Apie nesimetrinį dipolių maitinimą

Paveikslėlyje pavaizduotas įtampos ir srovės pasiskirstymas pusės bangos dipolyje. Dipolio centrą galima įžeminti, kas plačiai naudojama banginio kanalo antenose. Įtampa U parodyta dipolio centro (žemės) atžvilgiu.

Windom

Originalioje Windom (W8GZ) antenoje dipolis žadinamas žemės atžvilgiu. Šioje antenoje maitinimo laidas (fideris) jungiamas prie taško A, esančio maždaug 0,18 bangos ilgio atstumu nuo dipolio galo.

Kadangi dipolis žadinamas žemės atžvilgiu, siųstuvas būtinai turi turėti radiotechninę žemę, kaip parodyta paveikslėlyje. Jei nuo siųstuvo atjungsime žemę, antena nebus žadinama. Maitinimo laido prijungimo prie dipolio taškas parenkamas taip, kad šiame taške antenos įėjimo varža žemės atžvilgiu būtų lygi vienlaidžio fiderio banginiai varžai (500-600 Om). Generatoriaus įtampa Ug yra lygi įtampai U.

Šiuo metu toks dipolio maitinimas nenaudojamas - ir pats vienlaidis fideris spinduliuoja, ir nesimetrinis 500-600 Om fideris nėra patogus. Bet aš apie 1970 m. savo pirmus QSO dariau naudodamas tokią anteną...

OCF (Off Center Fed) dipolis

Dipolį nebūtinai reikia maitinti per vidurį. Stumdant maitinimo tašką galima priderinti antenos įėjimo varžą prie fiderio banginės ar kitos norimos varžos, o taip pat padaryti keleto diapazonų anteną. Taip maitinamas dipolis gavo nesimetrinio (OCF) dipolio pavadinimą. Teisingai maitinamos antenos rezonanso dažnis nepriklauso nuo ją maitinančio fiderio prijungimo taško ir fiderio ilgio. Kad fideris neįtakotų dipolio darbo, jis turi būti izoliuotas nuo pačios antenos, o ryšys su antena turi būti tik induktyvinis. Maitinant anteną per transformatorių, kurio talpa tarp pirminės ir antrinės apvijų yra maža, galima pasiekti neblogus rezultatus. Jei aukštutiniuose diapazonuose priėmimo antenai ar mažos galios siųstuvui tokį transformatorių nesudėtinga padaryti, esant didelės galios siųstuvui ar žemų dažnių diapazonuose tai tampa problematiška.

Šioje antenoje generatorius jungiamas tarp dviejų antenos laido gnybtų taške A. Sukuriama įtampa U (žiūrėti įtampos pasiskirstymo dipolyje paveiksliuką), kuri yra abejuose generatoriaus gnybtuose (sinfazinė). Šią įtampą nereikia painioti su generatoriaus įtampa Ug, kuri yra žymiai mažesnė. Pvz. jei laisvoje erdvėje esančio dipolio maitinimo taškas A yra nutolęs nuo galo apie 0,18 bangos ilgio (kaip antenoje Windom), šiuo būdu maitinamo dipolio įėjimo varža šiame taške yra apie 100 Om. Prie I=1A ir Ug=100V įtampa U yra apie 250V, nes centro (žemės) atžvilgiu šiame taške varža yra apie 600 Om. Šie skaičiai yra orientaciniai, jie tik parodo, kad sinfazinė generatoriaus įtampa U yra žymai didesnė už generatoriaus įtampą Ug.

Paprastai antena prie siųstuvo jungiama fideriu. Jei nesiimsime jokių priemonių, ši sinfazinė įtampa U pateks į fiderį ir sukels fiderio spinduliavimą. Spinduliuojantis fideris tampa antenos dalimi, pakeičia srovės pasiskirstymą antenoje, jos rezonansinį dažnį, įėjimo varžą, gali sukelti trukdžius buitinei aparatūrai. Kad tai neatsitiktų, reikia imtis priemonių, kad ši įtampa į jį nepatektų. Tam naudojami įvairūs filtrai, tačiau šiame taške tai padaryti nėra lengva. Dažnai naudojamas simetrinimo įrenginys (balunas) šiuo atveju neapsaugo fiderio nuo sinfazinės srovės. Naudojami droselio tipo filtrai, tačiau jų efektyvumas dažnai yra mažas.


Kaip matome, OCFD ir Windom antenų įėjimo varža, paskaičiuota MMANA, tame pačiame taške smarkiai skiriasi (apie 100 Om ir 600 Om). Šie dipolio maitinimo principai yra visiškai skirtingi, todėl manau, kad OCFD anteną tapatinti su Windom yra nelabai korektiška.


Naudingi patarimai derinant dipolį duoti DL2KQ puslapyje. Naudojant siūlomus suderinimo metodus dipolis išsicentruoja, todėl tokias antenas galima priskirti prie OCFD.

Fukso antena

1928 metais J.Fuchs (OE1JF) užpatentavo dipolio maitinimo iš galo principą. Jis teigė, kad esant tokiam maitinimui nereikalinga žemė ar atsvarai. Ryšys tarp kontūrų gali būti bet koks - induktyvinis, talpuminis, galvaninis.

Tikslumo dėlei turiu pasakyti, kad vien tik induktyvinį ryšį tarp kontūrų realizuoti sudėtinga, dažniausia tarp jų yra dar ir talpa. Panagrinėsime atveją, kai ta talpa gan maža, tokia, kurios išvengti sunku.

Paveikslėlyje parodytas generatorius V, kuris atliks antrinio kontūro vaidmenį, rezistorius R1=2kOm - antenos įėjimo varža, ryšio su žeme talpa 2pF, kontūro varža rezonanse R2=100kOm, įtampos amplidudė kontūre 1000V. Žemiau parodyti skaičiavimai. Taigi, srovė, tekanti tiek apkrova, tiek kondensatoriumi, lygi 61mA, galia antenoje 7,5W, nuostoliai kontūre (R2) 5W.

Dabar prijungiame kontūro apačią prie žemės, t.y. užtrumpiname kondensatorių C1 (paveikslėlis dešinėje). Prie tos pačios galios antenoje (R4) nuostoliai kontūre (rezistoriuje R3) bus tik 151mW, nes ženkliai sumažės kontūro įtampa.

Ką tai rodo? Tai rodo, kad visos šnekos apie Fukso anteną, dirbančią be žemės, yra iš nežinojimo. Jai, kaip ir Windom, žemė reikalinga, ji visada yra ir į ją visada teka tokia pat srovė, kaip ir į anteną. Jei žemės mes nematome, tai dar nereiškia, kad jos nėra, ji bus prijungta per mažą talpą. Tik tokiu atveju įtampa kontūre bus didesnė ir nuostoliai jame bus dideli. Jei AD srovė neras geresnės žemės, ji tekės kabeliu, ko rezultatas - trukdžiai įvairiai buitinei aparatūrai. Bet kokiu atveju, kuo mažesnė įtampa kontūre, tuo mažesni nuostoliai jame.

Šiaip bet kokiu atveju antena spinduliuos, tik nežinia kiek :-)

Dipolio maitinimas iš galo

Fukso dipolio maitinimo iš galo metodas ypač patogus miesto sąlygomis, tačiau realiai jis yra neišbaigtas. Jei surištus kontūrus pakeisime suderinimo įrenginiu ir prie jo antro kontakto prijungsime žemę, anteną bus galima maitinti koaksialiniu kabeliu. Pusės bangos dipolio įėjimo varža jo gale didelė, keletos kiloomų eilės, todėl žemės varžai keliami nedideli reikalavimai. Žemė gali būti realizuota ketvirčio bangos atsvaru. Atsvaro ilgis nėra labai kritiškas, vietoj jo galima naudoti gelžbetoninio namo armatūrą, blogiausiu atveju metalinę šildymo ar vandentiekio sistemą ir pan., svarbu, kad jie prie suderinimo įrenginio būtų prijungti kuo trumpesniu laidu. Vietoj žemės naudojant armatūrą ar metalinius vamzdžius gali padidėti priimamas triukšmas bei atsirasti trukdžiai buitinei aparatūrai. Dipolio ilgis nėra kritiškas, jis gali būti ir šiek tiek trumpesnis už pusės bangos.

Koaksialinio kabelio banginės varžos suderinimui su kelių kiloomų apkrova patogiausia ir mažiausia nuostolių turi LC grandinė. Suderinimo įrenginys sudarytas iš ritės ir kondensatoriaus. Rezistorius R1 reikalingas statinio krūvio nutekėjimui į žemę. 80 m diapazone kondensatoriaus orientacinė talpa 140 pF, ritės induktyvumas 14 μH.

Bet kokiu atveju realiai antenai reikia koreguoti talpą bei induktyvumą. Derinimui patogu naudoti derinamą kondensatorių ir variometrą, na ir SBK matuoklį. Po to išmatuoti gautas L ir C reikšmes ir prilituoti reikiamo nominalo elementus. Kondensatorius turi turėti gan didelę pramušimo įtampą, kuri šioje vietoje gali būti didesnė nei įtampa lempos anode, bei didelę reaktyvinę galią. Kaip kondensatorių galima naudoti kabelio RG58 gabaliukus, jo talpa yra 100 pF/m.

Talpą ir induktyvumą galima sukeisti vietomis, tačiau jų nominalai pasikeis. Šiuo atveju statika į žemę nutekės per ritę ir rezistoriaus nereikės. Kadangi aš naudojau tiunerį, man buvo patogiau kintamo kondensatoriaus rotorių įžeminti, nei izoliuoti rankenėlę nuo AD įtampos.

Tokiu pat būdu galima maitinti ir Inv Vee, bangos ilgio dipolį ir panašias antenas.

Pastačius relę ir komutuojant vien tik kelias ritės vijas ar nedidelę talpą, galima anteną suderinti tiek 80 m. CW diapazonui, tiek SSB diapazono galui. Pakeitus suderinimo įrenginio talpą bei induktyvumą, galima anteną suderinti dvigubai didesniam dažniui. Aš ilgą laiką naudojau apie 20 m. ilgio laidą darbui 40 m. ir 20 m. diapazonuose.

Suderinimo įrenginio nuostoliai priklauso nuo kontūro, sudaryto iš induktyvinės ritės bei kondensatoriaus, kokybės Q bei induktyvumo reaktyvinės varžos Xl. Paprastai kondensatoriaus kokybė būna labai didelė, todėl viskas priklauso nuo induktyvinės ritės kokybės. Paskaičiuoti 80 m. diapazono suderinimo įrenginio nuostoliai, kai ritės kokybė Q=100, yra 0,27dB, kai Q=50 - 0,53dB.

Apie žemę

Kai kurių antenų maitinimui naudojami atsvarai, arba radiotechninė žemė. Idealios žemės atveju jos varža lygi nuliui ir joje neatsiranda nuostolių. Elektrotechninė žemė su į žemę įkastais kontūrais šiuo atveju mažai naudinga, nes turi gan didelę varžą AD srovei.

Paprastumo dėlei paimsime visiems žinomą vertikalią anteną, maitinamą koaksialiniu kabeliu, kurio ekranas jungiamas prie atsvarų. Atsvarai čia atlieka dirbtinės radiotechninės žemės funkciją. Dažniausia atsvarai išdėstomi priešingomis kryptimis, tuo būdu jų sukuriami elektromagnetiniai laukai vienas kitą sunaikina. Galia, patekusi į atsvarus (žemę), praktiškai neišspinduliuojama, ją galima apibūdinti kaip nuostolius. Antenos įėjimo varža Rx lygi pačios antenos įėjimo varžos Ra ir žemės varžos Rz sumai, kaip parodyta paveikslėlyje.

Tarkime, kad idealios žemės atveju paties vertikalo varža Ra=30 Om, o atsvarų (žemės) Rz= 20 Om. Sumoje įėjimo varžą Rx gauname 50 Om. Anteną žadiname 100W galios siųstuvu. Šiuo atveju tik 60W paklius į anteną, 40W bus prarasta atsvaruose. Jei atsvarų (žemės) varžą sumažintume iki 5 Om, nuostoliai žemėje siektų 14W, o 86W pakliūtų į anteną. Esant idealiai žemei į anteną pakliūtų visi 100W.

Kuo mažesnę varžą idealios žemės atžvilgiu turi antena, tuo didesni reikalavimai žemei (atsvarams). Jei antenos įėjimo varža didelė, nuostoliai žemėje nėra dideli. Pvz. jei antenos įėjimo varža 1000 Om, tai prie minėtų žemės varžų Rz, anteną žadinant 100W galios siųstuvu, nuostoliai žemėje bus atitinkamai 2W ir 0,5W. Net jei žemės (atsvaro) varža bus 50 Om, nuostoliai jame bus 5W. Todėl pusės bangos dipoliui, maitinamam iš galo, nėra būtina gera žemė. Šiuo atveju kaip žemę galima naudoti gelžbetoninio namo armatūrą, šildymo ir vandens tiekimo vamzdžius, jei sistema išvedžiota metaliniais vamzdžiais. Laidas nuo antenos maitinimo taško iki armatūros ar kitokio prijungimo taško turi būti kuo trumpesnis.

Nesant didelių reikalavimų žemei tam gerai tinka vienas ketvirčio bangos atsvaras. Jį naudinga suderinti į rezonansą, kad jo prijungimo taške įėjimo impedanse (varžoje) nebūtų reaktyvinės dedamosios. Maitindamas pusės bangos dipolį iš galo, kurio atsvaras buvo ketvirčio bangos ilgio laidas, esu atlikęs tokį eksperimentą. Atsvarą sutrumpinau, o jo prijungimo taške įjungiau variometrą. Juo galėjau atsvarą suderinti rezonansui. Rezonanso metu, kai jo impedanse nelikdavo reaktyvinės dedamosios, neoninė lemputė, įjungta jo gale, švietė mažiau. Tai rodo, kad rezonanso metu į atsvarą patenka mažiau galios.

Apie trukdžius buitinei aparatūrai

TV perėjus virš 500 MHz, radijo mėgėjų TB signalų harmonikų patekimas į tų dažnių diapazoną mažai tikėtinas. Dažniau TV trukdžiai atsiranda dėl aktyvinių plačiajuosčių antenų stiprintuvo perkrovimo. Paprastai tokie stiprintuvai neturi filtrų, todėl stiprus kad ir TB signalas lengvai juos perkrauna. Ko gero vienintelė išeitis iš šios situacijos - TV priėmimui naudoti pasyvines (be stiprintuvų) antenas.

Trukdžiai gali atsirasti jei mėgėjo antena yra netoli buitinės aparatūros. Stiprus laukas indukuoja įtampą įvairiuose laiduose, ji detektuojama nelinijiniuose schemos elementuose. Šitaip gali atsirasti trukdžiai ŽD stiprintuvams, kompiuteriams. Sprendimas - tolinti anteną nuo aparatūros, o taip pat ant laidų užmauti feritinius žiedus. Geresnės kokybės kompiuterių kolonėlių, klaviatūros ir panašiuose kabeliuose tokie filtrai (feritiniai vamzdeliai) būna jau uždėti. Taigi, naudokite laidus, ant kurių jau uždėti filtrai.

Kitas kelias trukdžiams atsirasti tai fiderio spinduliavimas. Esmė tame, kad fideris ateina į namą, butą, prijungiamas prie radijo stoties. Pati radijo stotis prijungta prie elektros tinklo. Jei fideris smarkiai spinduliuoja, galima skaityti, kad tai antenos dalis. O kai antena kambaryje, dar prijungta prie elektros tinklo, gero nelauk.


Vytas LY3BG