| V tomto pokračování seriálu si povíme něco o tom, jak "dostat" naši anténu do stavu, kdy bude vyhovovat podmínkám rezonance na námi požadovaném kmitočtu. Je z předchozích částí seriálu zřejmé, že anténa rezonuje na základním kmitočtu. Při tomto stavu její elektrické vlastnosti se přibližují vlastnostem teoretického výpočtu. Je zřejmé, že v žádném případě nelze dosáhnout stavu, kdy reálná anténa odpovídá výpočtovým hodnotám - to je holý fakt, který musíme mít na zřeteli a podle něj se na naši anténu musíme dívat. Povíme si nejdříve něco o účinnosti antény. Moc se o tomto tématu nemluví, zvláště ne na CB pásmu. Z předcházejících částí seriálu můžeme odvodit, že je v zájmu provozu na pásmu, aby naše anténa vyzářila pokud možno maximálně všechnu energii, kterou se nám podaří k anténě přivést. Vlastní účinnost reálné antény je daná obecně platným vztahem pro výpočet účinnosti |
| Uvedený vzorec budeme nazývat účinností antény.. Výraz Ns označuje vyzářenou energii, která ve tvaru |
| obsahuje velikost proudu I0 v kmitně , podobně jako i vyzařovací odpor Rs. Napájecí energie Nnmusí v každém případě pokrýt vyzářenou energii Ns a ztrátovou Nz, pohlcenou ve formě tepelných a dielektrických ztrát ztrátovým činným odporem Rz. |
| Zjednodušený tvar vztahu nám vyjadřuje anténovou účinnost |
| Z uvedeného je zřejmé, že účinnost antény se zvyšuje s rostoucím vyzařovacím odporem Rs a s klesajícím ztrátovým odporem Rz. Číselné vyhodnocení anténové účinnosti, lze za předpokladu přesné znalosti vyzářené a strátové energie provést jen přibližně. Je to dáno mimo jiné tím, že pod pojmem ztrátového odporu Rz jsou vyjádřeny všechny ztráty teplem v ohmické podstatě anténového vodiče a v dielektriku izolátorů antény a ostatních prvků, které jsou v dané anténě použity. Dielektrické ztráty lze omezit použitím pečlivě vybraných izolačních materiálů. Pro představu, jak to s účinností antény je - to zcela postačuje a nemá pro potřeby CB provozu, se podrobněji zabývat dalšími záležitostmi jako je třeba tzv. skin efekt atp. |
| Vrátíme se k izerovanému tématu a tím je prodloužení a zkrácení antény. Pro řešení tohoto problému si budeme muset definovat tvz. model antény. Pod pojmem model antény budeme uvažovat elektrickou otevřenou kmitající soustavu, která je schopna vytvářet elektromagnetické pole pro další vyzařování energie z antény. Vlastní vyzařování má svůj původ ve změnách kompletního elektromagnetického pole. Pokud se byť jen jedna složka elektromagnetického pole v okolí anténového vodiče nevytvoří - v takovém případě soustava ztrácí vlastnost vyzařování - chybí ohnisko rozruchů. Při tom úkolem anténového vodiče je jen vést proud, který je přímým původcem vytváření magnetické složky okolo stojaté "dýchající" kmitně proudu v případě stojatých vln nebo okolo postupující vlny proudu v případě provozu s postupnou vlnou. Pro vhodnější pochopení se na problematiku podíváme poněkud obšírněji. K tomu si budeme muset vytvořit tzv. model antény. |
| Nejdříve si probereme případ antén pracujících se stajatými vlnami. V takovém případě vzniká magnetická složka pole u anténového vodiče, kde je kmitna proudu a změny této složky se uskutečňují jen v radiálním směru ve vztahu k vodiči antény. U antén s postupnou vlnou celá délka anténového vodiče se stejnou měrou podílí na vytváření magnetické složky pole, která sleduje proudové změny podél vodiče, přičemž změny této složky se odehrávají v radiálním směru. Modelem zářiče antény se stojatou vlnou je pro naše povídání vertikální anténa, po které proudovo-napěťové rozložení se stává přirozeným důsledkem budících rozruchů a odrazů od zakončení anténového modelu. Uvedený model antény ve zjednodušeném tvaru představuje v podstatě čtvrtvlnové rozevřené vedení, které je na koncích v důsledku rozevření zatížené odporem Zz = nekonečno. Vlastní napájecí vedení připojené na model antény je součástí v rozložení napětí a proudu. Z tohoto důvodu mechanizmus jejich rozložení po napáječi musí v konečném důsledku dávat vždy stejné kmitny v napájecím bodě, které v návaznosti na fázi musí být pootočeny o 180st. Tím jsme se dopracovali až k dílčímu závěru, že tohle jsou požadavky ve vztahu k napájecímu bodu, které je vhodné dodržet přímo nebo pomocí využití symetrických napáječů k symetrické anténě - případně nepřímo využitím vhodných elementů vyvolávajícich symetrii - tzv. symetrizační prvky. Uvedený požadavek symetrie napájecího potenciálu je vhodné zajistit u obou typů provozu napáječe a to jak vlnou postupnou, tak i stojatou. Při napájení stojatou vlnou se uvedená podmínka může snadněji zvládnout, protože při vazebním článku můžeme nastavit požadovanou fázi tak, aby na výstupu napáječe v napájecích bodech - svorkách antény, se jevil napájecí potenciál stejné hodnoty, ale v opačné polaritě. V případě buzení proudem se popisovaná symetrie dosáhne velmi jednoduše, ale podstatně obtížněji lze takového stavu dosáhnout při buzení napětím. Proč obtížněji? Jednoduše řečeno - obvykle není vhodná metoda indikace. Jak to je s napájením postupnou vlnou. V takovém případě je zajištěna symetričnost napájecího potenciálu jen tehdy, když se použije symetrický vazební element a napáječ na buzení symetrické antény. pokud jediný z těchto členů je nesymetrický, v takovém případě je nutné se postarat o symetričnost napájecího potenciálu na vstupních svorkách antény zavedením symetrizujícího elementu. Pomocí napáječe se energie z generátoru (vysílače) dopraví stajatou nebo postupnou vlnou do antény, po které se šíří jako důsledek odrazem čistě stojatou vlnou, pokud se její délka upraví na rezonanční ve vztahu k pracovnímu kmitočtu. V případě, že anténová délka není rezonanční ve vztahu k pracovnímu kmitočtu, doplníme ji vhodnou reaktancí na nejbližší rezonanční délku. Obvykle ji zkrátíme nebo prodloužíme, abychom mohli opět mluvit o anténovém modelu. K pojmu anténového modelu náleží prodloužení a nebo zkrácení antény pomocí ladícího elementu - členu. (nezaměňovat za tzv. "matchery" ap.!!!) Anténa, která je vyladěná do rezonance ladícími elementy - členy se obvykle nazývá zatížená anténa. |
|
PRODLOUŽENÍ ANTÉNY Podstatou je elektrické prodloužení vertikálního anténového vodiče délky |
| tak, aby po zařazení vhodné reaktance nastala opět čtvrt vlnová rezonance anténového vodiče. Vystala nám zde nová otázka: Jaké znaménko má mít přidaná reaktance, aby byla opět zajištěna rezonance anténového vodiče v uvažované čtvrt vlně. Anténový vodič délky |
| bude mít reaktivní vstupní odpor ov záporné jalové hodnotě - kapacita |
| Uvedený odpor můžeme kompenzovat - potlačit na nulu výhradně kladnou jalovou reaktivní hodnotou XL - cívkou s reaktancí |
| pochopitelně z podmínky |
| nám vyjde velikost potřebné hodnoty indukčnosti prodlužovací cívky, kterou zařadíme k vyšetřovanému anténovému vodiči |
| po dosazení a úpravě |
| vyšla nám indukčnost cívky, kterou se vertikální anténový zářič délky x prodlouží o požadovanou délku |
| No a je to... Po teoretické stránce jsme si zde objasnili problematiku výpočtu potřebné indukčnosti prodlužovací cívky k zajištění čtvrt vlnové rezonanci vertikálního anténového vodiče, za daných předpokladů, kdy délka vertikálního anténového vodiče byla menší než je čtvrt vlna. Možná, že uvedený postup není právě nejsrozumitelnější a předpokládám, že k ujasnění si problematiky poslouží nějaký příklad praktického výpočtu s použitím výše uváděných vztahů. Tak si vyrobíme příklad vhodný pro CB uživatele: Objevili jsme na burze velmi pevné a lehké ocelové trubky, pravděpodobně z vojenského výprodeje - zajímavé jsou tím, že se dají do sebe jednoduše zašroubovat pomocí závitu s velkým stoupáním a v jedné sadě jsou takové trubky celkem čtyři. Pro výrobu 1/4 vlnové vertikální antény bude postačovat koncový a patní díl. Je již od pohledu zřejmé, že celková délka nebude požadovaných 1/4 vlny, ale o něco méně. Jak tento problém můžeme řešit? Využijeme výše popsaného výpočtu a dosadíme známé hodnoty do vzorců: |
| Hodnotu potřebné indukčnosti prodlužovací cívky můžeme vypočítat podle již známého vzorce |
| Tak a již víme vše potřebné, pro zamýšlené prodloužení vertikálního anténového vodiče. Z požadované indukčnosti prodlužovací cívky snadno vypočítáme při daném průměru cívky počet potřebných závitů. V převážné míře se pravděpodobně bude jednat při tak malých indukčnostech jen o cívky tzv. vzduchové, vinuté přiměřeně silným vodičem s ohledem na proudové zatížení - pro potřeby CB uživatelů, jsou výkony do 4W dostatečně nízké, než abychom museli počítat proudové zatížení vodiče cívky, což je potřebné pokud budeme používat k napájení antény vysokých výkonů. Na uvedeném příkladě je zřejmé, jakou cestou budeme postupovat, pokud vyvstane potřeba prodloužit vertikální anténový vodič u antény, která bude mít po prodloužení rezonanční 1/4 vlnovou délku. V následující části seriálu ukončíme problematiku prodloužení a zkrácení vertikálního anténového vodiče a to částí 18b. Bouhužel je to problematika dost obsáhlá, než aby se vešla v rozumné velikosti do jednoho článku. |
Autor: Láďa Fórum
Fousáč Plzeň CL-51