CB klub Česká Lípa CL - Charlie Lima CB klub Česká lípa, z.s.
Aktuality

Vyzýváme členy CB klubu Česká Lípa, kteří se na klubovém webu ještě nepřihlásili, aby tak učinili v zájmu řádné informovanosti o dění v klubu. Viz článek o registraci.

ANTÉNY, ANTÉNY... 15

Kategorie: Láďa Fórum - technické okénko, Archiv, Všechny články

2.12.2002 06:17:55 - Láďa Fórum - Antény a trocha teorie k nim - Napájení a přizpůsobení antén, širokopásmovost antény

Napájení antén a impedanční přizpůsobení 

Jak bylo uvedeno v předcházejících částech seriálu o anténách, slouží anténa k přenosu elektromagnetické energie mezi volným prostorem okolo antény na straně jedné a přijímačem (vysílačem) na straně druhé. Pokud požadujeme, aby anténa pracovala s nejvyšší možnou účinností, musí být splněna jedna z podmínek a to je dobré impedanční přizpůsobení antény k vysílači nebo přijímači. Jakýkoliv zdroj elektrické energie dodává maximální výkon jen tehdy, když pracuje do zátěže, jejíž impedance je přizpůsobena impedanci zdroje. To znamená, že impedance zátěže je shodná s impedancí napáječe a tato impedance napáječe je shodná s impedancí zdroje. Jinak řečeno, impedance antény musí být shodná s impedancí napáječe, impedance napáječe musí být shodná s impedancí vstupních konektorů zařízení. Zjištěné nedostatky ve vzájemném přizpůsobení celého řetězce, musí být odstraněny, pokud požadujeme přenos s minimálními ztrátami vlivem nepřizpůsobení. Z obecné teorie antén je zřejmé, že impedance antény je obvykle jiná, než je impedance napáječů vyráběných v normalizovaných řadách. V takovém případě je potřebné vzájemně přizpůsobit impedanci antény a napáječe vhodným způsobem. Můžeme použít 1/4 vlnových transformačních úseků nebo přizpůsobovacích obvodů tzv. PÍ, T, L článků, přizpůsobovacích cívek s odbočkou, 1/4 vlnových bočníků atp. Při volbě typu přizpůsobovacího obvodu je významné, zda přizpůsobujeme vysokou impedanci antény nízké impedanci napáječe, nebo opačně. Nesprávná volba přizpůsobení může zdánlivě přinést určité uspokojení nad naměřenými hodnotami SWR, ale účinnost přenosu tomu nemusí vždy odpovídat a to není nijak neobvyklé v praxi.

Širokopásmovost antény

Z předcházejících úvah můžeme usoudit, že pokud máme dipól nastaven na střed pracovního pásma, nebude pro okrajové kmitočty pracovního pásma vyhovovat. Měřením lze zjistit, že to není tak docela pravda. Pokud se vrátíme k předcházející části seriálu, zjistíme, že tam je mimo jiné uvedeno, že dipól (anténa) se obecně chová jako otevřený kmitavý okruh. Tzn., že čím větší je činitel jakosti Q, tím obvod (anténa, dipól) rezonuje v užším pracovním pásmu kmitočtů a pochopitelně to platí i opačně. Jak bylo řečeno, činitel Q závisí na poměru L/C, tzn., že rozhodující je průměr vodiče (trubky) ze které je dipól vyroben. Čím větší je průměr vodiče - trubky, tím menší je činitel Q dipólu a pochopitelně širší pásmo obsáhne. V předcházející části je možné na obrázku, kde je znázorněn průběh impedance dipólu vysledovat to, že obě křivky jsou s klesajícím poměrem L/C méně strmé a opačně se vzrůstajícím poměrem L/C jsou strmější. V zásadě závisí širokopásmovost na strmosti průběhu reaktanční složky impedance. Uvedenou problematiku lze popsat i poněkud jinak se stejnými důsledky. Jednoduchý dipól jako aktivní buzený element se z pohledu napájecího bodu ve svém středu může považovat za sériový rezonanční okruh - obvod. Šířka pásma sériového rezonančního obvodu se definuje jako frekvenční pásmo omezené hraničními frekvencemi nad a pod rezonančním kmitočtem dipólu, při kterých se reálná složka vstupní impedance vyrovná imaginární - jalové. Uvedené vyrovnání složek vstupní impedance dipólu znamená fázový úhel φ vstupní impedance, který lze určit z rovnice

 

dil15vz1.gif: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

 

V důsledku vyrovnání složek vzroste vstupní imedance na

 

dil15vz2.gif: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

 

tj. 2-násobek hodnoty při rezonanci, když jalová složka Xa=0. Vzrůstem vstupní impedance na 2-násobek původní rezonanční hodnoty poklesne pochopitelně napájecí proud na I/√2 a a taktéž napájecí napětí na U/√2 původní hodnoty proudu I a napětí U při rezonanci. Uvedený pokles na 1/√2 hodnotu napětí i proudu při rezonanci budeme nazývat 3-dB pokles, při kterém výkon na vstupních svorkách antény bude

 

dil15vz3.gif: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

 

při tom výkon poklesne na poloviční hodnotu v porovnání s původní hodnotou. Z tohoto důvodu se 3-dB pokles nazývá půlvýkonový pokles. Úhel φš, který svírají navzájem tyto dva směry se nazývá úhel šířky propustnosti na 3-dB pokles a body v diagramu P - P body 3-dB poklesu, jak je zřejmé z příkladu horizontálně polarizovaného dipólu na obrázku.

 

dil15obr1_U.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

 

Uvedený 3-dB pokles vzniká na okrajích použitelné šířky pásma a projevem je příslušné zeslabení vyzařovacího pole vysílací (přijímací) antény. Pokud se změní kmitočet z hodnoty rezonančního kmitočtu na hraniční kmitočet šířky pásma, potom se v hlavním směru záření dosáhne 3-dB pokles a frekvenční šířka pásma potřebná k tomuto poklesu se nazývá selektivnost antény (anténového systému). Úhel mezi směry 3-dB poklesu se nazývá úhel otvevření (na obrázku je vyznačen zelenými čarami) a je podstatným parametrem (údajem) pro každou anténu - systém anténový. Pokud se požaduje velmi široký úhel rozevření, , místo jednoduchého drátového dipólu se používají dipóly skládané z více drátů do tzv. klece, a to zejména u směrových systémů, kde reálná složka vstupní impedance se k vůli vzájemné vazbě ostatních elementů značně sníží. V praxi se lze setkat s používáním dipólů skládaných, aby se zvýšila činná složka impedance a tím se dosáhla celkově vyšší účinnost systému, přičemž širokopásmovost jako poměr nosného kmitočtu f0 k šířce pásma B je dán činitelem jakosti Qpůlvlnového zářiče

 

dil15vz4.gif: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

 

kde pro poměr l/d větší než 50 je možno vyjádřit přibližným vzorcem

 

dil15vz5.gif: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

 

kde Zo je vlnový odpor Ra reálná - činná složka vstupní impedance. Výše popsané záležitosti okolo šířky pásma antény, lze za určitých předpokladů vhodně využít k dosažení velmi specifických vlastností antény potřebných pro práci ve složitých podmínkách šíření i silného provozu na pásmu. Běžně se u dipólů (antén) určených k obecnému použití požaduje taková šířka pásma, aby bez problémů bylo překryto celé používané pracovní pásmo. Opačně, vhodnou volbou vlastností dipólu (antény), lze z celé šířky pásma si vybrat segment preferované šířky pracovního pásma. 

 

Autor: Láďa Fórum

Odkaz na originál článku