(1.)

Jozef Kucej, Martin, Slovakia:

 

TEÓRIA ANTÉN a iné...

 

 

 

 

 

SPRÁVNE SKONŠTRUOVANÁ A SPRÁVNE VYLADENÁ ANTÉNA,

JE PRVÝM PREDPOKLADOM ÚSPECHU RÁDIOAMATÉRA!!!

 

 

 

Naši synovia:

https://profiles.google.com/rkucej#rkucej/about  

http://www.bioinformatics.org/people/index.php?user_hash=2d77f3d69c39c0ff

 

VERÍM PRÍRODNÝM ZÁKONOM A ZÁKONITOSTIAM, ALE NAJVIAC ICH AUTOROVI

 

 

 

 

(2.)

 

 

http://www.teoriaanten.sk

 

 

             

 

 

          

   Použitá literatúra:                                                                                                                                               

Autori:

Josef Daneš :     Amatérska radiotechnika a elektronika                                                                                                                                       

Imrich Ikrényi:  Amatérske KV antény

Jozef Kucej:      ® (J.K.) 

   

 

 

KRÁTKOVLNNÉ ANTÉNY

 

                  

Rezonančné antény (so stojatou vlnou) :

Po napájači privádzame na anténu vysokofrekvenčnú elektrickú energiu. Táto energia má na napájači charakter vlny. Na volnom konci žiariča antény dochádza k odrazu prúdovej a napäťovej vlny a teda vzniká na ňom stojaté vlnenie. Stojaté vlnenie charakterizuje každú rezonančnú anténu. Rezonančná anténa je v podstate otvorený paralelný rezonančný obvod. Preto musí byť vyladená do rezonancie na kmitočte, na ktorom bude pracovať, aby vyžarovala a príjmala maximálné množstvo energie. Hovoríme tomu rezonančná podmienka. Tu berieme do úvahy aj určitú použiteľnú šírku účinného kmitočtového rozsahu. Žiarič antény vyžaruje najviac energie v miestach, kde je na žiariči najvyšší prúd. Preto napríklad, efektívná dĺžka žiariča 0,5λ so stojatou vlnou predstavuje dĺžku len 0,637 z celkovej fyzickej dĺžky žiariča.

        Po vyladení do rezonancie má anténa len ohmickú zložku impedancie a reaktančná zložka jX = 0. Preto sa vylaďovaniu do rezonancie zvykne hovoriť aj kompenzácia jalovej zložky vstupnej impedancie. Je to však jedno ako to pomenujeme, lebo z hľadiska k tomu potrebných prevádzaných úkonov robíme to isté. Z pohľadu rádioamatéra sú najdôležitejšie rezonanciou vyvolané kmity na anténe, ktoré majú väčšiu amplitúdu, ako kmity od zdroja kmitania. Ich účinkom je signál z antény vyžarovaný do (alebo príjmaný z) veľkej diaľky, lebo keď je anténa v rezonancii, tak energiu od zdroja kmitov odsáva. Táto fyzikálna vlastnosť odsávania energie sa využíva aj pri meraní sacím meračom rezonancie (GDO), čo je popísané nižšie.  Rezonančné antény sú pomerne úzkopásmové.

        Vyladením do rezonancie získa anténa svoju charakteristickú (kmitočtovú) impedanciu. Znamená to, že túto impedanciu má anténa len na kmitoče na ktorý je vyladená. Tu berieme do úvahy aj účinný kmitočtový rozsah. Táto impedancia je vždy závislá od prúdového a napäťového obloženia v určitom bode (mieste) na  žiariči pri rezonancii. To znamená, že v mieste, kde je na žiariči prúdový uzol, tam je zároveň napäťová kmitňa a teda je tam vysoká impedancia. V mieste, kde je prúdová kmitňa, tam je zároveň napäťový uzol a teda nízká impedancia (viď obr.2).

        ! Prúdové a napäťové obloženie na žiariči môžeme zisťovať aj pomocou menej citlivého vf indikátora intenzity elm. Poľa. Pre takýto indikátor je vhodná len krátka anténka s dĺžkou asi 1 až 5 cm, skrútená do poloblúka. Týmto indikátorom pohybujeme pozdĺž antény v určitej vzdialenosti a tak zisťujeme na ktorých miestach sú kmitne a uzly prúdu. Na indikátor zhotovíme rozperku o dĺžke asi 2 až 5 cm, aby sme mohli dodržať stále rovnakú vzdialenosť indikátora od antény. Podotýkam, že toto zisťovanie sa prevádza až po vyladení antény do rezonancie, inak nemá význam. Žiarič najviac energie vyžaruje v mieste prúdovej kmitne a najmenej v mieste prúdového uzla. Podľa toho si potom odvodíme aj priebeh napäťového obloženia, obr. 16, 17.

        Ak je v mieste napájania impedancia žiariča značne rozdielná od impedancie použitého napájača, musí sa na impedanciu napájača pretransformovať pomocou vhodného transformačného obvodu, umiestnenného medzi žiaričom a napájačom a ktorý má potrebný transformačný pomer. Jedná sa o to, aby bola energia z napájača na žiarič a tiež zo žiariča na napájač, prenesená s čo najmenšími stratami. Hovorí sa tomu aj impedančné prispôsobenie. Impedančné prispôsobovanie si však mnohí laici nesprávne zamieňajú s ladením antény.  Preto je tu potrebné pripomenúť, že:

        1.) Pojem „ladenie antény“ znamená prevedenie takého úkonu, aby vo výsledku bola dosiahnutá rezonancia žiariča antény na príslušnom pracovnom kmitočte. Tento úkon vyladenia sa prevádza ako prvý. 

        2.) Pojem „impedančné prispôsobenie“ znamená prevedenie takého úkonu, aby vo výsledku bola pretransformovaná impedancia žiariča v miesta napájania, ktorý rezonuje na príslušnom pracovnom kmitočte, na impedanciu napájača. Tento úkon sa prevádza ak je to potrebné, následne po vyladení ako druhý.

        Pretransformovať impedanciu je samozrejme možné aj pri žiariči, ktorý nerezonuje na príslušnom kmitočte. V tomto prípade sa však nedá hovoriť o anténe, ale len o akomsi nedefinovanom kuse drôtu, alebo rúrky a z toho vyplývajúcich negatívnych skutočnostiach. A myslím, že v záujme amatéra nie je len to, aby sa na to „niečo“ vysielať dalo, ale aby dosahoval čo najlepšie výsledky.

        Ak anténa so stojatou vlnou nie je vyladená do rezonancie, časť dodanej energie sa premieňa na anténe na teplo, čím vzniknú pomerne veľké straty na vyžiarenej energii, na čo sa v mnohých prípadoch zabúda. A tieto straty sú potom samozrejme aj pri príjme signálu, kedy je anténa kmitočtove necitlivá a preto slabšie a vzdialené signály nebudeme počuť. Straty zapríčinené napríklad horším ČSV, sú oproti týmto stratám často zanedbateľné. Pri DX spojeniach odrazenou vlnou na KV amatérskych pásmach, kde sa používajú veľké výkony, to nemusí každému až tak veľmi prekážať. Ale treba si uvedomiť, že v takomto prípade amatér nízkú účinnosť nevyladenej antény doháňa vysokým výkonom, čo nie je ten najsprávnejší a najefektívnejší spôsob. A napriek všetkému aj tu samozrejme platí, že najlepšie výsledky možno dosiahnuť len s anténou ladenou na príslušný kmitočet.

 

   Ako sa prevádza ladenie rôznych rezonančnýh antén?

         Rezonančné dĺžky sú 0,25;  0,5;  0,75; 1; .....λ.

1.)    Antény, ktoré majú rezonančnú dĺžku, napríklad vertikálné 0,25λ a 0,5λ, dipóly 0,5λ, horizontálné LW antény - vylaďujeme do rezonancie určitou zmenou dĺžky žiariča.  

2.)     Antény, ktoré nemajú rezonančnú dĺžku, ako napríklad vertikálné 5/8λ, krátke vertikálné antény - napríklad CB mobilné, krátke dipólové antény, musíme do najbližšej rezonančnej dĺžky elektricky predĺžiť a tým ich vyladíme do rezonancie na požadovanom kmitočte.

  Elektrické predĺženie - sa prevádza pomocou predlžovacej cievky, alebo L – článku (obr. 11; 12) a to zmenou hodnôt indukčnosti L a kapacity C v konkrétnych predlžovacích členoch. Následkom týchto zmien v predlžovacom obvode nastáva posun fází prúdu a napätia na žiariči a vyladený do rezonancie je vtedy, keď sa vytvorí imaginárný1 prúdový uzol a imaginárná kmitňa napätia práve v najbližšej imaginárnej rezonančnej dĺžke, čo je napríklad znázornené aj na obr.16 a 17. Vtedy je aj vzájomná vzdialenosť dvoch susedných prúdových uzlov 0,5 lambda.  Rezonanciu zisťujeme pomocou GDO s pripojeným meračom kmitočtu.

                imaginárný1 = zdanlivý, neskutočný.

® (J.K.)

 


(3.)

Horizontálné rezonančné antény:

               Tieto antény majú byť zavesené vo výške aspoň 0,5 λ nad zemou, pokiaľ sú určené na diaľkovú prevádzku. Asi najčastejšie používané sú stále dlhé horizontálné antény (LW). Tieto antény sú popísané nižšie.

 

 

Vertikálné rezonančné antény:

         Pri vertikálnych anténach je zem (zemná sústava), neoddeliteľnou súčasťou týchto antén a ak je zlá, alebo chýba, funkciu vertikálnej antény to celkom znehodnotí a bez zeme je to anténa neúplná. Zemná sústava antény vyžaruje a príjmá elektromagnetické vlny samozrejme tiež. Energia, ktorú zemný systém vyžaruje sa zlučuje s vyžarovanou energiou žiariča a tak sa naformuje tvar vyžarovaného laloka a jeho elevačný uhol. To znamená, že ak si niekto postaví vertikálný žiarič kde chýba zemný systém (radiály), tak má postavenú prakticky len polovicu antény. Ak je zemný systém zlý, nedostatočný, alebo chýba, bude stratový odpor antény značne veľký a naviac prichádzame tiež o tú časť energie, ktorú by inak tento zemný systém (radiály) vyžiaril. Je to preto lebo pozdĺž vodičov koaxiálneho napájača bude v tomto prípade nerovnakosť magnetických polí, ktoré sa navzájom nevykompenzujú. Nevykompenzovaná časť magnetického poľa vytvorí s elektrickým poľom pozdĺž vodičov napájača elektromagnetické vlny a bude namiesto chýbajúceho zemného systému vyžarovať napájač, avšak do rôznych smerov kde to nepotrebujeme. A väčšiu časť tejto energie absorbuje napríklad aj stožiar, popri ktorom je napájač zvyčajne vedený, či niečo iné. A takýto vyžarujúci napájač potom samozrejme aj príjmá rôzne rušenie z okolia a niektorí amatéri sa potom mylne domnievajú, že im toto rušenie príjmá anténa. Správne skonštruovaná a správne vyladená anténa však rušenia potlačuje.  Jediným efektívným riešením je tu len odstránenie príčiny vyžarovania napájača, ale určite nie nacvakanie „kilogramov“ feritu na napájač.

        Pri vertikálných anténách tvorí elektrický zrkadlový obraz nadzemného žiariča v zemi druhú polovicu dipólu a potom je hodnota impedancie v päte vertikálneho žiariča vždy polovičnou hodnotou impedancie takéhoto imaginárného dipólu. Avšak to neznamená, že je správné označovať vertikálnú anténu, že je to dipól. Nie je. A nie je to ani akýsi unipól, či monopól. To sú názvy nesprávné a neodborné. Správný názov je vertikálná asymetrická anténa. Impedancia vertikálnej antény o dĺžke 1/4 λ medzi pätou žiariča a zemným systémom, ktorý je v horizontálnej rovine, má hodnotu okolo 30Ω, čo je polovičná hodnota impedancie dipólu 0,5 λ (obr. 7).  Aj pri ostatných vertikálných anténach je impedancia v päte žiariča vždy polovica z impedancie príslušného imaginárného dipólu.

        Vertikálne antény (VA) pre nižšie kmitočty sa stavajú priamo na zemi, kde je zemná sústava vytvorená početnými zemnými radiálmi a pokiaľ je to možné, tak s dĺžkou aspoň 0,5 λ a ktoré môžu byť v zemi plytko zakopané, položené na zemi, alebo natiahnuté nízko nad zemou. Tieto zemné radiály, ktoré sú v zemi, alebo blízko pri zemi, sa chovajú aperiodicky a teda ich nie je potrebné ladiť. Päta žiariča je od zeme oddelená vhodným izolátorom.

        Na vyšších kmitočtoch sa vzhľadom na ich menšie rozmery konštruujú ako GP (ground plane) t.j. s umelou zemnou rovinou – radiálmi a teda ich je možné umiestňovať na vhodné stožiare. V tomto prípade sa však dosahujú dobré výsledky len vtedy, ak má anténa väčší počet radiál vyladených do rezonancie, napríklad pomocou GDO. Inak povedané, GP anténa na stožiari je dobré riešenie, avšak len v tom prípade, ak sú radiály vyladené do rezonancie a teda ak majú elektrickú dĺžku najmenej 0,25λ. To však z konštrukčných (rozmerových) dôvodov nie je vždy možné a často sa používajú radiály kratšie, čo však má za následok že taká anténa má veľký stratový odpor a teda malý zisk. A v takýchto prípadoch môže vyžarovať aj napájač. Preto GP antény s kratšími radiálmi ako 0,25λ na KV a teda aj na CB majú nejaké opodstatnenie len vtedy, ak sú v blízkosti okolo vysielacieho stanovišťa rôzne prekážky a montážou na stožiar môžeme tieto antény umiestniť nad úroveň týchto prekážok. Parametre (najmä zisk) GP antén na stožiari a s krátkymi nerezonujúcimi radiálmi, sú však oproti rovnako dlhým VA na zemi a s dobrým zemným systémom, podstatne horšie.

® (J.K.)

 

   Poznámka:      

         Na rôznych webových stránkách sa možno stretnúť o.i. aj s takzvanou anténou „Fuchs.“ Avšak táto anténa nie je nič iné, ako horizontálna jednodrôtová anténa (LW) o dĺžke jedenkrát λ/2 a tieto antény sú popísané nižšie. Takúto anténu však bez náležitých konštrukčných zmien nie je možné postaviť vertikálne, lebo v tom prípade to už bude samozrejme žiarič voči zemi asymetrický, so všetkými jeho vlastnosťami a vyššie uvedenými fyzikálnymi požiadavkami na vertikálnu asymetrickú anténu. Tieto skutočnosti nemožno jednoducho ignorovať. A z toho samozrejme vyplýva, že aj vertikálna tzv. „Králikova anténa,“ ktorá má byť od antény „Fuchs“ akosi odvodená, nezodpovedá týmto fyzikálnym požiadavkam a teda je to z tohoto hľadiska absolútny nezmysel. Aj to, ako je tam popísaný spôsob „vylaďovania“ svedčí o tom, že autor vôbec ani netuší, čo to anténa vlastne je. Tak, ako je to uvedené na web. stránke, nie je to nič viac ako kus obyčajného (nerezonujúceho) drôtu, zaveseného vertikálne a pripojeného k paralelnému rezonančnému obvodu. Na mnhých amatérskych web stránkách sa tiež vyskytuje popis všeliakých tzv. antén, ktoré možno označiť za akési znásilnené drôty.  V obchodnej sieti sa tiež vyskytujú nesprávne skonštruované a neúplné antény a s veľkou rezervou tu treba brať aj udávané technické (elektrické) parametre týchto antén (napríklad aj CB Black Pirate), ktoré bývajú aj v udávanom zisku až na úrovni sci-fi.

® (J.K.)

 

 Aperiodické antény (s postupnou vlnou - nerezonančné):

          Tieto širokopásmové nerezonančné antény majú výrazne odlišné vlastnosti od antén rezonančných a to tak vzhľadom k tvaru vyžarovacieho diagramu ako aj k impedančným vlastnostiam. Základným prvkom je dlhý vodič, cez ktorý tečie prúd a je zakončený vhodným odporom, takže sa energia na konci vodiča neodráža a nevytvorí sa stojatá vlna prúdu a napätia. Tieto antény sú pomerne širokopásmové. Takými anténami sú napríklad T2FD, VTFD a iné. Aperiodický širokopásmový dipól je popísaný nižšie, takmer na konci stránky.

(Daneš)

 

Vyžarovanie elektromagnetického vlnenia:                                                    

        Striedavý prúd tým, že je dynamickým javom, má oproti jednosmernému prúdu niektoré odlišné vlastnosti. Jedna z nich sa prejavuje so vzrastajúcim kmitočtom. Vysokofrekvenčný striedavý prúd tečúci vodičom vytvárá v jeho okolí elektromagnetické pole. Vhodne zvolený vodič (anténa) potom vyžaruje do priestoru energiu vo forme elektromagnetickej vlny. Od takého vodiča (antény) postupuje elektromagnetická vlna volným priestorom rýchlosťou svetla c = 300 000 km/s. Maximá a minimá kmitania elektromagnetickej vlny presne zodpovedajú maximám a minimám budiaceho vysokofrekvenčného striedavého prúdu. Dve rovnaké miesta elektromagnetickej vlny, zodpovedajúce perióde striedavého prúdu T, sú od seba vo volnom priestore pri rýchlosti šírenia vlny „c“ vzdialené (podľa známeho vzorca pre dráhu, rýchlosť a čas)  λ = c . T   [m, m/s, s]. Ak dosadíme za periódu „T“ kmitočet f = 1 / T, bude veličina λ (ktorú nazývame vlnová dĺžka) daná pomerom λ = c/f     [m, m/s, Hz]. Praktickou podobou vzorca pre dĺžku elektromagnetickej vlny vo volnom priestore (vakuum alebo vzduch) je potom známý vzťah  λ = 300/f    [m, MHz].

        Z uvedených skutočností vyplývá, že dĺžka vlny závisí nielen na kmitočte, ale aj na rýchlosti šírenia. V prostredí, ktorého permitivita je väčšia ako 1 (napríklad dielektrikum koaxiálneho kábla) je rýchlosť šírenia menšia a teda aj vlnová dĺžka je tiež menšia. Skrátenie vlnovej dĺžky oproti jej hodnote vo vakuu sa vyjadruje takzvaným skracovacím koeficientom kskr, ktorý je určený pomerom skrátenej dĺžky vlny λskr a dĺžky vlny λ toho istého kmitočtu vo vakuu: kskr = λskr / λ.

(Daneš)

 

 Vysokofrekvenčná elektrická energia na vysielacej anténe vykonává prácu a premieňa sa na energiu elektromagnetického vlnenia, ktorá je z antény vyžarovaná do priestoru. 

 

   

Výkon a iné:

        Elektrický výkon – v obvodoch jednosmerného prúdu, je fyzikálná veličina, ktorá je vyjadrovaná aj matematickým súčinom dvoch iných veličín a to napätia „Una spotrebiči, ktorý má charakter reálného odporu „R“ a prúdu „I“, ktorý týmto spotrebičom preteká:  P = U . I    [W,V,A].  Alebo s využitím ohmovho zákona aj  P = U2 : R   [W,V,Ω]  a tiež  P = I2 . R   [W,A,Ω].

        V obvodoch so striedavým prúdom sa rozlišuje výkon činný, jalový, zdanlivý, komplexný. Tu záleží tiež na tom, či je záťaž čisto odporová (ohmická), alebo sú tam zaradené aj prvky kapacitné, alebo indukčné. Pri amatérskych rádiových vysielačoch meriame vysokofrekvenčný výkon na čisto ohmickej záťaži. Jednotkou elektrického výkonu je Watt. Elektrický výkon sa neprenáša, neodráža ani nevyžaruje. Elektrický výkon na anténe sa spotrebuje pri premene elektrickej energie na energiu elektromagnetického žiarenia. Tento žiarivý (vyžiarený) výkon energie sa tiež vyjadruje ako ERP, z anglického effective radiated power.   Takže prenáša, odráža a vyžaruje sa energia.

         Efektívný elektrický výkon – je výkon, ktorý je vytváraný v obvodoch so striedavým prúdom a to efektívným napätím Uef na spotrebiči a efektívným elektrickým prúdom Ief, ktorý týmto spotrebičom preteká.  Pef  = Uef . Ief = Uef2 : R = Ief2 . R

         Elektrická práca -  Ak elektrická energia vytvára na spotrebiči výkon P, ktorý trvá určitý čas t, vykonává tým elektrickú prácu A, ktorá sa rovná: A = P . t   [J, W, s]  J = Joule, (čítaj “džaul”).

         Energia - Definícia energie je neľahká, lebo energia sa vyskytuje v rôzných formách. Veľmi často uvádzaná definícia, že energia je schopnosť fyzikálnej sústavy konať prácu, pri hlbšom rozbore neobstojí. Túto definíciu spochybňuje už druhý zákon termodynamiky. Radšej sa preto od jej definície v odbornej literatúre upúšťa.

         Spotrebič (elektrický)  je čokoľvek, na čom, alebo v čom dochádza k premene elektrickej energie, na inú formu energie, alebo energií. Na anténu (spotrebič) privádzame po napájači vysokofrekvenčnú elektrickú energiu. Táto privádzaná energia má na napájači charakter vlny a to buď postupnej, alebo stojatej. Na napájači sa však elektromagnetické vlnenie nevytvára (viď článok „Môže vedenie so stojatým vlnením vyžarovať?“).          

        Účinnosť antény - je pomer medzi množstvom užitočnej energie vyžiarenej anténou a množstvom energie do antény dodanej.             

       Výkon vysielača - má byť vždy udávaný na definovanej ohmickej záťaži, to znamená na takej impedancii, pre ktorú je výstup z vysielača skonštruovaný, napríklad: P = 5 W na 50 Ω,     alebo P = 5W na 75Ω a podobne. Keď k tomu istému vysielaču, napríklad s výkonom 5W na 50Ω, budeme pripájať rôzne iné ohmické záťaže, bude na nich zakaždým aj iný výkon. To tiež znamená, že výkon v žiadnom prípade nie je „niečo hotové“, čo produkuje vysielač, ale výkon sa vytvára až na spotrebiči.  

        Intenzita elektromagnetického vlnenia = hustota toku elektromagnetickej energie – je podiel množstva energie prenášanej elektromagnetickým vlnením a obsahu plochy, cez ktorú ju prenáša (E/m2). Energia E sa udáva v Joule (J).

®(J.K.)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               

 

 

 

Elektromagnetická indukcia na príjmacej anténe:

        Keď elektromagnetickému vlneniu postavíme do cesty príjmaciu anténu (vodič), naindukuje sa na nej určité napätie. Na príjmacej anténe vzniká vynútené elektrické kmitanie. Aj na príjmacej anténe dochádza k premene jednej formy energie na inú formu energie. Energia elektromagnetického vlnenia sa na príjmacej anténe premieňa na elektrickú energiu. Avšak napätie, ktoré sa pri tom na výstupných svorkách antény vytvorí, vytvárajú len voľné elektróny samotného vodiča z ktorého je anténa zhotovená.  

®(J.K.)

 

CHARAKTERISTIKA ANTÉN

 

        Každý anténný žiarič je charakterizovaný: smerovým účinkom, súčiniteľom smerovosti, ziskom, vstupnou impedanciou  a účinným kmitočtovým  rozsahom.  Smerový účinok  žiariča je schopnosť žiariča vyžarovať (alebo prijímať) elektromagnetickú energiu len do (alebo z) určitého priestoru, definovaného priestorovými uhlami vo vodorovnej a zvislej rovine. Smerové účinky sú dôsledkom toho, že vyžiarená energia nie je v priestore rozložená rovnomerne, ale v niektorom smere sa pole sústreďuje, v inom sa potlačuje. Aby sme mohli navzájom rôzne antény porovnávať, zavádzame pojem  súčiniteľ smerovosti.

         V praxi sa posudzuje zisk rôznych antén ich porovnávaním s polvlnným dipólom, ktorý je základným typom anténneho žiariča, naviac ľahko a opakovateľne realizovateľným. Skutočný zisk antény, čiže sústredenie elektromagnetického poľa v smere maximálného vyžarovania  je preto praktickým hodnotiacim merítkom antény a môže sa udávať prostým číslom, alebo v decibeloch, čo znamená koľkokrát(!) je vyžarované elektromagnetické pole silnejšie alebo slabšie, ako porovnávané vyžarované pole vzťažného žiariča, ktorým je polvlnný dipol.  Zisk antény závisí na efektívnej dĺžke žiariča, na dobrom zemnom systéme, na správnom vyladení, atď. A preto napríklad aj vertikálna anténa 5/8λ, ktorá nie je vyladená do rezonancie bude mať menší zisk, než správne vyladená anténa λ/4.

          Úlohou žiariča je vyžiariť do priestoru privádzanú vf elektrickú energiu vo forme energie elektromagnetického vlnenia. Tá sa do žiariča privádza napájacím vedením a z hľadiska napájača sa preto žiarič javí ako spotrebič. Ak nie je vyladený do rezonancie, má žiarič antény aj reaktačnú (jalovú) zložku a potom hovoríme o kompletnej vstupnej impedancii antény. Vyjadrujeme ju všeobecne vzťahom:   Z = R ± jX,  [ Ω] -  čo je sériové zapojenie činného odporu R a induktancie (+), alebo kapacitancie  ( - ) X, kde :

                                   Z = vstupná impedancia

                                   R = ohmická zložka vstupnej impedancie

                                   jX = jalová (reaktančná) zložka vstupnej impedancie                                                                 

 Jalová žložka nespotrebuje žiadnu energiu, ale spôsobuje kmitočtovú necitlivosť žiariča. Po vyladení žiariča antény do rezonancie je jX = 0.

          Účinný kmitočtový rozsah súvisí bezprostredne s impedančnými vlastnosťami žiariča. Čím v širšom kmitočtovom rozsahu anténa zachováva konštantnú a len ohmickú impedanciu, tým je širokopásmovejšia. Mimo tohoto kmitočtového rozsahu, anténa významne stráca účinnosť a teda aj zisk!!!

®(J.K.)

 

                                                                                                                                                                                                                        

 DIPÓL 0,5 λ

 

          Základným typom rezonančnej antény ( tiež antény so stojatou vlnou), je dipólový žiarič polvlnnej dĺžky. Tento dipól je pomerne úzkopásmový. Aj tento žiarič sa chová v podstate ako rezonančný obvod, ktorého rezonančný kmitočet nastavujeme dĺžkou žiariča. Pri rezonancii vykazuje len ohmickú zložku vstupnej impedancie, mimo rezonancie je vstupná impedacia komplexná. Ak je dĺžka dipólu kratšia ako rezonančná, má vstupná impedancia kapacitný charakter. Pri dĺžke väčšej ako rezonančná je charakter induktívny.  Presne vzaté: nekonečne tenký priamy vodič vo volnom priestore o dĺžke presne 0,5 λ, má uprostred vstupnú impedanciu   (73,1 + j 43) Ω , takže fyzická dĺžka 0,5 λ je o niečo dlhšia ako dĺžka pre presnú rezonanciu. K dosiahnutiu rezonancie musíme preto dĺžku vodiča skrátiť a koeficient skrátenia potom udáva, koľkokrát je treba skrátiť fyzickú dĺžku 0,5 λ aby bola dosiahnutá rezonančná dĺžka elektrickej polvlny.

                                                                                                      

                                                                                                  

Obrázok 1: Závislosť činiteľa skrátenia a vstupnej impedancie

polvlnného dipólu na pomere l/d

 

          Pre bežné drôtové polvlnné dipóly na pásmach KV je napr. činiteľ skrátenia zhruba k = 0,98 . Čím je priemer anténneho vodiča väčší, tým je činiteľ skrátenia menší a u antén VKV sa bežne pohybuje medzi 0,90 až 0,95. Presné naladenie do rezonancie je však potrebné urobiť pomocou GDO. Súčasne s rastúcou hrúbkou žiariča klesá aj jeho vstupná imedancia na hodnoty medzi 55 až 65 Ω . Priebeh závislosti činiteľa skrátenia a vstupnej impedancie je na obrázku č.1. S klesajúcim pomerom l/d sa zlepšuje aj širokopásmovosť žiariča.

          Rozloženie prúdu a napätia na polvlnnom dipóle je znázornené na obrázku č.2. Na volnom konci žiariča pri rezonancii vždy vznikne napäťová kmitňa a prúdový uzol. V mieste prúdovej kmitne, ktorá je uprostred dipólu, je vstupná impedancia najnižšia, teoreticky 73Ω, prakticky okolo 60Ω(!). Na koncoch polvlnného žiariča vyladeného do rezonancie je impedancia tiež čisto ohmická a pohybuje sa v rozmedzí 1000 až 5000 Ω. Pri napájaní polvlnného dipólu asymetrickým napájačom, je potrebné použiť symetrizačný člen, pripojený v mieste napájania.

          Vyžarovací diagram polvlnného dipólu vo vodorovnej a zvislej rovine je skonštruovaný ako priesečník týchto rovín z rotačným prstencovým telesom obrázok č.3.

 

 

Obrázok 2: Rozloženie prúdu a napätia na polvlnnom dipóle,

po vyladení do rezonancie.

 

 

 

 

Obrázok 3: Priestorový vyžarovací diagram polvlnného

dipólu vo volnom priestore.

 

 

 

          V smere osi žiariča je vyžarovanie nulové, maximálné je v smeroch kolmých k žiariču. Horizontálny smerový diagram je symetrického osmičkového tvaru. Merítkom smerovosti je uhol  v ktorom neklesne intenzita elektromagnetického poľa viac ako o polovicu, t.j. o 3 dB a tento uhol nazývaný tiež šírka hlavného zväzku (laloka), alebo lepšie uhol prijmu ktorý sa pri polvlnnom dipóle rovná  78 stupňov.

V rovine kolmej na os dipólu má smerový diagram tvar kružnice, vyžarovanie je teda v tejto rovine všesmerové obrázok č.4. V skutočnosti je tvar vertikálneho smerového diagramu do značnej miery ovplyvnený zemnými odrazmi.

(Daneš)

 

 

Obrázok 4: Vyžarovací diagram polvlnného dipólu

v rovine žiariča a v rovine kolmej.

 

 

KRÁTKE DIPÓLOVÉ ANTÉNY

 

        Na amatérskych KV pásmach sa používajú aj krátke dipólové antény, čiže kratšie ako 0,5 λ. Tieto antény sú značne úzkopásmové. Do rezonancie na požadovanom kmitočte ich vylaďujeme (elektricky predlžujeme) zmenou indukčnosti predlžovacích cievok, pripojených v mieste napájania (v mieste prúdovej kmitne) k obidvom ramenám dipólu. Postupovať je možné aj tým spôsobom, že pomocou GDO zistíme, či anténa pri konkrétnej použitej indukčnosti predlžovacích cievok rezonuje pod, alebo nad požadovaným kmitočtom a potom ramená dipólu buď skracujeme, alebo predlžujeme. Pri rezonancii budú v imaginárnej dĺžke 0,5λ imaginárne prúdové uzly a napäťové kmitne. To preto, lebo vzdialenosť dvoch susedných prúdových uzlov je vždy lambda/2. V mieste napájania bude potom prúdová kmitňa a napäťový uzol, čiže nízka impedancia približne 60Ω a teda tu nie je potrebná žiadna transformácia. Rezonanciu kontrolujeme pomocou GDO s pripojeným meračom frekvencie. Umiestňovanie predlžovacích cievok do stredu, alebo niekde blízko stredu ramien dipólu je nesprávné a nezmyselné.

® (J.K.)

 

 

 

Na obrázku:  Prúdové obloženie „I“ na krátkej dipólovej anténe,

po vyladení do rezonancie. Napäťové obloženie „U“

nie je znázornené.

® (J.K.)

 

 

 

                                                                                 

VPLYV ZEME

 

          V skutočných pomeroch (s výnimkou družicových antén) nie je antena umiestnená vo volnom priestore, ale nachádza sa v istej výške nad zemou. Zemský povrch v prvom priblížení si teoreticky nahrádzame dokonale vodivou a nekonečne veľkou zemnou rovinou a tá podstatným spôsobom ovplyvňuje vyžarovacie diagramy antén vo vertikálnej rovine. Naviac pokiaľ je polvlnný dipól zavesený v menšej výške než 0,5 λ,  mení sa značne jeho vstupná impedancia a pri výške menšej než 0,25 λ  impedancia prudko klesá. Obrázok č.5.

 

 

Obrázok 5: Vplyv výšky nad zemou na vstupnú impedanciu

horizontálneho polvlnného dipólu (teoreticky).

 

 

 

Typické tvary vertikálnych smerových diagramov horizontálneho dipólu v závislosti na jeho výške nad zemou sú znázornené na obrázku č.6.

 

Obrázok 6: Vertikálne vyžarovacie diagramy horizontálneho polvlnného

dipólu v závislosti na výške nad zemou

 

 

Výsledné pole zložitého tvaru vzniká tým, že sa celá polovica energie vyžiarenej smerom k zemi odráža naspäť smerom hore, interferuje s priamym vyžarovaním v rovnakom smere a podľa fázového rozdielu priamej a odrazenej vlny sa pole buď zosilňuje , alebo zoslabuje.

Pri bezstratovom odraze od dobre vodivej zeme je intenzita poľa v smere maxima hlavného laloku dvojnásobná oproti hodnote žiariča vo volnom priestore. Z uvedených diagramov je zjavné, že horizontálny žiarič by mal byť zavesený vo výške najmenej 0,5 lambda nad zemou, pokiaľ je určený k diaľkovej prevádzke.

         Vplyv vodivej roviny pod anténou si výhodne nahradzujeme zrkadlovým obrazom antény a výsledné pole vzniká ako súčet poľa skutočnej antény a fiktívnej zrkadlovej antény. Zrkadlový účinok vodivej zemnej roviny nám umožňuje konštruovať aj rezonančné vertikálne antény rôznej dĺžky, kde druhá polovica dipólu je nahradená zemným obrazom. Vstupná impedancia napríklad vertikálnej štvrťvlnnej antény antény medzi pätou a zemou je polovica hodnoty impedancie polvlnného dipólu, t.j. asi 30 Ω, obr. Č. 7.  

          Zemský povrch nie je zdaleka ideálne vodivý a jeho vodivosť sa pohybuje v rozpätí štyroch rádov.  Hĺbka vniku krátkych vĺn do zeme je približne 1,5    3 m. O dobrej vodivosti rozhoduje predovšetkým hladina spodnej vody.

          Dobrá vodivosť zeme v blízkom okolí antény je tiež predpokladom jej účinnej funkcie. Pri anténach horizontálnych (napr. horizontálna LW), aj pri horšej zemi nedochádza k väčším stratám pokiaľ je anténa zavesená dostatočne vysoko. Za to pri všetkých  vertikálnych anténach, ktoré sú voči zemi asymetrické, je zem bezprostrednou súčasťou antény a ak je zlá funkciu antény to celkom  znehodnotí.  

(Daneš)

 

 Doporučenie:

         Medzi CB - čkármi je stále rozšírená povera, že aj vertikálné antény musia byť v určitej výške nad zemou na stožiari. No nie je to tak, lebo tieto antény dosahujú najlepších vlastností a parametrov, keď sú postavené na zemi a s kvalitným zemným systémom. Aj pri vysielaní na CB z kopcov pri rôznych závodoch a súťažiach, sú veľmi často vhodné podmienky na použitie všesmerovej VA postavenej na zemi vtedy, ak nie sú v blízkosti rôzne väčšie prekážky a husté stromy. Okrem značne väčšieho zisku takejto antény to má aj tú výhodu, že na kopec netreba vynášať stožiar.  Nemá žiadny zmysel alebo význam, stavať na takomto kopci vertikálnú GP anténu s krátkymi a neúčinnými radiálikmi na stožiar, alebo dokonca “polku” 0,5λ bez radiál!! A naviac na holom kopci bez blízkých prekážok, pôsobí vertikálna GP anténa na stožiari naozaj komicky.                                    

        Všesmerová VA postevená na zemi a s dlhými zemnými radiálmi, je tiež výhodnejšia ako nejaká smerovka, pri ktorej je pri závodení nevýhodou práve jej smerovosť. Samotná smerovosť v žiadnom prípade ešte neznamená že má smerovka aj taký zisk, ako by mala mať, alebo ako sa papierovo udáva. Obzvlášť, ak nie je správne vyladená a skonštruovaná. Ale správne vyladiť napr. často používanú HB9CV nie je vôbec tak jednoduché, ako sa to môže zdať, alebo ako si to niektorí predstavujú. Podľa mnohých návodov na zhotovenie HB9CV ktoré som videl, si dovolím pochybovať či tieto konkrétné antény zhotovené podľa týchto návodov, môžu mať zisk aspoň 0 dBdip. Skôr nie, lebo okrem iných chýb, napr. aj nesprávne zapojená, alebo chýbajúca kapacita v prispôsobení “gama”, sa v týchto návodoch ladenie pomocou GDO nespomína ani náhodou.

        Tiež je nesprávné porovnávať nejakú smerovku s takou vertikálnou anténou ako je napríklad 0,5 λ, ktorá má síce prijateľný ČSV, ale nie je vyladená do rezonancie a ešte k tomu je bez radial, čo je samozrejme len akýsi kus rúrky a z toho robiť nejaké závery. Porovnávať sa majú len antény, ktoré sú správne skonštruované a vyladené. V opačnom prípade nemá takéto porovnávanie žiadnu všeobecnú výpovednú hodnotu a je potom platné len pre tie dve konkrétné antény, ktoré sa takto porovnávajú.

  

® (J.K.)

                                                                                                                                                                        

 

 

 

Obrázok 7: Zrkadlový obraz vertikálneho žiariča.

 

 

 

                                                    

 

VERTIKÁLNÉ ANTÉNY

(Daneš)

            Vertikálne antény sú výhodné pre malé priestorové požiadavky, výhodný vyžarovací diagram v zvislej rovine a všesmerovosť v horizontálnej rovine. Najkratšia rezonančná dĺžka žiariča je 0,25 λ. Do rezonancie sa dajú priviesť aj kratšie žiariče, napríklad zapojením L- článku v mieste prúdovej kmitne ( obr. 12 a. ). Vyžarovací diagram v zvislej rovine závisí na dĺžke žiariča. Niekoľko typických príkladov je na obrázku č. 8 z ktorého je jasné , že so zväčšovaním dĺžky žiariča sa vyžarovanie sústreďuje pozdľž obzoru tak dlho , pokiaľ dĺžka nepresiahne 0,5 λ. Pri väčších dĺžkách ako 0,5 λ sa objavujú a vzrastajú laloky pod veľkými elevačnými uhlami na úkor vyžarovania nad obzor a pri dĺžke žiariča 1 λ sa už energia pozdĺž obzoru vôbec nevyžaruje. Základnym predpokladom účinnej funkcie vertikálnej antény je hlavne dobrý zemný systém, presné vyladenie antény do rezonancie na danom kmitočte a impedančné prispôsobenie k impedancii napájača.      

Pri posudzovaní, resp. pri výbere vertikálnej antény, berieme do úvahy nielen zisk, ale aj elevačný uhol, ktorý zviera vyžarovaný lalok so zemou vo vertikálnej rovine. Pre naše potreby je vhodný tento uhol čo najmenší.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                - Dva, poprípade i viac vertiálnych žiaričov napájaných s rôznou fázou, môžu vytvoriť účinný smerový systém s prepínateľným smerovaním dosahovaným len zmenou fázového rozdielu (napr. prepínaním dĺžky anténneho napájača). Niekoľko typických vyžarovacích diagramov pre dvojprvkový systém s rozostupom do 0,5 λ je na obrázku č. 10. Všesmerovosť je najlepšie zachovaná pri rozostupe λ / 8  a s fázovým rozdielom 45°. Pri spájaní dvoch, alebo viacerých antén, platí pre výslednú impedanciu ohmov zákon tak, ako pri spájaní odporov.

 

                                                                                        

 

                                                                                           Obrázok 8: Vertikálne vyžarovacie diagramy rôzne vysokých

                                                                                                                                 vertikálnych žiaričov

 

 

 

 

                                                                                             Obrázok 9: Anténa 0,25 λ

 

 

 

Obrázok 10: Typické vyžarovacie diagramy dvoch zvislých žiaričov

v závislosti na ich rozostupe a fázovom rozdiele napájacích prúdov

           

 

 

            Čo sa týka uhlov vyžarovania, je možné uvažovať maximum vyžarovania  pri anténach dĺžky 0,25  λ  v uhle asi 30°, pri dĺžke 0,5 λ v uhle 15°, pri dĺžke VA  0,625 λ v uhle 12°.   Ak je impedancia žiariča antény značne rozdielna od impedancie použitého napájača, je nutné medzi napájač a pätu žiariča antény vložiť prispôsobovací (transformačný) člen, ktorým prispôsobujeme (transformujeme) impedanciu žiariča k impedancii napájača. Najjednoduchším a v praxi najvyhovujúcejším typom prispôsobenia je  L- článok. Parelelný rezonančný obvod nie je na prispôsobovanie vôbec vhodný, hlavne kôli obtiažnosti resp. nemožnosti správneho vyladenia takejto sústavy antény do rezonancie. Prehľad rôznych typov prispôsobovacích resp. predlžovacích obvodov a L- článkov v závislosti na dĺžke žiariča, je na obrázku č. 11 a 12.

(Daneš)

           

 

 

          

   

Obrázok 11: Prispôsobenie žiaričov VA k napájaču (náhradné schémy)

Rvst = vstupný odpor antény

         Xvst = vstupná reaktancia antény

                                   Xs = sériová reaktancia prispôsobovacieho obvodu

                                     Xp =paraelná reaktancia prispôsobovacieho obvodu

Rn = impedancia napájača

 

                                                                                                                                                                                                                       

 

 

 

                                                                                Obrázok 12: Prehľad prispôsobenia  vertikálnych antén –

 

                                                                      

NAJČASTEJŠIE

PRÍČINY ENERGETICKÝCH STRÁT NA ANTÉNACH.

 

        Vstupná impedancia Zvst na vstupe antény, tj. Medzi pätou žiariča a zemným systémom sa skladá zo vstupného odporu Rvst a vstupnej reaktancie Xvst. Vstupný odpor Rvst je súčtom odporov vyžarovacieho Rvyž a stratového Rstr (viď obrázok 3.67).

        Stratový odpor Rstr predstavujú najmä straty spôsobené nedostatočnou a teda nekvalitnou zemou (zemným systémom). Stratový odpor GP antén pri vyladenej zemnej rovine pomocou GDO sa udáva 4 až 8Ω, čo záleží aj na počte radiál. Pri nevyladenej zemnej rovine až 20Ω i viac. Aký je stratový odpor pri chýbajúcej zemi, to sa mi nepodarilo zistiť. Asi preto, že niečo také nezmyselné sa v odborných kruhoch ani len nepredpokladá.  

        Aké sú straty pri anténe, ktorá nie je vyladená do rezonancie sa dá zistiť pomerne jednoduchým spôsobom. Ak budeme mať napríklad krátku anténu, kde bude použitá predlžovacia cievka navinutá na kostričke s feritovým závitovým jadrom, môžeme pri plynulom ladení a rozlaďovaní antény na indikátore intenzity elektromagnetického poľa pomerne presne určiť o koľko % menej energie vyžaruje táto anténa, keď ju rozladíme mimo rezonanciu. Vzniknutá reaktancia jX nespotrebuje žiadnu energiu. Istá časť energie sa odrazí (ČSV) a ostatná energia ktorá nie je vyžiarená do priestoru sa premení na teplo na žiariči.

        Ďaľšou častou príčinou strát, je impedančné neprispôsobenie impedancie antény k napájaču.

® (J.K.)

 

                                                                                                                                                                                                                                                         

 

 

 

 

 

Upozornenie!

Grafy Rvyz a Xvst sú posunuté oproti hodnotám na sieti mierne vľavo.

Graf Xvst má smerovať k nule presne na rezonančných dĺžkach.

Vrcholy grafu Rvyz majú byť na 0,5 a 1λ. Preto si je treba obidva tieto grafy

v celku virtuálne posunúť napravo.

 Dĺžky 0,25; 0,5; 0,75; 1, predstavujú skutočné

 dĺžky VA po vyladení a teda tu h/λ neplatí.

 

(Daneš)

 

 

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

 

 

 

MERANIE

 

NA REZONANČNÝCH ANTÉNACH

 

 

          Z vlastností antén, ktoré nás zaujímajú a ktoré môžeme aj amatérskymi prostriedkami merať, sú okrem iného hlavne rezonančný kmitočet a koeficient prispôsobenia k napájaču – ČSV.

          Pomocou ČSV– metra zisťujeme impedančné neprispôsobenie impedancie žiariča k impedancii napájača. Inými slovami, ČSV-meter nie je určený na meranie rezonancie antény. Na meranie daných veličín a parametrov, používame zásane tie meracie prístroje, ktoré sú na meranie týchto veličín skonštruované a určené, inak dochádza k chybným záverom.  Vyladením do rezonancie získa anténa svoju charakteristickú (kmitočtovú) impedanciu. Ak je táto impedancia od impedancie pripájaného napájača značne rozdielna, musíme ju pretransformovať pomocou transformačného obvodu, ktorý má potrebný transformačný pomer. Vhodný transformačný pomer dosiahneme zmenou hodnôt L,C v transformačnom obvode, čo kontrolujeme pomocou ČSV – metra. Ak je na transformáciu použitý autotransformátor, ktorý sa používa pre transformáciu vysokej impedancie vyladeného žiariča vertikálnej antény λ/2, na nízku impedanciu napájača, meníme počet závitov na odbočke a tak dosiahneme vyhovujúcu hodnotu ČSV.

        Niektoré typy antén sa dajú vyladiť aj pomocou jednoduchého indikátora intenzity elektromagnetického poľa. Najčastejšie sa však antény vylaďujú pomocou GDO a merača frekvencie. A dôležité je aj to, že pomocou GDO, ktorý je popísaný nižšie a s úpravou, ktorá je tam popísaná, je možné vrchol rezonančnej krivky nastaviť presne do stredu pásma. Ako merač frekvencie postačí aj tá najjednoduchšia stavebnica so štvormiestnym displejom. Pre KV dobre vyhovie aj ktorýkoľvek digitálny multimeter ktorý meria aj frekvenciu aspoň do 30 MHz. Merač frekvencie prepojíme s GDO ešte pred začiatkom merania. Antény vylaďujeme priamo na mieste, kde sa budú používať. Pri zmene tohto miesta (stanovišťa), musíme anténu znovu skontrolovať a prípadne vyladiť. Správne skonštruovaná a správne vyladená anténa rovnako dobre a kvalitne príjma, ako aj vysiela.

 

          Napätový činiteľ stojatej vlny (ČSV) – je pomer maximálnej hodnoty k minimálnej hodnote napätia stojatej vlny na vedení, ktorého fyzikálne a elektrické veličiny sa s dĺžkou nemenia. Už veľa rokov je ním nahradený starší termín „ pomer stojatej vlny“ (PSV), ktorý bol doslovným prekladom anglického termínu „ standing wave ratio“ – SWR.

® (J.K.)

 

Činiteľ stojatého vlnenia sa vypočíta:

 

                                         ČSV = (Uvf + Učsv) : (Uvf – Učsv)

           

 

    Vzťah medzi ČSV a prenesenou energiou v %:

 

ČSV          Odrazená energia           Prenesená energia

                               %                                         %

 1                    0                              100                                                                                                                                                                                                   

 1,2                 0,8                             99,2

 1,5                 4                                96

 2,0                 11                              89

 3,0                 25                              75

 4,0                 36                              64

10,0                67                              33

20,0                84                              16

                  100                                0

                                                                                  

 

 

                                                                                     

MERANIE VÝKONU

 

VYSIELAČA

 

 

        Výkon meriame na záťaži, pre ktorú je vysielač navrhnutý. Záťaž musí zodpovedať impedančne, chovať sa ako reálný odpor a zniesť plný meraný výkon. Umelé antény sa vyrábajú z väčšieho počtu paralelne radených odporov, aby sa znížila ich vlastná indukčnosť a zvýšila výkonová zaťažiteľnosť. Tu uvedený wattmeter je vhodný len pre kmitočty do 30 MHz.

        Wattmeter je založený na meraní napätia na známom odpore. Je zostrojený a ociachovaný tak, aby meral efektívný výkon na danej ohmickej záťaži. Zaťažovací odpor však musí byť riešený ako výkonový. Odpory sú prispájkované na nosné mostíky z cuprextitu. Kryt záťaže môže tvoriť plechovka od farby (dobre vyčistená) s odnímateľným víkom. V strede víka je uchytený konektor a na ňom odporové mostíky. Nádoba je naplnená transformátorovým olejom, čím sú odpory chladené a ich zaťažiteľnosť značne vzrastie. Na víko je tiež vhodné vmontovať pretlakový ventil. Pre meranie menších výkonov postačuje záťaž podľa obr. a), kedy nie je na vstupe meracieho obvodu potrebné použiť ani odporový delič. Tento delič však použijeme pri meraní väčších výkonov. Ja osobne som nepoužil ani kmitočtovú kompenzáciu kondenzátorom 2pF a kapacitným trimrom 10 pF a na bežné meranie je to vyhovujúce. Pretože polovodičové diódy neznesú príliš veľké napätie, je tento delič pre väčšie výkony 1 : 10 potrebný. Napätie je po usmernení filtrované a cez predradné odpory privedené na meradlo, ktorého stupnica je ociachovaná priamo vo wattoch. Pri použití prepínača je možné wattmeter ociachovať vo dvoch rozsahoch .

Ciachovanie wattmetra je možné za pomoci napätia sieťového kmitočtu, alebo aj za pomoci regulovateľného zdroja jednosmerného napätia. Pri použití striedavého napätia (Uef), je potrebné počas ciachovania zväčšiť kapacitu za usmerňovacou diódou na 10 µF. Po skončení ciachovania ju opäť odpojíme. Ku ciachovaniu použijeme sekundárne napätie sieťového transformátora, riadeného regulačným transformátorom. Napätia privedené na záťaž kontrolujeme striedavým voltmetrom, pri pripojenej odporovej záťaži. Najskôr si vypočítame napätie pre maximálny meraný výkon a pri tomto napätí nastavíme príslušným odporovým trimrom maximálnu výchylku na meráčiku. Potom postupujeme ciachovaním smerom k nižším hodnotám meraného výkonu vhodne odstupňovaným.

 

2.)   Pri ciachovaní striedavým (efektívnym) napätím vypočítame potrebné striedavé napätie  pre požadovaný výkon zo vzorca:

 

U = (P . R)          [ V; W; Ω]

 

-  A efektívný výkon vypočitame:       P = U2 : R

 



     2.)  Pri ciachovaní jednosmerným napätím, ktoré predstavuje vrcholovú hodnotu (špičkovú) striedavého napätia, musíme túto vrcholovú (špičkovú) hodnotu napätia Uš previesť na efektívnu:   Uš : 2 = Uef  takže  potom tiež platí:

Pef = Uef2 : R                         [W; V; Ω]

 

    

 

 

obr.13

 

(Daneš)

 

 

VLASTNOSTI VEDENIA NA KONCI NAKRÁTKO A NAPRÁZDNO

V ZÁVISLOSTI NA ELEKTRICKEJ DĹŽKE VEDENIA

 

 

        V anténnej technike často využívame vlastnosti vedenia so stojatým vlnením ku konštrukcii prispôsobovacích (transformačných) a predlžovacích obvodov. Extrémne prípady nastávajú pri vedení na konci nakrátko ( Rz = 0 ) a naprázdno ( Rz = ∞ ), kedy sa ČSV blíži nekonečnu.

        Pri vedení nakrátko vzniká na konci vedenia kmitňa prúdu a napäťový uzol. V závislosti na dĺžke vedenia má vstupná impedancia rôznu veľkosť a charakter. Ak je vedenie kratšie ako 0,25 λ, je vstupná impedancia čisto induktívna a teda sa chová ako cievka, vedenie dĺžky 0,25 λ sa chová ako paralelný rezonančný obvod v rezonancii a vykazuje nekonečne veľký vstupný odpor. Medzi dĺžkami 0,25 a 0,5 λ je vstupná impedancia čisto kapacitná a jedná sa teda o kondenzátor a pri dĺžke presne 0,5 λ sa jedná o sériový rezonančný obvod v rezonancii a teda sa javí ako skrat. Každý charakter vstupnej impedancie sa po dĺžke 0,5λ vždy opakuje!   

 

 

obr. 14

 

 

        Pri vedení naprázdno sú pomery opačné čo vidíme na grafickom znázornení. Na otvorenom konci vedenia vzniká kmitňa napätia a prúdový uzol. Vstupná impedancia je pri dĺžke kratšej ako 0,25 λ kapacitná, pri dĺžke 0,25 λ sa vedenie chová ako skrat, pri dĺžke medzi 0,25 a 0,5 λ ako indukčnosť a pri dĺžke 0,5 λ ako paralelný rezonančný obvod.

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                         Obr.15

(Daneš)

 

 

 

 

 

 

VERTIKÁLNÉ ANTÉNY

PRAKTICKY

 

KRÁTKE VERTIKÁLNÉ ANTÉNY

- CB MOBILNÉ ANTÉNY

 

Upozornenie:

Na tomto mieste musím upozorniť, že nižšie uvedený spôsob ladenia sa prevádza len pri krátkych anténách a teda aj pri CB mobilných! Prečo je to tak, to je v texte myslím dostatočne jasne a podrobne vysvetlené. Toto upozornenie píšem preto, lebo niektorí čitatelia majú tendenciu tento spôsob ladenia vzťahovať na všetky antény všeobecne a to aj napriek tomu, že samotný nadpis nad týmto článkom vypovedá o akých anténach tento článok pojednává.

 

       Vertikálne antény kratšie ako 0,25 λ, zaraďujeme do kategórie krátkych antén. Sem patria aj všetky CB mobilné antény. Tieto antény sú značne úzkopásmové a vyrábajú sa s rôznymi dĺžkami žiariča. Antény kratšie ako 0,1 λ považujeme za náhražkové vzhľadom na ich malú účinnosť. Krátke antény sú po elektrickej stránke všetky naprosto rovnaké a líšia sa len mechanickou dĺžkou žiariča a prípadne robustnosťou konštrukcie. Neexistujú teda žiadne skrátené „polky,“ „päťosminy“ a podobne a tiež udávaný zisk pri týchto anténach často až 7 dB, to všetko je nepravda a klamanie zákazníkov. Antény sa samozrejme elektricky skracovať nedajú, je to nezmysel!!! Dajú sa skracovať len mechanicky.

        Na trhu sa vyskytujú aj také antény, ktoré majú akési ladiace krúžky. Týmito krúžkami sa však anténa vyladiť nedá. Stačí však tieto krúžky odstrániť a anténu vyladiť takým spôsobom, ako popisujem nižšie. Nesprávne skonštruovaná je tiež takáto anténa, ktorá má cievku uprostred žiariča. Predlžovacia cievka, ak má plniť svoj účel, musí byť umiestnená v päte žiariča. Nesprávné riešenie je aj keď je v päte žiariča použitý autotransformátor, namiesto sériovej cievky. Takáto anténa má potom nižší zisk, lebo na vysokú impedanciu autotransformátora je pripojená nízká impedancia žiariča, čo spôsobuje energetické straty.

         Zisk pri anténach kratších ako 0,25 λ je vždy nižší ako zisk polvlnného dipólu a je závislý od dĺžky žiariča a od správneho vyladenia do rezonancie, ale napríklad aj od vhodného umiestnenia antény. Pri týchto anténach je zem tvorená karosériou vozidla a opletenie koaxiálneho vedenia musí byť ku karosérii vodivo pripojené pri päte antény. To u tzv. „magnetiek“ nie je možné dodržať a preto ich okrem iného aj z tohoto dôvodu nemožno ani doporučovať. Napájacie koaxiálne vedenie, ktoré má pre vysoké frekvencie svoje špecifické elektrické vlastnosi, nemožno totiž nahradiť mínusovým vodičom radiostanice pripojeným na kostru automobilu. A kapacita medzi magnetom a karosériou je príliš malá na to, aby nejakým spôsobom úplne nahradila priame pripojenie opletenia koaxiálneho vedenia ku karosérii a preto napájač bude vyžarovať, čo je nežiadúce. „Magnetka“ sa dá považovať len za akúsi náhražku antény.

        CB mobilné antény sú konštruované a určené len na prevádzku z automobilu, kde sa predpokladá kovová karoséria a všetky zásady ich montáže a vyladenia musia byť dodržané, ak od nich požadujeme aj dobré vlastnosti a výsledky!!! Komu však stačí robiť spojenia na vzdialenosť len nejaké 1-3 km, tak sa žiadnou teóriou nemusí ani zaoberať.

      Vyladenie CB mobilnej antény:

Rezonančnú anténu, ktorá nemá rezonančnú dĺžku, musíme elektricky predĺžiť do najbližšej rezonančnej dĺžky, aby bola splnená rezonančná podmienka. Ladenie prevádzame v strede pásma a kontrolujeme aj na okrajoch pásma. Pri týchto anténach je najbližšia rezonančná dĺžka 0,25λ. Krátke antény je možné vyladiť bežným spôsobom zmenou dĺžky žiariča, alebo elektricky predĺžiť pomocou L – článku v päte antény (obr. 12 a), kde klasický paraelný kondenzátor Xp, je nahradený kondenzátorom vytvoreným samotným vedením o určitej a potrebnej dĺžke. Tento spôsob ladenia je málo známý.preto ho popíšem podrobnejšie. Používa sa hlavne vtedy, keď nechceme skracovať žiarič antény. K meraniu budeme potrebovať buď kvalitný ČSV – metrr, alebo GDO s čítačom. Výrobcovia CB mobilných antén tieto dodávajú s koaxiálnym vedením dlhým okolo 0,5 λ elektrickej dĺžky. Ak je vedenie dlhšie, skrátime ho mierne pod 0,5λ a potom postupne pokračujeme v ladení. Toto vedenie je zakončené značne nízkou ohmickou zložkou impedancie žiariča a preto sa chová ako vedenie nakrátko. To znamená, že sa tu nejdná o vedenie ktoré je skutočne v skrate, ale pre dané vedenie sa len javí ako vedenie nakrátko. Tieto slová „už chová“ zdôrazňojem preto, lebo toto vedenie aj napriek tomu že nie je na konci spojené úplne nakrátko, tak sa skutočne chová ako kondenzátor a teda nie je to len nejaká teoretická úvaha. Toto mnohí samozvaní „odborníci“ nie sú schopní pochopiť. Vedenie nakrátko má v elektrických dĺžkach nad 0,25 λ a pod 0,5 λ čisto kapacitný charakter a teda je to kondenzátor (viď obr. 14), ktorý je k anténe pripojený paraelne a spolu cievkou v päte žiariča tvorí L – článok. Kapacitný charakter vedenia sa síce po dĺžke 0,5λ vždy opakuje, ale nemôžeme použiť väčšiu dĺžku vedenia ako je tu uvedené, lebo hodnota kapacity tohoto kondenzátora je v tom prípade násobne väčšia a nie je potom možné dosiahnuť vyladenie na CB pásme. S takto veľkou kapacitou v L – článku bude táto anténa rezonovať niekde na podstatne nižšom kmitočte a keďže anténa je paraelný rezonančný obvod, bude pre iné kmitočty a teda aj pre CB pásmo predstavovať veľký útlm a môže sa to prejavovať až takým spôsobom, ako keby by bol niekde na vedení skrat. Indukčnosť cievky je konštruktérmi vypočítaná a je práve taká, že sa anténa do rezonancie na CB dá vyladiť práve s takou kapacitou, akú má tento napájač niekde v rozmedzí nad 0,25λ a pod 0,5λ elektrickej dĺžky. Použiť dlhší napájač by bolo možné, len ak by sme zmenili aj indukčnosť cievky, prípadne nahradíme pevnú cievku inou cievkou s premennou indukčnosťou (popísané nižšie) a potom ladíme zmenou jej indukčnosti.

        Zmenou dĺžky spomínaného vedenia (ladením kondenzátora), v tomto prípade postupným skracovaním, znižujeme hodnotu kapacity tohoto kondenzátora a tým dochádza k fázovému posunu prúdu a napätia na žiariči dovtedy, až prúdové obloženie vytvorí imaginárny prúdový uzol a kmitňu napätia v imaginárnej dĺžke 0,25 λ (obr. 16). V päte žiariča je potom prúdová kmitňa a napäťový uzol. Toto ladenie prevádzame v strede kmitočtového pásma a kontrclujeme ho aj na jeho okrajoch Tým dosiahneme vyladenie do rezonancie, čo kontrolujeme pomocou GDO s pripojeným meračom frekvencie, alebo meriame ČSV. Maximum rezonančnej krivky musí byť v strede pásma a prejaví sa najväčším poklesom ručičky meradla GDO. Ak merame pomocou ČSV metra tak sa snažíme dosiahnuť čo najnžšiu hodnotu (ČSV 1)

        Pri skracovaní koaxiálneho vedenia (znižovaní kapacity kondenzátora) nie je potrebné stredný vodič zakaždým zaspájkovať, stačí ho zahnúť cez kolík konektora. Zaspájkujeme ho až po skončení ladenia. Táto anténa má byť umiestnená kolmo a v strede karosérie, resp. kabíny. Umiestňovanie týchto antén napr. na zrkadlo vozidla je nesprávne. Akákoľvek nesymetria zeme sa výrazne prejaví v nesymetrii vyžarovania v horizontálnej rovine. A tiež tam nastáva problém s vodivým pripojením opletenia koax. vedenia na karosériu vozidla. Časti karosérie, resp. kabíny vozidla by nemali presahovať nad spodnú úroveň cievky. Po vyladení už ich polohu ani sklon voči karosérii nemeníme. Vyladením do rezonancie dosiahneme najväčší možný zisk a účinnosť. Občas sa vo verejnosti objavuje nesprávné tvrdenie, že niektoré antény ladiť netreba. Nie je to však pravda, ladiť je potrebné všetky antény.

        Niektoré CB mobilné antény je možné upraviť tak, že pevnú cievku v päte žiariča nahradíme cievkou s premennou indukčnosťou a potom je možné takúto anténu vyladiť do rezonancie len pomocou jednoduchého indikátora intenzity elektromagnetického poľa. Toto doporučujem tým, ktorí nevlastnia GDO a merač kmitočtu, ale chcú mať na aute kvalitnú anténu

a tiež tým, ktorí potrebujú k anténe použiť dlhší napájač, než je elektrická dĺžka napájača v rozmedzí nad 0,25 a pod 0,5λ. Dĺžku napájača je však potrebné vždy voliť a vypočítať tak, aby mal napájač kapacitný charakter obr. 14 + text. Túto dĺžku vypočítame: 0,5λ . n – (0,25λ : 2).  [n = 2, 3, 4, 5, ....] Počítame samozrejme s elektrickou polvlnou ako aj štvrťvlnou podľa koeficientu skrátenia konkrétneho napájača. Myslím, že zhotovenie jednoduchého vf indikátora s ručkovým meradlom nebude pre nikoho problém.

        Cievku zafixujeme do priečne navŕtaného otvoru v puzdre pôvodnej cievky a bude sa vylaďovať z boku antény. Túto cievku navinieme na kostričku o priemere 8 mm so závitovým feritovým jadrom, drôtom CuS o priemere 0,6 mm, prípadne aj hrubším podľa toho, aký výkon budeme na anténe používať a teda aký veľký prúd bude po cievke pretekať.  Počet závitov cievky závisí od dĺžky žiariča. Čim je žiarič kratší, tým je potrebný počet závitov vyšší a opačne. Pri dĺžke žiariča 150 cm a priemere drôtu 0,6 mm, bude počet závitov asi 12. Najväčšia výchylka indikátora (vrchol rezonančnej krivky) v strede pásma by mala byť pri zaskrutkovaní prednej časti feritového jadierka do polovice až dvoch tretín závitov cievky. To preto, aby bol vrchol rezonančnej krivky v priebehu ladenia spoľahlivo identifikovateľný. A teda ak je to potrebné, tak počet závitov upravíme. Pri pomalom a postupnom zaskrutkovaní ferirového jadra stále jedným smerom, sa bude výchylka na meradle zo začiatku zväčšovať a po dosiahnutí maxima sa bude zase zmenšovať. Ak bude maximum až pri konci závitov cievky, je potrebné zvýšiť počet závitov o 1 – 2 závity. Tiež dbáme na to, aby vstupný prívod a výstup z cievky neboli blízko pri sebe. Vstupný prívod do cievky má byť čo najkratší. Na ladenie je potrebné použiť nekovový skrutkovač. Na záver cievku utesníme proti vnikaniu vody. Potrebnú dĺžku napájača si v tomto prípade upravíme ešte pred začatím ladenia. Po vyladení už dĺžku napájača nemôžeme meniť, lebo tým by sa anténa znova rozladila.

® (J.K.)

 

Na obr.: Znázornenie prúdového obloženia „I“ na krátkych anténach h < 0,25 λ, po vyladení do rezonancie.

              V päte žiariča je prúdová kmitňa a teda je tam zároveň napäťový uzol (nie je znázornený), čiže

              je tam nízka impedancia.

                                                                                                                                                                                                                                                                         

 

obr.16

                                                                                                                                                                                

® (J.K.)

 

 

KRÁTKE ANTÉNY ŠPIRÁLOVÉ („pelendreky“)

 

        Tieto vertikálne antény sú kratšie ako 0,25λ a teda nemajú rezonančnú dĺžku.  Žiarič je tvorený vinutím samotnej cievky. Závity cievky môžu byť vinuté natesno, alebo s určitou medzerou pre dosiahnutie väčšej efektívnej dĺžky. Volný koniec cievky sa nezahýba, len sa v smere závitu zafixuje, napr. lepidlom. Na volnom konci tejto cievky dochádza k odrazu prúdu a napätia a teda vzniká na nej stojaté vlnenie. Zmenou indukčnosti cievky dosiahneme taký stav, keď sa vytvorí imaginárny prúdový uzol  a kmitňa napätia v imaginárnej dĺžke 0,25 λ a vtedy bude táto anténa v rezonancii. Pri rezonancii je zároveň v päte žiariča prúdová kmitňa a napäťový uzol a teda je tu nízka impedancia, takže táto anténa sa pripája na anténny konektor rádiostanice priamo. Čo sa týka hodnoty ČSV, tak platí samozrejme to isté, ako aj pri všetkých krátkych vertikálnych a teda aj CB mobilných anténach. Účinnosť „pelendreku“ je malá, vzhľadom na malú efektívnu dĺžku a chýbajúcu, alebo nedostatočnú zem. Používajú sa napríklad na CB aj PMR v spojení s ručnými prenosnými rádiostanicami pri rádiových spojeniach na kratšie vzdialenosti.

® (J.K.)

                                                                                                                                                                                                                   

ANTÉNA  0,25 λ

                                                

      Táto vertikálna anténa má rezonančnú dĺžku a do rezonancie ju vyladíme určitou zmenou dĺžky žiariča pomocou GDO.  GP štvrťvlnná anténa s vodorovnými radiálmi má po vyladení vstupnú impedanciu asi 35Ω, to znamená polovičnú impedanciu polvlnného dipólu. Na CB sa táto anténa používa najčastejšie ako GP na stožiari so šikmými radiálmi, čím sa vstupná impedancia pri rezonancii upraví blízko k 50Ω. Radiály by však oproti predĺženej osi žiariča nemali zvierať menší uhol než 45°. Ak by radiály s osou žiariča zvierali menší uhol, môže potom vyžarovať aj napájač. Napájač má aspoň do vzdialenosti 0,25 λ viesť súbežne s predĺženou osou žiariča popri stožiari, až potom môže odbočovať.

        Nakoľko žiarič nie je vodivo spojený so zemou,  ako ochrana proti statickej elektrine môže byť použitý paraelný rezonančný obvod, zhotovený z koaxiálneho vedenia o dĺžke elektrickej štvrťvlny, na konci nakrátko (obr.14) a pripojený cez rozbočovač tvaru „T“. Skratovaný koniec je potrebné vhodne uzemniť. Tu však treba dbať na to, aby sme potom nemali dvojité zemnenie, ktoré by spôsobovalo vrčanie v modulácii. Tento rezonančný obvod samozrejme pôsobí aj ako filter proti silným signálom z iných frekvenčných pásiem a možno ho použiť aj k iným anténam, napr. pri vysielaní v blízkosti iných silných vysielačov, ktoré pracujú na iných frekvenciách. Inak povedané, vylepší sa tým tak vstupná, ako aj výstupná selektivita rádiostanice. Silné signály z CB pásma, ale aj z iných kmitočtových pásiem môžu spôsobovať kompresiu až zablokovanie slabších príjmaných signálov v prvom zmešovači príjmača a tieto potom nepočujeme.  Anténu 0,25 λ je samozrejme možné skonštruovať aj ako VA na zemi, alebo na rovnej streche.

® (J.K.)

 

ANTÉNA 0,5 λ

 

 

         Táto vertikálna anténa má rezonančnú dĺžku. Do rezonancie na požadovanom kmitočte ju teda vylaďujeme určitou zmenou dĺžky žiariča.  Po vyladení je v päte a na konci žiariča  prúdový uzol a napäťová kmitňa, čiže vysoká impedancia. Túto impedanciu, musíme prispôsobiť (transformovať) k nízkej impedancii napájača. Robíme tak pomocou L-článku na obr. 12 f ), alebo pomocou autotransformátora. Ak má táto anténa prisôsobenie autotransformátorom, nastavujeme ČSV ak je pri rezonancii antény nevyhovujúci, zmenou počtu závitov na odbočke. Počet zemných radiál by mal byť čo najväčší a pokiaľ je to možné s dĺžkou minimálne 0,5 λ. Ak je táto anténa skonštruovaná ako GP na CB, používajú sa kratšie radiály, ktoré však majú veľmi malú účinnosť a takáto anténa má potom aj veľký stratový odpor a teda malý zisk. Niektorí výrobcovia vyrábajú tieto antény dokonca bez radiál, čim okrem veľkého stratového odporu prichádzame aj o tú časť energie, ktorú by dobrý zemný systém (radiály) vyžiaril správným smerom. Miesto toho bude vyžarovať napájač, avšak rôznymi smermi, kde to nepotrebujeme a väčšiu časť energie bude absorbovať stožiar, popri ktorom je napájač vedený a blízké vodivé predmety. Bez radiál to nie je anténa, ale len kus obyčajnej rúrky.

                               

® (J.K.)

 

 

VERTIKÁLNÁ CB ANTÉNA  0,5 λ

S KAPACITNÝM KLOBÚKOM

 

 

        Táto anténa je postavená úplne nízko na rovnej streche štvorposchodového paneláku a teda veľmi dobrá a účinná zem je vytvorená touto strechou spolu s bleskozvodovým rozvodom a „železom“ v paneloch.  Čo sa týka kvality zemného systému, je to ešte lepšie, ako keby bola postavená na skutočnej zemi. Vetracie šachty na streche vysoké asi 1m netreba považovať za prekážku. Avšak anténu treba umiestniť od vetracej šachty čo možno najďalej. Táto anténa sa vyznačuje vysokým ziskom a výhodným tvarom vyžarovacieho diagramu. Jej hlavné časti sú: Vlastný žiarič, kapacitný klobúk, „domček“ pre prispôsobovací L- článok a radiály.

        Vlastný žiarič – tu bol použitý žiarič zo staršej vertikálnej antény 0,5 λ. Pôvodný prispôsobovací obvod bol odstránený.

        Kapacitný klobúk – tvoria štyri, alebo lepšie šesť horizontálnych ramien, každé dĺžky 30 cm upevnené vodivo na konci žiariča horizontálne a rovnomerne, zhotovené z pevného drôtu vhodného na tento účel.     Musí byť odolný vetru, lebo inak sa zvykne vykývať na upevnení o žiarič.

        Domček – je zhotovený z plechu, alebo môže byť použitá staršia kovová skrinka z elektrických zariadení.

        Zemné radiály – sú štyri, zhotovené z elektroinštalačného káblika. Položené na streche sa radiály chovajú aperiodicky.

        Veľkosť kap. klobúka nie je kritická, avšak ak by bol príliš veľký, signál z antény by mohol veľmi zatlmiť a ak je príliš malý, je neúčinný. Na konci sú jednotlivé ramená klobúka vzájomne vodivo prepojené. Táto anténa má zisk 4,5 dB.

        Štyri zemné radiály boli zhotovené z elektroinštalačného káblika o dĺžke približne 0,5 λ. Nakoľko anténa je na streche paneláku umiestnená na krátkom stožiariku sú zemné radiály natiahnuté nízko nad strechou (zemou), ale samozrejme môžu byť aj na streche položené. Tieto zemné radiály sa budú chovať aperiodicky a teda ich netreba vylaďovať. Je tiež dôležité, aby stred radiál bol vodivo prepojený osobitným káblikom s bleskozvodovým rozvodom s ktorým je podľa normy prepojený aj stožiar antény. Tým je zároveň anténa dobre uzemnená proti statickej elektrine.

        Cievka L-článku je pre pásmo CB 27 MHz navinutá štyrmi závitmi elektroinštalačného drôtu o priemere 2,8 mm závit vedľa závitu aj s izoláciou, na vhodnej kostre priemeru 30 mm. Konce cievky zaistíme tenkým špagátikom a pokvapkáme sekundovým lepidlom. Samozrejme, že cievku možno zhotoviť aj inak napr. tak, aby sa dala podľa potreby v určitých medziach meniť miernym rozťahovaním alebo stláčaním jej indukčnosť.

         V L-článku bol použitý otočný kondenzátor zo starej rádiostanice RF 11, ktorý má dostatočne veľké medzery medzi rotorom a statorom. Potrebná kapacita sa bude pohybovať okolo 20 pF. L-článok zapojíme podľa obr. 12 f.) a upevníme do domčeka. Po vyladení anteny je možné kapacitu zmerať a otočný kondenzátor nahradiť napr. pevným sľudovým WK714 13, alebo podobným, tej istej kapacity ako sme namerali. Pozor na menovité napätie kondenzátora, ktoré by malo byť aspon 300V. Namiesto otočného kondenzátora je možné použiť aj keramický kapacitný trimer. Po nastavení ČSV a zmeraní výslednej kapacity, ho nahradíme kvalitným pevným kondenzátorom, najlepšie vysokonapäťovým.

        Na začiatku si nastavíme dĺžku žiariča na 530 cm. Pripojíme ČSV-meter a ladením otočného kondenzátora nastavíme najnižší ČSV v strede pásma. V prípade potreby mierne zmeníme indukčnosť cievky.  Keď bude ČSV v strede pásma 1, na okrajoch bude 1,2.

        Táto anténa nesmie mať veľký výkyv vo vetre. V origináli bola ešte pred vyladením v dĺžke do 2/3 vylaminovaná, čím sa stala odolnejšou voči vetru. Je tu však nevýhoda, že už sa nedá poskladať. Ďaľšou možnosťou je ukotvenie antény pomocou silonovej šnúry aspoň v troch smeroch.

         

®(J.K.)

                                                                       

 

ANTÉNA 5/8 λ

 

           Táto vertikálna anténa nemá rezonančnú dĺžku, preto ju do rezonančnej dĺžky 0,75 λ musíme elektricky predĺžiť pomocou L- článku podľa obr. 12 f, alebo pomocou predlžovacej cievky umiestnenej v päte žiariča. Ak má táto anténa cievku s pevnou indukčnosťou, vyladíme ju do rezonancie zmenou dĺžky žiariča a musíme nájsť takú dĺžku, pri ktorej bude vrchol rezonančnej krivky v strede daného frekvenčného pásma, čo kontrolujeme pomocou GDO. Táto anténa má v porovnaní s ostatnými bežne používanými VA najväčší zisk, pokiaľ je správne skonštruovaná a vyladená. Predčí ju len vyššie uvedená anténa s kapacitným klobúkom.

        Je veľmi výhodné, ak je na tejto anténe použitá predlžovacia cievka, ktorej indukčnosť sa dá meniť. Takéto GP 5/8 antény na CB pásmo sú ponúkané aj v obchodnej sieti, napr. pod označením „NEW SPACELAB“. Potom sa dá táto anténa vyladiť do rezonancie len pomocou jednoduchého indikátora intenzity elektromagnetického poľa, položeného v blízkosti antény. To znamená, že najskôr si nastavíme určitú zvolenú dĺžku žiariča od 0,54 do 0,6λ a potom zmenou indukčnosti cievky vyladíme anténu do rezonancie, to znamená na najväčšiu výchylku indikátora v strede kmitočtového pásma. Meradlo indikátora musí byť na svorkách premostené kondenzátorom. Pred meradlo zapojíme do série aj potenciometer na nastavenie citlivosti. Pri rezonancii vytvorí prúdové obloženie žiariča imaginárny prúdový uzol a napäťovú kmitňu v imaginárnej dĺžke 0,75 λ (obr. 17). V päte antény bude potom prúdová kmitňa a napäťový uzol, čiže nízka impedancia.  Pri anténe postavenej na zemi a s dlhými zemnými radiálmi, je v takomto prípade ladenie jednoduché a komfortné.

        Pre CB anténu 5/8λ je preladiteľnú predlžovaciu cievku tiež možné navinúť aj na kostričku s priemerom 8 až 12 mm, s feritovým závitovým jadrom a nahradiť ňou pevnú cievku na anténe. Priemer drôtu použitého na cievku musí zodpovedať veľkosti prúdu, ktorý bude cievkou prechádzať. Mal by však úplne postačiť priemer 0,8 mm. Počet závitov bude záležať aj na tom, akú dĺžku žiariča si zvolíme. Navinieme taký počet závitov, aby sme dosiahli vrchol rezonančnej krivky pri zaskrutkovaní závitového jadra (jeho prednej časti) do polovice až trištvrtiny počtu závitov cievky. To preto, aby bolo možné vrchol rezonančnej krivky v priebehu ladenia spoľahlivo identifikovať. Na ladenie musíme použiť nekovový skrutkovač určený pre ladenie vf obvodov. Netreba mať obavy z menších rozmerov cievky, pokiaľ nebudeme používať veľký výkon. Na továrensky vyrábaných GP anténach 5/8λ pre CB sú často masívne cievky, konštruované až pre výkon 2 kW čo je zbytočné. Ku takto upravenej anténe a postavenej na zemi, doporučujem zhotoviť minimálne šesť kusov zemných radiál, napríklad z Cu káblika o dĺžke aspoň lambda/2 alebo viac, ktoré budú rovnomerne lúčovite natiahnuté na zemi. Tieto zemné radiály sa budú chovať aperiodicky. Žiarič antény je potrebné ukotviť aspoň v troch smeroch. Na takúto úpravu pre postavenie na zemi je vhodná napríklad anténa 5/8 –na VENOM, ktorá je cenove dostupná.

         Pre potlačenie druhého vyžarovacieho laloka, ktorý vyžaruje pod veľkým elevačným uhlom na úkor hlavného laloka, sa používa kratšia dĺžka žiariča než 0,625 λ. V praxi sa používa dĺžka žiariča 0,54 až 0,6λ. Hlavný lalok vyžeruje pod elevačným uhlom 12°. Pretože pri väčšej dĺžke ako 5/8 λ sa už druhý vyžarovaný lalok veľmi predlžuje na úkor hlavného laloka, väčšie dĺžky antén nepoužívame, lebo by takmer všetka vyžiarená energia smerovala hore „do oblakov“. Pri dĺžke vertikálnej antény 1 λ sa už energia pozdĺž obzoru vôbec nevyžaruje.

        Zemný systém tvoria početné zemné radiály a pokiaľ je to možné o dĺžke minimálne 0,5 λ. Pri 5/8 anténach, ktoré sú konštruované ako GP na CB, sa používajú radiály kratšie ako 0,25λ, ktoré sú však málo účinné a je to len náhražkové (kompromisné) riešenie. A takáto GP anténa 5/8λ s krátkymi radiálmi určite nebude mať zisk 3 dB.

® (J.K.)

 

Na obrázku: Znázornenie prúdového obloženia „I“ na anténe 5/8 λ po vyladení do rezonancie.

                    V päte žiariča je prúdová kmitňa a napäťový uzol (nie je znázornený), čiže nízka impedancia.

                                                                                                                                                                                                                 

  

                                                                                 

obr. 17      

® (J.K.)

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

GP ANTÉNA typ 5/8 λ pre UKV

 

Táto vertikálná anténa s trojnožkou bola zhotovená tak, aby ju bolo možné postaviť na rovnú strechu paneláku. Na koncoch ramien trojnožky môžu byť naskrutkované závažia.

       Niektoré súčiastky potrebné ku stavbe takejto antény možno zakúpiť aj v internetovom obchode http://www.avelmak.sk./

Ako žiarič je použitá teleskopická anténa 6 mm, 148/497 mm vysunutá na patričnú dĺžku. Ďalej plastová krabička Z 65, konektor. Na radiály boli použité lúče (špajchne) ktoré sa používajú do kolies bicykla a ktoré prispájkujeme na nosný plechový krúžok o priemere 30 mm s dierou 10 mm v strede pre konektor. Ak je anténa určená pre PMR pásmo, po prispájkovaní naštikáme radiály na dĺžku 162 mm t.j. ¼ λ x 0,963 od okraja plechového nosného krúžku. Radiály môžeme samozrejme zhotoviť aj dlhšie, napr. 0,5 λ. Tento krúžok musí byť ku konektoru prispájkovaný. Konektor si na vhodnom mieste pocínujeme ešte pred montážou, aby sa potom nadmerným prehrievaním nepoškodila krabička. Na stožiarovú trojnožku boli použité oceľové tyče so závitom M 6 po celej dĺžke, zakúpené v železiarstve. Na zadnej strane krabičky je prilepená vhodná plastová trubička dĺžky asi 10 cm.

        Konštrukcia je zrejmá z priložených fotografií. Dĺžku žiariča volíme 0,56 λ, aby bol druhý lalok, ktorý vyžaruje šikmo nahor a na úkor hlavného laloka, čo možno najmenší. Túto dĺžku vypočítame zo stredného kmitočtu zvoleného pásma. Pre pásmo PMR je to 375 mm.

Pre dlĺžku 0,56 λ na pásmo PMR predlžovaciu samonosnú vzduchovú cievku tvoria asi 4 závity smaltovaného medeného drôtu o priemere 0,8 mm, navinuté na vrtáku o priemere 3,5 mm s medzerou asi 1 mm. Na fotke je iná cievka použitá pri rôznom skúšaní. Pre UKV pásma na nižších kmitočtoch bude počet závitov mierne vyšší, asi o 0,5 až 2 závity a na vyšších kmitočtoch nižší a na portrebnú dĺžku upravíme dĺžku žiariča (0,56λ). Anténu vyladíme do rezonancie zmenou indukčnosti predlžovacej cievky a to rozťahovaním, resp. stláčaním závitov, na najväčšiu výchylku indikátora intenzity elektromagnetického poľa a v strede príslušného kmitočtového pásma. Pri maximálnom vyžarovaní je anténa v rezonancii a to je to najdôležitejšie. ČSV je až druhoradý a nemusíme ho prípadne ani merať. Na rozťahovanie resp. stláčanie závitov použijeme nekovový skrutkovač a podobne. Celková dĺžka antény aj so stožiarom neprekračuje 1 m.

        Po dokončení krabičku dobre utesníme proti vnikaniu vlhkosti a vody. Použiť na napájanie nízkoútlmový koax. by malo byť samozrejmosťou. Koaxiál vedieme tesne popri stožiari až po zem (strechu), ku ktorému ho upevníme páskou a ďalej najkratšou cestou ku staničke.

Ak chceme s touto anténou dosiahnuť dobré výsledky, musí byť samozrejme do staničky napojená koaxiálnym vedením na konci s konektorom a teda aj na výstupe zo staničky musí byť namontovaný konektor. Čiže nie je vhodné napojenie akousi indukčnou väzbou na integrovanú anténu, čo je spôsob absolutne nesprávný a nezmyselný. Pre tento účel sa dá upraviť napr. stolová stanička INTEK 5070 a získame tak dobrú základňu.

® (J.K.)

 

 

 

 

® (J.K.)

 

 

 

 

 

GDO - SACÍ MERAČ REZONANCIE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DODATOK

 

 

Pri stavbe, resp. oživení a samozrejme aj následne pri používaní GDO v praxi je potrebný merač kmitočtu. V praxi dobre vyhovie napríklad digitálný multimeter AX – 594, ktorý ponúka aj e – shop: www.avelmak.sk a ktorý meria aj kmitočet do 30 MHz.

    Ak bude GDO používaný len na jedno, či dve susedné pásmá (napr. CB +10m),  môže byť zapojenie upravené nasledovne:

          Oscilátorovú cievku L1 navinieme hrubším drôtom a umiestnime priamo na plošnom spoji. Pri jej „živom“ konci navinieme väzbovú cievku 2 až  3 závity z tenšieho drôtu. Medzi L1 a väzbovou cievkou necháme medzeru asi 7 mm. Obidva vývody tejto väzbovej cievky pripojíme na PL konektor, namontovaný na krabičke merača a od krabičky izolovaný. Pri meraní pripájame do tohoto konektora  anténny napájač.

K otočnému kondenzátoru C1 pripojíme paralelne a podľa potreby aj do série vhodné kapacity, pomocou ktorých nastavíme pracovný kmitočtový rozsah merača, napr. od 26 do 30 MHz pre CB + 10m pásmo pomocou merača kmitočtu. Takýto menší a roztiahnutý kmitočtový rozsah potom umožní nastaviť vrchol rezonančnej krivky presne do stredu pásma, čiže presnosť merania s takto upraveným GDO je vysoká a ladenie je jemné. Pracovný kmitočet GDO musí mať určitý presah do plusu aj do mínusu, aby sme rezonanciu antény zachytili aj keď bude mimo požadovaného pásma. Až potom bude zrejmé, ako je potrebné pri ladení ďalej postupovať.  Na výstup pre meranie kmitočtu je potrebné zapojiť jednostupňový vf zosilňovač, aby bolo možné merať aj kmity GDO o nízkej úrovni na ktoré už merač nereaguje a ukáže na displeji nulu!!! Po zosilnení bude merať aj kmity GDO o nízkej úrovni. Hodnotu väzbového kondenzátora zároveň tiež doporučujem zvýšiť z 10 na 22pF. Po tejto úprave bude GDO fungovať správne. Náčrt schémy takého zosilňovača je na obrázku. C1 je kondenzátor, ktorý je na výstupe z GDO pred konektorom, ktorého kapacitu zvýšime z 10pF na 22 pF. C2 = 4n7, R1=1k, R2=220k.                                                                                                                                                                                         

                                                                                                                                                                                                                   

        Poznámka:  V texte, kde sa popisujú rozmery výmenných cievok, je chyba. Priemer kostričiek má byť asi 12 – 13 mm.  Počet závitov cievky L1 upravíme podľa potreby.

Tu chcem pripomenúť, že pri meraní pomocou GDO nemusí mať napájač vedúci od antény žiadnu definovanú dĺžku ako je to napr. pri meraní pomocou šumového mostíka, či analyzátora. Ak meriame pomocou šumového mostíka, musí mať napájač elektrickú dĺžku 0,5 λ, alebo násobok polvlny celým číslom. GDO samozrejme nereaguje na impedanciu, ani na jej jalovú zložku, ale len na odsávanie energie anténou. Ak je anténa v rezonancii, odsáva energiu zo zdroja, čiže v tomto prípade z cievky oscilátora, čo spôsobí, že oscilátor prestáva naplno pracovať a prejaví sa to poklesom ručičky na meradle.

® (J.K.)

 

 

® (J.K.)

 

 

REZONANCIA

 

        Vo fyzike poznáme viacero druhov rezonancie, ako napríklad mechanickú, magnetickú, elektromagnetickú a podobne. Vo všeobecnosti je možné rezonanciu definovať ako fyzikálny jav, keď periodické kmitanie určitého zdroja kmitov, vyvolá vynútené kmitanie v inom systéme, ktorého rezonančný kmitočet sa zhoduje s kmitočtom zdroja.

Amplitúda vyvolaných kmitov je väčšia ako amplitúda kmitov zdroja a môže mať v určitých prípadoch až deštrukčné účinky.

 

® (J.K.)

           

REZONANČNÉ OBVODY

(Daneš)

 

        Základnou veličinou každého rezonančného obvodu je jeho rezonančný kmitočet f0. Na tomto kmitočte dôjde aj k vyrušeniu induktívnej a kapacitnej zložky celkovej impedancie obvodu a obvod má charakter činného odporu. Pre praktické účely je možné rezonančný kmitočet f0 ladeného obvodu s dostatočnou presnosťou odvodiť priamo z hodnôt jeho kapacity a indukčnosti. Zoznámenie sa s problematikou rezonančných obvodov je dôležité aj z hľadiska chápania princípu rezonančných antén. Rezonančná anténa je v princípe otvorený paralelný rezonančný obvod.

 

 

 

a)paralelný rezonančný obvod             b)sériový rezonančný obvod                                       Závislosť veľkosti reaktancie indukčnosti XL a kapacity X

    

      

 

 

        Prvky rezonančného obvodu, tj. Indukčnosť L v mikrohenry (µH) a kapacitu C v pikofaradoch (pF), môžeme veľmi rýchlo určiť z tabuľky konštánt LC. V tabuľkách sú uvedené hodnoty pre najčastejšie používané kmitočty medzi 1 až 30 MHz. Sú vypočítané ako podiel :

                   (LC)f  = 25 330 : f 2           [ MHz -2, MHz ]

 

        Pre známu hodnotu rezonančného kmitočtu f0 v MHz, najdeme v tabuľke príslušnú hodnotu konštanty LC, tj. (LC)f0. Túto konštantu podelíme buď známou hodnotou kapacity v rezonančnom obvode C v pF a dostaneme príslušnú potrebnú indukčnosť L v µH.

A naopak, keď ju podelíme známou indukčnosťou L v µH, dostaneme potrebnú kapacitu C v pF.

        Tabuľka konštánt platí aj pre iné kmitočty. Pre desaťkrát menší kmitočet je konštanta LC stokrát väčšia a naopak, pre desaťkrát vyšší kmitočet je konštanta LC stokrát nižšia, ako je uvedené v tabuľke.

                                     

 

 

    

 

 

 

 

 

 

           

PREČO VEDENIE NEVYŽARUJE?

Môže vedenie so stojatými vlnami vyžarovať?

(Ikrényi)

 

        Vedenie s postupnými vlnami nevyžaruje, lebo magnetické polia od obidvoch vodičov vedenia, rovnaké po celej dĺžke, sa navzájom kompenzujú a elektrické pole, ktoré je tiež rovnomerne rozložené pozdĺž vedenia (medzi vodičmi), nemôže vyžarovať, lebo na kompletovanie elektromagnetickej vlny chýba magnetická zložka a len elektromagnetická vlna má vyžarovaciu schopnosť.

        Pri prevádzke so stojatými vlnami sú iné pomery. Tu magnetické pole kmitá okolo prúdovej vlny, kým elektrické pole okolo napäťovej vlny, takže je medzi nimi fázový posun λ/4. Zdalo by sa, že takéto vedenie bude vyžarovať. No nie je to tak! Príčina je v tom, že v susednom vodiči kmitá aj prúdová vlna, takže ak sú vodiče blízko seba, magnetické polia sa v každom okamihu kompenzujú. Príčina nevyžarovania je teda rovnaká, ako pri prevádzke s postupnými vlnami.

        Aby nejaké napájacie vedenie nevyžarovalo, na to je potrebné, aby vodiče vedúce elektrický prúd tam a späť vytvárali magnetické polia rovnaké, ale opačného zmyslu. Rovnakosť magnetických polí je však podmienená rovnosťou amplitúd a fáz v protiľahlých vodičoch. Ak sa z nejakého dôvodu nedosiahne (alebo bude porušená) rovnakosť fáz, vedenie bude vyžarovať aj vtedy, keď sú amplitúdy na rôznych miestach vedenia rovnaké, lebo vyvolané magnetické polia sa len čiastočne kompenzujú.

         Spomínané okolnosti sú dôležité pri inštalácii napájačov so stojatým vlnením, ktoré sa nazývajú aj ladené a to preto, že dĺžka napájača musí zodpovedať rezonančnej podmienke.

Úlohou napájacieho vedenia je dopraviť energiu do antény bez väčších strát, alebo v prípade príjmu zase odovzdať prijatý signál do príjmača.

       Z toho vyplývajú dve hlavné požiadavky:

a)      Prenos uskutočniť s čo najväčšou účinnosťou.

b)      Zabrániť vyžarovaniu energie a príjmaniu nežiadúcich signálov (rušenia) napájačom.

    Ak napájač nemá vyžarovať a príjmať nežiadúce signály, je potrebné, aby protivodič vyvolával magnetické pole rovnaké, ale opačného zmyslu a tak svojou blízkosťou rušil magnetické pole okolo vodičov ako celku. Preto sa napájacie linky zostavujú z paralelne prebiehajúcich vodičov s malou vzdialenosťou, alebo zo súosých (koaxiálnych) vodičov, aby sa kompenzovalo magnetické pole.

Podľa spôsobu využívania, môžu byť napájacie vedenia ladené (rezonančné), alebo neladené (aperiodické):

    1.) Pri prevádzke napájacieho vedenia so stojatými vlnami (ladený napájač) používame rezonančné dĺžky, ktoré pre zachovanie rezonancie vyžadujú ohmickú záťažovú impedanciu, tvorenú ohmickou zložkou vstupnej impedancie samotného žiariča. Na prevádzku stojatými vlnami treba používať len vzdušné vedenia. Na túto prevádzku sa súosé (koaxiálne) napájače nehodia.

    2.) Pri prevádzke napájača postupnými vlnami (neladený napájač) používame ľubovolné nerezonančné dĺžky vedenia s prispôsobením (transformáciou), impedancie napájača, k impedancii  žiariča antény. Na toto prispôsobenie používame prispôsobovacie (transformačné) obvody.

                                                                                                                                                                                                                                                          

 

Poznámka:

 

Vyžarovanie z koaxiálneho napájača.

 

        Z predchádzajúceho je teda zrejmé, aké podmienky musia byť splnené, aby vedenie nevyžarovalo. Ak sú tieto podmienky z nejakého dôvodu (príčiny) porušené, tak aj koaxiálne vedenie bude vyžarovať.  Pri vertikálnych GP asymetrických anténach býva častou príčinou nežiadúceho vyžarovania  koaxiálneho napájača nedostatočná zemná rovina (malý počet veľmi krátkych radiál), prípadne ak sa nepoužijú radiály žiadne, čo je barbarstvo. Stredným vodičom koax. vedenia, ktorý je pripojený na žiarič potom tečie väčší prúd, než po plášti a magnetické polia pozdĺž vodičov vedenia sa kompenzujú len čiastočne. Príčinou vyžarovania je teda nerovnakosť magnetických polí pozdĺž jednotlivých vodičov vedenia. Nežiadúcim dôsledkom takéhoto vyžarovania sú energetické straty na napájači a príjmanie rôzneho rušenia. Je teda absolútne logické, že vyžarovanie koax. napájača pri týchto anténach možno efektívne odstrániť len odstránením príčiny tohto vyžarovania a teda doplnením príslušného počtu radiál a nie nacvakaním „kilogramov“ feritu na koaxiálne vedenie.

        Jednou z príčin vyžarovania je napr. aj priame pripojenie asymetrického napájača k dipólovej anténe bez symetrizačného člena. Na plášti koaxiálneho vedenia je väčší útlm privádzanej energie než v strednom vodiči. Tá polovica dipólu, ktorá je pripojená na stredný vodič teda vyžaruje silnejšie a týmto vodičom preto tečie väčší prúd než plášťom. A teda magnetické pole pozdĺž stredného vodiča je silnejšie oproti magnetickému poľu pozdĺž druhého vodiča.  Preto sa tieto magnetické polia kompenzujú len čiastočne. Nevykompenzovaná časť magnetického poľa vytvára s elektrickým poľom, ktoré sa nachádza medzi vodičmi vedenia elektromagnetické vlnenie, ktoré vyžaruje do priestoru. V tomto prípade je potrebné použiť symetrizačný člen, ktorý prúdy v obidvoch vodičoch vedenia vyrovná.

® (J.K.)

       

 

       

JEDNODRÔTOVÝ NAPÁJAČ (feeder) –

(Ikrényi)

 

        -sa skladá z jediného vodiča, ktorý vedie od vysielača k anténe, pričom elektrický obraz odzrkadlený v zemi tvorí protivodič. Používal sa len pri prevádzke postupnou vlnou s veľmi dobrým prispôsobením, lebo pri vzniku stojatých vĺn by vlastné vyžarovanie nevhodne ovplyvnilo vyžarovací diagram antény. Amatéra zaujíma hlavne hodnota impedancie (vzhľadom na prispôsobenie). Tu je vodidlom, že drôt priemeru 1,5 mm dáva impedanciu 670 Ω, 2 mm drôt 640 Ω a 3 mm drôt 577 Ω.

        Kôli vlastnému vyžarovaniu sa od používania jednodrôtových napájačov upustilo.

 

 

     

DVOJDRÔTOVÁ SYMETRICKÁ LINKA ( rebríček) –

(Ikrényi

)

Sa skladá z dvoch paralelných vodičov, ktoré udržujú v stálom rozostupe izolačné rozpery. Tieto vzdušné linky nemožno urobiť na menšiu impedanciu než asi 250 Ω, lebo už nepatrné zmeny v rozostupe by vyvolali značnú percentuálnu zmenu v hodnote impedancie.

 

        Ak ja a > d, použijeme na výpočet vzorec:

 

                                                    Z0 = 276 . log [ 2.(a : d)]                Z0 = impedancia v Ω

                                                                                                              a = rozostup vodičov v mm

                                                                                                              d = priemer drôtu v mm

 

Tento vzorec sa však môže používať len od pomeru a /d = 2,20 a viac.

 

                                                                                                                                                               

 

VEDENIE AKO IMPEDANČNÝ TRANSFORMÁTOR

(Daneš)

 

                Z teórie vedení vyplýva jednoduchý vzťah, že vstupná impedancia Zv vedenia s charakteristickou impedanciou Z0, dlhého 0,25 λ a zakončeného impedanciou Zz sa rovná:

 

                                                  Zv = Z0² / Zz

        Dva rôzne odpory (impedancie)  Rv a Rz je preto možné prispôsobiť štvrťvlnným vedením, ktoré má charakteristickú impedanciu Zo:

 

                                                   Z0 = √ Rv . Rz

 

        Pretože sa pomery na vedení periodicky opakujú vždy po polvlnnej dĺžke, môže byť namiesto štvrťvlnného úseku medzi odpormi zapojený aj iný nepárny násobok 0,25 λ. Transformácia a teda aj prispôsobenie je tým úzkopásmovejšie, čím sú odpory Rv a Rz navzájom rozdielnejšie. Pri väčšom transformačnom pomere ako 1 : 4 je výhodnejší transformátor dvojstupňový.

        Vedenie elektrickej dĺžky l = 0,5 λ pôsobí ako „transformátor“ impedancie v pomere 1 : 1. To znamená, že pri tejto dĺžke vedenia bude vstupná impedancia rovná zaťažovacej impedancii a to bez ohľadu na to, aká je charakteristická impedancia vedenia. Namiesto polvlnnej dĺžky je možné použiť ľubovoľný celý násobok 0,5 λ, alebo párny násobok 0,25 λ.

 

 

------

DLHÉ HORIZONTÁLNÉ JEDNODRÔTOVÉ ANTÉNY (LW)

 

 

        Pravdepodobne doposiaľ najpoužívanejším druhom antény pre KV, je dlhý rezonujúci vodorovný žiarič napájaný na konci, alebo uprostred. Dĺžka žiariča sa volí buď 0,5λ, alebo ako celistvý násobok 0,5λ.

        Širokopásmovú LW anténu napájanú na konci možno zhotoviť tak, že pre najnižšie zvolené kmitočtové pásmo bude jej dĺžka jedenkrát  λ/2. Na harmonických kmitočtoch bude teda počet polvĺn „N“ na žiariči násobne vyšší. Pre jednotlivé pásma, ktoré chceme používať si zhotovíme prispôsobovacie L – články, ktoré budeme prepínať relátkami a tak nebude potrebné prispôsobovací článok neustále prelaďovať.

        Približnú dĺžku žiariča si môžeme vypočítať zo vzorca (platí len pre holý drôt):

 

                                    l = [ 150 ( N – 0,05 ) ] : f ,                         [ m, MHz ]

                                    

Kde “N” je počet polvĺn pripadajúcich na žiarič pre daný kmitočet.

 

        Rezonanciu stačí zmerať pomocou GDO na najnižšom zvolenom kmitočtovom pásme. Na začiatku ponecháme dĺžku žiariča o niečo väčšiu, než je vypočítaná. Merať rezonanciu je potrebné aj s pripojeným L – článkom (aj napriek tomu, že ešte nie je vyladený) a teda čo je dôležité a podstatné, aj s pripojenou zemou a ak je to potrebné, upraviť dĺžku žiariča. Zemný systém by mal byť čo najkvalitnejší. Meriame (kontrolujeme) a vylaďujeme postupne. LW bude po vyladení samozrejme rezonovať aj na harmonických kmitočtoch. Po vyladení antény do rezonancie, pristúpime k nastaveniu správneho transformačnému pomeru L – článku, čo kontrolujeme ČSV – metrom. Po nastavení ČSV je vhodné znova skontrolovať rezonanciu. Potom pristúpime k nastaveniu ČSV postupne na ostatných zvolených pásmach. Ak bude takáto anténa zavesená v dostatočnej výške nad zemou, bude dávať aj dobré výsledky.

        Rozloženie okamžitých prúdov na žiariči je také, že v susedných polvlnných úsekoch sú vždy v protifáze. Výsledné pole a vyžarovací diagram v horizontálnej rovine vznikne zložením vyžarovania jednotlivých polvlnných úsekov. Na rozdiel od súfázovej kolineárnej sústavy sa pole v niektorých smeroch zosilňuje, v iných potlačuje, prípadne vymizne. Výsledkom je členitý vyžarovací diagram, tým členitejší, čím je žiarič dlhší. Vyžarovacie diagramy (laloky) sú súmerné voči ose žiariča a súmerné v kolmom smere. Smer maximálneho vyžarovania sa prikláňa tým viac k ose žiariča, čím je žiarič dlhší.

        Žiarič dĺžky, ktorá je nepárnym násobkom 0,5 λ, vyžaruje časť energie v smere kolmom na žiarič, žiarič s párnym násobkom 0,5 λ má v tomto smere nulové vyžarovanie. Celkový počet lalokov horizontálneho diagramu v polrovine 0 – 180 stupňov je rovný počtu polvĺn obsiahnutých v dĺžke žiariča. Najviac energie je vyžarované v lalokoch ktoré sú najpriľahlejšie k ose žiariča. Zisk oproti polvlnnému dipólu je tým väčší, čím je žiarič dlhší. Napríklad žiarič dlhý 4 . λ/2 dáva v hlavných lalokoch zisk 3 dB oproti polvlnnému dipólu.

        Dlhé žiariče môžu byť z priestorových dôvodov v určitej časti zalomené, zavesené šikmo, alebo umiestnené nad nerovným terénom. Tieto zmeny majú vplyv na tvar vyžarovacieho diagramu a aj na rezonančný kmitočet. Žiarič nad zvažujúcou sa zemou vyžaruje pod menším vertikálnym uhlom na tom konci, ktorý je vyššie nad zemou.

 

Na obr.: Vyžarovacie diagramy dlhých žiaričov:

 

 

(Daneš)

 

PRISPÔSOBOVACIE ČLENY TVARU „L“

 

        Na obrázkoch sú dva typy tzv. článku L, ktoré je možné použiť pre prispôsobenie obvodu s výstupnou impedanciou rozdielnou od vstupnej impedancie nasledujúceho stupňa. Tieto články majú veľmi malý vložný útlm a sú širokopásmové. Časť kapacity môže byť volená ako otočný kondenzátor. Na obr. a) je zapojenie L – článku, ktoré prispôsobuje nízku vstupnú impedanciu Ri na vysokú výstupnú impedanciu Rv. Na jeho výstupe môže byť do série s cievkou pripojená dlhá drôtová horizontálna anténa (LW) a na vstupe koaxiálne vedenie. Plášť koaxiálneho vedenia pripojíme ku kondenzátoru a spojíme so zemou. Aj pri LW anténach má byť zem kvalitná, aby napríklad pri zmenách počasia nedochádzalo ku zmene parametrov antény. Na obr. b) je zapojenie L – článku, ktorý prispôsobuje vysokú vstupnú impedanciu Ri na nízku výstupnú impedanciu Rv.

        Pomocou vzorcov na prvom obrázku si vypočítame hodnoty reaktancií XC a XL a z vypočítaných hodnôt reaktancií si pomocou grafov na obr. 1.46. môžeme zistiť potrebnú hodnotu C v pF a L v µH pre určitý kmitočet.

 

 

 

 

(Daneš)

 

ANTÉNY S POSTUPNOU VLNOU (NEREZONANČNÉ)

 

        Antény s postupnou vlnou (aperiodické) majú výrazne odlišné vlastnosti od antén rezonančných, a to tak vzhľadom k tvaru smerového diagramu, tak aj k impedančným vlastnostiam. Tieto veličiny len plynule, podľa exponenciálneho priebehu znižujú svoje hodnoty pozdĺž žiariča smerom k zakončovaciemu odporu. Základným prvkom je dlhý vodič s pretekajúcim vf prúdom a zakončený vhodným odporom, takže sa energia na konci vodiča neodráža a na anténe sa nevytvorí stojatá vlna prúdu a napätia. Na tomto odpore síce vznikajú určité straty, ale to je cena za širokopásmovosť. A tieto straty nie sú ani zďaleka tak vysoké, ako na nevyladenej rezonančnej anténe. Antény s postupnou vlnou sú na rozdiel od rezonančných antén so stojatou vlnou málo kmitočtove závislé a vyžarovací diagram, aj vstupná impedancia zostávajú takmer konštantné aj pri zmene kmitočtu v pomere 1 : 3 i väčšom.

(Daneš)

                                                                                                                                          

ŠIROKOPÁSMOVÝ APERIODICKÝ DIPÓL NA KV.

 

        Pre pásma 80 až 20 m je jeho celková dĺžka l = 30 m. Pre inú skupinu pásiem môžeme celkovú dĺžku vypočítať:

l =  100 : fmin.         [ l v metroch, fmin. v MHz ]

Žiarič symetrického dipólu tvoria dve 15 m dlhé ramená v strede (mieste napájania) prepojené odporom 200 Ω, ktorý je zložený napr. z 34 ks odporov TR 224, 6k8, 2W, pospájaných paralelne. S takýmto zložením je možné pracovať výkonom do 100 W. Ak bude táto anténa používaná len na príjem, tak samozrejme stačia dva odpory o hodnote 100 Ω / 0,25W, spojené do série. Odpory môžu byť aj iného typu, no v žiadnom prípade nie drôtové. Antena je napájaná koaxiálnym vedením 50 Ω cez tzv. balun 1:4.

-AR-

 

Podrobnosti o toroidných feritových jadrách, dvojdierových jadrách a o navíjaní širokopásmových transformátorov je možné nájsť v AR rada B pre konštruktérov, 2 / 2005.

                                                                                                                                                                                                                                                                      

 

Širokopásmové symetrizačné členy a transformátory impedancie:

 

 

Autor obrázku:  OK1RR

 

 

 

 

CB,  CB,  CB

 

 

        Aby sme mohli uskutočniť spojenie aj so vzdialenými a teda slabými stanicami priamou vlnou, je potrebná nielen kvalitná, správne vyladená a k napájaču impedančne prispôsobená anténa s vysokým ziskom, ale kvalitný a správne vyladený musí byť aj príjmač rádiostanice.

         V koncepcii príjmačov sa jednotlivé typy CB rádiostaníc dosť líšia. No u mnohých sa vyskytujú rovnaké konštrukčné chyby, ktoré sú z rádiotechnického hľadiska neprijateľné. Preto aj papierové údaje od výrobcov o parametroch rádiostaníc je potrebné brať s veľkou rezervou.

        Nebudem sa zaoberať všetkými nedostatkami, ktoré sa pri týchto rádiostaniciach vyskytujú, ale len tými najčastejšími, ktoré sú hlavne nesprávne riešené pásmové priepuste a nekvalitná modulácia.

® (J.K.)

 

PÁSMOVÉ PRIEPUSTE

(Zvýšenie citlivosti CB príjmača)

 

        Pásmové priepuste sa zaraďujú do vstupu  príjmačov a to tak pred vf zosilňovač, ako aj za tento vf zosilňovač. Ich úlohou je potlačiť nežiadúce a často silné signály z iných kmitočtových pásiem a za VF zosilňovačom potlačiť nežiadúce kmitočtové produkty, ktoré vznikajú pri zosilňovaní. Avšak kmitočty na ktoré je príjmač určený musia prepúšťať s minimálnym vložným útlmom a teda musia mať aj potrebnú širokopásmovosť. Ak je pred vf zosilňovačom len jednoduchý rezonančný obvod, tak je v naprostej väčšine prípadov tvorený indukčnosťou príslušnej cievky a kapacitou antiparalelne zapojených ochranných diód, ktoré majú kapacitu približne 26 pF. Prípadne je ešte paralelne s diódami zapojený kondenzátor nižšej kapacity.  Kým pri použití krátkych antén stačí na vstupe pred vf zosilňovačom aj tento jednoduchý paraelný rezonančný obvod, za vf zosilňovačom je potrebná pásmová priepusť tvorená minimálne dvoma na seba naviazanými rezonančnými obvodmi. Je to z toho dôvodu, aby boli účinne potlačené nežiadúce kmitočtové produkty, ktoré vznikajú vo vf zosilňovači. Pri používaní dlhej antény, je takáto pásmová priepusť vhodná aj pred vf zosilňovačom. Konštruktéri a výrobcovia však robia pri týchto pásmových priepustiach neprijateľné chyby tým, že ich nastavujú na hlboko podkritickú väzbu, kedy majú veľký a nežiadúci vložný útlm a tiež úzké priepustné pásmo. A naozaj to vyzerá tak, akoby sa snažili dosiahnuť čo najmenšiu citlivosť príjmača, čo je nepochopiteľné. Väzbový kondenzátor Cv používajú s veľmi nízkou hodnotou, 1 až 4,7 pF. Je to potom to isté, ako keby bol na vstupe trvale pripojený útlmový článok s príslušným útlmom. Tiež často používajú veľmi voľnú väzbu medzi takými obvodmi, kde práve záleží na čo najlepšom prenose energie a nie na selektivite. A citlivosť takéhoto príjmača udávaná výrobcom je v tomto prípade len jeho zbožné želanie a býva teda často nepravdivá.  Zo skúsenosti viem, že naviac sú tieto priepuste vo väčšine prípadov aj nesprávne vyladené, čo samozrejme spôsobuje ďalší útlm na vstupe príjmača. Ak má príjmač takéto nedostatky je otázné, či má zmysel kupovať drahú ziskovú anténu ako aj drahý napájač s nízkym útlmom, lebo dobré vlastnosti týchto prvkov budú znehodnotené veľkým útlmom vo vstupných obvodoch takéhoto príjmača.

        Ak naviažeme na seba dva parelelné rezonančné obvody L1 C1 a L2 C2 ( pri čom sa predpokladá L1 = L2 a C1 = C2) s činiteľmi akosti Q1 a Q2, naladené na rovnaký rezonančný kmitočet f0, vznikne tzv. pásmová priepusť. Tieto rezonančné obvody môžu byť na seba naviazané buď elektrickou, alebo magnetickou väzbou. V CB príjmačoch sa používa elektrická kapacitná väzba napäťová  vysokoimpedančná, teda kondenzátorom Cv o určitej hodnote, ktorý prepája tieto dva obvody v mieste vysokej impedancie.

        Mieru väzby vyjadrujeme tzv. koeficientom väzby – „k“. Najvyšší prenos energie cez pásmovú priepusť je možné dosiahnuť pri tzv. kritickej väzbe, kedy k = 1.

 

Pre rádiokomunikačné účely majú zmysel len pásmové priepuste ktoré majú „k“:     0,5 < k < 1,5

                                                      

 Väzba podkritická je charakterizovaná k < 1 a väzba nadkritická k > 1. Pri hlbšej podkitickej väzbe má priepusť veľký vložný útlm a pri väčšej nadkritickej tento útlm vzrastá tiež.

 Na vstupoch príjmačov tzn. aj pred, aj za vf zosilňovačom je zásadné používať kritickú, prípadne len mierne nadkritickú väzbu, inak je to nesprávne.

 

Pri elektrickej vysokoimpedančnej kapacitnej väzbe si koeficient väzby “k” vypočítame:

 

k = Cv : (C – Cv)                   k = koeficient väzby

                                                                                  Cv = hodnota väzbového kondenzátora v pF

                                           C = (C1 + C2) : 2,  v pF

 

 

Niekoľko príkladov vložného útlmu pri určitom “k”:

 

k = 0,1………. - 21 dB

k = 0,2 ……... - 15 dB

k =  0,3……... - 12 dB

k = 0,4……… - 9 dB

k = 0,5……… - 8 dB

k = 1………..  - 6 dB

k = 1,5……….- 7 dB

k = 2………... - 9 dB

k = 3 ……….. - 11 dB                                 

                                                                                                                                                                                                                                                        

 

Myslím, že teraz si už každý dokáže vypočítať hodnotu väzby a určiť veľkosť útlmu pásmových priepustí v príjmači svojej CB stanice. A kto si trúfa, môže sa pustiť aj do nápravy. Podľa schémy zistíme hodnoty C a Cv. Hodnoty C nie sú v niektorých schémach uvedené. Tu však môžeme počítať s hodnotou C 33 pF, nenastane tým žiadna veľká chyba. Prepočtom si vypočítame hodnotu Cv pre k = 1 a pôvodný Cv vymeníme, alebo k pôvodnému Cv paralelne prispájkujeme kondenzátor s takou kapacitou, aby sme dostiahli potrebnú hodnotu Cv. (!V obvodoch s FET súčiastkami používať len pre tento účel vhodnú spájkovačku!) Vo vačšine CB staníc je však pred vf zosilňovačom len jednoduchý paraelný rezonančný obvod, ktorý je tiež potrebné vyladiť. Pre zvýšenie citlivosti je možné ešte pred ladením  zvýšiť hodnotu kondenzátora, cez ktorý je privádzaný signal z dolných priepustí na vstup ladeného obvodu príjmača na hodnotu 47 až 56 pF a potom vstupný obvod vyladiť. V niektorých píjmačoch sú aj dva takéto väzbové kondenzátory zapojené v sérii a teda aj toto musíme brať do úvahy. Ladí sa zásadne pri čo možno najnižšej úrovni signalu z generátora !!! Varujem pred akýmikoľvek zásahmi do ladených obvodov a k nim pripojených súčiastok, ak nemáte možnosť kontroly a prípadného doladenia pomocou na to určených a vhodných prístrojov. K samotnému ladeniu netreba drahý generátor kmitočtu, ktorý sa dá nahradiť jednoduchým kryšalom riadeným oscilátorom, ktorý umiestnime do kovovej krabičky a ktorý pracuje na niektorom kanáli v strede CB pásma, napr 18, 19, alebo 20. Využiť je tiež možné starú nepotrebnú CB rádiostanicu, ktorá má funkčnú vysielaciu časť. Teda aspoň tú časť pred budiacim tranzistorom. Odstránime tranzistor, ktorý predchádza budiacemu (potrebujeme nízku úroveň signalu) a z miesta, kde bola zapojená báza tohoto tranzistora odoberáme signal cez konenzátor s nízkou kapacitou a cez odpor a potenciometer, ktoré zapojíme ako delič napätia ho privedieme na anténny konektor. Tu sa dá využiť už nepotrebný potenciometer SQ. Prepoje urobíme tenším koaxiálnym káblikom.

        Vhodný kryštal do oscilátora 27,195 MHz, HC49 – S, nízký, je tiež možné zakúpiť na http://www.avelmak.sk/  Amplitúda výstupného signálu z oscilátora musí byť regulovateľná napr. vhodne zapojeným potenciometrom. AVC je dobré pri ladení odpojiť, aby neovplyvnilo výsledok. Správnosť naladenia kontrolujeme na hornom konci odporového trimra pre S – meter citlivým analogovým voltmetrom a ladíme na najväčšiu výchylku. Pre ladenie je potrebný nekovový skrutkovač s presne upraveným hrotom tak, aby presne zapadal do drážky feritového jadierka, inak môžu nastať problémy. Ak sa niektoré jadierko krúti zťažka, tak ho vyskrutkujeme a opláchneme v čistom technickom benzíne. Trošku benzínu nakvapkáme aj do závitov kostričky a necháme vysušiť. Tu zásadne nepoužívame žiadne mazivo, resp. olejček. Feritové jadierko môžeme proti rozladeniu istiť tenkou gumičkou v závitoch. Ladiť vždy začíname od minimálne zaskrutkovaných feritových jadier, pričom stale sledujeme výchylku na voltmetri. Vždy pomaly a postupne vylaďujeme najskôr prvý rezonančný obvod a druhý postupne vylaďujeme (doťahujeme) za ním.

        Po takomto vyladení budeme iste príjemne prekvapení, aké vzdialené signály bude príjmač čitateľne spracovávať, čo oceníme najviac vtedy, keď bude CB pásmo bez DX – ov a rôznych väčších šumov.  Tiež je potom samozrejme potrebné správne nastaviť S – meter, lebo po odstránení útlmu na vstupe príjmača by ukazoval príliš vysoké a teda nesprávne hodnoty. Orientujeme sa podľa množstva šumu v príjmanom signáli.

® (J.K.)

 

 

MODULÁCIA –

 

        K ďalším a dosť častým konštrukčným chybám sa dá zaradiť aj nekvalitná modulácia CB rádiostaníc.

Ľudský hlas obsahuje široké spektrum kmitočtov. Pre moduláciu sa vo fónii využívajú len kmitočty od 300 do 3000 Hz. Ostatné kmitočty pod a nad túto hranicu musia byť účinne potlačené. Nízke kmitočty spôsobujú zhoršenie zrozumiteľnosti modulácie a vysoké spôsobujú vznik nežiadúcich kmitočtových produktov. V týchto hraniciach kmitočty od 300 do 3000 Hz čo nazývame zlomové kmitočty ( fz ), nesmú byť však nijako obmedzené, lebo tým by sa znižovala komunikačná účinnosť modulácie. V CB staniciach sa v modulačnom stupni (reťazci) v naprostej väčšine na potlačenie nízkych kmitočtov používajú väzbové kondenzátory určitej kapacity, čím sa potlačí prenos kmitočtov pod 300 Hz. Táto kapacita má byť 22 nF, no často výrobcovia používajú nižšie kapacity 15 nF alebo dokonca len 10 nF. Tým sa dolný zlomový kmitočet posunie až na 500 resp. 800 Hz. Je tiež neúčelné a nesprávné používať medzi mikrofónom a mikrofónovým zosilňovačom väzbový kondenzátor s inou kapacitou, ako 22 nF.

        Na potlačenie vyšších kmitočtov nad 3 kHz sa používajú viacnásobné dolnofrekvenčné RC priepuste, ktoré sú zapojené ako integračné obvody, to znamená že modulačný signál prechádza cez odpor na kondenzátor, ktorý je pripojený paralelne na kostru. Útlm jednej takejto priepuste je 6 dB na oktávu. Aby sa dosiahlo celkového normou požadovaného útlmu 18 dB na oktávu, sú zaradené tri priepuste za sebou.  Zlomový kmitočet jednej takejto dolnofrekvenčnej priepuste vypočítame:

 

                             fz = 1 /( 2 . π . R . C)                                   fz = zlomový kmitočet v Hz

                             C = 1/( 2 . π .fz . R)                                     π = Ludolfovo číslo 3,14

                                                                                                 R = odpor v Ω

                                                                                                 C = kapacita vo faradoch

 

Do hodnoty R” započítame všetky odpory, ktoré sú pred kondenzátorom za sebou priamo pripojené.

Nedodržanie správnych hodnôt odporov alebo kondenzátorov spôsobuje, že “fz”, ktorý má byť 3 kHz poklesne často až na 1,5 kHz, prípadne i menej. No a keď je modulácia takto obmedzená na rozsah kmitočtov napr. od 800 do 1500 Hz, má takáto modulácia veľmi nízku komunikačnú účinnosť a je plochá, nevýrazná a slabá a často skreslená, neprirodzená. Výrobcovie tiež často používajú iné, nevhodné spôsoby úpravy modulačného kmitočtu, ktoré potom spôsobujú veľké skreslenie modulácie.

Náprava sa dá urobiť tak, že si pomocou vzorca zistíme, akú hodnotu majú mať kondenzátory vzhľadom na požadovaný zlomový kmitočet a vzhľadom na hodnoty odporov, ktoré nemeníme. Potom hodnotu kondenzátorov podľa potreby upravíme. Tiež upravíme aj všetky väzbové kondenzátory v celom modulačnom reťazci na hodnotu 22 nF.

 Vo väčšine prípadov je nakoniec potrebné o trochu znížiť modulačný zdvih. Tu si pomáhame meraním odporu medzi bežcom trimra a kostrou, aby bolo pod kontrolou o koľko ohmov sme odpor znížili, kôli prípadnému nastaveniu do pôvodnej polohy. Avšak ideálne je použiť merač kmitočtového zdvihu.

Užívatelia CB sa v snahe, aby bola modulácia hlasitejšia uchyľujú k nesprávnemu postupu, ako je zvyšovanie modulačného zdvihu. Tým sa však hlasitosť zvýši len nepatrne, zato však rapídne stúpne skreslenie takejto modulácie a tým dôjde aj k vyžarovaniu nežiadúcich kmitočtových produktov a k prieniku do viacerých susedných kanálov.

        Tiež nesprávné a povedal by som že neprípustné je zaraďovanie rôznych komresorov a predzosilňovačov pred mikrofónový zosilňovač. Pri kompresii a zosilňovaní vznikajú aj nežiadúce kmitočtové produkty, ktoré sa v modulačnom zosilňovači zosilňujú na vysokú úroveň a potom ich už nie je možné žiadnym spôsobom odstrániť. Tieto produkty potom spôsobujú rušenie iných staníc, často aj na veľkú vzdialenosť. Tu však treba objektívne poznamenať, že veľmi často sa stáva, že prenikanie modulácie z iných kanálov má na “svedomí” náš nekvalitný príjmač s malou medzikanálovou selektivitou. V danej a konkrétnej situácii sa nedá narýchlo posúdiť čo je a kto je na príčine, ak nepoznáme aké konkrétne zariadenia sú na obidvoch stranách použité.

 

® (J.K.)

                             

PRÍJMAČE

 

 

POŽIADAVKY NA KRÁTKOVLNNÝ PRÍJMAČ:

 

        Príjmač je veľmi dôležitým článkom rádiokomunikačného reťazca. Na rozdiel od vysielača, kde zväčšenie komunikačnej účinnosti môžeme ľahko dosiahnuť zväčšením výkonu, alebo voľbou spôsobu prenosu, má prijmač radu obmedzujúcich faktorov, ktoré nemožno z fyzikálnych dôvodov prekročiť.

 

        Citlivosť prijímača

        Citlivosť býva často hlavným merítkom pri posudzovaní kvality príjmača. Čím je príjmač citlivejší, tým má väčšiu schopnosť spracovať slabé signály. V súčasnej dobe je možné použitím moderných aktívnych prvkov dosiahnuť také zosilnenie, že obmedzujúcim činiteľom je vlastný šum príjmača. V akustickej podobe ho poznáme ako jemný syčivý zvuk.

        Tento šum, ktorý nazývame šumom tepelným, vzniká náhodnými a nepravidelnými pohybmi elektrónov v činnom odpore, ktorý má akýkoľvek vodič, hoci aj veľmi malý. Najviac sa uplatnia šumy vstupných obvodov, ktoré sú všetkými nasledujúcimi stupňami zosilnené. Najväčšiu starostlivosť je preto nutné venovať návrhu vstupných obvodov prijímača.

 

        Dynamický rozsah

        Je udávaný v dB ako pomer medzi úrovňou najslabšieho signálu, ktorý je prijmač schopný spracovať, k najsilnejšiemu signálu, ktorý ešte nespôsobuje nežiadúce skreslenie.  Platí zásada, že pred obvody hlavnej selektivity príjmača má byť zaradený len najnutnejší počet aktívnych prvkov. Z tohoto hľadiska vyplýva, že aj použitie nejakého predzosilňovača signálu pred vf zosilňovačom prijímača je nesprávne a neefektívne. Má zmysel len ak je namontovaný priamo pri svorkách antény, avšak len s takým ziskom, aby tento zisk nahradil straty v napájači, prípadne len o málo väčším.

        Ak privedieme na akýkoľvek aktívny obvod, ktorý pracuje v triede A, malé vstupné napätie, bude prenesené na výstup lineárne v závislosti na zisku. Postupným zvyšovaním vstupného napätia sa dosiahne úroveň, pri ktorej je napätie prenesené na výstup o hodnotu 1 dB nižšie, než by zodpovedalo lineárnemu prenosu. Dochádza ku kompresii signálu. Signál na výstupe je skreslený, s vyšším obsahom harmonických kmitočtov. Tomuto bodu hovoríme kompresia 1 dB a tu začína nelinearita zosilňovača. Ďaľším zvyšovaním vstupného napätia zistíme hodnotu, kedy dochádza ku kompresii 3 dB. V tomto bode je začiatok krížovej modulácie.

        Bod kompresie 1 dB je tiež začiatkom zníženia citlivosti prijímača. Ak bude prijímač naladený na príjem slabého signálu a na vstup príjmača príde aj nežiadúci signál s úrovňou zodpovedajúcou bodu kompresie 1 dB, dôjde k zoslabeniu žiadaného signálu.  Pri veľmi vysokej úrovni nežiadúceho signálu dôjde až k zablokovaniu príjmu.

        Intermodulačné skreslenie vzniká za prítomnosti dvoch, alebo viacerých silných signáloch z rozdielnymi kmitočtami, privedenými na vstup zosilňovača. Žiadny zosilňovač nie je absolútne lineárny a už pri pomerne malých vstupných napätiach dochádza ku skresleniu, vzniku harmonických kmitočtov a na nelineárnej kmitočtovej charakteristike k ich vzájomnému zmiešavaniu. Nelinearita zosilňovača ďalej spôsobí, že dôjde k vzájomnému zmiešavaniu medzi vziknutými produktami a vzniknú produkty párnych a nepárnych rádov.

        Produkty, ktoré vzniknú súčtom dopadajú ďaleko od príjmaného kmitočtu. Produkty vzniknuté rozdielom však dopadajú do bezprostrednej blízkosti príjmaného kmitočtu, okolo ktorého vytvoria rušivé spektrum kmitočtov.

        Teoretický bod, v ktorom by sa úroveň IM produktov 3. rádu rovnala vstupnému napätiu, sa nazýva bodom zahradenia a medzinárodne sa označuje písmenami IP. Udáva sa v jednotkách dBm.

        Počnúc bodom kompresie 3 dB vzniká iný druh skreslenia, ktorý nazývame krížová modulácia. Prejavuje sa tým, že modulácia veľmi silného nežiadúceho signálu sa namoduluje na signál žiadaný. Dochádza k tomu zmenou pracovného bodu aktívneho prvku vplyvom silného signálu. Akonáhle krížová modulácia vznikne, nie je už žiadnymi prostriedkami v ďaľších stupňoch prijímača odstrániteľná.

        V prijímačovej praxi sa však nestretávame len s tzv. sterilnými signálmi s čistým sínusovým priebehom, ale ďaleko častejšie so signálmi menej kvalitnými. V prípade zmešovača je použitý ďaľší pomocný kmitočet oscilátora, ktorý sám môže mať skreslený priebeh a tak dochádza k nepriebernému množstvu kombinačných kmitočtov, ako dôsledok vzájomného zmiešavania. Preto sú požiadavky na kvalitu oscilátorového signálu vysoké.

        Pri používaní dlhodrôtových a širokopásmových antén sa často stretávame v pásmach 21 a 28 MHz ( často aj pri inak kvalitných príjmačoch ) so spektrom rozhlasových staníc. Tieto rušivé signály sú najčastejšie produktami zmiešavania z krátkovlnných rozhlasových pásiem 49, 41, 31, a 25 m, kde úrovne niektorých vysielačov dosahujú hodnôt takmer 0 dBm. Účinnou pomocou je zaradenie hornej priepuste medzi anténu a vstup prijímača. Horná priepusť je navrhnutá tak, aby účinne potlačila všetky kmitočty pod 20 MHz.

 

       Selektivita

        V širšom pohľade sa selektívne obvody používajú k potlačeniu všetkých nežiadúcich signálov v mnohých častiach príjmača. Vo vstupných obvodoch, v medzifrekvenčných zosilnovačoch, nízkofrekvenčnom zosilňovači aj v obvodoch oscilátora. Požiadavky na šírku priepustného pásma sa v jednotlivých častiach príjmača značne líšia. Aj prostriedky k získaniu selektivity sú rôzne. 

        Príjmače v superhetovom zapojení prevádzajú prijímaný kmitočet za pomoci zmiešavača a miestneho oscilátora na nový kmitočet, ktorý sa nazýva medzifrekvenčný. Medzifrekvenčný kmitočet je rozdielom medzi kmitočtom príjmaným a kmitočtom oscilátora. Vo všeobecnosti je jedno či oscilátor pracuje nad, alebo pod prijmaným kmitočtom. Dôležitá je selektivita ladeného obvodu na vstupe zmešovača. Ak bude selektivita tohoto obvodu malá, prenikne signál, ktorý zodpovedá opačnej strane oscilátorového kmitočtu na vstup mf zosilňovača a bude žiadaný signál rušiť. Nesprávne je však túto selektivitu prehnane zvyšovať na úkor vložného útlmu ladeného obvodu. Takáto chyba výrobcov, či konštruktérov sa v CB staniciah veľmi často vyskytuje, čím sa zbytočne zhoršuje citlivosť príjmača. Pretože rušivý signál je od prijímaného na opačnej strane oscilátorového kmitočtu v porovnaní s kmitočtom prijímaným, nazývame ho zrkadlovým. 

(Daneš)

 

        V úzkopásmových CB prijímačoch sa používajú dva zmešovače a teda dve premeny kmitočtu. Prvý zmešovač je najzaťaženejšou časťou prijmača. Preto by mal byť konštruovaný aspoň ako jednoducho vyvážený symetrický a s dvojhradlovými MOSFET tranzistormi. Bipolárne tranzistory sú na tento účel absolútne nevhodné. Ak je prvý zmešovač skonštruovaný len ako jednoduchý s jedným tranzistorom, tak takáto rádiostanica patrí len do kategórie detských hračiek. Preto by som každému, kto si chce kúpiť novú rádiostanicu doporučoval zistiť, ako je skonštruovaný tento zmiešavač. Na vstupe prvého zmešovača sú aj všetky signály, ktoré ladené vstupné obvody prepustia, čiže najmä signály z celého CB pásma ale aj veľmi silné signály z iných pásiem, ktoré sú vo vf zosilňovači zosilnené.  Na jeho vstup je privádzaný aj kmitočet z PLL oscilátora a tento kmitočet sa pri prepínaní kanálov mení tak, aby po zmiešaní s požadovaným kmitočtom príslušného kanála vznikol medzifrekvenčný kmitočet 10,695 MHz. Tento mf kmitočet je privádzaný na filter so sústredenou selektivitou a mali by ho tvoriť aspoň dva kryštalové filtre. Môže nasledovať zosilňovač prvého mf kmitočtu, ktorý je v niektorých prípadoch vynechaný a ďalej signál postupuje na vstup druhého zmešovača. Na 2. zmešovač je privádzaný aj kmitočet kryštalom riadeného  oscilátora 10,240 MHz, ktorý po zmiešaní s kmitočtom 10,695 MHz vytvorí druhý mf kmitočet 455 kHz. Nasleduje druhý mf filter, ktorý tiež určuje medzikanálovú selektivitu a teda má mať dostatočne úzke priepustné pásmo. Druhý mf kmitočet sa zosilňuje v druhom mf zosilňovači a ďalej je privedený na demodulátor z ktorého sa už na jeho výstupe odoberá nízkofrekvenčný signal a tento sa ďalej spracováva. Často sú v príjmačoch používané integrované obvody, ktoré obsahujú napríklad druhý zmešovač, mf zosilňovač a demodulator, prípadne aj obvod AVC. Pre rôzne druhy modulácie sa v príjmači prepínajú rôzne druhy demodulátorov. Príjmač obsahuje samozrejme ešte ďaľšie tzv. pomocné obvody, ktoré sú pre správnu funkciu príjmača potrebné.

® (J.K.)

                                                                                                                                                                                                     

                                       

CB RÁDIOSTANICA DNT ZIRKON I.

 

 

        Koncepčne je hlavne príjmač tejto rádiostanice špička na CB. Avšak aj pri tejto stanici sa výrobca dopustil určitých chýb. Tieto chyby sa však dajú odstrániť a tak získame naozaj kvalitnú rádiostanicu s citlivým príjmačom.

        Na vstupe vf zosilňovača osadeného dvojhradlovým tranzistorom MOSFET je pásmová priepusť zložená z dvoch rezonančných obvodov. Prvý rezonančný obvod pásmovej priepuste pred vf zosilňovačom je tvorený cievkou L1 a kapacitou dvoch antiparalelne zapojených ochranných diód, ktoré majú kapacitu približne 27 pF. Táto pásmová priepusť zaisťuje dobrú vstupnú selektivitu aj pri použití dlhej antény. Pásmovú priepusť na vstupe a tak isto na výstupe vf zosilňovača však doporučujem upraviť a vyladiť tak, ako popisujem v článku “Pásmové priepuste”. Tým získa príjmač vysokú citlivosť. Postupujeme tak, že najskôr upravíme a vyladíme pásmovú priepusť pred vf zosilňovačom a po vyladení upravíme a vyladíme druhú pásmovú priepusť tzn. za vf zosilňovačom. Po vyladení sa tiež znížilo prenikanie rušenia od mikroprocesora. Toto však doporučujem robiť len tým, ktorí už majú určité skúsenosti a potrebné prístroje a nástroje.

         Príjmač tiež obsahuje vf umlčovač porúch, čo prispieva ku kvalitnému príjmu. Vysokú odolnosť voči zahradeniu silným signálom zaisťuje dobre vyriešený prvý zmešovač, ktorý je taktiež osadený dvojhradlovými tranzistormi MOSFET. Dobrú medzikanálovú selektivitu zaisťujú dva kryštalové filtre prvého mf kmitočtu ako aj kvalitný filter druhého mf kmitočtu.

        Druhou nepríjemnou závadou je produkovanie rušenia na viacerých kanáloch vlastným mikroprocesorom. Proti tomuto rušeniu nepomohla ani výmena a dvojnásobné zvýšenie kapacity blokovacieho kondenzátora v napájaní mikroprocesora. Po dlhom laborovaní pomohlo jednoduché opatrenie. Potrebujeme k tomu len 180 cm obyčajnej elektro dvojlinky. Takáto dĺžka je len preto, že zrovna takto dlhú som mal v šuflíku a tak som ju použil. Jednu žilu necháme prázdnu (nezapojenú) a druhú prispájkujeme k opleteniu koaxiálu priamo na anténnom konektore pri rádiostanici. Druhý koniec dvojlinky necháme volne visieť od rádiostanice smerom dozadu k podlahe. Neviem však, či toto pomôže v každom prípade. Takže po vyladení pásmových priepustí a potom po prevedení tohoto opatrenia už rušenie nepreniká na vstup príjmača.  

        Treťou závadou je málo kvalitná, skreslená modulácia. V prvom rade doporučujem vymeniť pôvodný väzbový kondenzátor C 118, medzi mikrofónom a zosilňovačom za kapacitu 22 nF. Tento kondenzátor sa nachádza v mikrofónovom puzdre. Druhým krokom je úplné odstránenie dvoch kondenzátorov v modulačnom reťazci a to C 109, 33 nF  a  C 111, 33 nF.  Potom je potrebné mierne znížiť kmitočtový zdvih.

        Na tejto stanici nedoporučujem zvyšovať výkon vysielača nad 4 W/50Ω, FM. Vyšší výkon sa síce dá nastaviť, ale potom po niekoľkých sekundách postupne tento výkon poklesne až na 3 W i menej.

        Koncepčne pomerne dobre vyriešený je aj príjmač v rádiostanici DNT Raylle. Aj tu je však možné určitými úpravami dosiahnuť podstatné zlepšenie parametrov príjmača a modulácie.

 

®(J.K.)

 

 

JEDNODUCHÝ REGULÁTOR TEPLOTY PRE SPÁJKOVAČKY

 

        Pri konštrukcii bola prvoradou požiadavkou nízká zaobstarávacia cena, jednoduchosť a možnosť spájkovať aj citlivé FET súčiastky. S týmto zapojením teplota hrotu po nastavení potenciometrom zostává rovnaká a nie je potom potrebné túto teplotu počas spájkovania upravovať. Je to preto, lebo do spájkovačky je po nastavení P1 privádzané stále rovnaké množstvo energie. Napájacie napätie je stabilizované. Tu má svoju úlohu aj tepelná zotrvačnosť hrotu spájkovačky. K tomuto regulátoru používam spájkovačky 7,5W a 30W na 12V, ale môžu sa samozrejme používať aj spájkovačky iného výkonu. Maximálný výkon spájkovačky je obmedzený len typom výkonového tranzistora a možnosťami stabilizovaného zdroja s ohľadom na odoberaný prúd spájkovačky.

        V uvedenom zapojení pracuje obvod NE 555 tak, že kmitočet je konštantný, avšak mení sa pomer impulz – medzera, v závislosti na nastavení bežca P 1. Ak sa impulz predlžuje, medzera sa skracuje a naopak. Časovací kondenzátor C 1 sa nabíja cez R 1, D 1 a pravú časť od bežca P 1. Vybíja sa cez R 2, D 2 a ľavú časť od bežca P 1. Napätie zdroja môže byť od 12 do 14 V stabilizovaných. Výkonový transistor T 2 musí byť dostatočne chladený. Ku svorke označenej ako zem, pripájame kostru zariadenia, na ktorom spájkovanie prevádzame. Je potrebné na pripojenie spájkovačky použiť trojlinku, kde bude tretí vodič pripojený zvlášť na spájkovací hrot spájkovačky a druhý koniec na minus pól (kostru) v regulatore. Hrot spájkovačky býva vodivo vyvedený zvlášť na svorku v rukoväti. Tak sa dosiahne na hrote napätie 0V, pre spájkovanie citlivých súčiastok. 

 

Použité súčiastky:

 

Rezistory: R1 – 12k,  R2 – 6k8,  R3 – 220Ω , R4 – 1k                                                         

                 

Potenciometer: P1 – 22k/N

 

Kondenzátory: C1 - 22µF elektrolyt , C2 – 22n keramický , C3 - 100µF elektrolyt , C4 – 100n keramický

                                                                                                                                         

Polovodičové súčiastky: IO – NE555 , T1 – BC 547, … , T2 – BD 911, … , D1 a D2 – 1N4148 ,  D3 - LED

                                

                

 

®(J.K)

 

 

 

         

                                                                                      73                                   

 

-.-./..../././.-./../---

Naposledy upravované:

 17.9.2017     

počítadlo.abz.cz