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

Propojení antén 1

Aktuality

LPD 2019 - termín konaní: 27.7.2019 19:00 - 23:00 hod. a 28.7.2019 01:00 - 05:00 hod.

 

EBH 2019 - termín konaní: 1.6.2019 18:00 hod. - 2.6.2019 8:00 hod., Přihláška EBH 2019

 

Výroční členská schůze CB klubu Česká Lípa se koná tradičně v Peruci a letos 26-28.4.2019

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

17.10.2006 01:30:07 - Láďa Fórum - Antény a trocha teorie k nim - ...poněkud podrobněji...

Majitelů antén HB9CV je na CB i PMR pásmu nemálo. Lze dokonce říci, že díky referencím, jednoduché mechanické konstrukci a snadnému sestavení (ne naladění), bývá pro zájemce o pořízení si směrové antény pro CB i PMR pásmo - nezřídka jediným přijatelným řešením. 

V omezené míře lze vidět občas dvojice antén HB9CV. Z toho usuzuji, že bude vhodné se podrobněji podívat na problematiku týkající se propojení antén do dvojice.
Oblíbené je řazení dvou antén v řadě vedle sebe s vertikální polarizací. Takové uspořádání je mechanicky výhodné. Z pohledu elektrických vlastností, je potřebné si připomenout některé okolnosti, mající významný vliv na funkci antény v sestavě. 

Nejprve si stručně připomeneme některé důležité pravidla souvisejících s anténovými řadami:

- reálná a imaginární složka vstupní impedance samotné antény se může po jejím začlenění do anténové řady výrazně lišit, To platí o každé anténě zapojené do anténové řady.

- pokud máme anténovou řadu sestavenou ze dvou stejných antén, které jsou prostorově stejně umístěné a napájí se stejnými proudy, a to buď ve fázi, nebo v protifázi, potom vstupní impedance takto řazených antén jsou stejné, ale tato impedance se bude lišit od impedance samostatné antény v prostoru. Pokud jsou takové dvě antény součástí velké anténové řady, potom jejich impedance se vzájemně liší - obvykle i velmi mnoho.

- dvě antény v anténové řadě, které nejsou napájeny ve fázi ani v protifázi, potom nemají stejné impedance. Rozdíl impedancí je velmi výrazný, zejména při typicky amatérských stavbách anténové řady.

- vstupní impedance antén umístěných velmi blízko vedle sebe, které jsou napájeny v protifázi je velmi nízká. Což má v důsledcích rozhodující podíl na velmi nízké účinnosti, pokud tuto okolnost zabedbáme.


Výše uvedené zásady je potřebné brát do úvahy nejen při návrhu anténové řady, ale i při ladění. Je obvyklé, že při ladění anténových řad v mnoha případech dochází k závažným chybám vedoucích v lepším případě k zavádějícím výsledkům. Problematika ladění anténových řad, byť i těch nejjednodušších, je poměrně náročnou prací. Iluze vznikající pohledem na relativně jednoduchou anténu HB9CV, může u mnoha zájemců o stavbu anténové řady vzbudit dojem velmi snadného propojení takových antén do anténové řady. Je pravdou, že postavit dobře fungující anténovou řadu ve vertikální polarizaci s anténami typu HB9CV, je pro HF pásma (kam CB pásmo náleží), nesmírně obtížné až téměř nemožné...


V úvodě byly uvedeny některé zásady, které je potřeba zohlednit při návrhu propojovacího vedení. 
Obvykle je používáno propojovací vedení společně s transformačním úsekem 1/4vlna pro přizpůsobení dvojice antén sestavené do anténové řady. Zapojení vychází z teoretického předpokladu, zejména při amatérských konstrukcích, že anténa je z pohledu vstupní impedance čistě reálná. 
Obrázek ukazuje jednoduchý způsob propojení dvou antén A1, A2 s impedancí 50ohm. Napájecí vedení má impedanci 50ohm.

 

p_1.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

 

Obrázek ukazuje typické propojení dvou antén s impedancí 50ohm. To je realizováno koaxiálním napáječem 50 ohm. K transformaci impedance na požadovanou hodnotu je použito transformačních úseků 1/4 vlna (75ohm). 

V detailech zvětšeno na následujících obrázcích. 
Omlouvám se za chybu v nákresu - nezakreslil jsem propoj mezi stíněním koaxu a tělesem konektoru.

 

p_2.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

p_3.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

p_4.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

 

Uvedený způsob propojení dvou antén s impedancí 50 ohm je typický a velmi často používaný na CB i PMR pásmu. 
Uvedené propojení z pohledu teorie - vykazuje některé nepříjemné vlastnosti. Jedná se v podstatě o obvod, který má bezeztrátově přizpůsobit tři vstupy (3 brány), což nelze zajistit současně z pohledu všech vstupů. Takový přizpůsobovací obvod je možno vidět ze tří směrů pohledů. 
V prvním případě se budeme dívat tzv. na koaxiál od vysílače směrem k anténám. Z tohoto pohledu je obvod přizpůsoben s SWR 1:1, což může být jistě žádaný i uspokojivý stav.
Ve druhém a třetím případě se budeme na obvod dívat z pohledu od antén A1 a A2. V tomto případě bude obvod vykazovat SWR 1:3 a to je do jisté míry závažný problém.
Příčinou tohoto nepříjemného stavu je nízká izolace mezi výstupy k jednotlivým anténám 6dB. Mezi společným výstupním bodem a jednotlivými výstupy je vložný útlum 3dB teoreticky. V praxi se obvykle setkáme častěji s útlumem v rozmezí 3.1 až 3.6dB vlivem přídavných ztrát.
Nízká izolace mezi anténovými vstupy může způsobit vyrovnávání vf proudů, což přináší v důsledcích změny ve vyzařovacím diagramu soustavy s následným silným poklesem zisku.

Napsáno je to celkem jednoduše, ale v praxi je možno zachytit nejeden případ, kdy stavitel anténové řady uvedené záležitosti opomíjí a to z mnoha důvodů...

 

Jak se s tímto problémem vypořádat? 
Je otázka, která bude zajímat nejednoho zájemce o stavbu dobře fungujíci anténové řady sestavené podle našeho příkladu, tedy anténovou řadu sestavenou ze dvou antén.
Jednou z možností vyhnout se výše popsanému problému, je použití tzv. Wilkinsonova členu. 
Uvedený člen odstraňuje některé výše popsané necnosti běžně používaného propojení dvou antén.
Wilkinsonův člen je v podstatě čtyř bran, tedy obvod se 4-mi vstupy. Čtyř bran na rozdíl od troj branu, lze přizpůsobit podle teorie lineárních obvodů na všech branách. Přitom uvedený člen zajistí, aby do přidané 4. brány nešel žádný signál. Tím lze dosáhnout přizpůsobení ze všech výstupů a izolace mezi výstupy je v rozmezí, obvykle udávaném řádově 20-30dB, což lze považovat v každém případě za dostatečné.
Použití Wilkinsonova členu je dobře známo z oblastí velmi vysokých kmitočtů (mikrovlny), kde jsou někdy nazývány jako "magické T".
Bývají zhotovovány různými technologiemi, kdy nejčastějším je řešení pomocí technologie tištěných spojů. Dvojitý Wilkinsonův člen je poměrně často zhotovován z koaxiálního vedení, zejména pro pásma HF, VHF a UHF. Pro jmenovitou impedanci 50ohm se používají 1/4 vlnové úseky z koaxu o impedanci 75ohm na místo přesných 70.7ohm. Velmi důležitým kritériem je použití velmi krátkých spojů s důrazem na dokonalé propojení stínění projovaných koaxiálních kabelů. Odpory použité v zapojení by měly být bezindukční, dimenzovány pro 0.5-0.1% přenášeného výkonu na vedení. Zachování téměř dokonalé symetrie je samozřejmostí a přispívá ke snížení ztrát.

Na obrázcích si můžete prohlédnout zapojení. Obrázky mají drobnou chybu - chybí propoj stínění koaxiálního kabelu s tělesem konektoru. Omlouvám se čtenářům...

 

w_1.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

w_1a.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

w_2.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

w_3.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

w_4.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

w_5.jpg: Pokud se ti obrázek nezobrazí klikni pravým tlačítkem myši na nějaké místo v obrázku a vyber ZOBRAZIT OBRÁZEK

 

Odpory použité v zapojení mají hodnotu 2x50ohm, mohou být případně sdruženy do jediného odporu 100ohm.

Popisovaný Wilkinsonův člen přináší určitě výrazné zlepšení v porovnání s klasickým přizpůsobovacím propojením antén. V žádném případě Wilkinsonův člen nezabezpečí správné nafázování a rozdělení výkonů do jednotlivých antén, na to je potřeba pamatovat.

V případě zájmu o danou problematiku, mohu zpracovat pokračování článku. Odezva čtenářů mi může být vodítkem...

 

Anketa ke článku : Problematika propojování antén z tvého pohledu je:


snadnou záležitostí, které velmi dobře rozumíš    76

jsi přesvědčen o zbytečnosti se zabývat propojováním antén    87

význam propojování antén jsem zatím nedocenil    121

 

Diskuse pod článkem:

 

[4582] Propojení dvou antén zdeněk LT 18.10.2006 07:19:50
  Ahoj Láďo,pěkný článeček, člověk se holt učí celý život... V anketě nehlasuji, není tam pro mne správná odpověď.

Nad možným sfázováním dvou antén medituji už delší dobu. Proč právě jen dvou? Na portejbly PMR i CB se zpravidla drápu po svých. Tím je dáno to, že se snažím o konstrukce rozebíratelné, s přijatelným rozměrem a vahou pro přenášení, ale po vztyčení s co nejvyšším ziskem. 

Za sebe mohu říct, že každý další příspěvek z teorie antén mne zajímá a vítám jej.

Mám jednu otázku k celkovému zisku anténové řady: Lze obecně popsat vztah mezi ziskem celé řady a zisky jednotlivých antének v řadě? Prostý součet zisků to asi nebude... :o) Mohlo by to pomoci vyřešit dilema, zda při honbě za co nevyššími zisky stavět monstrózní řadu jednoduchých antének, jak píšeš s nejistým výsledkem, nebo postavit jednu monstrózní anténu s co nejvyšším ziskem.

 »» [4586] Re:Re:Propojení dvou antén zdeněk LT 19.10.2006 08:03:45
  Láďo dík,

uznávám, že pídit se jen po zisku antény by bylo krátkozraké. Volba typu antén podle jejich vlastností pro konkrétní portejbl určitě záleží na tom, odkud vysílám ( Příhraničí X vnitrozemí ), a jaká spojení chci realizovat( např. DX x kvantita ). S vědomím " vím, že nic nevím" všem o sobě vykládám, že jsem pouhý radioamatér - amatér, tento koníček mne chytil teprve nedávno, takže zatím problematiku vstřebávám. Přesto se už nějaké dílčí úspěchy dostavily :o) (DX PMR 254 km, spojení okolo 200 km teď už v expedici realizujeme celkem běžně a kvalitně) Ale znáš to... člověk je tvor neskromný a chtěl by pořád víc. :o)

Budu se těšit na další článečky - máš je zajímavé a z mnoha z nich jsem získal hodně nových poznatků.
Měj se.
  [4581] Propojení dvou antén Franta CV 18.10.2006 02:29:02
  :Ahoj, hezký článek.

Můj dotaz zní:
- lze místo odporů 2x50 Ohmů použít 1x100 Ohmů?
- jaká je vzdálenost antén (1/2 vlny?)
- jsou antény vertikálně polarizované a umístěné nad sebou nebo vedle sebe?
 »» [4600] Re:Re:Propojení dvou antén Franta CV 19.10.2006 18:52:33
  :Díky Láďo, taky se měj bezva!
 »» [4599] Re:Re:Propojení dvou antén Franta CV 19.10.2006 18:52:12
  :Díky Láďo, taky se měj bezva!
  [4574] Propojení dvou antén Stanley 17.10.2006 14:36:32
  Tak já to mám z pohledu antén teda špatně ? viz [url]http://pmr.euweb.cz/2xHB005.JPG[/url]

  [4572] Propojení dvou antén Žán Braník 17.10.2006 06:44:27
 

:Zdravím a přeji hezký den.Propojení dvou antén,je věc,která mi vrtá hlavou už pár let.Nyní jsem již blizoučko,neb mám dostatečný počet antén.V mém případě,se bude jednat o propojení nebo sfázování (nehodící se,škrtni),dvou "půlek".V AR č.11/1991 (CB report) jsou znázorněny vyzařovací diagramy vozidlových antén,při různých polohách na vozidle.A právě diagram dvojice antén mě velice zaujal.Pokud by diagram dvojice antén stacionárních,tedy těch "půlek",byl obdobný,znamenalo by to vylepšení příjmu a snad i vysílání do dvou směrů.Což by při umístění stanoviště kdesi uprostřed republiky pomohlo.Snad?

Z obrázku v CB reportu není patrno,jak ty dvě anteny propojit.Respektive patrno je to,že stačí dva stejně dlouhé kabely a spojka PL typ "T",ale vidím,že problém bude asi složitější.

Na obrázcích je v místech spojů kabelů odstraněna veškerá izolace.Je to jen proto,aby bylo vidět co a s čím propojit,nebo to má být odstraněno skutečně?

Je tato úvaha o propojení dvou (půlek) a tím zvýšení zvýšení zisku správná?

Děkuji za odpovědi,hezký den přeje Žán Braník,73.

 

Autor: Láďa Fórum

Odkaz na originál článku