawsze dawały silniejszy sygnał niż GP, czasem nawet o 2-3 S. To więcej niż przewiduje teoria, zatem najwyraźniej osiągi GP były gorsze niż jego specyfikacja. Co więcej, ponieważ Kocie wąsy promieniują głównie w polaryzacji poziomej, poziom szumów był na nich znacznie niższy, a zakłócenia QRN mniej dokuczliwe.
Już pierwsze łączności dowiodły, że Kocie wąsy mogą być z powodzeniem stosowane jako antena DX-owa. Oczywiście ważne jest aby były one zamontowane odpowiednio wysoko. Podobnie jak w przypadku dipola, powinno to być co najmniej pół długości fali ponad ziemią (10 m dla pasma 14 MHz). Przy niższej instalacji główny listek promieniowania wystąpi pod wyższym kątem co nie jest korzystne przy łowach na DX-y.
Kocie wąsy wybaczają drobne niedokładności w ich budowie. Po ich zbudowaniu, wystarczy zamontować je na maszcie i można od razu pracować. Nie trzeba w nich niczego dostrajać.
Kliknij tutaj, aby ściągnąć zestaw modeli tej anteny.