ANTÉNY PRO CB
RADIOSTANICE V PÁSMU 27 MHz (26 - 27.9 MHz)
Obecně lze konstatovat,že jako přijímací, nebo vysílací
anténa může sloužit vodič jakéhokoliv tvaru a délky, umístěný v určité výšce
nad zemí a spojený vhodným způsobem s vysílačem nebo přijímačem (v našem
případě s radiostanicí CB).
Každý anténní zářič je charakterizovaný:
- směrovým účinkem
- součinitelem
směrovosti
- ziskem
- vstupní impedancí
- účinným
frekvenčním rozsahem
V praxi je účelné posuzovat směrové vlastnosti anténních systémů
v porovnáním s půlvlným dipólem, který je základním
typem anténního zářiče, který je velice lehko opakovaně realizovatelný. O tom,
zda skutečně nastane v dané místě požadované soustředění energie
rozhoduje také účinnost samotného zářiče, nebo anténního systému. V mnoha
případech (např. u půlvlného dipólu) je účinnost
zářiče blízká 100%, ale často je účinnost značně menší vlivem ztrát samotného
zářiče a pohybuje se např. asi mezi 50 - 80%. Skutečný zisk antény (tzn.
zesílení ve směru maximálního vyzařování) je proto praktickým měřítkem
výkonnosti anténního systému a udává se jednoduchým číslem, nebo častěji v
decibelech. Vyjadřuje skutečnost, kolikrát je zkoumané pole silnější, než pole
vztažného zářiče, čímž je zpravidla půlvlný dipól,
nebo izotropní zářič (tj.teoretický ideální zářič).
Pozn.: Pojmem vztažný zářič se rozumí posuzovaná
"modelová" anténa.
Směrový účinek je schopnost zářiče vyzařovat, popř.
přijímat ektromagnetickou energii jen z určitého
směru, definovaného prostorovými úhly ve vodorovné a svislé rovině. Abychom
mohly navzájem různé antény porovnávat, zavádí se pojem tzv.součinitel
směrovosti, který udává, o kolik je v místě příjmu elektromagnetické pole
silnější, než pole vybuzené v tom, či onom místě zářičem, který by stejný vysokofrekvenční
(dále VF) výkon vyzařoval rovnoměrně do celého prostoru. Tento teoretický
a prakticky nerealizovatelný vztažný zářič je izotropní - všesměrový.
V praxi neexistuje žádný kouzelný typ antény, který by měl
malé rozměry a při tom velký zisk. Mnoho nedorozumění vzniká tím,že není u
běžně prodávaných antén udáván zisk k jakémukoliv vztažnému zářiči .Domnívám se
, že tomu není tak z reklamních důvodů. Ve skutečnosti je zisk vztažený k
izotropnímu zářiči o 2.15 dB větší než je zisk vztažený k půlvlnému
dipólu.Z této poznámky si každý může posoudit sám, jak vypadá skutečnost
udávaných hodnot zisku antén.
Úkolem zářiče (v našem případě antény) je vyzářit do
prostoru přiváděnou energii. Ta se dá do zářiče-antény přivádět obvykle tzv.
napájecím vedením, v našem případě koaxiálním kabelem. Z hlediska napájení se
anténa jeví jako spotřebič. Maximální přenos energie nastává, když je vstupní
odpor zářiče (antény), reálný a rovný vnitřnímu odporu zdroje,
tj.napáječe-koaxiálnímu kabelu. Ve skutečnosti má anténa často i tzv.
reaktanční (jalovou) složku a proto je správnější hovořit o vstupní impedanci
antény. Jalová složka nespotřebuje sice žádný výkon, ale způsobuje frekvenční
citlivost antény a zhoršuje se přenos energie z napájecího vedení do
antény.
CB radiostanice pracují v pásmu 11m (27MHz), proto nás
budou zajímat antény pro uvedené pásmo. Obecně pro pásma krátkých vln (1.6 - 30
MHz) je základním typem šíření pro dálkový provoz
tzv."ionosférická" vlna odražená od vrstvy F ve výšce 400km. Pro
dálkový provoz (dálkové šíření) musí být VF energie vyzařována pod malými
elevačními úhly, což vyžaduje zavěsit horizontální anténu co nejvýše, anebo
dobrý zemnící systém pro anténu vertikální.O směrovosti antén pro CB pásmo se
nebudu zmiňovat, vzhledem k tomu, že pro CB provoz lze používat pouze
antény jednoprvkové, což jsou v našem případě pouze antény vertikální,
vyzařující do prostoru kolem horizontální roviny, tedy v kruhové
charakteristice.
Vertikální antény jsou vhodné pro malé prostorové
požadavky, výhodný vyzařovací diagram ve svislé rovině a všesměrovost
v horizontální rovině. Nejkratší rezonanční délka zářiče je l/4, kde druhou
polovinu půlvlnné délky nahrazuje zemní odraz . Do
rezonance se dají přivést i kratší zářiče se zapojenou tzv.prodlužovací
indukčností v blízkosti kmitny
proudu, nebo zatěžovací kapacitou na vrcholu zářiče. Vyzařovací diagram ve
svislé rovině závisí na délce zářiče-antény. Se zvětšováním výšky zářiče se
vyzařování soustřeďuje podél obzoru tak dlouho, dokud výška nepřesáhne l/2. Při
větších výškách se objevují a vzrůstají laloky pod velkými elevačními úhly. Při
výšce 1 lambda (
Prakticky využitelné vertikální antény výšky 0.08 až 0.1/l,
při dobré zemi a kvalitní prodlužovací cívce v přizpůsobení,dávají
i takto krátké dobré výsledky. Vzhledem k tomu, že v reálných podmínkách
je vlivem ztrát potlačené vyzařování do nejnižších úhlů, uvádí se, že je možno
uvažovat maximum vyzařování u antén výšky:
- 0.25/l
v úhlu asi 30°
- 0.5 /l
v úhlu asi 15°
- 0.625/l v
úhlu asi 10°
Jiným typem vertikální antény je tzv."ground-plane" (GéPéčko). V
tomto případě je čtvrtvlný vertikální zářič umístěn
nad zemí a zdánlivá zemní rovina je tvořena zpravidla čtyřmi ,nebo třemi čtvrtvlnými horizontálními vodiči. V praxi lze sledovat, že
někteří výrobci používají více, či méně těchto horizontálních vodičů. Následek
zvýšení, nebo snížení počtu vodičů (tzv.radiálů)
má podstatný vliv na účinnost a vyzařovací charakteristiku antény.Správně
zhotovená anténa má vyzařovací diagram ve vodorovné rovině všesměrový a ve
vertikální rovině vyzařuje pod malými úhly. Proto jsou tyto antény vhodné pro
dálkové spojení. Vyzařovací odpor antény je asi 30 ohm. Anténa proto může být
napájena přímo koaxiálním kabelem 50 ohm. Při použití napáječe 75 ohm. je nutno
impedanci transformovat, např. je možno mezi anténu a napáječ zařadit čtvrtvlný úsek vedení o impedanci 50 ohm. Existuje mnoho
dalších postupů, ale omezím se pouze na podmínky běžného uživatele, který se
jistě nebude pouštět do stavby amatérské CB antény.
Problémy vyplývající z nepřizpůsobení koncového
stupně vysílače k anténnímu zářiči se dají velice lehko odstranit. Naopak
neznalost stavu momentálního napojení napáječe k anténě a k vysílači může
způsobit poškození koncových zesilovačů výkonu VF a škody jsou mnohem větší,
než malý zásah , který vede ke zcela dobrým výsledkům v běžné CB praxi.
Především si je nutno uvědomit, že běžně prodávané radiostanice pro CB pásma se
základním povoleným výkonem 4W mají vestavěnou jednoduchou tzv.reflektometrickou ochranu proti odpojené, nebo špatně
přizpůsobené anténě. Ta je schopna ochránit koncový stupeň i při zaklíčování bez antény, samozřejmě jenom na určitou
dobu.Dále je tato ochrana účinná i v případě připojení špatně přizpůsobené
antény, ale samozřejmě s adekvátně sníženým výkonem.
Vestavěné "ochrany" však neslouží k ochránění
koncového stupně vysílače pokud vznikne galvanické zkratování na anténním
konektoru, resp.zkrat na anténě, nebo koaxiálním kabelu!!
Co se týče běžně prodávaných zesilovačů určených pro CB
provoz , zpravidla pro výkony 35, 50, 80, 100W VF, (nehomologované)
, tyto nejsou vybaveny žádnou ochranou proti výše uvedeným provozním závadám.
Zde při zaklíčování s tímto zesilovačem do
nepřizpůsobené antény, nebo snad i s nezapojenou anténou dojde k mžikovému
poškození aktivních prvků - koncových tranzistorů a takto poškozený koncový
stupeň se stává nefunkční.
PŘIZPŮSOBENÍ ANTÉNY K VYSÍLAČI -
měřené veličiny PSV (ČSV)
Úkolem vysílací antény je vyzářit s co největší účinností
výkon, vyrobený vysilačem. Aby tento úkol byl splněn, musí být anténa optimálně
vyřešena vzhledem k vysílanému kmitočtu a impedančně přizpůsobena k výstupnímu
obvodu vysílače.
Výkon z vysilače je do antény přenášen prostřednictvím napájecího
vedení-koaxiálním kabelem. Podmínkou účinného přenosu energie je impedanční
přizpůsobení v místech styku vysílač-napáječ-anténa. Není-li tato podmínka
splněna, dochází ke vzniku stojatého vlnění na napáječi, anténa pak nevyzáří
všechen přivedený výkon, část se ho vrací zpět k vysilači a mění se v
neužitečné teplo ve výstupním obvodu vysilače a může způsobit i poškození
aktivních prvků.Nepřizpůsobení se udává činitelem stojatého vlnění (ČSV). Ke
zjištění se používá měřičů PSV (ČSV), zařazených do cesty mezi vysílač a
napájecí vedení. Ztráty výkonu, ke kterým dochází vinou nepřizpůsobení, jsou
uvedeny v tabulce 1. Většina měřičů PSV (ČSV) se používá k trvalé kontrole
během provozu vysílače a jsou zapojeny viz výše uvedeno. Během nastavování
antén si je nutno uvědomit, že se vyzařuje trvale VF výkon a
takovéto nastavování je nutno provádět pokud možno v době sníženého provozu na
pásmu.
Tabulka 1:
PSV
PŘENESENÝ
ODRAŽENÝ
(ČSV)
VÝKON
(%) VÝKON (%)
1
100
0
1,2
99,2
0,8
1,5
96
4
2
89
11
3
75
25
4
64
36
6
48
52
10
33
67
nekonečno
0
100
Z poznatků provozu na CB pásmu nelze opomenout jednu ze
skutečností, že měření PSV nevěnují uživatelé CB radiostanic velkou pozornost.
Snad pouze tehdy, kdy se realizuje montáž antény a někdo, nebo firma provede
prvotní nastavení na optimální možnou hodnotu. Tímto aktem zůstává být tento
parametr, tedy PSV již neaktuální a dále neaktualizován. Vlivem
meteorologických podmínek tj. především působením relativní vlhkosti, nebo
přímo po dešti, stárnutím kabelu napáječe, mechanickým poškozením ap.dochází
neustále ke změně parametrů PSV. Z praktického hlediska lze jenom doporučit
trvalé zapojení PSV metru v cestě mezi vysílačem a napájecím kabelem, a
vizuálně kontrolovat momentální stav PSV. V případě jakéhokoliv vybočení z
normálu máme ihned možnost odhalit tento stav a zabývat se příčinou do
odstranění. V opačném případě, kdo tuto možnost nemá, nebo jí nevyužívá mnohdy
tápe, z jakých důvodů mu při vysílání nejde to , či ono. Vzhledem ke
standardnímu výkonu kolem 4W není třeba se zabývat průchozím útlumem PSV-metrů,
které jsou běžně dostupné na našem trhu. Ideální je používat dvouměřákových PSV-metrů, kde lze sledovat veličinu
PSV a VF výkonu současně.
Upozornění: Pozor na připojování jakýchkoliv
náhražkových antén bez prověření PSV !
Konstrukcí PSV-metrů se nebudu zabývat, jelikož je na trhu
dostatečný výběr těchto měřících přístrojů, i když lze pochybovat o jejich
přesnosti jako měřících přístrojů. Pro běžné používání ze strany provozovatele
CB (jako poměrové měřidlo) jsou zcela postačující. Kdo by měl zájem o
konstrukci přesných -širokopásmových PSV-metru, může se obrátit na mne.
NASTAVOVÁNÍ ANTÉN PRO
CB
Zde bych chtěl popsat ve stručnosti nastavení
nejpoužívanějších antén, které jsou nejvíce rozšířeny mezi uživateli. Především
se jedná o tzv."půlky", různé autoantény (mobilky) ap. Běžně dostupné antény jsou již od
výrobce naladěny na patřičný kmitočet, tedy i nastaveny, ,jak se říká na
nejlepší PSV. Musíme brát v úvahu, že výrobce tyto antény nastavuje v
modelových podmínkách, s reálnými elektrickými poměry. Každý uživatel umísťuje
anténu dle svých možností, a tím se i parametry antény odchýlí od normálu,
který je přednastaven od výrobce. Na změně parametrů má především vliv okolí,
ve kterém bude anténa instalována. Jsou to - okolní zástavba, různé překážky,
zástěny, výška antény, prodloužení na různých stožárech, zemní systémy ap.
Každý tento faktor ovlivní při prvním zapojení anténu v pohledu na PSV a
vyzařovací charakteristiku. Každou anténu, její montáž provádíme dle doporučení
výrobce,nebo prodejce. Snažíme se anténu , její výsuvné díly nastavit na
označené rysky. Po správné instalaci napáječe (koaxiálního kabelu) od konektoru
antény ke konektoru radiostanice CB, zapojíme PSV-metr u RDS CB v následujícím
sledu; radiostanice CB - asi 20-40cm koaxiálního kabelu opatřeného
konektory - PSVmetr - koaxiál.
kabel příslušné délky k propojení s anténou opatřený konektory. Při tomto
zapojení a připojení zdroje můžeme započít nastavování antény. Upozorňuji, že
za, ne zcela vhodný postup považují nastavování antény přímo s PSV metrem
umístěným u paty antény bez celé délky napáječe (koaxiál.
kabelu) , jak to někteří provozovatelé CB praktikují. Potom dochází k podivu
nad PSV v patě u antény a případně změřenému PSV u radiostanice CB. Bohužel
druhý postup nevyžaduje asistenci druhé osoby, ale nedojde se k uspokojivým
výsledkům.V praxi dojde k efektu, že pokud bude PSV v patě antény
nastaveno na ideální hodnotu ,pak po instalaci koaxiálního svodu bude PSV
u stanice na jiné hodnotě. Tím pádem dochází díky funkčnosti reflektometrické ochrany ve stanici ke snížení vyzařovaného
výkonu.
Po krátkém zaklíčování jsme ihned
schopni zjistit na PSV metru jednu výchylku menší a při přepnutí
PSV metru, druhou výchylku větší. Větší výchylku si regulačním prvkem
(potenciometrem pro citlivost) na PSV metru nastavíme na pravý okraj stupnice a
s potenciometrem již nemanipulujeme. Přepneme na menší výchylku a na stupnici
ihned lze odečíst poměr PSV. U normálně instalované antény (profesionálně
zhotovené) , nebude výchylka u tzv."půlek", nebo Ground-playnů větší než 1:2 na kanálech č.1 a č.40, na nichž
provádíme měření z hlediska nejvyššího a nejnižšího vyzařovaného kmitočtu.
Postupným zasunováním, nebo vysunováním prvku antény lze v praxi dosáhnout PSV
na výše uvedených kanálech a po té v celém rozsahu 1-40kanálu PSV 1:1,1. V níže
uvedeném odstavci bude klasický případ postupu nastavení. Upozorňuji, že
jakákoliv manipulace s anténou se provádí mimo provoz vysilače (nesmí být zaklíčováno tlačítkem na mikrofonu). Za účelem měření,
vizuální kontroly PSV stačí krátkodobě zaklíčovat,
pouze po dobu , co provádíme odečet na PSV měřidle.
- na kanále č.1 bude PSV menší (např.1,5)
- na kanále č.40 bude PSV větší (např.1,9)
Tento stav může být i v obráceném poměru.Další nastavení
provádíme vždy od kanálu, kde je horší PSV. V našem případě od CH 40.
- nastavíme CH
- provedeme změření a zjistíme PSV (např.již 1,6)
Pokud bychom vysunuly prvek třeba o zmíněné 2-3cm PSV
se zhorší např.na 2,1.
- pokusíme se opět zasunout prvek a opět zkontrolujeme PSV
- zároveň si přepneme CH
V našem případě by měla být hodnota PSV např.již na 1,3
- prvek zasunujeme do té doby, dokud se PSV na CH 40
nedostane na nejnižší hodnotu, respektive se začne PSV na tomto kanále
opět pomalu zvětšovat směrem nahoru.
- potom zkontrolujeme CH 1
Může se stát, a to záleží na tzv. širokopásmovosti
dané antény, že se nám výše uvedeným postupem podaří realizovat PSV v celém
rozsahu lineárně, tedy rovnoměrné. Na obr.2 jsou naznačeny klasické případy, se
kterými se uživatel může setkat při nastavování antény.
Obr.2:
a)
b)
c)
PSV
1.2
1.4 1.6
1.6
1.4
1.2
1.1
1.2
1.1
------------------>>
<<------------------
---------------------
CH
1
20
40
1
20
40
1
20 40
a) zde je nutno zkracovat délku antény zasunováním prvků
( PSV se začne posunovat ve směru
šipky )
b) zde je nutno prodlužovat délku antény vysunováním
prvků
( PSV se začne posunovat ve směru
šipky )
c) skoro ideální a realizovatelné nastavení se středem
na 20CH
Tentýž způsob nastavování antény se týká autoantén pro CB pokud je výrobcem provedena tak, že
lze v nepatrných dimenzích zkracovat vlastní zářič. Avšak jedno důležité
upozornění: Mobilní antény jsou dodávány s určitou délkou napáječe ukončeného
konektorem. Nedoporučuji svévolně zkracovat, nebo prodlužovat tento
napáječ .U většiny těchto antén délka koaxu, se
kterým je dodávána korespondují parametry antény. V opačném případě se tímto
zásahem anténa rozladí-znehodnotí. Existuje mnoho druhů antén, které se
dolaďují pouze délkou napáječe (čtvrtvlnnými násobky,
např. mobilní lodní anténa HURICAN).
Protože se neustále hovoří o tom, jaký má útlum ten ,
či onen kabel a jaký má tento útlum vliv na přenos VF energie, uvádím měřené
veličiny, které byly publikovány v AR
Měření bylo dle autora provedeno radiotesterem
ROHDE-SHWARZ, který obsahuje mj. Přesný wattmetr se vstupní impedancí 50
ohm s citlivostí 1 mW.
Vstupní výkon 10W VF na kmitočtu 28 MHz (můžeme
uvažovat dtto 27 MHz):
n délka kabelu RG 58 =
n
změřený skutečný výkon na konci kabelu 1,21
W
n
útlum kabelu na
·
délka kabelu RG 213 =
·
změřený skutečný výkon na konci kabelu 4,58 W
·
útlum kabelu na
Z těchto údajů lze spočítat, skutečný útlum na různé
délky použitých koaxiálů typu RG58 a RG 213.
Samozřejmě nelze počítat „lineárně“ (že bude na
Převzato z webu http://www.cb-decin.cz
a autorem článku je Chip_DC.