FRITZEL FR-1864 - Antena dipolowa KF

FR-1864 Antena podwójny dipol na pasma 1,8/3,5MHz

Parametry mechaniczne:

W wielu lokalizacjach anteny na dolne amatorskie pasma 40m, 80m oraz 160m są (z konieczności) instalowane na wysokościach, które nie gwarantują ich skutecznej pracy. Spowodowane jest to wymaganiami na przestrzeń dostępną dla instalacji tych anten, bliskością zabudowań sąsiedzkich, niechęcią lub brakiem zgody sąsiadów na wykonanie konstrukcji antenowych. Zmusza to krótkofalowców do kompromisów, a w konsekwencji, do mniejszej (niż możliwa) skuteczności anten.

Osiągi na antenach rozwieszonych tylko kilka metrów nad płaskim betonowym dachem, bądź też rozwieszone „zygzakami” pod dachem drewnianym, montowanych na balkonach i na tarasach, w bezpośrednim sąsiedztwie ścian budynku, będą pozostawać daleko w tyle od osiągów opisywanych w literaturze anten zawieszonych „w przestrzeni swobodnej”. Dla źle ulokowanych anten ich niską skuteczność warunkują dwa czynniki: wysoka absorpcja energii wypromieniowanej przez struktury znajdujące się w odległościach mniejszych niż 1/6 długości fali od anteny oraz wpływ tych struktur na impedancję wejściową anten. Zamiast wymarzonej impedancji wejściowej anteny rzędu 50Ω, należy spodziewać się raczej wielkości w okolicy 20Ω. Takie niedopasowanie wywołuje już obawy o tranzystory szerokopasmowych wzmacniaczy mocy (jeśli brak jest układu zabezpieczającego je przed skutkami niedopasowania). Gdy wzmacniacz mocy jest zabezpieczony przed skutkami niedopasowania, to oznacza to (w praktyce) zmniejszenie mocy wyjściowej, z możliwych 100W, do około 20W.

Wśród krótkofalowców powszechne jest oczekiwanie na anteny z impedancją wejściową dostosowaną wprost do impedancji kabli koncentrycznych 50Ω. Przy wspomnianych wyżej odstępstwach codziennej praktyki od wyidealizowanej teorii, do łask wróciły specjalne układy rezonansowe, dopasowujące przetransformowaną na dolny koniec kabla koncentrycznego impedancję wejściową anten do impedancji wyjść wzmacniaczy tranzystorowych. Ten bardzo pożyteczny układ nie nazywa się już Pi - Filtrem, lecz układem dopasowującym anteny (w powszechnie przyjętym wśród krótkofalowców słownictwie nazywany jest „skrzynką antenową”). Jego zadaniem jest jak najsprawniejsze przeniesienie mocy z wyjścia nadajnika na wejście kabla koncentrycznego łączącego go z anteną. To wielka pomoc dla „cierpiętników” trudnych uwarunkowań instalacji anten.

Pomiary anten krótkofalarskich:

Od ponad 25 lat firma FRITZEL zajmuje się produkcją anten krótkofalarskich. Ich podstawowe parametry są wyspecyfikowane w dołączanych instrukcjach. Jeśli chodzi o parametry mechaniczne, jak: długość, waga oraz wytrzymałość na zerwanie, to mogą one być ściśle sprecyzowane. Uwzględniając uwarunkowania podane powyżej, trudno być precyzyjnym jeśli chodzi o parametry elektryczne anten. Wszak, te będą mocno uzależnione od konkretnych uwarunkowań danej lokalizacji. W przypadku dolnych pasm amatorskich dostępna rozległość posiadłości jest często zbyt mała w stosunku do długości anteny a możliwa wysokość zainstalowania jest zdecydowanie niższa od tej minimalnej, która może obiecywać skuteczność anteny. Jest frustrującym dla „cierpiętników” trudnych lokalizacji „podniecać się” parametrami anten zmierzonych w idealnych lokalizacjach. Tylko bardzo nieliczni krótkofalowcy są szczęśliwymi posiadaczami takich posiadłości, na których mogą instalować anteny w warunkach zbliżonych do idealnych.

Chcąc być uczciwym, parametry anten należy podawać z uwzględnieniem wpływu bezpośredniego otoczenia na daną antenę. Powinna być przy tym podana metodologia pomiaru anten dla danej lokalizacji jak i zastosowana aparatura pomiarowa. Tylko tak uczciwe poinformowanie potencjalnego klienta da mu pełnię informacji o ewentualnej przydatności konkretnej anteny dla jego specyficznych uwarunkowań lokalnych.

Sercem naszego zestawu pomiarowego anten jest Analizator Wektorowy ZPV, współpracujący z generatorem SMS2 na ściśle określonych częstotliwościach, o stałym poziomie sygnału w.cz. na wyjściu, przestrajany częstotliwościowo w zaprogramowany sposób. Sygnał z wyjścia generatora jest podawany na dwa sprzęgacze kierunkowe, do których podłączone są dwa kable koncentryczne o takich samych długościach. Jeden kabel koncentryczny jest podłączony do anteny poddawanej pomiarom a drugi pozostaje niczym nieobciążony. Zadaniem tego drugiego kabla jest kompensacja wzajemnych wpływów pomiędzy mierzoną anteną a podłączonym do niej kablem koncentrycznym (tj. od prądów indukowanych przez antenę na zewnętrznej powierzchni ekranu kabla koncentrycznego). Gdyby nie było tego drugiego kabla, to pomiar byłby zafałszowany. Pomiary są nadzorowane przez procesor, dzięki czemu przebiegają „automatycznie” a ich rezultat może być natychmiast przedstawiony w postaci stosownych wykresów (drukarka lub ploter).

Na dużych wystawach / targach, takich jak HAM RADIO, VHF-Meeting w Weinheim oraz INTERRADIO, Dział Techniczny Niemieckiej Poczty Federalnej w Duisburgu posługuje się analogicznym zestawem pomiarowym. Zainteresowani techniką pomiarów anten znajdą więcej informacji na ten temat na stronie 1602 „Handbook for High Frequency Technology”. Zastosowany wybieg z dwoma poprowadzonymi równolegle kablami koncentrycznymi umożliwia precyzyjny zdalny pomiar parametrów anten w miejscu dołączenia jednego z tych kabli do mierzonej anteny, tj. bez konieczności ustawiania zestawu pomiarowego (do 100kG) na znacznej wysokości w miejscu zasilania anteny.

Dopuszczalne zakresy niedopasowania (SWR):

Nasz zestaw umożliwia pomiary anten nie tylko w zakresie 3MHz – 30MHz, ale także powyżej górnej i poniżej dolnej granicy fal krótkich. Zamiast prezentować punktową zależność SWR od częstotliwości, podajemy zakresy, dla których niedopasowanie jest mniejsze niż 2:1 oraz mniejsze 5:1. Są to zakresy częstotliwości, dla których SWR < 2:1 oraz < 5:1 (odpowiednio). Na częstotliwościach, dla których dana antena wykazuje SWR < 2:1 można pracować nadajnikiem z szerokopasmowym wyjściem 50Ω, bez wsparcia układem dopasowującym. Natomiast, przy SWR < 5:1, taki układ jest już niezbędnie potrzebny. Pomiędzy zakresami dopuszczalnego niedopasowania są obszary, gdzie niedopasowanie jest tak duże, że możliwości transformacji impedancji popularnych skrzynek antenowych (od 10Ω do 250Ω) już nie wystarczają.

Kable koncentryczne:

Kabel koncentryczny o impedancji 50Ω wykazuje tylko wtedy taką impedancję …gdy jest obciążony na drugim końcu czystą rezystancją 50Ω. We WSZYSTKICH INNYCH PRZYPADKACH (jakiegokolwiek niedopasowania) staje się on transformatorem impedancji. Niech przykładem będzie dipol mierzony na częstotliwości 3,536MHz, zainstalowany na wysokości 8metrów nad podłożem (0,1λ). Rezultat pomiaru: 25Ω / 0jΩ. W przypadku zasilania kablem koncentrycznym o impedancji 50Ω wyliczony SWR wynosi 50 : 25 = 2:1. Aby ten pomiar nie był zniekształcony, mierzona antena była zasilana kablem koncentrycznym RG213 o długości 28metrów, co odpowiada pół długości fali (z uwzględnieniem współczynnika skrócenia: dla większości kabli koncentrycznych z twardym dielektrykiem współczynnik skrócenia jest zbliżony do 0,66). Dla takiej długości kabla zasilającego impedancja wejściowa anteny będzie wiernie przeniesiona na dolny koniec kabla. Ma to również miejsce dla kabli zasilających o długościach elektrycznych (a nie fizycznych): 1λ, 1,5λ, 2λ, 2,5λ itd.

Gdybyśmy skracali kabel zasilający tą samą antenę kolejno o 2metry, to otrzymalibyśmy impedancję na dolnym końcu kabla jak w poniższej tabeli:

Linia zasilająca o długości elektrycznej pół długości fali przenosi WIERNIE impedancję wejściową anteny na dolny koniec kabla. Dlatego zaleca się stosowanie kabli koncentrycznych o długościach elektrycznych będących wielokrotnością połówek fali. Należy unikać zasilania anten liniami (poza przypadkami szczególnymi) o długościach elektrycznych będących nieparzystymi wielokrotnościami ćwiartki fali. Zasilając antenę pracującą na kilku pasmach amatorskich kablem o długości elektrycznej pół fali (w paśmie 80metrów), uzyskamy ten sam efekt także w pasmach 40m, 20m oraz 10m (odpowiednio 2λ, 4,5λ, 8λ).

Należy pamiętać o tym, że impedancja wejściowa dipola zależy od jego wysokości nad podłożem. Wysokość zainstalowania dipola wpływa na jego dopasowanie do linii zasilającej. Przy przypadkowych długościach kabla koncentrycznego, w zależności od jego długości elektrycznej, transformuje on niedopasowanie na dolny koniec kabla. Aby zapewnić bezpieczną pracę stopnia końcowego oraz skuteczne przekazywanie mocy z nadajnika do anteny, należy zastosować pomiędzy nadajnikiem a dolnym końcem kabla układ dopasowujący. Przetransformowana przez linię zasilającą impedancja na pewno nie będzie równa 50Ω. Wszak średnia arytmetyczna pomiędzy 10Ω a 90Ω to też 50Ω. Ta niższa wartość będzie występować dla dipoli zainstalowanych tuż nad podłożem. Natomiast wyższa impedancja występować może dla dipoli zainstalowanych na znacznej wysokości, około 0,35λ.

Porównywanie anten:

Krótkofalarstwo ma w sobie element eksperymentu. Ci, którzy mogą pozwolić sobie na instalację kilku anten, mogą porównywać ich charakterystyki i ich skuteczności. Z tym, że porównaniom tym bardzo daleko do doskonałości, dopóki obie porównywane anteny nie są na tyle oddalone od siebie, że można przyjmować, iż nie istnieje już zauważalne sprzężenie pomiędzy nimi. Dla mniejszych odległości pomiędzy nimi nie można przyjmować, że „nie ma” drugiej anteny, nawet wtedy, gdy jest ona przez przełącznik anten odłączona lub zwarta. Ona stale JEST i funkcjonuje jako absorbent pola wzbudzanego przez antenę pierwszą, która tą pochłoniętą energię z anteny pierwszej wtórnie re-promieniuje, zgodnie z jej charakterystyką kierunkowości. Z tego względu, należy być szczególnie ostrożnym z lokalizacją anten szerokopasmowych z rezystorem absorbującym. Będą one bardzo skutecznie pochłaniać część mocy z innych anten usytuowanych w pobliżu.

Powtarzalność parametrów anten:

Dane dotyczące częstotliwości rezonansu anteny, jej impedancji wejściowej, przebiegu SWR oraz szerokości zakresu częstotliwości dla akceptowalnego SWR są słuszne TYLKO DLA KONKRETNEJ LOKALZACJI mierzonej anteny. Inna wysokość podwieszenia, inny kąt V pomiędzy ramionami oraz bliskość okolicznych struktur mogą skutkować zupełnie innymi wartościami parametrów anten. Dlatego, ze względów praktycznych, nie można „gwarantować” dobrych parametrów dla anten na częstotliwości poniżej 10MHz ze względu na trudności w instalowaniu ich na zalecanych wysokościach nad podłożem, zwłaszcza, gdy podłoże ma kiepską przewodność gruntu. W takich lokalizacjach parametry podawane przez producenta należy przyjmować jako orientacyjne.

Jest w interesie producenta anten poinformować Klientów o powyższych uwarunkowaniach, aby poszerzyć Jego wiedzę w tej dziedzinie. Jeśli przyczyni się to do „wymazania stref niedomówień”, skonfrontuje z błędnymi opiniami „domorosłych znawców” i w końcu skłoni krótkofalowca do bardziej starannej analizy miejsca i sposobu instalacji anten, to będzie to wspólna korzyść krótkofalowca i producenta oferowanych mu anten.

Uwaga do danych technicznych:

Dane dotyczące częstotliwości rezonansu anteny, jej impedancji wejściowej, przebiegu SWR oraz szerokości zakresu częstotliwości dla akceptowalnego SWR są słuszne TYLKO DLA KONKRETNEJ LOKALZACJI mierzonej anteny. Inna wysokość podwieszenia, inny kąt V pomiędzy ramionami oraz bliskość okolicznych struktur, mogą skutkować zupełnie innymi wartościami parametrów anten. Nie można „gwarantować” dobrych parametrów dla anten na częstotliwości poniżej 10MHz ze względu na trudności w instalowaniu ich na zalecanych wysokościach nad podłożem, gdy podłoże ma kiepską przewodność gruntu. W takich lokalizacjach parametry podawane przez producenta należy przyjmować jako orientacyjne.