ANTÉNY, ANTÉNY...

 ČÁST: 8

Věřím tomu, že doposud probíraná témata v seriálu o anténách nejsou právě nejzajímavější, ale bez bližší znalosti a chápání procesů, které se odehrávají na napáječi, nelze úspěšně zvládnout problematiku seřizování antén. Pokusím se co nejvíce zjednodušit celé povídání tak, aby to podstatné řečeno bylo. Pokud někdo projeví zájem o podrobnější popis, není problém a můžeme vložit i doplňkové části, kde podrobně můžeme daný problém popsat včetně vzorců, rovnic aj.

ČINITEL STOJATÉ VLNY

Poměr maxima a minima proudu stojatých vln podél vedení budeme, jak je zvykem nazývat činitelem stojaté vlny a označujeme jej písmenkem z řecké abecedy sigma σ. Je analogické, že tentýž poměr platí pro poměr maxima a minima napětí. Pokud se rovná poměr mezi maximem a minimem jedné, tzn., že není možné nikde podél vedení změřit nějaký rozdíl, potom je vedení naprosto přizpůsobené a přenos se děje jen za účasti ztrát daných vlastnostmi a konstrukcí napáječe – tedy téměř beze ztrát.

Pokud je vedení zakončeno činným odporem odlišné velikosti, než je charakteristická impedance vedení, potom činitel stojaté vlny lze vyjádřit vztahem:

kde Zr je činný zatěžovací odpor (viz obrázek v předcházejícího dílu)

       Zo je charakteristická impedance vedení

Můžeme si zde uvést pro lepší pochopení problému příklad:

Dipól, představující činnou zátěž 70Ω, připojíme k napáječi s impedancí 50Ω, bude podle výše uvedeného vzorce činitel stojaté vlny nabývat hodnoty 1.4!

Měření stojatých vln na napáječi je poměrně jednoduchá záležitost (při dodržování určitých podmínek), než měření jiných veličin (např. měření impedance antény), používáme ho k posuzování stupně přizpůsobení napáječe.

Vzrůstem stojatých vln se zvyšují ztráty ve vedení. Pro názornost uvedu jednoduchý příklad:

Určitý koaxiální kabel má při pracovním kmitočtu 27 MHz útlum 8 dB / 100 m délky. Pokud se nám podaří připojit tento koaxiální kabel tak nevhodně k vstupním obvodům přijímače, že σ = 15, potom můžeme očekávat přídavné ztráty útlumem ve vedení dlouhém 100 m okolo 14.3 dB. Předpokládáme-li dokonalé přizpůsobení antény k napáječi, přivedeme na vstupní obvody přijímače jen 0.2 napětí dodaného anténou! Pokud ovšem i anténa je nevhodně přizpůsobena k napáječi, potom se ztráty takto vzniklé, pochopitelně přičítají ke ztrátám předešlým.

Podstata měření stojatých vln na napáječi:

VSTUPNÍ IMPEDANCE NAPÁJEČE

Pod pojmem vstupní impedance napáječe rozumíme impedanci, do které pracuje vysokofrekvenční zdroj, který napáječ napájí. Jako vysokofrekvenční zdroj můžeme uvažovat vlastní generátor – vysílač nebo v opačném případě anténu v režimu poslechu – příjmu.

Pokud je napáječ dokonale přizpůsoben, nebo je-li nekonečně dlouhý, rovná se vstupní impedance charakteristické impedanci napáječe. Pokud jsou na napáječi stojaté vlny, mění se vstupní impedance v širokých mezích. To je potřebné si dobře zapamatovat, zvláště pokud zjišťujeme PSV na napáječi, na kterém jsou stojaté vlny.

Existují dva možné případy. Pokud je délka napáječe taková, že na jeho začátku převládá napětí nad proudem stojaté vlny, je podle Ohmova zákona vstupní odpor velký. Opačně, pokud je délka napáječe taková, že na jeho začátku převládá proud nad napětím stojaté vlny, je vstupní odpor napáječe malý.

Je zcela zřejmé, že čím je činitel stojaté vlny větší, tím větší jsou změny vstupní impedance při změně délky napáječe. Je vhodné připomenout, že přítomnost stojatých vln na napáječi způsobuje i při zakončení ryze činným odporem, že vstupní impedance obsahuje obě složky, činnou i jalovou. Jen tehdy, když na začátku vedení je přesně kmitna nebo uzel proudu, je vstupní impedance činným odporem i při stojatých vlnách. To je také jediný případ, kdy vstupní a odražený proud i napětí jsou přesně ve fázi. Na všech ostatních místech je vstupní impedance komplexní! Její průběh pro napáječ zakončený zkratem je znázorněn na obrázku.

                      Průběh vstupní impedance napáječe nakrátko (zakončený zkratem)

Z obrázku je zřejmé, že průběh vstupní impedance se periodicky opakuje po 1/2 lambda, a proto se budeme jen touto délkou zabývat. Je vidět, že při délce 1/2 lambda se vstupní impedance rovná zakončovacímu odporu, v našem případě tedy nule.

To platí taktéž pro vedení zakončené nekonečným odporem (tj. vedení naprázdno), kdy je ovšem při ½ lambda vstupní impedance nekonečná.

Obrázek zachycuje průběh vstupní impedance napáječe naprázdno a znázorňuje charakter impedance v jednotlivých úsekách vedení

Z toho plyne, že půlvlnové vedení působí, jako transformátor s převodem 1:1 a velice často jej k tomuto účelu využíváme.

Ve vzdálenosti ¼ lambda je situace podstatně jinačí. Pokud je vedení v takovém místě nakrátko, je vstupní impedance nekonečná. Pokud je vedení naprázdno, je vstupní impedance nulová, tedy chová se jako zkrat. To je vhodné si dlouho pamatovat a budeme to potřebovat v dalším výkladu i samotné práci při nastavování vedení. Jak to vypadá, pokud je vedení nakrátko kratší, než ¼ lambda. Tak jeho vstupní impedance má charakter indukční. Pokud takové vedení je tzv. naprázdno, jeho vstupní impedance se chová opět jako kapacitní.

Zde na obrázku je možno vidět, jak to je s impedancí vedení. Impedanci vedení kratšího než ¼ vlnové délky (délka ¼ vlny je v úhlové míře 90o) dostaneme, násobíme-liá charakteristickou impedanci vedení poměrem X/Zo; při vedení delším, než ¼ vlny se charakter impedance mění, jak uvedeno na obrázku.

Impedance pro vedení delší než ¼ lambda je možné odvodit ze stejného diagramu, pokud si představíme uvažované vedení, jako dělené na celé násobky ¼ lambda a na zbytek, kde jeho impedanci zjistíme z předcházejícího obrázku. Charakter impedance celého vedení můžeme zjistit obdobně za pomoci vhodného měřidla např. Anténovým analyzátorem, šumovým můstkem atp., nebo z různých tabulek.

Příště: - Vedení jako impedanční transformátor

           - Činitel rychlosti šíření a geometrická délka

Jen malý výčet ve zkratce:

Doluchanov:Šíření rádiových vln

Burrows, Attwood: Radio Wave Propagation

Smirenin: Radiotechnická příručka

Caha - Procházka: Antény

Schelkunoff: Electromagnetic Waves

Advanced Antenna Theory

Laport: Design Data for Horizontal antennas

Reznikov: Samalotnyje anteny

VVŠL: Teorie anténové techniky 

Daneš: Amatérská radiotechnika a elektronika

Maximov: Kurs elektrotechniky

Fok: Teorie šíření rádiových vln

Český: Televizní přijímací antény

Kovalenkov: Teorie přenosu sdělovacími vedeními

Grekov: Resonance

Chajkin: Netlumené kmity

Kolmačka: Antény pro letadla

Villards, Weiskopf: The Scattering of Electromagnetic Waves by Turbulent Atmospheric Fluctuations

Jakes: Gain of Electromagnetic Horns

Krupka: The Effect of Houman Body on Radiation Properties of Small-sized Communication Systems

Vendik: Antenny s nemechaničeskim dviženijem luča

Guccione K3BY: Multiple quarter-wave matching transformers

Sborníky seminářů KV a VKV techniky Sm kraje v Třinci

Rádiožurnál SZR

CB funk

4x Quad GW4CQT

JE3HHT: Ham SW

OK1ADP: Cubical Quad v amatérské praxi

OK2HY: Cubical Quad v radioamatérské praxi (jak na to)

OK1VR: Antény a anténní soustavy

N6NB: Quads vs Yagis

W6SAI: All about Cubical Quad Antennas

OM3MY: Kubické antény

K7CW: Delta-Loop Quad

OM5MX: 2-prvková anténa HB9CW na 50MHz

OK2BCJ: Jednopásmová GP anténa

OK2ER: Anténa HB9CV

Rudolf Baumgartner: Die HB9CV richtstrahlantenne

já: GP + CQ pro 11m pásmo

OK2QX: Měřič přizpůsobení

Amatérské rádio 1962-1975

http://www.ac6v.com

http://hamradio.onlie.ru

http://latorilla.com

http://qrz.com

http://qsl.net

http://VKVzavody.moravany.com

http://www.dxer.org

http://dxzone.com

http://www.anteny-zach.cz

A mnoho jiné literatury, www stránek a časopisů - stačí ti to pro informaci - Juniore Studénka?

Něco jsem opsal, naskládal na hromadu, vypustil ze souvilostí, něco jsem si i vymyslel, něco okoukal, jiné zavrhl - prostě jsem to různě sesmolil, omaloval, domaloval, namaloval a prodebatil s kamarády, utratil velkou spoustu času a vylezl z toho takový jakýsi "pasqil"... dokonce i na CD.

Pokud máš zájem, vytvoř - třeba dílo... 

73!

Tohle je jenom malý a ochuzený seznam. Zdrojových informací v tištěné podobě mám opravdu velkou hromadu, k tomu mnoho hodin audio záznamů z přednášek na téma antény, napáječe, podmínky šíření, provoz na HF a opravdu hodně poznámek od lidí, kteří této problematice velice dobře rozumí a ovládají ji s vysokou bravurností. Jen mi přijde trochu líto, že dobří anténáři již pomalu jeden po druhém odcházejí a jejich práce, v dnešní době už ani moc lidí nezajímá... Je to nesmírná škoda a tak se snažím zachytit a uchovat vše, co o anténách bylo kdy napsáno a dostalo se to až k mým rukám...

V dnešní době, kdy PC ovládají ledacos a tzv. umí vypočítat taky ledacos - stále tyto pozoruhodná zařízení, neumějí jaksi myslet podobně, jako dobrý konstruktér antény. 

Ne, tímto tématem se zaobírat nebudu a raději s uznáním zavzpomínám na lidi, kteří antenařinu opravdu umí a hodně pro ni udělali...

73!

Děkuji za podnětný námět, velice jsem se dlouho rozmýšlel při přípravě seriálu o anténách, jakou formu zvolím. Při volbě jsem vycházel z předpokládaného vzorku potenciálních čtenářů, který pravděpodobně bude  tento seriál sledovat.  Z jiného pohledu je potřeba si uvědomit, že části pojednávající o teorii jsou vždy nějakým způsobem odtrženy od konstrukční praxe. Úmyslně ze seriálu vypouštím pasáže zahrnující hromady velice složitých vzorců, teorií  a jiných pro praxi "nepotřebných" složitostí. To, co v textu zůstane je zoufale málo, jde mi o to, aby po přečtení čtenář si ujasnil některé vzájemné vazby, souvislosti, návaznosti a nakonec i princip funkce jednotlivých elementů, které zahrnujeme do oblasti anténová technika. Dávám ti za pravdu, zatím probíraná témata jsou velice nezáživná, neb se povětšinou zaobírají teorií - podstatně zjednodušenou až na hranici významové srozumitelnosti. Tou se bohužel musíme "prokousat".

Je těžké vysvětlovat vliv vlnové délky ve vztahu k impedanci, pokud ani není zřejmé, co vlastně napájecí vedení je, a jak se chová. Ufiknout kus kabelu nožem samozřejmě můžeme, ale je složitá otázka, proč právě takový kus.... K objasnění této problematiky snad pomůže obsah miniseriálu - to je vlastně i důvod k jeho napsání...

No, a aby i ostatní čtenáři byli informováni o obsahu následných částí, uvedu, že problematika napájecích vedení se blíží ke konci a budou následovat poněkud zajímavější části a to o anténách. Pochopitelně nejdříve trocha teorie a postupně přejdeme ke konkrétním anténám včetně jejich seřizování. V průběhu seriálu vložím mezi jednotlivé části i návody na stavbu jednoduchých pomůcek a měřících přípravků, které poslouží k usnadnění seřizování anténových systémů. Jeden takový "přístroj" už byl vystaven na těchto stránkách, ale zatím žádná odezva, či informace, že by si jej někdo postavil, nebo zveřejnil nějaké zkušenosti z praktického použití. Jsem z toho mírně řečeno, v rozpacích a přiznám se, že jsem i vážně uvažoval, z důvodu obecného nezájmu čtenářů, ukončit tento seriál... Za to, že seriál pro vás pokračuje, bych chtěl tady poděkovat Bohouši ČL, který mne přesvědčil, abych to nevzdával...

Abych se vrátil k tvému podnětu, pokud to bude možné pokusím se některé pasáže nahradit tzv. CB kuchařkou, nebo v horším případě doplním výklad vloženými pasážemi, které budou tzv. překladem z odborné terminologie do CB hantýrky - souhlasíš? Uvítám samozřejmě i negativní reakce čtenářů, jejich dotazy a připomínky mi pomohou při sestavování dalších dílů seriálu a předem za ně děkuji.

73!