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)
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 :
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.
|
Nr.
dB
|
0
|
3
|
6
|
10
|
20
|
30
|
40
|
|
Multiplicator în P
|
1
|
2
|
4
|
10
|
100
|
1000
|
10000
|
|
Multiplicator în
U(I)
|
1
|
1,4
|
2
|
3,2
|
10
|
32
|
100
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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:
|
GRADE S
|
NIVEL DE TENSIUNE
(µV pe 50 ohm)
|
Nivel DE PUTERE
(dBm)
|
|
S9+10dB
|
160.0
|
-63
|
|
S9
|
50,2
|
-73
|
|
S8
|
25,1
|
-79
|
|
S7
|
12,6
|
-85
|
|
S6
|
6,3
|
-91
|
|
S5
|
3,2
|
-97
|
|
S4
|
1,6
|
-103
|
|
S3
|
0,8
|
-109
|
|
S2
|
0,4
|
-115
|
|
S1
|
0,2
|
-121
|
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:
|
Caracteristici
tehnice: antena model A
|
Caracteristici
tehnice: antena model B
|
|
TIP
|
1/2 onda
|
|
IMPEDANTA
|
50 Ohm (Ω)
|
|
FRECVENTA
|
26-28 Mhz
|
|
POLARIZARE
|
Verticala
|
|
SWR AJUSTABIL
|
1,1/1 ajustable
|
|
CÂŞTIG
|
+3 dBi
|
|
PUTERE MAXIMĂ
|
150 W PEP
|
|
LARGIME DE BANDĂ
|
1.300 KHz (130 cx)
|
|
GREUTATE
|
0,275 kg
|
|
LUNGIME
|
850 mm
|
|
TIP BAZA-SUPORT
|
auto-radio 10 mm
|
|
DIAMETRU PERF.
|
? 10 mm
|
|
RADIANT
|
inox AC4
|
|
ADAPTOR
|
? 15- 10 mm
|
|
|
Frecventa de functionare
|
25~30 MHz
|
|
Numar de canale
|
200
|
|
Putere maxima admisa
|
300 W
|
|
R.O.S. Minim in centru benzii
|
1:1,2
|
|
Castig
|
4 dB
|
|
Lungime
|
1500 mm
|
|
Greutate
|
390g
|
|
Material
|
Inox
|
|
Tip de conectare
|
PL 259
|
|
Diametru
|
10 mm
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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.
- distanta maxima de
propagare in zona vizibilitatii directe se poate calcula cu formula:
(m;km)
Intucat undele radio pot suferi refractii si reflexii
aceasta distanta se mareste dincolo de orizontul radio si putem utiliza formula
empirica :
; (m;km)
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.
- intensitatea de camp generat de o antena dipol la o distanta r,
este data de formula:
(mV/m)
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.
- tensiunea furnizata de o antena la bornele unui receptor in
functie de lungimea efectiva a tijei de antena:
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:
- daca inlocuim antena originala de pe camion, care are un castig 0dB
si o lungime efectiva mica (cca 50cm), cu o antena performanta de ex
Sirio 5000 cu G= 6dB, obtinem la emisie aceeas rezultat ca si cum am fi
marit puterea initiala a statiei de 4 ori. Avantaj: suntem in
legalitate cu statia.
- daca montam pe camion doua antene identice, (stanga-dreapta), mai
putem obtine un castig suplimentar de 3dB, cu avantajul ca dispare
fenomenul de “fading” (fluctuatii de semnal) in timpul mersului.
- daca inlocuim antena si marim si puterea statiei de 4 ori, in
etajul final, vom obtine un castig global de 6dB+6dB=12dB, ceea ce
asigura o crestere a campului radiat la receptorul corespondentului cu 2
grade S.
- inainte de a ne hazarda cu puteri si antene, trebuie sa lamurim un
lucru esential; “cu cine si la ce distanta dorim sa comunicam?” Daca ne
multumim cu o raza de actiune de 10 -15km, statia noastra CB, in starea
originala, nemodificata ne va multumi din plin. In timpul mersului pe
traseu vom avea toate informatiile disponibile pe o raza de 10-15km.
- cand propagarea ne pacaleste, putem comunica si cu 4W, cu o antena
modesta, la sute, chiar la mii de km. In astfel de situatii apare
fenomenul ca nu mai putem comunica cu colegul, care se afla la 3-4km de
noi, dar putem vorbii cu altii la sute de km in conditii optime. In acest
caz - tehnicianul - “bagatorul de wati”, nu are nici un merit, ca problema
tehnica s-a transformat intr-o problema naturala (ionosfera), pe care inca
nu o putem stapani…
Bibliografia:
- Rigo Bela Radiotelefon antennak. Ed.1981 Elektonika sorozat.
- I.Mitican Radiotelefoane. Functionare. Exploatare. Ed. Tehn.
1979.
- Reviste France CB Colectii. 1995-99.
- Farkas Alex Teste de electronica Ed.2006.
