Anteny na pasmo FM .



Antena nadawcza to jeden z istotnych elementów nadajnika . Od niej zależy w głównej mierze zasięg nadajnika , który jak wspomniałem równy jest zasięgowi widoczności z miejsca jej zamocowania . Antena jest elementem promieniującym fale radiowe . Składa się z linii doprowadzającej sygnał HF z nadajnika zwanej fiderem , przeciwwag (elementów) dopasowywujących impedancję , oraz promiennika . Zasadniczo anteny podzielić możemy na kilka grup :

  1. anteny proste
  2. anteny dipolowe
  3. anteny paraboliczne

Interesują nas właściwie dwa pierwsze rodzaje anten , ze szczególnym uwzględnieniem pierwszej .
Antena prosta składa się z dwóch elementów . Promiennik jest główną częścią konstrukcji . Zbudowany jest z podłużnego pręta wykonanego z materiału przewodzącego ( z reguły aluminium ) . Jego długość uzależniona jest ściśle od częstotliwości jaką antena ma przenosić . Warunkiem długości anteny jest długość fali , którą obliczamy wg. wzoru :

długość fali [m] = 300/częstotliwość [MHz]

Częstotliwość podajemy w megahercach co jest nam jak najbardziej na rękę , 300 to prędkość światła w tysiącach m/s . Wynik uzyskujemy w metrach . Dla częstotliwości 73.3 długość fali wynosi 4.087 m . długość promiennika powinna być równa obliczonej wartości . Lecz najczęściej anteny bywają nieco krótsze . Umożliwia to cecha fizyczna anten która umożliwna jej n-skrócenie , które nie pływa negatywnie na parametry anteny . Zwykle stosujemy gabaryty promienników równe 1/4 długości fali (klasyczna 1 metrowa samochodowa antena). Lecz często spotyka się anteny 1/2 ,1/3 itp. Lecz jednak najlepszą długością dla anteny jest oczywiście długość fali . Dla częstotliwości 74 Mhz (4 metry) zastosować można ćwierćfalową , podstrojoną antenę CB . Ułożenie promiennika względem osi ziemi nazywamy polaryzacją . Z reguły nadajniki FM stosują polaryzację pionową (V). Promiennik w takim wypadku jest zorjętowany pionowo . Taka antena ma charakterystykę promieniowania dookolną , co znaczy że fale elektromagnetyczne rozchodzą się we wszystkich kierunkach z jednakowym poziomem . Ułożenie poziome promiennika (H) zapewnia kierunkowe rozchodzenie się fal , co znaczy iż najwyższy poziom promieniowania uzyskujemy z przodu i tyłu promiennika , natomiast po bokach wartość sygnału jest bliska zeru . Taki układ rzadko bywa stosowany aczkolwiek ma on kilka zalet :

  1. Pozwala na osiągnięcie większego zasiegu w wybranym kierunku niż antena V
  2. Umożliwia skierowanie promieniowania radiowego w wybranym kierunku , jeśli np. mieszkamy poza miastem

Pomimo owych zalet nie zalecam jednakże stosowania tego typu anten . Promiennik anteny najlepiej wykonać z podłużnej rurki aluminiowej o dobranej wg. poprzednich wskazówek długości . Na parametry nadawania ma także wpływ smukłość promiennika . Smukłością nazywamy stosunek wysokości do średnicy . Im średnica większa tym większa "szerokość" częstotliwości . Chodzi tu o to iż jeżeli generator pracuje na 73.4 MHz to w rzeczywistości strojąc odbiornik , nasz nadajnik odnajdujemy w przedziale 73.2MHz do 73.6MHz ze środkiem na częstotliwości generatora . Szerokość tego pasma uzależniona jest od smukłości . Im średnica większa tym zakres tego pasma szerszy . Parametr ten jest wielkością kompromisową , i powinniśmy dobrać go w zależności od własnych upodobań . Jeśli wybierzemy szersze pasmo - sygnał będzie mniej podatny na zakłócenia u odległych odbiorców (parametr ten nie wpływa w żaden sposób na zasięg ! ) , jeżeli zwężymy pasmo - zredukujemy zakłócenia generowane przez nadajnik .

Zanim przejdę do opisu konstrukcji anten , muszę omówić jeszcze ważne zagadnienie - dopasowanie impedancji . Impedancja jest to zespolona wartość rezystancji oraz indukcyjności . Dopasowanie impedancji fidera i promiennika , jak i końcówki mocy do fidera jest bardzo ważną czynnością ze względu na straty przesyłu i związane z tym zakłócenia . W przypadku jeżeli któryś z elementów wyjdzie poza zakres dopasowania w linii doprowadzającej tworzą się nadmierne fale stojące i odbicia . Fala stojąca jest to energia HF która w wyniku niedopasowania falowego nie mogła zostać wypromieniowana przez antenę i odbijając się pozostaje w lini doprowadzającej . Sytuacja taka powoduje powstawanie strat mocy i bardzo dużych zakłóceń w paśmie wielkiej częstotliwości . Oczywiście strat w fiderze uniknąć nie można . Nigdy nie zdołamy wyeliminować współczynnika fali stojącej . Poprzez dopasowanie możemy jedynie zmniejszyć go do minimum . Sygnał HF pochodzący ze wzmacniacza musi przejść przez drogę wymienioną na początku . Każdy z elementów na drodze sygnału wprowadza straty . Szczególnie złośliwym kawałkiem toru jest linia doprowadzająca , w której pojawia się większość problemów . Kabel antenowy jak i promiennik mając swoją długość mają także rezystancję , indukcyjność i pojemność które to niekorzystnie wpływają na przesyłany sygnał . Dlatego aby wyeliminować te problemy dopasowywujemy do siebie wszystkie elementy toru przesyłowego . Wartość impedancji uzależniona jest od fidera gdyż produkowany jest on ze znormalizowaną wartością tego parametru wynoszącym 50 lub 75 omów . Dlatego wyjście nadajnika jak i antenę konstruujemy w oparciu o takie wartości impedancji . W nadajniku dopasowaniem zajmuje się filtr wyjściowy typu pi . Za pomocą trymerów nastawiamy parametry filtru na jak najniższy poziom fali stojącej . Do pomiaru tej wartości służy miernik WFS (współczynnika fali stojącej ) który to nabyć można w większości sklepów z osprzętem CB radio . Miernik ten jast niedrogim , a bardzo potrzebnym narzędziem . Następnie bierzemy się do strojenia anteny . Każdy typ ma swój indywidualny mechanizm strojenia . Może się to odbywać poprzez zmianę długości promiennika lub zmianę odstępu pomiędzy elementami anteny . Regulując te parametry dążymy do osiągnięcia jak najniższego WFS .

Wspomnieć warto jeszcze o czynniku tłumienia w kablu antenowym . Dla najlepszych kabli wynosi ono 5 db/100 m . Dla przykładu jeśli tłumienie w kablu wynosi 3 db oznacza to że moc 50 W nadawana przez antenę zmniejszona zostanie o połowę do 25 W , jeśli 6 db do 12.5 W . Wnioski nasuwają się same . Dodać tylko mogę że na tłumienie zasadniczy wpływ ma średnica fidera . Im większa , tym tłumienie mniejsze .

Drugi typ anteny - dipolowa różni się nieco od poprzedniego typu . Nie posiada przeciwwag oraz ma dwa promienniki zwane dipolami anteny . Mogą być one oddzielone od siebie lub wykonane w formie zwartej (pętla) . Dopasowanie impedancji realizowane jest tutaj za pomocą zmiany odległości pomiędzy obydwoma promiennikami . Naturalna polaryzacja anteny tego typu to polaryzacja pozioma . W większości przypadków używana jest ona jako antena odbiorcza dlatego wykonywana jest w formie kierunkowej zwanej Yagi. Ma ona oprócz dipolu jeszcze reflektor (pręty umieszczone za dipolem) oraz direktor (jeden lub kilka prętów znajdujących się przed dipolem) , które poprawiają jej kierunkowość . Dla naszych potrzeb antena ta musi zostać pozbawiona wszelkich cech kierunkowych . Robi się to poprzez zastosowanie pojedynczego dipolu z pionową polaryzacją . Antena taka ma wiec wygląd zbliżony do anteny prostej . Posiada także wszystkie jej parametry nadawcze . Długość falową promiennika obliczamy tak samo , stosując obliczoną długość do obu , lub głównego (główny połączony z centralną żyłą kabla antenowego , a drugi uziemiony) promiennika . WFS dopasowywujemy zmieniając odległość (rozstaw) pomiędzy początkami dipoli czyli miejscami przyłączenia kabla .

Po tej teoretycznej części przejdźmy do konstrukcji anten . Optymalnym wariantem byłaby antena prosta .

Tak więc oto kilka projektów anten nadawczych FM . Wszystkie te konstrukcje są amatorskimi sposobami na uzyskanie dobrej anteny wykonując ją samodzielnie lub przystosowywując w odpowiedni sposób istniejący już model . Uprzedzić Was muszę iż są jedynie prymitywnymi próbami naśladowania profesjonalnych konstrukcji . Dlatego żadna z nich nie zapewni wam takich parametrów , co wszakże nie oznacza iż nadają się one do niczego .

Prosta antena dipolowa : Antena wg. własnego projektu : Klasyczna antena CB :
Prosta antena dipolowa Antena wg. własnego projektu Klasyczna antena CB

Ten model anteny jest bardzo prosty w konstrukcji . Dlatego właśnie nie cechuje się on dobrymi parametrami . Składa się z kilku elementów :

  1. Promienniki wykonane z rurki aluminiowej . Ich długości wynoszą 98 centymetrów . Smukłość (średnica) może być dowolna . Najlepiej wykonać te elementy z części po starej antenie telewizyjnej typu Yagi .
  2. Izolator - element łączący oba promienniki wykonany z materiału izolacyjnego (najlepiej tekstolit itp. ) .
  3. Elementy (śruby lub nity ) mocujące promienniki do izolatora .
  4. Kabel antenowy - ekran połączony z jednym z promienników , a żyła główna fidera z drugim promiennikiem .

Antena ta jest odmianą anteny dipolowej . Aby uzyskać promieniowanie dookolne umocować ją należy w pozycji V . Długość falowa przystosowana jest do częstotliwości 70 MHz ,a impedancja w przybliżeniu równa jest 75 ohm . Jej wartość regulujemy zmieniając rozstaw pomiędzy obydwoma promiennikami . Domyślnie ustalić ją należy na 2 centymetry . Ekran (oplot) 75 ohm kabla antenowego łączymy z jednym z promienników , natomiast żyłę główną z drugim . Połączenie muśi być pewne i odporne na warunki atmosferyczne .

Ten model anteny oparty jest na moim własnym pomyśle . Jest również łatwy w konstrukcji mając jednakże lepsze parametry . Składa się z następujących elementów:

  1. Pozioma część masztu stanowiąca odgromnik anteny .
  2. Uchwyty podtrzymujące promiennik wykonane z materiału izolacyjnego (np. tekstolit ) .
  3. Promiennik wykonany z rurki aluminiowej lud drutu miedzianego .
  4. Kabel doprowadzający sygnał HF .
  5. Maszt anteny stanowiący jednocześnie drugi promiennik .
  6. Elementy mocujące maszt .

Ta konstrukcja również oparta jest ma modelu dipolowym z pionową polaryzacją .Głównym promiennikiem jest rurka aluminiowa do której przyłączamy centralną żyłę kabla antenowego . Jego długość ustalamy na ćwierć długości fali tj. 1.03 metra . Drugi promiennik stanowi maszt wykonany ze stalowej rury lub pręta . Promiennik ten połączony jest z ekranem fidera . Najeży także go uziemić łącząc z instalacją odgromową . Dzięki temu uziemiony element 1 skutecznie chroni antenę od wyładowań atmosferycznych . Uziemienie to stanowi również element dopasowania impedancji anteny które regulujemy zmieniając odległość głównego promiennika od masztu (odległość x ) . Domyślnie odległość tę warto ustalić na 20 centymetrów . Strojenie przeprowadzamy za pomocą miernika WFS . Odległość elementu od głównego promiennika właściwie nie ma istotnego wpływu dlatego ustalamy ją najlepiej na 15 centymetrów . Również długość masztu jest dowolna . Jedyny wymóg to aby był on co najmniej równy długości promiennika głównego . Jako linię doprowadzającą najlepiej zastosować 75 ohm kabel antenowy .

Rysunek ten prezentuje standardową konstrukcję anteny prostej wykorzystywanej z regóły dla nadajników CB . Składa się ona z następujących elementów :

  1. Promiennik główny - rurka aluminiowa o długości około 5 metrów z możliwością zmiany swej długości
  2. Element mocujący (izolator) łączący ramiona przeciwwag oraz izolujący je od promiennika . Stanowi również podstawę elementu mocującego .
  3. Przeciwwagi - elementy wykonane z aluminium , z możliwością regulacji kąta nachylenia w stosunku do promiennika , co umożliwia strojenie WFS .
  4. Element służący do umocowania anteny na maszcie .

Właśnie tę konstrukcję anteny szczególnie Wam polecam . Ma ona dobre parametry nadawcze oraz łatwo się stroi . Służą do tego przeciwwagi . Są to metalowe pręty usytułowane poziomo (horyzontalnie) w stosunku do pionowego promiennika. Ich ilość waha się w granicach 3-6 . Regulacja Kąta ich nachylenia , umożliwia ustalenie dopasowania falowego . Zapewne niewielu z was pokusi się o własnoręczne wykonanie dokładnie takiej anteny . Jej konstrukcja jest dość trudna . Standardowe anteny CB które nabyć możecie w każdym fachowym sklepie z powodzeniem da się przystosować do nadawania FM . Wystarczy ustalić długość promiennika na 4.12 metra czyli całą długość fali , lub na jej krotność . Stosujemy tutaj kabel o impedancji 50 ohm (do kupienia także w sklepach ze sprzętem CB). Warto również uziemić masę nadajnika poprzez uziemienie przeciwwag (ekranu fidera) .Poprawi to parametry nadawania i dopasowanie impedancji .

Oprócz powyższych modeli są jeszcze inne sposoby na uzyskanie anteny :
1. Wykorzystanie standardowej samochodowej anteny FM . Ich długość przystosowana jest z reguły do odbioru na tych falach dlatego także nadają się do nadawania . Najlepiej aby antena taka miała 1 metr długości , czyli 1/4 długości fali . Krótsze anteny się nie nadają . Oczywiście nie może być tu mowy o zestrojeniu współczynnika fali stojącej . Z reguły anteny takie przystosowane są do impedancji 75 ohm ale niestety nie można zlikwidować w nich fali stojącej . Mają one również małą smukłość . Właśnie dlatego ich parametry nadawcze sa bardzo słabe co nie oznacza że są złe .

2.Wykożystanie standartowej , dipolowej , stacjonarnej anteny FM . Jest to antena kierunkowa wyposażona w pojedynczy dipol lub wzbogacona o direktory i reflektor . Nabyć można ją w każdym sklepie RTV . Najlepszy jest samodzielny dipol któremu należy nadać polaryzację pionową . Jeśli jego impedancja wynosi 300 ohm (antena z płaskim kablem) to musimy wzbogacić jej wejście (jeżeli chcemy użyć zwykłego 75 ohm koncentrycznego fidera) lub wyjście wzmacniacza mocy (jeśli używamy kabla płaskiego) o symetryzator (do nabycia w sklepach RTV) . Jeśli antena ma 75 ohm to można spokojnie ten element pominąć .


copyright by pink [styczeń 2000]   
[ index # idea # technika # info ]