Cuvânt înainte.
Articolul lui YO8RJU din http://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=702
a produs un interes deosebit atât sub aspectul realiz?rii practice precum ?i
comentarii ?i întreb?ri din punctul de vedere al tehnologiei reglajelor antenei
în multiplele benzi pentru care este construit?. Aproape toate comentariile au
recomandat m?sur?tori cu un analizor pentru acest? anten? ?i eventual
publicarea rezultatelor. Interesul mi se pare justificat ?inând cont de
simplitate, economicitate ?i spa?iul relativ restrâns de instalare.
Fa?? de perioadele trecute în care f?ceam
antenele în conformitate cu recomand?rile din documenta?iile publicate, c?r?i
?i reviste, dar în multe cazuri rezultate ob?inute nu se potriveau cu cele
preconizate, am ajuns în acest moment s? avem la îndemân? echipamente de m?sur?
performante ?i documenta?ie pe Internet "cât cuprinde" care s? ne ajute în
modelare, construc?ie, m?sur?tori ?i reglaje.
Este chiar p?cat s? ne facem o anten?, care se
dore?te a fi func?ional corect?, dac? dup? construc?ie ?i montaj nu îi facem o
m?sur?toare ca s? ?tim pe ce "cai" pornim la lupt?. Nu este vorba aici de antenele
industriale, care ?i ele pot fi m?surate ?i reglate, dar mai ales de cele
autoconstruite ?i adaptate condi?iilor concrete de instalare, terase, balcoane
?i alte spa?ii citadine restrânse. ?i cum unul dintre comentatorii articolului
mai sus men?ionat era bucuros pentru apari?ia unei noi realiz?ri practice vom
încerca s? mai prezent?m câte ceva în acest sens.
Realizarea ce va fi prezentat? nu este o noutate
dar solu?iile ?i etapele ei vor s? scoat? în eviden?? o tehnologie de abordare
"garnisit?" ?i cu câteva solu?ii de m?sur?tori, reglaje ?i adaptare pentru o
func?ionare corect?. Este un punct de vedere despre cum ar trebui abordat? problema
pentru spa?ii reduse, restric?ii administrative de instalare, evitarea
interferen?elor ?i totu?i maximizarea performan?elor în condi?ii vitrege de
practicare a nobilului nostru "hobby" - radioamatorismul. Pentru a ?ti cum
func?ion?m m?sur?torile sunt strict necesare. În zilele noastre, cred c? un
efort financiar minim din partea asocia?iilor ?i cluburilor de amatori ar
rezolva problema procur?rii zonale a unor analizoare de anten?.
Scurt? recapitulare.
-
Antenele scurtate, pentru spa?ii restrânse sau antenele portabile
au în general impedan?e mici, mai mici de 50 de ohmi.
-
Acela?i lucru se întâmpl? ?i la dipolii aproape de sol la care
scade impedan?a în punctul de alimentare.
-
Antenele verticale la care contragreut??ile nu pot fi înclinate au
carctreristici similare, cu impedan?e în jurul a 37 de ohmi.
-
Chiar dac? antena este la rezonan?? Xs=0 raportul de unde
sta?ionare SWR poate fi mai mare decât limita rezonabil? de 1:1,5. În acest caz
când partea real? a impedan?ei Rs<50 ohmi, rezisten?a de sarcin?
devine mult prea mic? pentru a realiza un transfer optim de energie c?tre
anten? iar SWR devine sup?r?tor ?i poate produce efecte nedorite.
-
Un citat
semnificativ din articolul lui YO7AYH - Valeric? Costin:
Linii de transmisie http://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=257
“Daca raportul de unde stationare pe linia de
transmisie nu poate fi schimbat prin nici-un reglaj efectuat la
intrarea în linie, atunci la ce ajuta cuplorul de antena
(transmach-ul, sau antena tuner)?
Cuplorul de antena se amplaseaza între emitator
si intrarea în linie. Utilizarea cuplorului de antena face ca pe segmentul de
linie dintre el si emitator sa nu existe unde reflectate (sau, în anumite
cazuri, sa existe un minim de unde reflectate, indicate de SWR1). În aceasta
situatie curentul furnizat de etajul final al emitatorului va fi minim,
protejându-se astfel etajul final de curenti excesivi, iar puterea transmisa de
emitator spre antena va fi maxima, datorita adaptarii dintre impedanta de
iesire a emitatorului si impedanta de intrare în linia de alimentare.
Eliminarea undelor reflectate pe segmentul de
linie dintre emitator si cuplorul de antena nu înseamna si eliminarea undelor
reflectate de pe linia existenta între cuplor si antena. Acest lucru poate fi
dovedit cu un alt reflectometru (SWR2) instalat între cuplor si antena. Daca
antena este pur rezistiva (fara componente reactive) si daca valoarea
rezistentei de radiatie este egala cu valoarea impedantei caracteristice a
liniei fara pierderi, atunci pe linie nu vor fi unde reflectate (deci nu vor fi
unde stationare) si cel de al doilea reflectometru va indica lipsa lor. În
toate celelalte cazuri, când antena nu este pur rezistiva si are si componente
reactive, iar impedanta antenei va diferi de impedanta caracteristica a liniei,
vor exista unde reflectate care, vor conduce la existenta undelor stationare pe
linie.
În concluzie, un cuplor de antena nu va
elimina undele stationare existente pe linie, datorita neadaptarii dintre antena
si linia de transmisie. El va ajuta la reducerea curentului debitat de
etajul final, protejând tranzistorii sau tuburile electronice din etajul final
de curenti excesivi, si va face posibil sa se transfere maximum de putere de la
emitator spre antena."
Aceast? configura?ie este prezentat? în prima
schem? din figura al?turat?.
În cea de a doua schem? este prezentat? ?i o
alt? configura?ie în care adaptarea se face direct la intrarea antenei în
încercarea de a diminua raportul de unde sta?ionare pe cablul de conexiune.
Adaptorul este de tipul “balun" ?i este amplasat la intrarea antenei, acolo
unde este m?surabil? impedan?a antenei Zs=Rs±jXs.
Putem întâlni dou? situa?ii:
-
Prima în care impedan?a antenei Zs este mai mare ca impedan?a
cablului coaxial ca de exemplu antena FD4 la care de monteaza sus un balun 1:6
pentru coax de 50 ohmi sau 1:4 pentru 75 ohmi. De regul? Zs este deja
cunoscut? din documenta?ii clasice ?i de regul? este greu de m?surat la locul
de montaj.
-
Cea de a doua situa?ie este mai intesant? ?i se refer? la antene
la care impedan?a Zs este mai mic? decât impedan?a caracteristic? a cablului
coaxial. Avem ca exemplu antenele verticale λ/4 care au impedanta 37 ohmi
la baz?, în special cele înc?rcate inductiv, antena Helically wound (spiral?),
antena exponen?ial? ?i în general antenele scurtate. Accesul mai u?or la baza
acestor antene ofer? posibilitatea de a m?sura impedan?a de intrarea Zs.
În prezenta expunere ne vom referi în special la
cea de a doua situa?ie pentru care va fi expus? ?i realizarea practic? cu toate etapele de
m?surare ?i realizare a adapt?rii. Realizarea nu este o noutate, poate mul?i au
f?cut acest? anten? sau altele similare. Expunerea încearc? s? prezinte o
etapizare sistematic? a pa?ilor de urmat, inclusiv instrumentele de m?sur? ?i
analiz?, pentru realizarea unei antene în regim de radioamator, eventual pentru
spa?ii restrânse, dar cu posibilitatea de a masura ?i ajusta parametrii
acesteia pentru o func?ionare corespunz?toare. Mul?i dintre colegii no?trii au înc?
probleme majore cu instalarea unor antene care s? permit? traficul radio din
propriul amplasament. Poate ca aceast? expunere s?-i ajute s? revin? în eter.
Ce ne propunem s? analiz?m ?i s? realiz?m?
-
Adaptarea
?i antenelor rezonante cu impedan?e între 8 ?i 75 de ohmi pentru un SWR maxim
de 1:1,5 pe linia de transmisie.
-
S?
func?ioneze la configura?ii de Bal-Un sau Un-Un (Balanced - Unbalanced sau
Unbalanced - Unbalanced).
-
S? se
asigure rapoarte de transformare de 1:1 (50:50), 2:1 (50:25), 4:1(50:12,5). În
aceste condi?ii pentru orice anten? cu impedan?a cuprins? între 8 ohmi < Zs=Rs la rezonan?? < 75 ohmi,
raportul de unde sta?ionare nu va dep??i 1:1,5 prin alegerea corespunz?toare a
raportului de transformare asigurat de balun. Pentru valori m?surate ale Zs=Rs
între 33 ?i 50 ohmi se alege priza de 1:1, pentru valori m?surate între 16 ?i
37 ohmi se alege priza de 2:1 iar pentru valori în intervalul 8 la 19 ohmi se
alege priza de 4:1.
-
S? fie u?or de
ajustat func?ie de nevoi prin comutarea prizelor pe balun.
-
S? admit? puteri
rezonabile de 100 - 250 watt cu pierderi minime.
Prezentare "Top - Down".
Vom folosi o prezentare top-down, de la
ansamblul de func?ionare la detaliile de execu?ie. Schema general? a
configura?iei de lucru este prezentat? în figura al?turat?. Câteva scurte
explica?ii: ?ocurile pe cablurile de leg?tur? între echipamente sunt realizate
din ferite splitate (clamp), ferite recuperate din trafo HT TV ?i bobinate cu
6-8 spire de RG58 sau ferite tubulare de la cablurile monitoarelor CRT casate.
Se evit? astfel reflexii între echipamente ?i radia?ii parazite.
În balconul de 3,5x1,5m de la etajul 7, cu fa?a
spre vest, convie?uiesc 4 antene, bine m?surate ?i adaptate, cu care în
modurile digitale (PSK, RTTY, etc.) func?ionând cu puteri mici (20 - 50 watt)
s-au realizat o multitudine de leg?turi la distan?e apreciabile ?i s-a lucrat
cu eficien?? ?i în concursuri. V? invit s? vizita?i în www.hrdlog.net log-ul on-line al lui YO4UQ.
Antenele sunt:
1.
Magnetic LOOP cu diametrul de 1,1m, ?eav? de Cu 22mm, cu adaptare
Γ gama, pentru benzile de: 10MHz cu un C=50pF în vid peste CV, 14, 18 ?i
21MHz cu CV de 16 la 69pF cu distan?? mare între placi.
2.
Magnetic LOOP cu diametrul de 0,6m, ?eav? de Cu 22mm, cu adaptare
Γ gama, pentru benzile de 21, 24 ?i 28 MHz. Punerea la punct pentru
adaptarea gama a fost f?cut? cu miniVNA la locul de instalare pentru un SWR de
1:1,2 în banda de 14 MHz la prima anten? ?i 1:1,14 în banda de 21 MHz la cea de
a doua.
3.
Helically
Wound - antena spiral?, prezentat? de ARLL Antenna Book ed. 1997/1998 pag. 6-23
precum ?i în R&R nr.1 din 2008 care pentru benzile
de 7 ?i 18MHz este o undi?? de 7m, cu bobinaj de 21m din sârm? de CuE de 1,1mm
la care s-a ata?at o contragreutate de 10,6m pentru 7MHz ?i una de 4,2m pentru
18Mhz. Pe pozi?ia de instalare înclinat? la 45 grade pe balcon s-a acordat
natural în 18MHz cu un Zs=60,74+j11,57 cu SWR 1,33 iar pe 7MHz a fost
adus? la rezonan?? cu un CV ~ 30pF serie pentru un Zs=51,17+j2,96 cu SWR 1,06.
Spre surprinderea mea Zs ?i Rs au fost extrem de u?or adaptabile la impedan?a
liniei ?i a transceiverului.
4.
Helically
Wound - antena spiral? pentru banda de 3,5 ?i 10MHz a fost mai greu de st?pânit
?i a avut nevoie de m?sur?tori, acord ?i adaptare adecvat?. Pentru aceasta din
urm? vom face descrierea detaliat?.
Se observ? c? pentru toate cele 4 antene nu exist? nici un
adaptor de anten? (antenna tuner clasic) ?i c? SWR-metrul este montat chiar pe
cablul de leg?tur? între ie?irea de 50 ohmi a PA ?i, prin comutare, în
intr?rile antenelor. Când PA este oprit pe acela?i traseu func?ioneaz?
TS-450SAT cu AT scos.
Antena
spiral? pentru 3,5 MHz este realizat? pe o undi?? de 7m, bobinat? cu 42m de
sârm? de CuE de 1,1mm ?i este instalat? în balcon înclinat? la cca. 45 grade.
M?sur?torile efectuate cu miniVNA au determeinat ?i solu?iile în felul urm?tor:
-
Prima
m?sur?toare a fost f?cut? pe antena "crud?", între conductorul spiralei ?i
contrgreutate. Rezultatele acestei m?sur?tori sunt prezentate cu Zplots în
primul grafic. Rezonan?a antenei este la frecven?a de 3180kHz ?i impedan?a are
valoarea Zs=23,79+j0. SWR minim la 3202 kHz cu un Zs=27,35+j10,74.
-
Cea de a
doua m?sur?toare a fost f?cut? dup? aducerea la rezonan?? în frecven?a de 3550
kHz cu un condensator variabil de recep?ie 2x500pF (1000pF) în serie pe firul
activ ?i cu contragreutatea. Rezultatele au fost un Zs=21,24+j0 la frecven?a de
3546 kHz ?i un SWR de 1:2,36. La SWR minim de 1:2,09 impedan?a Zs=25,42+j13,97
?i frecven?a de 3563 kHz.
Se
observ? c? dezadaptarea nu este din cauza componentei reactive cât mai cu seam?
a valorii lui Rs mult mai mic? decât impedan?a carcteristic? a cablului coaxial
RG58 de 50 ohmi.
S-a
m?surat valoarea capacit??ii cu care s-a adus la rezonan?? pentru a putea alege
ni?te condensatoare convenabile pentru realizarea practic?. S-a repetat
m?sur?toarea pentru aducerea la rezonan?? ?i în frecven?a de 3700 kHz (banda de
fonie) ?i s-a notat capacitatea pentru a putea cu un acela?i CV s? facem
acordul pe cele dou? por?iuni din banda de 3,5 MHz.
M?rind plaja de
frecven?e analizate cu miniVNA între 3 ?i 12 MHz s-a constatat c? antena
lucreaz? ?i pe armonica 3-a undeva mai sus la cca 11,2 MHz. În acest caz s-a
realizat o înc?rcare inductiv? suplimentar? la baz?, din câteva încerc?ri, cu o
inductan?? de câteva spire care a adus ansamblul de acord ?i antena la
frecven?a de 10140 kHz.
În toate cele
trei cazuri Rs a fost în jurul valorii de 25 ohmi.
-
Partea
cea mai interesant? a fost realizarea adapt?rii de 2:1 (50 la 25 de ohmi) care
în literatura de specialitate este cam neobi?nuit?. C?ut?rile pe Internet au
dat rezultate ?i în site-ul lui WB6ZQZ - Alan Biocca s-a g?sit solu?ia necesar?
http://www.antennalaunchers.com/trb/index.html
care prezint? un balun de adaptare cu trei rapoarte 1:1, 2:1 si 4:1 incluzând
simetrizarea "unbal-bal" ?i ?ocul de curent pentru modul comun.
-
Schema de
principiu a ansamblului pentru aducerea la rezona?? ?i adaptarea cu "Triple
Ratio Balun" este cea de mai jos.
Realizarea
balunului a fost relativ simpl?. Ea este descris? cu lux de am?nunte ?i poze
sugestive în site-ul lui WB6ZQZ ?i site-ul http://www.qsl.net/wb6zqz/3in1balun/construct.html
- Alan Biocca prezint? dou? moduri de realizare practic? pentru acest balun:
una într-o carcas? cilindric? cu torurile de ferit? suprapuse ?i cea de a doua
cu torurile de ferit? al?turate pe un circuit imprimat, o construc?ie elegant?
de tip industrial.
Autorul
recomand? dou? toruri de ferit? cu permeabilitate 250 - 300 în domeniul de
frecven?e 1 - 30 MHz, model F-150A-K de la Amidon sau Bytemark. În realizarea
practic? expus? aici s-au folosit toruri existente, de produc?ie autohton?, de
dimensiuni (D,d,h) 52x30x18, probabil cu punct alb, deci în parametrii de
frecven??.
Pentru
toruri Amidon ro?ii 51x31x14 v? adresa?i cu încredere la Sorin YO7CKQ (FT-140-43
sau T200-2).
S-au
bobinat cu sârm? de Cu li?at izolat? în PVC câte 2 conductori x 12 spire pentru
"unbal-bal" balunul pentru ?ocul de curent în modul comun ?i simetrizare ?i
câte 4 conductori x 6 spire pentru transformatorul de RF cu trei rapoarte. Pentru
a nu gre?i la conexiuni se recomand? culori diferite de conductor izolat PVC.
S-au f?cut leg?turile conform schemei de conexiuni anexat?, prin lipire, s-au
izolat, s-au pus torurile unul peste altul ?i s-au rigidizat cu band?
izolatoare lat?.
S-a ref?cut
m?sur?toarea pentru toate cele trei benzi de frecven?? agreeate 3550, 3700 ?i
10140 kHz, prin "Triple Ratio Balun" setat pe raportul de transformare de 2:1
?i ajustarea din CV, din punctul de ie?ire al PA, respectiv ie?irea lui
TS-450SAT. Rezultatul pentru frecven?a de 3550 kHz este prezentat în ultimul
grafic realizat cu Zplots.
Parametrii
v?zu?i de miniVNA pentru cele trei situa?ii sunt:
Zs=47,87+j0,83
pentru 3556 kHz cu un SWR de 1:1,05
Zs=55,47+j3,37
pentru 3711 kHz cu un SWR de 1:1,13
Zs=50,04+j3,17
pentru 10128 kHz cu un SWR de 1:1,07
Corec?ia de
frecven?? cu câteva zeci de kHz dreapta - stânga în jurul adapt?rii optime se
realizeaz? din CV de acord la rezonan?? f?r? deteriorarea parametrilor de
func?ionare.
Schema
de conexiuni pentru triplu balun este ?i ea dat? pentru cei interesa?i.
În
loc de concluzii.
-
Despre
programul Zplots cu care au fost f?cute analizele off-line ale m?sur?torilor
realizate cu miniVNA ?i utilizarea lui se poate consulta articolul de pe www.radioamator.ro
-
În
prezenta solu?ie nu se utilizeaz? adaptor de antena, transmatch în sensul
clasic, ci adaptare fix? de impedan?? pentru antena adus? la rezonan??, în
frecven?a dorit?, cu balun.
-
Descrierea
este f?cut? pentru a încuraja m?surarea ?i adaptarea antenelor cu tehnologii
moderne ?i performante.
-
S-a
demonstrat astfel c? exist? solu?ii pentru o activitate radio chiar dac? nu
avem spa?ii pentru instalarea unor antene performante de mari dimensiuni.
-
Se poate
lucra comod ?i cu puteri mici cu antene corect construite în modurile digitale,
eficiente din punct de vedere radio.
-
Analizoarele
de anten? cu e?antionare ?i memorarea datelor ofer? posibilitatea analiz?rii
datelor achizi?onate în modul off-line, afi?area curbelor diver?ilor parametrii
?i elaborarea solu?iilor de func?ionare corect?.
-
Influen?ele
amplasamentului de instalare al antenei ?i a obiectelor înconjur?toare: ancore,
sârme, pere?i, casa liftului, pasarele, etc sunt substan?iale în modificarea
frecven?ei de rezonan?? ?i a impedan?ei. În condi?ii de spa?ii restrânse, f?r?
m?sur?tori, este greu s? se ajung? la o solu?ie optim?.
-
Prezenta
expunere este un cumul de experien?? practic? personal? ?i nu î?i propune s?
fie o solu?ie universal valabil? dar propune celor care î?i constuiesc antene
proprii sau î?i instaleaz? antene industriale s? le m?soare parametrii de
func?ionare ?i s? fac? ajust?rile necesare pentru o func?ionare optim?.
-
Mi se
pare rezonabil? abordarea punerii la punct a unei antene în urm?torii pa?i:
*
M?surarea
ini?ial? la intrarea antenei dac? este posibil, sau poate pu?in mai greu ?i
costisitor la un λ/2 electric de coaxial, pentru frecven?a de lucru, care
face transferul Zs de sus c?tre jos, la îndemâna operatorului Zs=Rs±jXs. Dac?
?tim cracteristicile ?i lungimea fizic? (implicit electric? a cablului coaxial)
se poate afla Zs din valoarea masurat? jos Zin, cu ajutorul programului TLD al
lui Dan Burniga AC6LA, sau pentru exper?i cu ajutorul diagramei Smith.
*
Aducerea
la rezonan?? a antenei pentru un Zs=Rs±j0 ?i consemnarea lui Rs.
*
Adaptarea,
printr-o metod? convenabil?, la intrarea în anten?, a impedan?ei Zcoax a
cablului coaxial de regul? 50 ohmi la valoarea lui Zs=Rs determinat la
rezonan??.
Realizarea practic?
chiar dac? nu arat? industrial, montat? într-o cutie de material plastic pentru
alimente, pe balcon la baza antenei, î?i face din plin datoria pentru care a
fost construit?.
Un îndem pentru
YO8RJU ?i colaboratorii s?i, de la al c?rui articol ?i comentarii am început
prezenta expunere: "monta?i antena, m?sura?i parametrii ?i publica?i
rezultatele".
Bibliografie:
[1]
ARLL Antenna BOOK - Helically Wound - 1997/1998 pag. 6/23
[2]
Antene practice filare - G3BDQ - John D Heys - RSGB ed. F-Service ?i prelucrat?
de YO4BBH & YO3AL
[3]
Antene pentru radioamatori - Iosif Remete YO2CJ ed. Tehnic? 1979
[4]
Linii de transmisie - Valeric? Costin YO7AYH din http://www.radioamator.ro
[5]
Triple Ratio Balun - Alan Biocca WB6ZQZ http://www.antennalaunchers.com/wb6zqz.html
[6]
Ig_miniVNA software - Jean Louis PAGES F4CLB http://clbsite.free.fr
[7]
Zplots - Dan Burniga AC6LA http://www.ac6la.com/zplots.html
[8] TLDetails
- Dan Burniga AC6LA http://www.ac6la.com/tldetails.html
