Jak jsem asi konečně pochopil prutové antény

16. října 2018 v 7:22 | Petr |  Elektro
Věc se má takto : Evergreenem tohoto blogu ( a zejména některých čtenářů ) je "kojíci lampička" - což je LED světlo - nyní dislokované v "pánské pracovně" svítící dveřmi do chodby, aby paní Kubáčová viděla pod nohy, když celou noc kmitá ( kmitáme ) na trase ložnice - dětský pokoj, abychom nějak "zpacifikovali" dceru, která má potřebu spánku asi 2x20 minut denně. Když jsem lampičku postavil - živil jsem ji z laboratorního zdroje, který má klidovou spotřebu bez zátěže kolem 10W. To se lakomému vidlákovi zdálo mnoho tak jsem lampičku přepojil do "vysílačkového" zdroje, který je stavěn na dlouhé hodiny "na příjmu" a má klidovou spotřebu bez zátěže jenom 2W, což u lampičky s vlastní spotřebou 4W je výrazný rozdíl.

Na vysílačkový zdroj je ještě pořád napojena vysílačka - CB rádio Dragon 485 - dlouhodobě vypnutá, kterou jsem nedávno zkusil zapnout. A kupodivu - lidi jsou otráveni cenzurou a intrikařením na Facebooku do té míry, že alespoň v našem regionu "pásmo občanských radiostanic" zvané Cymbál opět ožilo a to nejenom důchodci. Moje první vysílání po letech skončilo studenou sprchou, kdy jsem dostal report : "Pěkný čistý signál, ale žádná modulace" - jakože vysílám jenom ticho. Vytáhl jsem někde staré schéma radiostanice, a z toho vyplynulo, že v mikrofonu je trimr, který bude patrně mít zoxidovaný jezdec, takže se signál z mikrofonu nedostane do stanice. Kouzlo je v tom, že moji radiostanici jsem koupil někdy v prosinci 1998 ( cestou a v euforii ze své první biochemické přednášky "v Karlově Studánce" ) a do roku 2007 s námi jezdila po expedicích. Plast mikrofonu byl neustálým držením ve zpocených rukou natolik zkřehlý, že místo odšroubování šroubku se mikrofon prostě rozpadl, jako kdybych píchnul šroubovákem do vajíčka.

Proto jsem koupil nový mikrofon, na kterém lze objasnit vojenský termín "ojebávka". Například mikrofon měl mít "dynamickou mikrofonní vložku". Tudle nudle Smolíčku Pacholíčku - místo dynamického mikrofonu je uvnitř jen plechové kolečko, aby se za mřížkou "něco lesklo" a zvuk snímá klasická ( a nejlacinější ) elektretová kapsle, která ani nemá připojené napájení, takže pokud máte stanici bez napájeného mikrofonního vstupu - půjde z mikrofonu zase jen ticho. Výsledkem je, že z mikrofonu po "přestavbě" zbyla jenom podsvětlená tlačítka a celá ostatní elektronika uvnitř je z "mých vývojových dílen". Za mikrofon jsem dostal "pochvalu nepochvalu" jakože moje modulace je příjemná, pro moji stanici typická, avšak nikoliv "expedičně uřvaná", což je ten ideál, kterého se všichni snaží dosáhnout.

OK to by byla otázka mikrofonu - zbývá však otázka antény. "Nejlepší anténu v okrese" - Ringo Ranger - vysoko nad městem s volným obzorem 360 stupňů dokola jsem nechal "na starém bytě". Když jsme se stěhovali, přidělal jsem na parapet za okno nového bytu anténu "magnetku, aby mi to nebylo líto", protože jsem s žádným vysíláním ani nepočítal. V pradávných dobách jsem dělal furianta. Na "dobročinné dražbě" antén - jejíž výtěžek šel na nějakou charitu, jsem "vydražil" tolik antén, že dodnes mám plný sklep, včetně exotických jako je, lodní anténa typu "broomstick", atd. Problém však je s kokotovitými sousedy ( čest výjimkám, abych neurazil ), díky kterým zůstanu u "magnetky za oknem" dokud současný byt ( s gustem ) neprodáme obchodíkům s chudobou, výrobcům pervitinu, pěstitelům marihuany nebo prostitutce s prošlou expirací a nepřestěhujeme se jinam.
ERGO jsem spíše ze sportu začal studovat jak vyrobit "nejlepší možnou magnetku" - tedy anténu, která se původě přidělávala velikým placatým magnetem na střechu auta a plech auta sloužil jako "zemníci rovina" alias "protiváha". U vysílacích antén samozřejmě nelze použít "prut jakékoliv délky" - anténa musí být přizpůsobena vysílací frekvenci a při vysílání se na ní "nakmitá" slušné napětí ( v tisících voltů ). Koho kopla vlastní anténa když omylem zavysílal do prutu, jehož kovové části se dotýkal - určitě mi to potvrdí. Obecně platí že "základní anténa" se kterou se porovnávají všechny ostaní je "půlvlnný dipól". Vysíláním do tohoto dipólu se na koncích dipólu nakmitá vysoké napětí a uprostřed dipólu, v místě napájení je maximum proudu ( vizte obrázek nahoře ).
Dipól je možné obrátit i svisle a dokonce jednu jeho polovinu nahradit "nekonečnou dokonale vodivou plochou" ( to jako "protiváhou" = střechou vašeho auta ), ve které se druhá půlka dipólu "virtuálně zrcadlí". Tím vznikne "anténa čtvrtka" neboli čtvrtvlnný dipól a ten už má zatraceně blízko k "magnetce na střeše". Problém "čtrtvlnného dipólu" na střeše je v tom, že pro CB pásmo má tento délku ( u běžné tloušťky tyčky s obvyklým zkracovacím koeficientem ) - 265 centimetrů, což nebrání některým Američanům takovou anténu na autě vozit. My ostatní máme raději antény kratší. Nicméně je nutno poznamenat, že účinnost antény kratší než 1/4 vlnové délky klesá s druhou mocninou délky ( velmi přibližně ) podle vzorečku
I = (L*F/75)2
Kde L je fyzická délka "prutu" v metrech a F je frekvence v MHz. Tedy elegantní "magnetka" délky 30 cm "pobere" jen kolem 1% signálu své velké 2,65m kolegyně. Ergo "moje magnetka" za oknem má 145 centimetrů což odpovídá 26% signálu ze "čtvrtky".
Anténa je LC obvod. "Cívka" v tomto obvodu je ten drát, a kondenzátor je kapacita proti zemi - ergo když je anténa krátká znamená to, že je "drátu málo" a tudíž převládá kapacita antény. Aby se taková anténa jevila radiostanici jako mnohem delší - musí se někde do antény zamontovat cívka, která "dodá indukčnost". Problém takové cívky je, že sice něco málo vyzařuje, ale rozhodně ne tolik jako anténní prut. Pro výpočet indukčnosti cívky jsou sloužíté empirické vzorce, ze kterých vyplývá, že čím je cívka blíže hornímu konci antény tím její indukčnost musí být větší. To naznačuje, že "ne všechny prutové atnény jsou stejné". Což naznačuje, že mému vozorečku navzdory budou některé "zkrácené" antény účinnější než jiné - i při stejné délce.
Radioamatéři válčili s délkou antén od nepaměti, proto už v roce 1953 vyšel článek, který mě osvítil. Pokud máme řadu antén stejné ( zkrácené ) délky pak nejlépe vysílá ta, kde průběhy proudů a napětí nejlépe kopírují půlvlnný ( čtvrtvlnný ) dipól. Je tedy žádoucí aby v patě čtvrtvlnné antény byla kmitna proudu a zároveň na konci antény byla kmitna napětí ( jako u poloviny dipólu ). Běžná "magnetka z obchodu" toto nesplňuje, protože ( kvůli nejmenší indukčnosti a tím nejlacinější výrobě ) má v patě cívku, která téměř nevyzařuje, proto ten vzoreček s druhou mocninou.

ERGO - výsledek mého bádání : Pokud máte anténu kratší než 1/4 lambda jsou 2 možnosti jak ji učinit "nejúčinnější možnou" :
  • "Napěťová anténa" , která má cívku v 1/2 - 2/3 výšky. Napětí kopíruje stav u čtvrtvlnného dipólu - s proudem je problém, protože v místě cívky vzniká "diskontinuita" - tedy fáze proudu těsně nad a těsně pod cívkou se výrazně liší.
  • "Proudová anténa" , která má na horním konci "kapacitní klobouk" - vodivý disk o průměru přibližně 1/3 rozdílu mezi délkou antény a 1/4 vlnové délky. I tyto antény mívají v patě malinkatou cívku, která kompenzuje "kapacitu klobouku", a dolaďuje anténu na přesný kmitočet. U této antény proud kopíruje průběh na čtvrtvlnném dipólu. To jest maximum proudu není ( zbytečně spálené ) v cívce, ale kapacita klobouku nutí proud kmitat nad cívkou to jest v základně antény, avšak na konci antény v místě kapacitního klobouku není maximum napětí - přesněji je, ale v kvůli posunům fáze v daleko nižších kilovoltech než u antény plné délky.
Znamená to že "drátek" délky 30 cm s cívkou nikoliv v patě, ale ve výšce 15 - 20 cm bude vysílat jako 265 cm dlouhý prut ? Tušíte na 100% že odpověď je NE. Protože jedna věc je, že začátek i konec proutku rezonují přesně stejně jak by rezonovala "anténa čtvrtka" a druhá věc je že tato rezonance se odehrává 9x blíže u sebe než u "čtvrtky" a tudíž nezanedbatelné množství energie se zničí interferencí, která u antény plné délky naopak signál zesiluje.

Ergo doporučení pro kupce "magnetky"
  1. Délku ničím nenahradíš, proto v prvé řadě preferujte ty nejdelší antény jaké si můžete dovolit.
  2. Při stejné délce - čím výše je cívka tím lépe.
  3. Obě pravidla aplikujte s rozumem - "Rozdílem délky i rozdílem polohy cívky" se myslí podstatné rozdíly, nikoliv 1% a méně. Anténa délky 145 cm s cívkou uprostřed bude navzdory bodu 1 lepší než anténa 150 cm s cívkou v patě.
  4. Pokud chcete pokusničit s "kapacitními klobouky" - jen do toho. Problém je, že třeba u mojí 145cm dlouhé antény tento vychází na průměr přes 40 cm a to je na umístění "do okna" ( v baráku plném idiotů ) prostě příliš.
A když už jsme u toho - zcela stejná pravidla platí i pro "pendreky" do ručních radiostanic, protože i tam se u CB jedná o "zkrácené čtvrtky" jenom jako "zemní rovina" alias "protiváha" slouží sama radiostanice a vaše ruka.

Jasné ?

Dnes mám téměř chuť udělit nějakou "radu pro blondýny" jako v dávných dobách. Místo toho jenom dotaz : Tušíte, co znamená, když si radio-důchodce na pásmu stěžuje : "protiváha mě nechce putit do hospody ?" Jenom napovím, že zaujetí ARRL příručkou v tom není.
 

4 lidé ohodnotili tento článek.

Aktuální články

Reklama