| Zajęcia 6. Anteny i instalacje antenowe | ||
|
1. Charakterystyka ogólna Antena jest to urządzenie służące do zamiany energii fal elektromagnetycznych na napięcie w.cz. (w przypadku odbiornika) lub odwrotnie, do zamiany napięcia na falę elektromagnetyczną (w przypadku nadajnika). Często większy zasięg można osiągnąć przy dobrym systemie antenowym i nadajniku o małej mocy, niż przy złej antenie i mocy nawet kilkuset watów. W skład każdego systemu antenowego wchodzą: - część promieniująca, zwana promiennikiem lub radiatorem, - linia zasilająca (kabel antenowy - fider), - układ dopasowania anteny do nadajnika (często pomijany ze względu na znormalizowaną impedancję 50, 75 czy 30052). Zadaniem promiennika jest wypromieniowanie w przestrzeń dostarczonej do niego energii w.cz. Promiennik charakteryzuje się zakresem częstotliwości, impedancją wejściową, polaryzacją, współczynnikiem kierunkowości, zyskiem, wymiarami. Wymiary anten zależą od częstotliwości fali (lub - inaczej mówiąc - od jej długości). Pomiędzy długością fali [lambda] a częstotliwością [MHz] zachodzi ścisły związek: 
2. Typy anten Anteny można podzielić wg różnych kryteriów. 1. Pod względem charakterystyki promieniowania: - dookólne - posiadające w płaszczyźnie poziomej dookólną charakterystykę promieniowania. Najprostsza ćwierćfalowa antena  GP (Ground Plane) składa się z promiennika oraz z kilku przeciwwag stanowiących sztuczną płaszczyznę ziemi. W celu dopasowania do kabla o typowej impedancji 50 Ohm przeciwwagi odgina się do dołu pod kątem 135°.- kierunkowe - energia promieniowania skupiona jest w jednym kierunku ( antena pozioma, dipol półfalowy prosty, dipol półfalowy pętlowy). Anteny kierunkowe to najczęściej anteny kilkuelementowe np. Yagi, Delta, QQ. Składają się one z elementu promieniującego (radiatora), elementu odbijającego (reflektora) i elementów skupiających (direktorów).2. Pod względem przeznaczenia: - stacjonarne, - przewoźne (tzw. mobilowe), - przenośne - portable. 3. Pod względem konstrukcji: - drutowe, - rurkowe. 3. Parametry i charakterystyka anten Do parametrów charakteryzujących antenę możemy zaliczyć: częstotliwość rezonansową (frez), impedancję wejściową i rezystancję promieniowania (R), zysk energetyczny (G), współczynnik fali stojącej (WFS), tlumienie wsteczne (dla anten kierunkowych), szerokość pasma roboczego, charakterystykę promieniowania,sprawność, zysk kierunkowy, stosunek promieniowania głównego do wstecznego, szerokość wiązki głównej, polaryzację, temperaturę szumową. W praktyce, szczególnie w zakresie KF, oprócz prostych dipoli stosuje się również inne anteny poziome: - long wire ("LW"; długość jej liczy się w odcinkach półfalowych. Może pracować w zasadzie na dowolnej częstotliwości (z dodatkowym układem dostrojeniowym), jednak ze względu na znikome tłumienie zakłóceń są wykorzystywane stosunkowo rzadko). Zob. antena LW- Windom (zbliżona do dipola, z tym że nie jest zasilana w środku; działa jako wielozakresowa na parzystych harmonicznych częstotliwości podstawowej). Zob. antena Windom.- "odwrócone V" ("Inverted V"; oblicza się ją jak podwójnie półfalową). Zob. antena odwrócone V. - pętlowa "Delta Loop" (kształt trójkąta). Zob. antena Delta Loop.- "kwadrat". Zob. antena typu kwadrat.Dwie ostatnie anteny są używane na niskich pasmach amatorskich. Długość boku otrzymuje się, dzieląc otrzymaną z obliczenia całkowitą długość anteny przez 3 (4). Trzeba potem dokładnie skorygować długość jej ramion (aby uzyskać możliwie najlepszy WFS). Oprócz prostych anten jednopasmowych krótkofalowcy chętnie wykorzystują anteny wielopasmowe, które mogą pracować na wszystkich podstawowych pasmach KF, np. typu W3DZZ czy G5RV, jednak należy zdawać sobie sprawę, że posiadają one gorsze parametry niż anteny jednopasmowe. 4. Instalacje antenowe Linia zasilająca Linia zasilająca ma za zadanie doprowadzenie do części promieniującej anteny energię w.cz. z możliwie najmniejszymi stratami. W praktyce najczęściej stosuje się linię współosiową o impedancji 50 lub 75 Ohm, płaskie linie dwuprzewodowe symetryczne o impedancji 300 Ohm (200...600 Ohm). Oporność falowa linii zasilającej Jednym z ważniejszych parametrów linii zasilającej jest jej impedancja charakterystyczna, zwana opornością falową Zo. Jest to stosunek napięcia do prądu biegnącej przez linię fali. Po zamknięciu linii na końcu rezystancją R = Zo w linii wystąpi tylko fala bieżąca, czyli cała energia przesłana przez linię zostanie wydzielona na rezystancji. Współczynnik fali stojacej (SWR) W przypadku, kiedy impedancja charakterystyczna linii jest różna od R, w linii wystąpi fala stojąca, zaś część energii zostanie odbita od anteny. Im większe będzie niedopasowanie, tym większa fala stojąca wystąpi w linii i tym większy będzie współczynnik odbicia. Współczynnik fali stojącej (WFS) jest zawsze większy od 1 i jest równy stosunkowi obu impedancji: WFS = Zo / Z lub WFS = Z / Zo Współczynnik fali stojącej można określić przy pomocy specjalnego miernika, zwanego reflektometrem. Im WFS jest większy, tym większa jest moc odbita wracająca do nadajnika, przekształcona zazwyczaj w energię cieplną. W wyniku tego zjawiska może dojść do uszkodzenia tranzystorów nadawczych oraz pojawić się mogą interferencje zakłócające odbiór telewizyjny i radiowy. Przyczynami niedopasowania wywołującego zbyt duży WFS mogą być: - wadliwe połączenie przewodu antenowego z masą lub z wtykiem; - niewłaściwa impedancja przewodu antenowego; - nieprawidłowo wykonany promiennik (zbyt długi lub zbyt krótki); - niedopasowanie fidera do anteny. Współczynnik skrócenia Drugim ważnym parametrem linii zasilającej jest tak zwany współczynnik skrócenia, który określa długość fali w dielektryku (k). Dla kabla wspóiosiowego z pełną izolacją k=0,66, zaś z izolacją spienioną k=0,8...0,85. Znajomość tego współczynnika jest potrzebna przy budowie transformatorów i symetryzatorów antenowych. Większość Czytelników - uczestników naszego kursu - z pewnością będzie poszukiwać opisów wykonania anten na pasmo 2m, aby po zdanym egzaminie uruchomić się na UKF. Z myślą o nich na rysunku 2 przedstawiono konstrukcję trzech anten na pasmo 145MHz, które mogą być wykonane dosłownie w kilka minut, a zapewnią łączności nie tylko lokalne. Warto pamiętać o takich antenach również na wakacjach, kiedy skuteczność anten typu helical może okazać się za mała, aby nawiązać łączność np. z domowym QTH. Anteny te mogą być skonstruowane z materiałów, jakie aktualnie mamy pod ręką (drut, linka miedziana, rurka mosiężna lub duraluminiowa, płaskownik, odcinek energetycznego kabla sektorowego itp.) i na dodatek bez użycia specjalnych narzędzi - wystarczy nóż do odizolowania i przycięcia przewodu.  Do wykonania ćwierćfalowej anteny pionowej (o dookólnej charakterystyce) wystarczy koncentryczny kabel o impedancji 50...75 Ohm, np. telewizyjny (w zależności od impedancji wyjścia antenowego transceivera). Z końca kabla koncentrycznego na długości 49cm zdejmujemy izolację oraz oplot ekranujący, a następnie na dolną część ekranu nasuwamy miedzianą lub mosiężną rurkę o średnicy około 20...30mm (tak zwany rękaw). Następnie oplot kabla lutujemy do brzegu rurki (rękawa). Jeżeli ktoś jest na tyle zdolny, to zamiast rurki może po zdjęciu izolacji z kabla odsłonięty ekran (oplot) ostrożnie wywinąć, a następnie naciągnąć do dołu - rękaw będzie wtedy z ekranu i nie będzie potrzeba dodatkowej rurki oraz lutowania. W każdym razie odsłonięte miejsce ekranu należy zabezpieczyć, np. żywicą epoksydową czy klejem Distal, celem uniknięcia wsiąkania wody pod ekran. Oczywiście całą tę antenę można umieścić wewnątrz rurki izolacyjnej, zamkniętej od góry przed wodą, co dodatkowo usztywni naszą konstrukcję. Antena pierścieniowa jest jeszcze prostsza od poprzedniej, tutaj wystarczy odcinek drutu miedzianego (w izolacji lub bez) o długości 2m, zwinięty w okrąg. Przy zasilaniu anteny u dołu (jak na rysunku) uzyskuje się polaryzację poziomą i charakterystykę promieniowania w płaszczyźnie poziomej, zbliżoną kształtem do ósemki, z maksimami przypadającymi w kierunkach prostopadłych do anteny. Chcąc zmienić polaryzację anteny na pionową, wystarczy odwrócić ją o 90 stopni, aby zasilanie wypadło z boku pierścienia, a nie z dołu. O skuteczności anteny, niezależnie od typu, decyduje wysokość zainstalowania - im wyżej, tym lepsze efekty.
| ||
Pełny program kursu