Acest articol a aparut pe site-ul www.radioamator.ro
 |
Pentru utilizatorii CB, despre S-metru si altele...
Un proaspat utilizator CB, in scurt timp, dupa ce a gustat din placerile comunicatiei, este bombardat de noi informatii si sfaturi de catre cei initiati in arta comunicarii. Informatiile primite sunt intelese pe jumatate si creaza de multe ori confuzii si sunt retransmise eronat si altora. Prezentul articol este menit sa faca lumina in unele probleme vehiculate frecvent pe canalul CB CH22FM printre soferii de camioane, tinind cont, ca aceasta pagina este des vizitata si de CB-isti, dar totodata poate sa fie util si pentru radioamatori incepatori.· “… Te receptionez cu SANTIAGO 5….”Hai sa zabovim nitel despre ce inseamna expresia de mai sus si ce se ascunde sub aceasta din punc de vedere tehnic.
S metru, este un dispozitiv de masurare al intensitatii semnalului receptionat la un radioreceptor de comunicatii de unde scurte sau unde ultrascurte. Denumirea de S metru provine din limba engleza “ signal Strength meter ”. O mare parte din statiile CB, sunt echipate cu S metru, fie sub forma unui instrument electromagnetic (“VU metru”), fie sub forma unui bargraf format de un sir de LED-uri . Scala acestor dispozitive de masurare sunt etalonate in grade S, pentru o raportare subiectiva a intensitatii semnalului receptionat. Scala S metrului este marcata in grade S de la 1-9 pentru diferite intensitati, ceea ce corespunde din sistemul de raportare RST literei S. (S = “ Santiago” in alafabetul fonetic international ). Pentru o intelegere mai buna a celor prezentate mai jos, sa recapitulam operatiunile cu decibel-ul. Decibel-ul( dB) Decibelul, este a zecea parte din Bel, care este un raport logaritmic între doua marimi fizice. În electronica prin decibel se defineste amplificarea (dB) sau atenuarea unui sistem (-dB).Simbolul este dB. Decibelul in electrotehnica este un raport intre doua puteri sau doua tensiuni (curenti). Formulele matematice care definesc Decibelul sunt prezentate mai jos:
Avantajul operarii cu dB rezulta din faptul, ca prin logaritmare, operatiunile de inmultire se reduc la o adunare, ceea ce este mai comod. Marimile U si I sint in relatie patratica cu P, astfel cind se opereaza cu aceste marimi (U sau I), raportul se inmulteste cu 2. (print logaritmare, ridicare la patrat se reduce la o inmultire cu 2) Stabilirea amplificarii globale a unui lant de amplificare se poate face foarte usor, de exemplu: In cazul unui emitator, cuplat la un amplificator de putere de 40W care alimenteaza printr-un fider o antena cu un castig G, sa vedem practic, cum se opereaza cu dB. · la un amplificator vorbim de o „amplificare in putere” (deci +dB). · La iesirea amplificatorului mai cuplam si un filtru trece jos FTJ, care are o atenuare de -2dB (deci-dB), · In cazul fiderului (cablu coaxial), datorita pierderilor prin fider, vorbim de o „atenuare” (-dB), · In cazul antenei putem vorbi de „castigul antenei” (+dB).
Amplificarea globala a lantului o putem calcula prin simpla adunare algebrica a decibelilor :
amplif. globala TX
4W
Ap = 10dB + (-2dB) + (-3dB) + (6dB) = 13dB = 10dB+3dB
In practica, este util sa retinem valorile uzuale de dB, pentru putere si tensiune sau curent. Aceste valori curente, sunt cuprinse in tabelul de mai jos.
Dacă vorbim de atenuare, valorile sînt negative (cu minus în faţa, iar „multiplicatorul” devine “impartitor”). Daca interpretam rezultatul cu ajutorul tabelului vom putea constata: · 10dB inseamna o multiplicare a puterii de 10 ori · 3dB inseamna o multiplicare a puterii de 2 ori · Deci puterea initiala furnizata de o statie CB de 4W, din exemplul de mai sus va radia in spatiu o putere de : 4W x 10 x 2 = 80W . · Aceasta este puterea radiata in spatiu, care poarta denumirea de “Putere Aparent Radiata “ PAR, sau in limba engleza ERP.
Din tabel, putem observa ca un amplificator de putere cu o amplificare de ex. de 23dB = 20dB+3dB, amplifica de 100 x 2 = 200 ori puterea aplicata, deci din 4W se obtine la iesirea lui 4 x 200 = 800W. Cu ajutorul unui calculator de buzunar stintific, putem calcula direct aceste valori aplicind formulele de mai sus.
****** · ...dar hai sa revenim la S metru Standardul, care reglementeaza calibrarea S metrului din radioreceptoare HF si VHF este descris in documentul : IARU Region 1 Technical Recommendation R.1, 1981. STANDARDISATION OF S-METER READINGS dupa cum urmeaza: 1. In banda HF (banda de frecventa sub 30Mhz, pentru deviatiala gradatia S9 a S metrului, corespunde un nivel de putere de: -73dBm, generat de un semnal la borna de antena a radioreceptorului. 2. In banda VHF (144 - 146 Mhz), putere ceruta la borna de antena la un radioreceptor, pentru deviatia la gradatia S9, este de – 93dBm. 3. Pentru o unitate S corespunde o diferenta de nivel de putere, la borna de antena a unui radioreceptor de 6dB. Din enuntul standardului, in prima faza putem trage urmatoarele concluzii: · pentru a obtine o crestere de un grad S pe scala S metrului (de ex de la S5 la S6), trebuie sa asiguram la borna de antena a receptorului o crestere in putere a semnalului receptionat cu 6dB. · 6dB putere inseamna multiplicarea puterii de emisie initiala de 4 ori. (de ex: daca marim puterea emitatorului de la 10W la 40W, aceasta marire a puterii de emisie, se va regasi si la borna de antena a corespondentului, unde va produce o crestere in putere a semnalului de intrare tot de 4 ori (de exemplu dela 5µW la 20µW). · Pentru radioreceptoare de unde scurte (HF), nivelul de putere a semnalului receptionat, care produce o deviatie a acului S metrului pana la gradatia S9 este de: -73dBm, care pe borna de antena a receptorului cu o impedanta de intrare de 50 ohm, produce o tensiune de 50 µV. · Pentru radioreceptoare de unde ultrascurte (VHF), nivelul de putere a semnalului receptionat, care produce o deviatie a acului S metrului pana la gradatia S9 este de: -93dBm, care pe borna de antena a receptorului cu o impedanta de intrare de 50 ohm, produce o tensiune de 5 µV. · Pentru semnale cu o intensitate de peste S9 se mai adauga gradatiile de +10dB, +20dB, +40dB, +60dB (de ex: “ Santiago 9 cu 10dB” ). Corespondenta intre dBm si µV, pentru grade S intre S1 - S9+10dB, pentru banda HF se afla in tabelul de mai jos:
La stabilirea acestor valori din Standard, s-a tinut cont de proprietatile urechii umane, care are o sensibilitate logaritimica. Astfel operatorul poate sa distinga clar, o crestere in intensitate a semnalului cu 6dB, motiv pentru care s-a ales aceasta treapta. Dar hai, gata cu teoria, se pune intrebarea: daca vreau sa maresc aria de acoperire a statiei CB, cu ce o pot face? · “ …vreau putere mai mare !!!” Standardul European fixeaza puterea de emisie la statiile CB, la 4W in modul de lucru AM / FM si 12W in SSB. aceste puteri sunt cele legale. Unii utilizatori de statii CB nu sunt satisfacuti cu o raza de acoperire de 10-15km, ce poate fi obtinuta cu aceasta putere si cauta solutii pentru marirea razei de actiune.
Inainte de a ne aventura in calcule trebuie sa lamurim un lucru: legaturile CB sunt legaturi bilaterale, ceea ce pentru o legatura bilaterala sigura, presupune o dotare similara la ambele capete (statia A si statia corespondenta B). Deci…. degeaba mareste statia A puterea , iar statia B nu, statia A va fi receptionata de statia B, dar statia B, care foloseste o putere regulamentara de 4 W, nu va fi auzita de statia A, daca distanta intre ele depaseste aria de acoperire initiala…. Calea de urmat ofera mai multe solutii: A.) marirea puterii de emisie pe propria raspundere a utilizatorului. B.) alegerea unei antene mai performanta, cu un castig cat mai mare (G cu cati mai multi dB). A.) Unii utilizator de statii CB, pe propria raspundere, vor sa mareasca puterea de emisie pentru a obtine o raza de acoperire mai mare. Cum putem mari puterea unei statii CB si cu cat, si care sunt costurile… si daca merita? 1. Prin modificarea etajului final din statie: Aceasta operatiune presupune: · inlocuirea tranzistorului din etajul final cu unul mai performant. · alimentarea acestuia cu o tensiune marita (daca se poate) · modificarea polarizarii etajului final. Operatia respectiva, din pacate, este executata in mare parte, fara modificarea elementelor de circuit LC din circuitul de sarcina al etajului final. Astfel dupa un scurt timp, incep sa se topeasca si sa cada din placa imprimata, condensatoare si bobine, care nefiind dimensionate pentru puterea marita, se incalzesc. Oricum prin aceasta metoda, cu greu se poate obtine o crestere de 2-2,5 ori (deci din 4W se obtine 10-11W). Asa cum am aratat mai sus o crestere cu un grad S a semnalului receptionat se poate obtine prin marirea puterii de 4 ori (6dB). Imbunatatirea receptiei la un corespondent, prin marirea puterii de emisie, la o distanta de cca 5-6km cel putin , se manifesta prin reducerea zgomotului de fond in FM, in receptorul corespondentului. La o distanta mai mica diferenta este insesizabila. Deci degeaba facem probe la 1-2km, corespondentul nostru nu va sesiza nici o imbunatatire, ca receptia la o distanta mica si cu puterea initiala, este foarte buna. O “marire” cu 2-3W a puterii de iesire este o investitie inutila. (nu se poate sesiza perceptibil) Aceasta metoda din punct de vedere tehnic este discutabila. Etajul final original a fost proiectat pentru 4W. La o marire a puterii de iesire, elementele LC rezultate din faza de proiectare nu corespund nici ca valoare (uH, pF) nici ca tensiune de lucru. Etajul final astfel modificat va deveni vulnerabil la dezadaptari de antena (SWR marit) si se va defecta in scurt timp. Inlocuirea tranzistorului de putere din etajul final, cu unul mai performant este o investitie mare in comparatie cu pretul unei statii CB. Tranzistoarele de putere, cu o tensiune Uce de 12V, sunt greu de procurat si sunt scumpe. Daca statia este utilizata pe camion (TIR), unde avem disponibila tensiunea de 24V, o cale de urmat este inlocuirea tranzistorului din etajul final cu un exemplar, care lucreaza bine la o tensiune Uce de 24V. Astfel de tranzistoare se gasesc mai usor. In acest caz etajul final echipat cu noul tranzistor se va putea alimenta de la tensiunea de 24V. Aceasta crestere de 2 ori a tensiunii de alimentare va aduce un spor de putere de 22 =4 ori (vezi formula P=U2/R) La o astfel de modificare, va fi necesara introducerea in statie a unui stabilizator (reducator) de tensiune 24V/12V (un L812 de ex), prin care se va alimenta cu 12V restul circuitelor din statie. Deci este o interventie tehnica mai complexa, care din partea tehnicianului, presupune o gandire tehnica avansata, care daca este executata corect, necesita recalcularea elementelor LC la circuitul de sarcina a etajului final, deoarece se modifica impedanta de iesire. Lucrarea executata cu profesionalism va da rezultate bune. Este de dorit ca in cazul executarii unor astfel de lucrari sa se pastreze posibilitatea revenirii la puterea initiala iar utilizatorul sa nu uite: Intotdeauna o putere mai mare trebuie utilizata numai cand situatia o cere. Dezavantajele la aceasta metoda sunt: · statia pierde automat garantia, ceea ce nu este un lucru de neglijat, mai ales ca la unele echipamente CB perioada de garantie este deja de 3-5ani (vezi President Jackson II). · statia modificata devine “personalizata” pentru tehnicianul care a executat lucrarea. O interventie ulterioara, solicitata la un alt tehnician, de obicei este refuzata. · costul destul de mare al modificarii. · metoda este limitata, nu permite o marire substantiala (10-15 ori) a puterii. 2. Marirea puterii prin atasarea unui amplificator extern:
Aceasta metoda este cea mai comoda si sigura solutie pentru a obtine o putere mai mare. La alegerea amplificatorului trebuie sa tinem cont de urmatoarele: · sa fie un model de 100-150W (ca sa avem certitudinea ca va “scoate” 80-90W). · sa aiba si un preamplificator de receptie (RX), ceea ce in modul de lucru in mobil (din masina) este folositor, mai aduce un spor la sensibilitate, mai ales daca elementul activ din preamlificator este un tranzistor cu zgomot redus. Dar “minuni” nu poate face nici un preamplificator, deoarece impreuna cu semnalul util sunt amplificate si zgomotele. Acest tip de amplificator se poate recunoaste usor ; are pe panoul frontal un buton in plus : RX · sa fie de o marca cunoscuta cu o executie ingrijita. · se recomanda modele executate in push-pull, cu MOS-FET –uri si cele echipate cu FET-uri de Ga-As la preamplificatorul de receptie, care au un factor de zgomot mult mai redus. · modelele cu un singur tranzistor de putere trebuie evitate, o eventuala inlocuire a tranzistorului devine foarte dificila si scumpa, datorita inexistentei pe piata a exemplarului respectiv. · COSTUL unui astfel de amplificator (100-150W), variaza intre 250-350lei. Putem aproxima costul unui amplificator cu ” formula “ practica: Pret = (0,7-0,8)EUR x Wats. (un amplificator de 100W = 70-80EUR) Aceasta remarca poate sa ne puna pe ganduri, daca mai modificam statia sau cumparam un amplificator extern si raminem cu statia intacta nemodificata, cu toate avantajele ce deriva din aceasta… Daca am decis sa cumparam un amplificator, inainte de intercalarea acestuia intre antena si statie, trebuie sa ne convingem de puterea de iesire a statie noastre. Marea majoritate a amplificatoarelor permit la intrarea lor o putere de max. 5-6W. Daca statia noastra, in urma unei interventii anterioare a fost reglata la o putere mai mare, aceasta trebuie redusa la o valoare de 5-6W, altfel riscam defectarea amplificatorului. Oricum un astfel de pericol nu exista, daca folosim o statie nemodificata, agreata de Standardul European (P=4-5W). B. Alegerea unei antene mai performante: motto: “ cel mai bun aplificator este o antena buna” Daca rasfoim prospectul unor antene CB gasim urmatoarele specificatii:
Cateva tipuri de antene CB: Nota: Din specificatiile tehnice din tabele de mai sus, la modelul tip A castigul G este definit in 3 dBi, iar la modelul B, in dB (fata de dipol) G=4dB . Daca transformam castigul din dBi in dB, : la modelul A, GA= 3-2,2=0,8dB la modelul B, GB= 4dB. Din comparatii rezulta clar ca antena B este mult mai performanta fata de antena A. La alegerea unei antene in primul rand trebuie sa tinem cont de randamentul antenei.Toate antenele CB, fizic fiind antene mai scurte, sunt “ alungite “ electric cu o bobina, pina cand se ajunge la o lungime electrica de 5λ/8.
Pentru frecventa f =27,205Mhz (CH20) (mijlocul benzii)
Aceasta lungime fizica, in regim mobil – pe masina – este inpracticabila. Din acest motiv se recurge la o tija mai scurta (pina la 2,0m), care se prelugeste electric cu ajutorul unei bobine la o lungime electrica de 5λ/8. Cu cat tija este mai lunga, cu atit bobina va avea mai putine spire si invers. Randamentul unei antene alungite electric este direct proportionala cu lungimea tijei. Deci o antena cu o tija mai lunga totdeauna va radia ma bine (are un randament mai bun), fata de o antena cu o tija mai scurta. Tija originala de la o antena nu poate fi inlocuita cu una mai lunga, deoarece bobina de la antena a fost calculata pentru o anumita lungime a tijei pentru o anumita antena. O tija mai lunga cere o bobina cu mai putine spire, fata de o antena cu o tija mai scurta, care are mai multe spire. La o antena data, din fabricatie exista o corelare intre lungimea tijei si bobina. In practica o lungime de 150-160cm este suficienta. O antena cu o tija mai lunga de 180-200cm, desi are un randament mai bun, creaza dificultati la montare pe un TIR. In specificatiile antenei, cistigul (Gain), se noteaza cu G si este dat in decibeli dB. Cu cat G-ul este mai mare, cu atit antena este mai performanta. Tipul de atena in 5λ/8 , in functie de lungimea fizica, are un castig de 3-4dB fata de o antena dipol. Atentie : unii producatori definesc castigul antenei fata de o antena izotropica, in acest caz G-ul, ca cifra, apare mai mare si este exprimat in dBi ( i de la izotropica). In acest caz scadem cca 2,2dB din valoarea data si obtinem castigul real fata de un dipol. (de ex: G=6dBi = 6-2,2=3,8dB) · “…am o antena de 1000 de W !!! “ In Specificatii “ puterea maxima” definita in W , in general creaza o deruta mare. Aceasta specificatie se refera la puterea maxima, ce poate fi aplicata in antena fara sa distruga bobina. O valoare de genul Pmax =1000W inseamna, ca antena respectiva are o bobina robusta, executata din sarma mai groasa si eventual argintata, pentru reducerea pierderilor, care va rezista pana la o putere aplicata de 1000W. Aceasta specificatie nu are nimic comun cu randamentul sau castigul antenei, mai ales daca o folosim cu o statie de 4W. Pierderile prin bobina in acest caz sunt mai reduse. Pierderile in bobina cresc exponential cu puterea introdusa in antena. La o putere de 5-10W “puterea maxima “ din specificatie este redondanta. O astfel de antena intradevar este mai “puternica” la capitolul robustete. Doua antene cu tije identice ca lungime, au un randament similar, dar cea care are in specificatii o putere mai mare, bobina ei fiind mai robusta, va fi mai rezistenta in exploatare. · …un pic de teorie
Iata pentru “cunoscatori “, un pic de teorie cu formule, pentru argumentarea ideeilor enuntate mai inainte.
Intucat undele radio pot suferi refractii si reflexii aceasta distanta se mareste dincolo de orizontul radio si putem utiliza formula empirica :
unde he este inaltimea antenei de emisie si hr inaltimea antenei de receptie.
Pe un camion, putem considera hr=he=3m, pe un teren plat rezulta:
Putem observa importanta altitudinii a locului de unde emitem. Daca suntem pe un varf de munte, acoperirea creste considerabil (h’e = H+he), unde H este altitudinea punctului unde ne aflam.
se constata, ca intensitatea campului radiat intr-un punct, este invers proportionala cu distanta r, si totodata este direct proportionala cu radacina patratica a puterii. Asta inseamna ca pentru a obtine o intensitate dubla a campului radiat la o distanta r , puterea trebuie marita de 4 ori.
de ex: P=4W; r=10km; L1= 1,8m; L2=1,5m; L3=1,0m
pentru tijele de antena cu lungimi de: L1, L2 si L3, avem:
se constata ca, o antena cu tija mai lunga, L1=1,8m, furnizeaza o tensiune aproape dubla fata de o antena cu o tija de 1,0m.
Aceste calcule nu au tinut cont de conditii de propagare, de forma de relief, de starea vremii, de absorbtii si atenuari din diferite zone.
…in loc de concluzii:
Bibliografia:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(m;km)
; (m;km)
(mV/m)
| Acest articol a aparut pe site-ul www.radioamator.ro |