| ...je povzbudivé, že v posledním období je možné vidět při práci na CB pásmu více uživatelů, kteří používají dvojice směrových antén. Nejběžnější jsou typy 2x HB9CV, případně 2x Yagi. Pro poslech na pásmu PMR zatím mi nejsou známé nějaké reference o používání anténových řad, což považuji za určitý nedostatek, protože PMR pásmo svou vlnovou délkou umožňuje snadno realizovat výkonné anténové řady. Používání anténové řady je pozitivní prvek, se kterým se lze setkat na CB pásmu a věřím, že širšího uplatnění časem najde i na pásmu PMR. |
| Je několik důvodů, proč si obstarat dvojici antén a sestavit je do anténové řady (soustavy). Na klasickém CB pásmu je ne právě snadné realizovat stavbu anténové řady, zejména pro značné rozměry uvažované sestavy a poměrně náročnou nosnou konstrukci. Jiná situace nastává při stavbě anténové řady pro poslech na pásmu PMR, kde vlnová délka je podstatně kratší a stavba nepřináší významnějších komplikací ve vztahu ke konstrukci. Realizaci anténové řady by měl v každém případě předcházet zjednodušený rozbor zaměřený zejména na porovnání vynaloženého úsilí ve vztahu k výslednému efektu. Zajímavou otázkou je, proč se seskupují antény do anténových řad. Je potřeba si ještě před zamýšlenou stavbou anténové řady ujasnit, co můžeme od anténové řady očekávat. Z pohledu teorie anténových řad lze zjistit, že při použití dvou antén lze za ideálních podmínek dosáhnout dvojnásobného zisku tzn. +3dB. Předpokladem pro dosažení teoretického zisku je bezeztrátové sloučení signálů z jednotlivých antén do společného napájecího bodu anténové řady. Pro sloučení signálů je nutno zajistit, aby slučované signály byly stejné, případně musejí být ve stejné fázi. V reálném prostředí to znamená, že anténová řada musí být umístěna v homogenním elektromagnetickém poli. Takovou podmínku jen obtížně můžeme zajistit zejména při hraničním příjmu velmi slabých signálů. Je zřejmé, že teoretické uspořádání antén bude v každém případě potřebné upravit podle konkrétních podmínek při umístění anténové řady v terénu. Zlepšení směrovosti u anténových řad je zajištěno stejným principem jako u soufázově buzených soustav. Pokud dvě antény umístíme vedle sebe ve vodorovné pozici, zúží se horizontální směrový diagram. Jsou-li antény umístěny nad sebou, zúží se vertikální směrový diagram vyzařování. Směrové diagramy ve druhé rovině se nemění. Zúžení svazku je v ideálním případě takové, že šíře svazku poklesu o -3dB je poloviční a úhel rozevření svazku pro -3dB se sníží na polovinu. Na obrázku si lze popisovaný stav prohlédnout. Červenou barvou je vyznačen směrový diagram pro samostatnou anténu, zelenou barvou - dvě antény v jedné rovině vedle sebe. |
| Následující obrázek ukazuje tvarování vyzařovacího diagramu při řazení dvou antén nad sebou. Červenou barvou je zvýrazněn tvar vyzařovacího diagramu jediné antény. Zelená barva zvýrazňuje změnu tvaru vyzařovacího diagramu při řazení dvou antén nad sebou ve vetrikálním řezu. |
| Z uvedených obrázků je zřejmé, že tvar vyzařovacího diagramu lze pozměnit při použití dvou antén (shodných) a to podle jejich vzájemné polohy: V rovině elevace, kdy dvě antény umístíme nad sebou ve vertikální rovině. V azimutální rovině, kdy dvě antény umístíme vedle sebe v horizontální rovině. Z uvedeného je zřejmé, že pomocí dvou antén lze tvarovat vyzařovací diagram pouze v jedné ze dvou rovin - v té druhé, se tvar vyzařovacího diagramu nezmění. Ke tvarování vyzařovacího diagramu v obou rovinách současně je zapotřebí vybavit anténovou řadu minimálně čtyřmi shodnými anténami. Obvykle se antény v anténové řadě symetricky umístí tak, aby svým uspořádáním tvořily pomyslný čtyřúhelník 2 x 2. Na obrázku je schematicky zakreslena sestava anténové řady 2 x 2. |
| Teoreticky lze u takto uspořádané anténové řady očekávat v ideálním případě zisk +6dB, což znamená zvýšení zisku na čtyřnásobek. Šířka svazku -3dB se zúží 2x v obou rovinách. Obrázek schematicky ukazuje změny v šíři vyzařovacího svazku pro pokles -3dB. V horizontální rovině (ne polarizaci)je při použití jediné antény vyznačen úhel rozevření svazku modrou barvou. Ve vertikální rovině (ne polarizaci) je úhel rozevření vyznačen barvou světle modrou. Při sestavě čtyř antén se zúží úhel svazku v horizontální rovině 2x, vyznačeno zelenou barvou. Ve vertikální rovině taktéž 2x, vyznačeno žlutou barvou. |
| Pokud sestavíme 4 antény v řadě a to v jedné rovině - např. vedle sebe v horizontu - zúží se svazek 4x v jedné rovině, obdobně při uspořádání 4 antén v řadě do tzv. pater nad sebou, se svazek zúží také 4x v jedné rovině. Uspořádání 4 antén do řady v jedné rovině vedle sebe (horizontálně) je výhodné zejména pro homogenní pole, kdy směrovost se významně zvětší v azimutální rovině. |
| Není nijakou zvláštností seskupovat antény do anténových řad, a to v jiných počtech a uspořádání. Příkladem může být anténová řada 8 x 2 (5 elementových Yagi antén seskupených před reflektorovou stěnou) pro pásmo PMR. Pro relativně nízké úrovně přijímaných signálů byl zvolen velmi malý úhel rozevření svazku ve vertikální rovině - 5st. Toho je dosaženo řazením antén do 8-mi pater. V horizontální rovině je úhel rozevření svazku 35st. Teoretický zisk anténové řady dosahuje téměř 24 dB. Popis, výkres detailů, fázovacího a přizpůsobovacího vedení i fotografie připravuji pro zájemce v případě přiměřeného zájmu do samostatného článku, který se bude věnovat jen této anténě. |
| Vzdálenosti mezi anténami v anténové řadě nejsou nahodilé, mají zásadní vliv na tvarování vyzařovacího svazku a v návaznosti - určují velikost zisku i předozadního poměru anténové řady. Vhodnou vzdálenost mezi anténami v anténové řadě lze za určitých předpokladů i zjistit výpočty. V praxi se k nastavení vhodných vzdáleností mezi anténami používají různé grafy, tabulky a zejména počítačové programy. S jejich pomocí lze celkem úspěšně stanovit vzdálenosti antén v řadě a to ke sledovaným parametrům jako je zisk, předozadní poměr nebo úhel nulového příjmu. Výchozí vzdáleností obvykle bývá 1/2 vlnové délky. Není zvláštností, kdy vzdálenosti mezi anténami se nastavují v návaznosti na optimální požadované parametry zkusmo a drobnými změnami v nastavení se sleduje odezva anténové řady ve vztahu k požadovanému parametru. Takto lze v konkrétních podmínkách práce anténové řady nastavit sledované parametry s uspokojivým výsledkem. K takovému nastavování je potřebné mít vhodné měřící vybavení - anténový analyzér. Pokud není k dispozici anténový analyzér - lze s úspěchem využít šumový můstek, GDO, měřič intenzity pole, generátor (vysílač s řízeným výkonem), útlumové články, PSV metr i úhloměr a nezbytnou pomůckou jsou pečlivě vedené poznámky o průběhu ladících prací. |
|
Napájecí vedení a vzájemné propojení antén v anténové řadě. |
| Pro zjednodušení problematiky si jednotlivé antény a jejich impedanci ve vztahu k propojení můžeme znázornit jako řazení odporů do sítě. Vycházejme z předpokladu, že antény se napájejí soufázově tzn., že v místě spojení napáječů musí mít signály od jednotlivých antén stejnou fázi i velikost. S ohledem na běžné napáječe s impedancí 50 ohmů budeme požadovat, aby výsledná impedance zapojených antén byla Z = 50 ohmů. V takovém případě při propojení dvou antén je potřeba zajistit, aby jednotlivé antény měly impedanci dvojnásobnou tj. 2 x Z tzn. 2 x 50 = 100 ohmů. Uvedené platí pro propojení dvou shodných antén - na obrázku vlevo. Pro propojení 4 stejných antén, podle schematu vpravo na obrázku, bude nutné pro požadovanou výslednou impedanci zapojených antén Z = 50 ohm použít antény s impedancí 4 x 50 = 200 ohmů. Uvedené zásady je potřebné mít na zřeteli již v návrhu anténové řady. V běžné praxi není vyjímkou, že impedance antén je rovna požadovaným 50 ohmům a v takovém případě musíme zajistit impedanční přizpůsobení pomocí vloženého úseku 1/4 vlnové délky - transformační vedení. Z uvedeného schématu propojování antén vyplývá to, že při použití antén s impedancí 50 ohmů v řadě bude výsledná impedance 25 ohmů (na spodním obrázku nahoře). Na požadovanou normovanou impedanci 50 ohmů napáječe musíme výslednou impedanci na svorkách anténové řady transformovat směrem nahoru. K tomu použijeme dva 1/4 vlnové transformační úseky s impedancí: |
| Na obrázku můžeme v horní části vidět propojení dvou antén napájecím vedením o impedanci 50 ohmů. Je zřejmé, že výsledná impedance se bude rovnat 25 ohmům. Při zohlednění míry nepřizpůsobení ve vztahu k napáječi o impedanci 50ohm můžeme zjistit PSV 2:1. Ve spodní části obrázku je schématicky zobrazen stav dokonalého přizpůsobení. Antény jsou propojeny dvěma shodnými úseky transformačního vedení 1/4 vlnové délky s impedancí 70.71 ohmů. V místě napájení anténové řady bude impedance 50 ohm a PSV 1:1. |
| Na obrázku výše můžeme vidět dva typy propojení čtyř antén v anténové řadě. V horní části je zapojení ve kterém je použito 6 úseků transformačního vedení 1/4 vlnové délky s impedancí Ztr = 70.71ohmů. Výsledná impedance bude v místě napájení anténové řady Z = 50ohm. Ve spodní části obrázku je schematicky znázorněno propojení antén v řadě při použití jediného transformačního úseku připojeného k napájecímu bodu anténové řady s impedancí Ztr = 25ohmů. Úplného přizpůsobení čtyř antén v anténové řadě typu 2 x 2, lze dosáhnout zapojením podle obrázku níže. Výsledná impedance se bude rovnat impedanci jednotlivé antény. |
| Běžně se vyrábějí napáječe s normovanou impedancí 50, 75 a 300 ohm. Lze říci, že napáječe s jinou impedancí než je normovaná, nejsou běžně dostupné. Nezbývá nic jiného než si propojovací úsek transformačního vedení vyrobit. Výroba koaxiálního napáječe v "domácích" podmínkách je prakticky nerealizovatelná a tak dostupným řešením je výroba dvouvodičového napáječe se vzduchovým dielektrikem. Uvedený typ napáječe nám umožní propojení symetrických napájecích svorek antény a to bez použití symetrizačních členů u jednotlivých antén v řadě. Pochopitelně, bude nutné použít jediný symetrizační člen a to v bodě napájení anténové řady (spoj středu transformačních ůseků). Výroba dvouvodičového napáječe se vzduchovým dielektrikem není nijak náročná. Z tabulek, grafů nebo přímým výpočtem stanovíme rozteč rovnoběžných vodičů s kruhovým průřezem. Pro zajištění konstantní rozteče vodičů bude nutné vodiče v určitých vzdálenostech zafixovat rozpěrkami s nevodivého a nenavlhavého materiálu, např. teflon atp. Pro výpočet rozteče vodičů můžeme použít vztah: |
| Z obrázku je zřejmé, jak bude vypadat konstrukce dvouvodičového napájecího vedení, kde si můžeme vlnovou impedanci zvolit podle konkrétního požadavku. Důležitým požadavkem je zajištění konstantní vzdálenosti vodičů mezi sebou za pomoci rozpěrek. |
| Závěrem lze říci, že anténové řady mohou výrazně ovlivnit výsledky práce na klasickém pásmu CB, ale zejména na pásmu PMR. U pásma PMR je jistou výhodou malá vlnová délka, tak nebude zřejmě problém s konstrukcí složitějších anténových řad. Je potřebné zdůraznit, že vhodné propojení jednotlivých antén v anténové řadě má zásadní vliv na činnost celé sestavy. Nezřídka se setkávám s konstrukcemi, které uvedené zásady i postrádají. Článek má zájemce ve stručnosti seznámit s problematikou anténových řad, zejména ve vztahu k propojování antén. Je pravdou, že i nevhodně propojené antény v řadě vykazují jisté "zlepšení" v porovnání s anténou "solo", ale v každém případě výsledek je vzdálen optimálním možnostem. Propojovací úseky musejí být ve shodných délkách, případná odchylka v délce má v důsledcích vliv na fázi signálu a tak se snadno může stát, že pracně získaný signál z jedné antény je druhou anténou vyzářen bez užitku do prostoru. Přeji všem, kdo uvažují o stavbě, případně úpravách stávajících anténových řad mnoho trpělivosti při nastavování a mnoho radosti při vlastním provozu dobře seřízené anténové řady. |
Autor: Láďa Fórum
Fousáč Plzeň CL-51