Strona główna  /  Poradnik  /  Antena J-pole

Po co ją budować

Prosta, tania i trwała

J-pole nie da więcej zasięgu niż dobra antena kolinearna. Ma za to cztery zalety, dzięki którym wciąż jest pierwszą anteną zbudowaną przez wielu krótkofalowców.

bez radiali

Bez przeciwwag

Ćwierćfalówka potrzebuje przeciwwag. J-pole ma półfalowy promiennik i nie wymaga metalowej płaszczyzny pod spodem. Warunek: kabel musi być odsprzęgnięty dławikiem, inaczej oplot sam zostaje przeciwwagą.

zwarta dla DC

Odprowadza ładunki statyczne

Oba pręty są połączone na dole, więc promiennik jest galwanicznie połączony z oplotem kabla. Ładunek statyczny spływa do uziemienia, jeśli maszt i ekran kabla są uziemione przy wejściu do budynku. To nie jest ochrona odgromowa.

50 Ω

Dopasowanie w konstrukcji

Dolna część anteny działa jak transformator: przesuwając odczep, znajdziesz punkt 50 Ω. Żyłę i oplot mocujesz opaskami, bez transformatora 4:1. Dławik na kablu (balun prądowy 1:1) i tak jest potrzebny.

≈ 2,5 m

Jedna rurka

Wersja na 2 m z rurki Ø 15 mm to około 2,5 m rury (z zapasem), trójnik, kolano i dwie zaślepki z marketu budowlanego. Do tego lutowanie palnikiem.

Zasada działania

Półfala na końcu ćwierćfalowego transformatora

Nazwa pochodzi od kształtu litery J: długi pręt i krótki pręt obok, połączone na dole.

Dwie części jednej anteny

Górna część długiego pręta (nad końcem krótkiego) to promiennik o długości prawie połowy fali. Taka półfala zasilana na końcu ma impedancję rzędu tysięcy omów (im grubszy pręt, tym niższą), więc kabla 50 Ω nie da się do niej podłączyć bezpośrednio.

Dolna część to dwa pręty tworzące linię ćwierćfalową zwartą na dole. Obciąża ją od góry promiennik o dużej impedancji, a linia transformuje ją w dół: na zwarciu napięcie różnicowe jest zerowe, a wyżej rośnie. Kilka centymetrów nad zwarciem jest punkt, w którym cały układ widziany z kabla ma impedancję bliską 50 Ω. Tam jest odczep.

Nominalnie antena ma ¾ długości fali, ale przez skrócenie końcowe i grubość rury wychodzi krócej: na 2 m z rurki Ø 15 mm długi pręt ma 1471 mm (0,71 λ), a na 70 cm 48–50 cm, zależnie od średnicy.

i

Linia dopasowująca też trochę promieniuje, bo jej dwa pręty nie mają idealnie równych prądów. Dlatego wiązka jest lekko uniesiona w górę, a charakterystyka nie jest idealnym kołem. W modelu NEC‑2 (wolna przestrzeń) wersja na 2 m z rurki Ø 15 mm ma maksimum ≈ 3,1 dBi pod kątem 14°, a na horyzoncie 1,6–2,6 dBi, zależnie od kierunku (z cienkiego drutu rozrzut to tylko ok. 0,3 dB). Dipol półfalowy ma na horyzoncie 2,15 dBi, więc J-pole nie jest „anteną z zyskiem”. Nad prawdziwą ziemią o kącie wiązki decyduje i tak wysokość zawieszenia.

Wymiary z NEC‑2

Kalkulator J-pole i Slim Jim

Wybierz pasmo, częstotliwość środkową i materiał. Każdy wariant zoptymalizowałem osobno w NEC‑2 pod kątem minimalnego SWR w paśmie (model w wolnej przestrzeni, bez masztu i kabla). Dla innej częstotliwości w paśmie wymiary przeliczam proporcjonalnie do długości fali. Sprawdziłem w modelu, że takie przeliczenie, nawet na sam kraniec pasma, zmienia SWR najwyżej o 0,01.

Pasmo
Konstrukcja
WymiarOznaczenie[mm]

Wszystkie długości mierz od osi dolnego poziomego odcinka (zwarcia), rozstaw prętów od osi do osi. Odczep to wysokość osi opaski z kablem nad osią zwarcia. Wynik z modelu jest punktem startowym: maszt, kabel i otoczenie przesuwają rezonans, dlatego krótki pręt tniemy z zapasem i dostrajamy. Przy szczelinie Slim Jima nie odcinaj drutu na styk: szczelinę zostaw na koniec strojenia.

Lista zakupów

Z marketu budowlanego

Lista dla wersji na 2 m z rurki Ø 15 mm. Wersję na 70 cm robię z rurki Ø 10 mm: jest krótsza i lżejsza, a gruba rurka przy tak małych wymiarach utrudnia strojenie.

Materiały

  • Rura miedziana Ø 15 mm, twarda (prosta w sztangach, nie miękka w kręgu): kup 2,5 m. Wystarczy na długi pręt (ok. 1,5 m), krótki (ok. 0,5 m z zapasem), łącznik i 15–30 cm króćca do mocowania, z zapasem na błędy cięcia.
  • Trójnik 15 mm i kolano 90° 15 mm do lutowania: z nich powstaje dół litery J i króciec do masztu.
  • Dwie zaślepki 15 mm na górne końce, żeby do środka nie lała się woda.
  • Dwie nierdzewne opaski ślimakowe dobrane do średnicy rurki (na Ø 15 mm np. 12–22 mm) i dwa oczka kablowe albo kawałek blaszki miedzianej.
  • Hermetyczna puszka z gniazdem (na 70 cm lepiej N niż SO‑239) albo krótki odcinek kabla zarobiony wprost. Przewody od gniazda do opasek mają być jak najkrótsze. Do tego taśma samowulkanizująca i taśma PVC.
  • Kabel koncentryczny 50 Ω i materiał na dławik: ferryty zatrzaskowe z materiału na VHF/UHF albo odcinek kabla na zwojnicę (tylko na 2 m).
  • Lut miękki do miedzi (np. Sn97Cu3) z topnikiem albo kształtki zaprasowywane zamiast lutowanych.

Narzędzia

  • Obcinak do rur: tnie prostopadle i nie gniecie rurki. Piłką zrobisz to gorzej.
  • Palnik gazowy, włóknina ścierna do czyszczenia miedzi, szczoteczka do topnika.
  • Miara stalowa i marker: na 70 cm liczą się milimetry.
  • Analizator lub NanoVNA. Bez niego też się da (miernik SWR i radio na małej mocy), ale strojenie trwa dłużej.
  • Obejma lub dwie obejmy U do zamocowania króćca na szczycie masztu (maszt kończy się poniżej zwarcia, nie biegnie wzdłuż anteny).
!

Rurki nie wypełniaj niczym i nie maluj farbą z pigmentem metalicznym. Wystarczy bezbarwny lakier do metalu albo nic: patyna na miedzi nie ma zauważalnego wpływu na promieniowanie. Miejsca pod opaskami oczyść jednak do gołego metalu i zabezpiecz przed wodą, bo tam liczy się dobry styk.

Warsztat

Budowa krok po kroku

Opis dotyczy wersji z rurek i kształtek. Z drutu lub pręta aluminiowego robisz to samo, tylko dół litery J jest zgięty albo skręcony śrubami, a pręty trzyma dystans z tworzywa.

Najczęstszy problem J-pole

Prąd na oplocie i dławik

Punkt zasilania leży między dwoma prętami linii symetrycznej, a kabel koncentryczny jest niesymetryczny. Prądy w prętach nie są przy tym równe, więc część prądu wypływa na zewnętrzną stronę oplotu i kabel promieniuje jak kolejny kawałek anteny. To cecha tego układu, a nie usterka.

Objawy

  • SWR zmienia się, gdy dotkniesz kabla dłonią albo go przełożysz.
  • Rezonans „pływa” po zmianie długości kabla, choć antena się nie zmieniła.
  • Wiązka unosi się jeszcze bardziej w górę albo jest nierówna, bo promieniuje też pionowy kabel.
  • W shacku pojawia się RF na obudowie radia albo mikrofonie przy większej mocy.

Lekarstwo

Tuż pod odczepem (kilka centymetrów niżej, a nie metr niżej) zrób dławik prądu wspólnego, czyli balun prądowy 1:1. Dobry dławik ma przy częstotliwości pracy impedancję wspólną rzędu 0,5–1 kΩ lub więcej. Masz trzy sposoby:

  • Ferryty zatrzaskowe z materiału dobranego do częstotliwości: na 2 m dobrze sprawdza się mieszanka 43, na 70 cm lepsze są materiały na wyższe częstotliwości, np. 61. Kilka sztuk jeden przy drugim, a ile, zależy od rozmiaru. Zatrzaski z nieznanego materiału (np. od kabli USB) sprawdź pomiarem, zanim im zaufasz.
  • Zwojnica z kabla, tylko na 2 m. Taka cewka ma własny rezonans i działa w wąskim zakresie, więc bez pomiaru to eksperyment. Nie zwijaj kabla ciaśniej, niż pozwala jego minimalny promień gięcia.
  • Rękaw ćwierćfalowy (sleeve, bazooka): jednopasmowy i większy mechanicznie, ale powtarzalny. W instalacji stałej to bardzo dobre rozwiązanie.

Najlepiej zmierzyć impedancję wspólną dławika analizatorem. Prosty test: z dławikiem SWR powinien zmieniać się najwyżej minimalnie, gdy chwytasz kabel poniżej dławika.

NanoVNA w ręku

Strojenie: najpierw częstotliwość, potem SWR

Masz dwie regulacje: krótki pręt ustawia częstotliwość rezonansu, a odczep dopasowanie. Długi pręt wpływa słabiej (w modelu 1 cm to ok. 0,45 MHz na 2 m, ale już ok. 3,9 MHz na 70 cm), więc wytnij go dokładnie od razu i koryguj tylko wtedy, gdy dwie pierwsze regulacje nie wystarczą.

1

Postaw antenę tam, gdzie będzie pracować

Albo przynajmniej 2–3 m nad ziemią, z dala od metalu. Na stole w warsztacie wynik będzie inny niż na maszcie. Skalibruj analizator (SOL) na końcu krótkiego kabla pomiarowego i mierz przez dławik. Nie trzymaj kabla ani analizatora w dłoni przy odczycie.

2

Znajdź minimum SWR

Przeskanuj analizatorem zakres 140–150 MHz (na 70 cm 420–450 MHz). Z zapasem na krótkim pręcie minimum zwykle wypada poniżej pasma, czyli tak, jak powinno. Jeśli stroisz radiem i miernikiem SWR, nadawaj tylko w paśmie amatorskim i z minimalną mocą.

3

Skracaj krótki pręt

W modelu skrócenie krótkiego pręta o 1 cm przesuwa rezonans o ok. 1,7 MHz w górę na 2 m. Na 70 cm skrócenie o 5 mm to ok. 7,6 MHz, więc tnij po 1 mm.

2 m: minimum na 143,3 MHz → utnij ok. 1 cm
4

Dopasuj odczepem

Patrz na rezystancję R przy częstotliwości rezonansu (tam, gdzie reaktancja X jest bliska zeru), a nie tylko na SWR. R poniżej 50 Ω: odczep wyżej, R powyżej 50 Ω: niżej. W modelu to ok. 2 Ω na milimetr na 2 m i ok. 5 Ω na milimetr na 70 cm. Przesuwaj obie opaski razem, na 70 cm co 1 mm. Odczep przesuwa też częstotliwość (na 2 m +5 mm to ok. +0,9 MHz, na 70 cm +3 mm to ok. +5 MHz), więc potem powtórz krok 3.

5

Zablokuj i uszczelnij

Dokręć opaski, zaznacz ich położenie markerem, nałóż zaślepkę na krótki pręt. Złącze i opaski owiń taśmą samowulkanizującą, a na wierzch nawiń taśmę PVC jako osłonę przed UV, jak w poradniku o antenie przed zimą.

Mit do obalenia

„J-pole na 2 m działa też na 70 cm”

Wiele osób w to wierzy, bo 435 MHz to dokładnie 3 × 145 MHz, a radio czasem pokazuje znośny SWR. Model NEC‑2 tej samej anteny mówi coś innego.

Co pokazuje model

  • SWR na 70 cm: 3,5–5,7 w zakresie 430–440 MHz. Radio z zabezpieczeniem zmniejszy moc, a przez długi kabel SWR przy radiu będzie wyglądał lepiej, niż jest naprawdę (straty w kablu maskują odbicie).
  • Wiązka ucieka w górę: maksimum 5,3 dBi pod kątem ok. 52°, a na horyzoncie −6…−1 dBi. Przy łączności z przemiennikiem oddalonym o 30 km liczy się właśnie horyzont.
  • Na 435 MHz część promieniująca (971 mm) ma ok. 1,4 długości fali, a cały długi pręt ok. 2,1. Prądy w kolejnych odcinkach mają przeciwne fazy i rozkładają energię na kilka listków.

Co zrobić, gdy chcesz oba pasma

  • Dwie anteny J-pole, na 2 m i na 70 cm, połączone diplekserem (zwrotnicą VHF/UHF), jeśli masz jeden kabel. Rozsuń je możliwie daleko, najlepiej jedną nad drugą, i stroj każdą po zamontowaniu obu, bo wzajemnie się przestrajają.
  • Osobna J-pole na 70 cm z rurki Ø 10 mm ma 49 cm wysokości. W modelu SWR < 1,5 obejmuje 428,5–441,5 MHz.
  • Gotowa antena kolinearna dwupasmowa, jeśli zależy Ci na zysku. Przegląd modeli jest w artykule o antenach bazowych.
Krewniak

Slim Jim, czyli J-pole ze złożonym promiennikiem

Slim Jim opisał Fred Judd, G2BCX, w 1978 roku. Nazwa według popularnego wyjaśnienia pochodzi od smukłej konstrukcji i dopasowania typu J (J Integrated Matching). Promiennik jest złożony: jego koniec wraca w dół i kończy się szczeliną nad krótkim prętem. W kalkulatorze L1 to wysokość złożonego promiennika nad osią zwarcia, a szczelina to przerwa między końcem złożonej części a krótkim prętem.

Czy jest lepszy?

O Slim Jimie często czyta się, że ma „niższy kąt promieniowania” i „większy zysk” niż J-pole. W moim modelu z drutu Ø 2,5 mm na 2 m obie anteny wypadają praktycznie tak samo, a kąt Slim Jima wychodzi nawet o 2° wyższy:

Drut Ø 2,5 mm · 145 MHzJ-poleSlim Jim
Zysk maks.2,4 dBi2,6 dBi
Kąt maksimum10°12°
Horyzont1,9–2,2 dBi1,9–2,3 dBi
SWR < 1,5143,6–146,5 MHz142,8–147,2 MHz

Różnice rzędu 0,2 dB mieszczą się w dokładności modelu i są w praktyce niesłyszalne. Slim Jim ma trochę szersze pasmo, a jego prawdziwa zaleta jest praktyczna: całą antenę, łącznie ze szczeliną, wygodnie zrobić z jednego kawałka drutu, pręta albo linii drabinkowej i zwinąć do plecaka.

Wersje przenośne z linii

Popularne są „zwijane” anteny J i Slim Jim z płaskiej linii 300 Ω albo drabinkowej 450 Ω. Do przemienników w terenie działają dobrze, tylko kalkulator ich nie obejmuje. Izolacja linii skraca falę (płaska taśma 300 Ω zwykle bliżej 0,8, drabinka 450 Ω z okienkami ok. 0,9, zależnie od konkretnego wyrobu), a NEC‑2 jej nie modeluje. Takie anteny buduje się z zapasem i przycina pod analizator.

Trochę historii

Antenę typu J wymyślił Hans Beggerow w 1909 roku dla sterowców Zeppelina: półfalowy przewód ciągnięty za sterowcem był połączony szeregowo z ćwierćfalową linią dopasowującą. Od tych sterowców pochodzi też nazwa anten typu „Zepp”, zasilanych na końcu przez linię. Na fotografii na górze strony monterzy US Forest Service instalują i stroją antenę typu J na posterunku leśników w Baldwin. Według oryginalnego opisu z archiwum NARA miała ją potem zastąpić antena innego typu, „dla lepszej charakterystyki promieniowania w płaszczyźnie poziomej”. To ta sama słabość, o której piszę wyżej: J-pole nie promieniuje idealnie równo we wszystkich kierunkach.

Na maszcie

Montaż i otoczenie

≥ 1 λ

Z dala od metalu

Rynny, barierki, inne anteny: im dalej, tym lepiej. Na 2 m długość fali to ok. 2 m. Metal w mniejszej odległości zmienia rezonans i charakterystykę, co zobaczysz przy strojeniu.

na szczycie

Maszt pod anteną, nie obok

Mocuj antenę króćcem pod zwarciem na szczycie masztu albo na poziomym wysięgniku, im dalej od masztu, tym lepiej. Maszt biegnący obok prętów sprzęga się z linią dopasowującą i psuje strojenie. Metalowy maszt połączony z dołem anteny też może przejmować część prądu w.cz., więc stroj antenę już zamocowaną. Na UKF wysokość daje więcej niż jakakolwiek zmiana wymiarów.

uziemienie

Maszt, uziemienie, burza

Maszt uziemiasz zgodnie z zasadami instalacji w budynku, a ekran kabla łączysz z uziemieniem przy wejściu do budynku, najlepiej przez ochronnik przepięć. Miedź nie powinna dotykać bezpośrednio aluminium ani stali ocynkowanej: w wilgoci powstaje korozja galwaniczna. Kabel odłączaj przed burzą, nigdy w jej trakcie.

bezpieczeństwo

Wysokie napięcie na szczycie

Przy nadawaniu na końcu promiennika jest wysokie napięcie w.cz., więc na balkonie ustaw antenę poza zasięgiem rąk i głowy. Z dala od linii energetycznych. Na dachu budynku wielorodzinnego potrzebujesz zgody wspólnoty lub spółdzielni, patrz poradnik antena a wspólnota.

Z doświadczenia i z modelu

Osiem błędów, które psują J-pole

  1. Mierzenie od złego punktu albo cięcie rur „na długość L1”. Wymiary liczy się od osi zwarcia po złożeniu. Na 70 cm 7 mm krótkiego pręta to ok. 10 MHz, czyli całe pasmo.
  2. Krótki pręt ucięty „na gotowo”. Bez zapasu nie ma czego skracać, a maszt, kabel i otoczenie przesuwają rezonans względem modelu.
  3. Strojenie na leżąco albo w warsztacie. Ziemia i metal pod anteną przesuwają rezonans o megaherce.
  4. Brak dławika albo przypadkowy dławik. SWR „pływa”, kabel promieniuje, a w shacku może pojawić się RF. Ferryt musi być z materiału, który działa na Twoim paśmie.
  5. Pręty nierównoległe. Rozstaw, który zmienia się wzdłuż linii, zmienia jej impedancję, a wtedy odczep trudno ustawić. Trzymaj rozstaw stały na całej długości krótkiego pręta.
  6. Liczenie na 70 cm z anteny na 2 m. Patrz wyżej: SWR 3,5–5,7 i wiązka w niebo.
  7. Otwarte końce rurek. Woda w środku zamarza, a skropliny zbierają się w kolanie. Zaślepki na górze, otwór odpływowy na dole.
  8. Resztki topnika. Po kilku miesiącach na lutach pojawia się zielony nalot. Zmyj topnik ciepłą wodą od razu po lutowaniu.
Dla dociekliwych

Modele NEC‑2 do pobrania

Otworzysz je w 4nec2, xnec2c albo innym programie zgodnym z NEC‑2. Model jest w wolnej przestrzeni, bez masztu i kabla. Żeby zobaczyć wpływ otoczenia, dodaj ziemię i własny maszt.

Skąd te liczby

Źródła

  • Wymiary i wykresy: własne modele NEC‑2 (silnik NEC‑2 z biblioteki PyNEC), wolna przestrzeń, miedź σ = 5,8·10⁷ S/m, rozszerzone jądro cienkiego drutu, równe segmenty ≤ λ/60 i ≤ ⅓ rozstawu prętów. Poprawność modelu sprawdzona testem średniego zysku (AGT), odchyłka od −0,01 do −0,27 dB (zysków nie korygowałem, więc traktuj je z dokładnością do ok. ±0,3 dB). Pręt aluminiowy modelowany z przewodnością miedzi, różnica w zysku jest pomijalna. Optymalizacja: minimalny SWR 50 Ω w paśmie, dla J-pole przy części promieniującej ≈ 0,47 λ.
  • Wymiary J-pole z rurki na 2 m z modelu (1471 / 500 / 46 mm przy 145 MHz) są zbliżone, z dokładnością do około centymetra, do popularnych amerykańskich konstrukcji z rurki miedzianej ½ cala (ok. 16 mm). To tylko porównanie orientacyjne, a nie weryfikacja modelu.
  • ARRL Antenna Book: anteny VHF/UHF, zasilanie i prąd na oplocie.
  • L. B. Cebik, W4RNL: artykuły o modelowaniu anten J-pole i Slim Jim.
  • F. C. Judd, G2BCX: opis anteny Slim Jim z 1978 roku.
  • Wikipedia: J-pole antenna (H. Beggerow 1909, Slim Jim, wpływ masztu i prądu na oplocie).
  • Fotografia: US Forest Service, National Archives and Records Administration, NAID 2129586, domena publiczna. Oryginalny opis: „The tower men remain aloft for 2 hours, installing & adjusting »J« type VHF antenna on top of mast at Baldwin Ranger Station. The »J« type antenna will be replaced by a type P.D.V.H.F. antenna for improved radiation characteristics in horizontal plane”.
Następny krok

Chcesz więcej zasięgu? Zbuduj Yagi

J-pole jest dookólna i wystarcza na lokalne przemienniki. Jeśli celujesz w konkretny przemiennik 50 km dalej, antena kierunkowa da kilka razy więcej mocy w tamtą stronę.