další info >>>> | Obsah |  |  |  |
Ladění antén Single Zeppelin, Double Zeppelin nebo LW
Všeobecně Všechny uvedené antény, tj. Single Zeppelin (SZ), Double Zeppelin (DZ) i LW fundamental se vyznačují podobným principem napájení, tj. napěťovým napájením v místě maximální kmitny napětí (nulového nebo minimálního proudu). Znamená to, že anténa je napájena na vysoké impedanci malým proudem. Problémy s napájením a přizpůsobením Zpravidla nám spoustu vrásek na čele dělá půlvlnná (fundamental) a na konci napájená anténa LW. Nároky na napěťovou odolnost kondenzátorů v tuneru je extrémní. Takto realizovaná soustava však není od země izolovaná. Součást antény tvoří nejen půlvlnný zářič, ale také tuner a jeho uzemnění, zpravidla však také staniční zem. Proto se často používají další řešení. Anténní půlvlnný vodič lze instalovat dvakrát. Potom získáme zářič antény Double Zeppelin, jehož délka odpovídá délce celé vlny, impedance v místě napájení je vysoká, ale lze ji transformovat čtvrtvlnným symetrickým vedením na impedance nízké a přitom zachovat anténní soustavu jako neuzemněnou, od země izolovanou, s dokonalou symetrií. Půlvlnnou anténu lze rovněž napájet symetrickým vedením na konci. Potom získáme anténu vůči zemi nesymetrickou. Jeden vodič žebříčku nám tvoří kapacitu proti zemi, druhý napájí anténu v místě vysoké impedance. Tato soustava však není vůči zemi symetrická, přesto ji lze vyrobit jako izolovanou. Co má vliv na ladění antény a s čím míváme problémy? Jak jsem napsal v úvodu, impedance půlvlnné antény SZ nebo LW (rovněž celovlnné DZ) je v místě napájení vysoká a my máme zpravidla málo možností, jak tuto impedanci změnit, protože výšku antény volíme podle požadavků na vyzařování antény a v okolí závěsných bodů se kapacitních vlivů okolí antény, případně svodů přes izolátory zcela nevyvarujeme. Udělejme si tedy alespoň jednoduchý rozbor transformace impedancí ve Smithově diagramu. Impedance půlvlnné antény v místě napájení (příklad 41 m dlouhé antény na kmitočtu 3.550 kHz)
Uvažujme, že zářič antény má v místě napájení impedance od 5500 Ohmů do 8000 Ohmů. Pokud je zářič skutečně půlvlnný a v rezonanci, pak v tabulce vpravo jsou body DP1 a DP2 krajní body uvažovaného intervalu. Pokud k anténě můžeme, dokážeme ji budit volnou vazbou a měřit proud v zářiči (sondou) nebo naladit její rezonanci pomocí GDO, zpravidla docílíme toho, že zářič bude mít impedanci někde mezi DP1 a DP2. Pokud rezonanci zářiče nenajdeme, bude se nám anténa chovat při napájení jako kapacita (např. body DP3 nebo DP5), a to v případě, že je anténa krátká nebo se bude anténa chovat jako indukčnost (např. body DP4 a DP6), a to v případě, že je anténa dlouhá. |
Poznámka: Pokud jste instalovali anténu vyrobenou v dílně ok1ufc, má vždy nepatrně delší zářič. Důvody jsou dva - zpravidla není při výrobě přesně známa výška instalace a ani využití antény, tedy, zda bude používána v segmentu CW na kraji pásma, případně zda nebude nutný určitý kompromis při ladění na harmonických kmitočtech. Anténa je tedy vždy delší a pokud bychom ji měřili na kraji pásma, bude vykazovat induktivní charakter, tj. poměrně značnou kladnou jalovou složku jX. Impedance bude tedy odpovídat spíš bodům DP4 a DP6 než DP1 a DP2.
Smithův diagram - viz obrázek vpravo Zakreslíme-li body uvažovaných impedancí zářiče do Smithova diagramu, podotýkám, všechny uvažované body z předchozí tabulky, tedy DP1 až DP6, budou v diagramu od sebe nesnadno rozlišitelné, překrývají se v místě, kde je zelený čtvereček na obrázku vpravo, ukazuje na ně zelená šipka. Do Smithova diagramu si rovněž z menu programu namalujeme alespoň 3 kružnice (modré). Uvnitř kruhů leží body, ve kterých je poměr stojatých vln (VSWR) lepší než 1.2 (nejmenší kruh), lepší než 2 (střední kruh) a lepší než 3 (největší kruh). Poznámka: Uprostřed Smithova diagramu je bod s impedancí Z = 50 + j0, tj. VSWR = 1 (dokonalé přizpůsobení ke koaxiálnímu napáječi). |
Nejlepší přizpůsobení pouze pomocí vhodné délky žebříčku Našemu zářiči s impedancí DP1 by vyhovovala pro nejlepší VSWR elektrická délka žebříčku LL= 21.1 metru, VSWR bude cca 1.2 a impedance v místě napájení bude Z = 59 Ohmů na f = 3.550 kHz. Pokud bude impedance zářiče jiná (např. odpovídající DP2 až DP6), budou se impedance v bodě napájení pohybovat mezi fialovými body kolem středu diagramu (body jsou pospojované tlustou lomenou čárou). Toto řešíme v programu tak, že z menu Extras zapneme funkci Sweep a zvolíme volbu Sweep over datapoins. Program nám výsledné impedance vykreslí bezprostředně a jednoduchým pohledem vidíme, jak na tom jsme. Poznámka: Antény typu Single Zeppelin a Double Zeppelin z dílny ok1ufc jsou standardně vždy dodávané s žebříčkem PCV-570-84 větší délky. Důvodů je rovněž několik. Jednak ne vždy lze realizovat fyzicky anténu s žebříčkem délky 1/4 lambda, vzdálenost je prostě větší. Existuje však další důvod, a sice použitý tuner není schopen ladit vysoké impedance antény na harmonických kmitočtech (např. na 7 MHz je žebříček půlvlnný, impedanci by netransformoval a byla by vysoká). Větší délka LL žebříčku nám však může způsobit jiné komplikace - viz další odstavec. |
Dlouhý žebříček - obrázek vpravo Pokud je žebříček delší o 2 metry, probíhá transformace podle diagramu vpravo. Anténa vykazuje v místě napájení induktivní charakter, poměr stojatých vln VSWR je již vyšší než 3, impedance na svorkách jsou opět namalované jako fialové body pospojované lomenou čárou, leží již mimo kruh VSWR=3 (nahoře, napravo od něho) |
Ladění antény s dlouhým žebříčkem pomocí tuneru Automatický tuner si s vyladěním impedancí řádu desítek až stovek ohmů, včetně desítek jalových jX Ohmů poradí. V diagramu přibyl k zelenému oblouku žebříčku ještě oblouk kapacity a indukčnosti tuneru. Poradí si s dlouhým žebříčkem vestavěné tuneru v TRXu a manuální tunery? Vypočtěme tedy hodnoty potřebné kapacity C a indukčnosti L. Možná budete překvapeni: Potřebná kapacita C je 772 pF !!! (a některé tunery mají C jen 250 nebo 500 pF), indukčnost je zpravidla realizovatelná. Poznámka: Dlouhý žebříček se nám může hodit pro celou řadu aplikací, ale, jak vidíte, může být rovněž na závadu a může být příčinou velice obtížného ladění. |
Krátký žebříček - obrázek vpravo Na obrázku vpravo byl do Smithova diagramu zakreslen žebříček antény, který je o 2 metry kratší. Anténa vykazuje v místě napájení kapacitní charakter pro všechny vstupní body DP1 až DP6, tedy bez ohledu na to, zda byl zářič krátký nebo dlouhý. Impedance na svorkách jsou rovněž nakreslené jako fialové body pospojované lomenou fialovou čárou. Body jsou mimo kruh s VSWR = 3. |
Ladění antény s krátkým žebříčkem pomocí tuneru Automatický tuner si s krátkým žebříčkem rovněž poradí. Pro jistotu vypočteme potřebné hodnoty kapacit a indukčností L článku: Všimněte si, že schéma tuneru je stále stejné (L článek typu dolní propust, generátor je vpravo). Potřebná indukčnost L má podobnou hodnotu, jako v předchozím případě (3.5 mikroH). Potřebná kapacita C je však 55.5 pF ! A to je hodnota realizovatelná na většině vestavěných tunerech, případně na manuálně laděných tunerech. |
Závěry Realizace i tak jednoduchých antén, jako je Single Zeppelin nebo Double Zeppelin by měla být prováděna s uplatněním obou základních měřicích metod. 1. A to snahou o naladění zářiče bez napáječe do rezonance alespoň na kmitočtu fundamental, tj. měla by se nastavit geometrická délka zářiče (délka kolem 41 metrů) tak, aby při velice volné vazbě s anténou nám analyzátor indikoval rezonanci nebo aby byla rezonance zjevná na požadovaném kmitočtu pomocí GDO. 2. Nalezením impedance při základním kmitočtu (v příkladu jsem to řešil na kmitočtu 3.550 kHz) na svorkách antény. Pokud je jX vysoké a kladné (desítky až stovky Ohmů), je žebříček dlouhý a ke kompenzaci induktivního charakteru bude zpravidla vyžadována vysoká kapacita, která přesáhne možnosti tuneru. Potom musí být žebříček zkrácen. Pokud je jX záporné, zkrátili jsme žebříček více, než je třeba. Tuner si s tím zpravidla hravě poradí. Při pečlivém měření lze velice dobře rozlišit mezi kladnou či zápornou reaktancí a anténu nastavit jen s použitím žebříčku do rezonance (tj. jX = 0). VSWR pravděpodobně nebude VSWR=1, to by byla málo pravděpodobná náhoda, ale s vysokou pravděpodobností bude menší než 2. Nemusí to však být pro nás naladění finální, zejména, musíme-li udělat kompromis na jiném pásmu.
Koaxiál mezi žebříčkem a tunerem Koaxiál (o char. impedanci Z=50 Ohmů) nám samozřejmě bude transformovat impedance. Změnou délky koaxiálu však nikdy nedocílíme správného přizpůsobení, protože to teoreticky není možné. Je však pravdou, že při některých délkách koaxiálu vyladíme anténu s tunerem snadno a při jiných to může být obtížné. Ve Smithově diagramu - viz obrázek vpravo, si všimněte téměř celé zelené kružnice. Ta představuje koaxiální kabely o délkách od nuly (bod TP7) do 41.5 metru elektrické délky (TP8, 41.5m je téměř 1/2 vln. délky). Uvědomte si, že VSWR je pořád vysoké (vyšší než 3 - mimo modré kruhy), ale impedance se pohybují v různých hodnotách. Schéma: Poznámka: Nižší hodnoty VSWR docílíme u antény jedině tak, že na nejlepší VSWR naladíme délkou žebříčku. Potom nám bude koaxiální kabel opisovat maličkou kružnici kolem středu, která takové hodnotě VSWR odpovídá. |
© 2016 Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 8.2.2016