Az adóantennából kisugárzott energia elektromágneses hullámként terjed a térben. Ez a jelenség összehasonlítható olyan sima vízfelülettel, amelyet a vízbe dobott kő hullámmozgásra késztett. A keletkező, tovahaladó hullámmozgás nem áramlás jellegű, tehát a víz nem folyik. A tény egyszerűen igazolható a víz felszínén maradó tárgyakkal, melyeket a víz felületére helyezünk. Ezek a tárgyak mindig egy helyen, és a hullámok ritmusában mozognak, miközben a hullámok kör alakúan terjednek tova.
A keletkező hullámokra jellemző:
Hullámhossz (l): Az a legkisebb távolság, mely két azonos hullámfázisban levő pont között mérhető. pl.: A távolság két szomszédos hullámhegy vagy hullámvölgy között.
Frekvencia (f): A másodpercenként kialakuló hullámmozgások, rezgések száma.
Terjedési sebesség (c): A hullámok tovaterjedési sebessége.
Az elektromágneses hullámok, illetve rezgések l hullámhosszai a rövid és ultrarövid hullámok tartományában méter nagyságrendűek.
Az 1.1 ábrán a szinuszos váltakozó áram szokásos ábrázolási módja látható, amely egyúttal a csillapítatlan rezgések jellemzésére is szolgálhat. Az amplitúdó pillanatnyi értéke nagyság és polaritás szerint az időnek (távolságnak) szinusz alakú függvénye. A berajzolt AB, illetve CD távolságokból kitűnik, hogy a hullámhossz nemcsak a O vonal mentén, hanem – mint már említettem – két, tetszés szerinti, egymással szomszédos, azonos fázisban levő pont között is mérhető. A fázishelyzet szögfokokban is megadható, amikor is egy teljes rezgés, (egy hullámhossz) mindig 360°. Ily módon a fázis-összehasonlítás és a fázis-eltolás mértéke egyszerűen jellemezhető.
A frekvencia mértékegysége: Hertz
1 Hz = 1 rezgés/s
1 KHz = 103 Hz
1 MHz = 1000 KHz = 106 Hz
1GHz = 1000 MHz = 109 Hz
Az elektromágneses hullámok terjedési sebessége szabad térben 300.000 m/s vagyis megegyezik a fénysebességgel. Ha a szabad térbeni terjedési sebességről beszélünk, akkor a teljesen üres térre gondolunk, vagyis egy olyan ideális állapotra, amelyet a valóságban nem találunk. Még az űr maga sem tökéletesen üres. Ha az elektromágneses hullámok nem tökéletesen szabad térben terjednek, sebességük valamivel kisebb, mint 300.000 km/s.
A sebességcsökkenés mértéke függ a közegtől, amelyben a hullámok terjednek. Ha ez a közeg levegő, akkor a terjedés csökkenése olyan kismértékű, hogy gyakorlatilag elhanyagolható. A nagyfrekvenciás technikában általában c = 300.000 km/s számolunk. Ha ezt behelyettesítjük, akkor
Ahol a l méterben, a c m/s-ban és f Hz-ben van megadva.
Az elektromágneses erőtér
Ha egy vezetőn áram folyik át, körülötte elektromágneses erőtér alakul ki. Ez két komponensből áll: az elektromos és mágneses erőtérből. Az elektromágneses erőtér szemléletes ábrázolásmódját Michael Faraday vezette be, akinek módszerét még ma is alkalmazzuk: az erőteret vonalakkal ábrázoljuk.
Az erőtér iránya megfelel a hatóerő irányának. Az olyan erőteret, amelyben az erő nagysága és iránya mindenütt egyforma, homogén erőtérnek nevezzük. Ha viszonyt az erő iránya vagy nagysága változik, akkor inhomogén erőtérről beszélünk.
Az elektromos erőtér
Ha két, különböző töltésű tárgy egymástól adott távolságban van, köztük elektrosztatikus erőtér alakul ki. Azért beszélünk ez esetben elektrosztatikus erőtérről, mert a töltések, és így az erőtér sem változik. Pl.: Egy kondenzátor elektródáin (fegyverzetein) ellentétes előjelű töltések vannak. Az elektródák között kialakult elektrosztatikus erőtér irányát és nagyságát elektromos erővonalakkal jellemzik. E erőtér nagyságát elektródák közti feszültségkülönbség és a távolság határozza meg.
Ez a feszültségkülönbséggel egyenesen arányos, a távolsággal fordítottan arányos. A homogén elektromos erőtér feszültségét hosszegységre vonatkoztatjuk, és elektromos térerőnek nevezzük. Ennek megfelelően az elektromos térerő egyenlő a feszültséggel az erővonalak mentén hosszegységenként. A térerőt volt/méterben (v/m) szokás megadni.
Mágneses erőtér
Minden vezetőt, melyben áram folyik át, mágneses erőtér vesz körül. Ha egyenáramról van szó, akkor a mágneses erőtér iránya és erőssége állandó, ezért magnetosztatikus erőtérről beszélünk. A mágneses erőtér a vezeték körül koncentrikusan alakul ki. A mágneses erőtér minden esetben, önmagában zárt. Ha a vezetőn váltakozó áram folyik, a mágneses erőtér nagysága és iránya a váltakozó áram ütemében változik.
Mint láttuk, feszültség hatására elektromos erőtér alakul ki, az áram hatására pedig mágneses erőtér. Áram azonban csak feszültségkülönbség, vagyis feszültség hatására folyhat. Ebből következik, hogy a mágneses erőtérhez mindig tartozik elektromos erőtér is. Tehát az áram szükségszerűen elektromágneses erőteret hoz létre. Az elektromágneses erőtér két komponense, az elektromos és mágneses erővonalak mindig merőlegesen állnak egymásra.
A váltakozó áram által létrehozott elektromágneses erőtér viselkedésével magyarázható az elektromágneses hullámok távhatása (sugárzása).
Minden tér energiát tartalmaz, melyet az őt gerjesztő generátorból vesz át. A generátor bekapcsolását követően, bizonyos idő elteltével a vezetőből annak környezetébe energia lép ki. Az elektromágneses tér kialakul. (Azért csak „bizonyos” idő után, mivel az elektromos energia „csak” fénysebességgel terjed.) Ha a generátort kikapcsoljuk, az elektromágneses tér összeomlik, a tér energiája visszatér a vezetőbe. Minthogy ez a visszatérés is egy bizonyos időt vesz igénybe, ezért a vezetőtől legtávolabb levő térrészben lévő energia tér vissza legkésőbb. Az összeomló mágneses erőtér a vezetőben feszültséget indukál, melynek hatására ismét elektromos erőtér alakul ki.
Egyenáram esetén az elektromágneses erőtér nyugalmi állapotban van. Az imént leírt jelenségek csak bekapcsoláskor és kikapcsoláskor lépnek fel. Ha a vezetőben váltakozó áram folyik, a be- és kikapcsolási jelenségek a frekvenciától függően, folyamatosan lépnek fel. Vagyis a következő helyzet áll fenn: a váltakozó áram növekedésével elektromágneses tér alakul ki. Ha a szinuszos lefutási áram csökkeni kezd, a tér energiája visszatér a vezetőbe. Mivel a futási idő függvényében a tér energiájának egy része később érkezik a vezetőhöz, ott már merőben megváltozott áramelosztási viszonyokkal találkozik. Ez az új árameloszlás újabb erőteret alakít ki, amely a visszajutó térnek egy régebbi részét a vezetőből kiszorítja. Az ilyenformán kiszorított elektromos erővonalak zárt hurkokat képeznek, melyeket mágneses erővonalak vesznek körül. Minthogy ez a jelenség a váltakozó áram frekvenciájának megfelelően folyamatosan ismétlődik, olyan elektromágneses hullámok alakjában terjed, melynek frekvenciája és hullámhossza az őt gerjesztő váltakozó áramnak pontosan megfelel. A hullám a térben a fény sebességével távolodik a vezetőtől.
Az elektromágneses hullám kialakulásának feltétele tehát, hogy a generátor mindig egy pontosan meghatározott időpontban ellentétes irányú áramelosztást szolgálhasson, amely az összeomló erőtér visszajutását megakadályozza, és arra kényszeríti, hogy a vezetőtől eltávolodjon. Az elektromágneses hullám terjedési iránya az elektromágneses erőtérre merőleges.
Térerősség
Az elektromágneses erőtér nagysága, vagyis a térerősség, azzal a feszültséggel határozható meg, amely a hullámhomlok síkjában az elektromos erőtér mentén, egy hosszegységen mérhető.
Minthogy ilyenkor a feszültséget távolságra vonatkoztatjuk. Az E térerősséget volt/méterben (v/m) adjuk meg. Szabad térben a térerősség a távolság arányában lineárisan csökken, miközben az energia a növekvő távolsággal mind nagyobb felületen oszlik el. A rádióhullámok földi terjedésekor a szabad tér ideális körülményei nincsenek biztosítva, a térerősség távolság függése nagyobb.
Polarizáció
Az elektromágneses hullámpolarizációt az elektromos komponensének iránya határozza meg. Két fő polarizációs módot különböztetünk meg:
· lineáris polarizációt
· elliptikus (kör alakú) polarizációt
Az elliptikus polarizáció esetében az elektromos komponens iránya körmozgást végez. Ez iránya szerint beszélünk jobbra v. balra forgó kör-polarizációról.
Az RH tartományban az elliptikus polarizációnak alig van jelentősége. Az igen nagy frekvenciák tartományában azonban fokozódó mértékben alkalmazzák, különösen az űrkutatás területén (pl. radioaszronomia).
A lineáris polarizáció esetében az elektromos erővonalak egyenesen futnak és a földfelszínhez képest egy bizonyos irányt vesznek fel. Ez irányuk szerint megkülönböztetünk horizontális (vagyis vízszintes) polarizációt; itt az elektromos erővonalak a földfelszínnel párhuzamosan, és vertikális (vagyis függőleges) polarizációt; itt az elektromos erővonalak a földfelszínre merőlegesek.
Az ionoszféra egyenlőtlenségei miatt a rövidhullámú tartományban igen gyakori a polarizáció váltás-változás. Ennek következtében a létrejövő fadding-jelenséget polarizációs faddingnek nevezzük. A terjedés útjában levő akadályok szintén polarizáció-módosuláshoz vezethetnek.
A vízszintesen felépített antennák ált. vízszintesen polarizált hullámokat sugároznak, a függőlegesen felépített antennák pedig ált. függőlegesen polarizált hullámokat. Bizonyos antenna típusoknál a polarizáció az antenna felépítéséből, irányából nem ismerhető fel azonnal, (pl. résantenna) illetve az elliptikus polarizáció meghatározásához szintén nincsenek egyszerű, általános érvényű szabályok.
Reflexió, refrakció, diffrakció
A nagyfrekvenciás elektromágneses hullámokat 30 KHz és 300 GHz között, ami a
Elektromágneses hullámok azonban a fényhullámok is, melyek frekvenciája sokkal nagyobb. Hasonlóság, hogy a rádióhullámok a fényhez hasonlóan verődnek vissza, törnek meg és hajlanak el. A reflexió (visszaverődés) lehet irányított, mely sík felületen alakul ki, és lehet szórt, mely egyenlőtlen felületen alakul ki. Az irányított reflexiónál visszavert sugár, a beeső sugár és a beesési és a visszaverődési szög egyforma. A reflexió mértéke függ a visszaverő közeg permettivitásától (elektromos tényező) és permeabilitásától.
Az elektromágneses hullámok refrakciója (törés) különböző dielektromos tényezőjű közegek átmeneténél lép fel. Ennek a jelenségnek különösen az URH hullámterjedésnél van szerepe. Mivel az elektromágneses hullámok terjedési sebessége a közeg dielektromos tényezőjétől függ, ha ez változik, a terjedési sebesség is változik. A sebességváltozás következtében pedig irányváltozás lép fel, ez a refrakció. A légkör dielektromos tényezője függ a sűrűségtől és a relatív nedvességtartalomtól.
Az elektromágneses hullámok diffrakciója (elhajlás) a terjedés útjában levő élek mentén alakul ki. Ennek köszönhető, hogy olyan területeken, amelyek hullámárnyékban vannak (pl. hegyek, épületek mögött) sokszor még elfogadható a vétellehetőség. A diffrakció mértéke frekvenciafüggő, a növekvő frekvenciával csökken.
Az elektromágneses hullámok terjedése
Az elektromágneses hullámok terjedésében jelentős szerepe van a föld légkörének, az atmoszférának. Az atmoszféra mintegy 2.000-
Troposzféra
A föld légkörének a földfelszíntől kb.
Sztratoszféra
Magassága 11-
Ionoszféra
Inverzió (hőmérsékletugrás)
Inverziót a légsűrűség változása okozza: A melegebb levegő sűrűbb a hidegnél. Az optikából ismeretes a fénytörés alapszabálya: Ha a fénysugár optikailag sűrűbb (nagyobb törésmutatójú) közegből a kisebb sűrűségűbe (kisebb törésmutató) lép, az átlépési pontban emelt merőlegestől elfelé, míg a sűrűbb közegben e merőleges felé törik. A rádióhullámok a fényhez hasonlóan viselkednek: A hullámhomlok az inverziórétegbe belépve a föld felszíne felé törik.
Mint ábrán látható, közvetlen terjedéssel csak azok a hullámok érik el az ellenállomás antennáját, melyek igen lapos szögben, mintegy a föld felszínével érintőlegesen lépnek ki az adóantennából. Ha troposzféra állapota a hullámpálya elhajlását és ezzel rendkívüli terjedést okoz, szintén a lapos lesugárzás kedvez a terjedésnek (II. vevő). Ebből következik, hogy a nagytávú összeköttetések létesítése szempontjából azok az antenna típusok a kedvezőek, amelyek elsősorban a függőleges síkban nyalábolnak.
Ritkán előfordul még az ún. troposzferikus hullámvezetés átvitel. Ez csak akkor jön létre, ha egyidőben, egymás felett több inverziós réteg közé jut be a hullám, és ott addig reflektálódik ide-oda a rétegek között, míg az alsó réteg lokális elvékonyodásához érve azon át kilép. Ez a rendkívüli állapot azt jellemzi, hogy az összeköttetés - igen távoli állomások között - lehetséges, míg a közelebbi állomások a holtzóna miatt nem érhetők e. E hullámvezetéses terjedés azonban kialakulhat a föld felszíne és egy nagykiterjedésű inverziós réteg között is. Ennek a jellemzője, hogy nincs holtzóna.
Szórthullám-terjedés (scattez)
A troposzféra felső tartományában, kb.
Ultrarövid hullámok (URH) reflexiója a sporadikus e-rétegről
Az ionoszférában az elektron sűrűség néha váratlanul megváltozik, pl. ionoszferikus szél esetén. Ilyenkor az ionoszféra alsó rétegeiben igen intenzív ionizációjú inhomogenitások léphetnek fel.
Minthogy e sporadikus (szórt) gócok főleg az E-réteg alsó szakaszában lépnek fel, ezt sporadikus E-rétegnek nevezzük.
Bizonyított tény, hogy az URH tartománynak a főleg 30-100 MHZ közötti szakasza verődik vissza az E-rétegről (ionoszféra rétek).
Az elektromágneses spektrum
Az elektromágneses spektrum felosztásának, illetve a rádióhullámok felosztásának több változata is lehetséges, különböző szempontok szerint.
Rádióhullámok:
a) hosszúhullám 105 - 5 · 105 Hz,
b) középhullám 5 ·105 - 1,5 · 106 Hz,
c) rövidhullám 3 · 106 - 3 · 107 Hz,
d) ultrarövid hullám 4 · 107 - 108 Hz,
e1)mikrohullámok 2,5 · 108 - 1011 Hz,
e2)radarhullámok 3 · 108 - 3 · 1010 Hz,
E felsorolás csak a leggyakrabban emlegetett tartományokat tartalmazza, a határok nem élesek, hanem átfedések találhatóak, ugyanis az egyes típusú elektromágneses hullámok tulajdonságai nem ugrásszerűen változnak, hanem folytonos az átmenet az egyik önkényesen elnevezett frekvenciatartományból a másikba.
Az antennák működése és tulajdonságaik
Az antennák az elektromágneses erőtérből energiát vesznek fel (vevőantennák) vagy a nagyfrekvenciás generátorok (adók) által keltett elektromágneses hullámok alakjában sugározzák. A reciprocitás értelmében ugyanazon antenna vételhez és adáshoz is használható: tulajdonságai és jellemzői mindkét esetben változatlanok. A későbbiekben az egyes antennákat főleg adás-üzemben vizsgálom, ezért az antennákat röviden sugárzóknak nevezem.
A félhullámú dipólus
Az antennatechnika legegyszerűbb, ugyanakkor legelterjedtebb rezonanciaképes szerkezete az ún. félhullámú dipólus.
Úgyszólván valamennyi antennatípus közös eleme, továbbá a decibelben megadott antenna nyereség vonatkozási alapja. Mint már az elnevezésből is kitűnik, a félhullámú dipólus geometriai hossza közelítően az üzemi frekvencia hullámhosszának felével egyenlő. Az esetben a dipólus a hullámhosszal rezonanciában van. A dipólus szó „két pólust” jelent, és arra utal, hogy a félhullámú sugárzó geometriai középpontjában meg van szakítva. Az így keletkező „két pólusra”, az X-X pontokra csatlakoztatható a tápvonal, illetve az adó vagy vevő.
Az elektromos vezetőknek (huzal, vékony rúd, vagy cső) induktivitása és kapacitása nagy. Ezek a vezető mentén egyenletesen oszlanak el. A 3.2 ábrából látható, hogy a legnagyobb áram a sugárzó közepén folyik. A sugárzó végei felé az áram egyre csökken, míg a vezeték végein áram nem folyik. Az áram hatására az induktivitások körül mágneses erőterek alakulnak ki. Ennek következtében a kapacitások ismét feltöltődnek, a feszültség előjele megváltozik. A jelenség újból megismétlődik fordított irányban. A 3.2c ábra szerinti áram és feszültségoszlás alakul ki, mely között 90° fáziseltolódás van. A sugárzó végeinél a feszültségek fáziskülönbsége 180°. Megállapítható tehát, hogy a sugárzó középpontjában árammaximum van, és mivel ugyanott van a feszültségátmenet is, a középpont feszültségmentes. A sugárzó végein a helyzet fordított, a feszültség maximum és az áramminimum esik egybe. Ez magyarázza a félhullámú dipólusok konstrukciós szempontból legfontosabb előnyét: geometriai középpontjukban - ahol a feszültség 0 - közvetlenül és fémesen rögzíthetők a földelt antenna-tartóhoz. Megjegyzendő, hogy a sugárzó véges ellenállása miatt a feszültség sehol nem lesz 0, és a sugárzó végein sem szűnik meg teljesen. Ezért kevesebb a feszültségminimum - áram minimum kifejezéseket.
Az antenna impedanciája
A sugárzó teljes hossza mentén bármely pont impedanciája meghatározható az adott pontban mért feszültség és áram viszony alapján.
Noha a sugárzó bármely pontjánál meghatározható az ellenállás, ezt általában a betáplálási pontra adják meg (talpponti ellenállás). Mivel a félhullámú dipólus esetén a talppontnál árammaximum és feszültségminimum van, az ellenállás aránylag kicsi, kb. 60 W. A l/d viszonyt (l=hullámhossz, d=sugárzó átmérő) karcsúsági tényezőnek nevezik. A rövidhullámú és URH gyakorlatban alkalmazott sugárzók átmérőjét 2 mm-nél kisebbre szokás választani, így a legkisebb a talpponti ellenállás.
Sugárzási ellenállás
Olyan számérték, melyből az antenna különböző sugárzási tulajdonságaira következtethetünk. Árammaximumra vonatkoztatjuk, és lényegében azt az ellenállást jelképezi, mely - az antenna helyére kötve - a kisugárzott teljesítményt elfogyasztaná.
Kiszámítása:
Ps 1
Rs= h =
I2max Rv
1 +
Rs
h = hatásfok
Rv = veszteségi ellenállás
Rövidítési tényező
Idáig nem tettünk különbséget a sugárzó geometriai és elektromos hossza között. Ez valójában akkor egyezne meg, ha a szabad térben lelő sugárzó átmérője végtelen kicsi lenne. Gyakorlatilag azonban minden antenna adott vastagságú huzalból vagy csőből készül és a talajfelszíntől vagy egyéb tárgyaktól aránylag kis távolságban helyezkedik el. Ezek a körülmények azt eredményezik, hogy a sugárzó csak akkor kerül rezonanciába, ha mechanikus hosszát az elektromos hossznál kisebbre méretezzük. A karcsúsági és a rövidítési tényező közötti összefüggés könnyen belátható: egy vastagabb vezeték kapacitása nyilvánvalóan nagyobb, mint az azonos hosszúságú, de vékonyabb vezetéké. Az ábrán jól követhető e rövidítési tényező változás.
Az antenna irányhatása
Az olyan antennát, mely az energiát a tér minden irányába egyenletesen sugározza ki, gömb vagy izotópsugárzónak nevezzük. E elnevezés utal az irányhatás tökéletesen szimmetrikus, gömb jellegére. Valójában ilyen ideális gömbsugárzó nem létezik, semmilyen antenna típus nem képes a tér minden irányába egyenletes térerősséget létrehozni. Minden antennának van valamilyen irányhatása, amely az antenna irányjelleggörbélyével írható le.
Példaként a vízszintes félhullámú dipólus sugárzási jelleggörbéjét mutatom, melyet általában polárkoordináta-rendszerben ábrázolnak. A koncentrikus körökhöz feszültségek tartoznak, a középpont a 0 feszültség. A sugarak a szöget, illetve irányt határozzák meg, a fő sugár irányt a nulla fokkal jelölt sugár mutatja. A sugár jelleggörbe ábrázolása derékszögű koordináta rendszerben nem olyan szemléletes, így itt csak 190°-os tartományt szokás feltüntetni. Azonban ez esetben is jól megfigyelhetők a térerősség-szintek. A sugárzási jelleggörbék a főnyaláb mellett sokszor kifejezett vagy kevésbé kifejezett melléknyalábokat vagy csúcsokat tartalmaznak. E görbék általában normáltak vagyis a fő sugár irányban mérhető térerősséget 100 %-nak tekintjük és minden további térerősséget u/umax-ként ábrázoljuk.
A környezet hatása a vízszintes antennák jelleggörbéire
Eddig feltételeztük, hogy az antenna térben szabadon, vagy nagy magasságban a talajszint felett és távol minden objektumtól van felfüggesztve. Az ábra alapján látható, hogy a rövidhullámú antennák aligha szerelhetők olyan magasságra, ahol a talaj vagy a környezet hatása elhanyagolható lenne. A jellemzők változásának mértéke a hullámhosszra vonatkoztatott telepítési magasságtól, az antenna tengelye és a talajszint által bezárt szögtől, továbbá, a talaj elektromos tulajdonságaitól (vezetőképesség) függ. A sugárzási jelleggörbék ábrázolása azt szemlélteti, hogy az ideális talaj feletti üzemi hullámhosszra vonatkoztatott telepítési magasság hogyan befolyásolja a függőleges sugárzási jelleggörbét.
A könyezet hatása a függőleges antennák jelleggörbéjére
Rádióamatőr gyakorlatban függőlegesen polarizált antennákkal ritkán lehet találkozni. Általában jelleggörbéje a talajreflexió következtében deformálódik. A 3.16 ábra jól mutatja a függőleges félhullámú dipólus jelleggörbéit a telepítési magasság függvényében.
Antennanyereség
Egy összehasonlítási érték, viszonyszám a vizsgált és a vonatkoztatási antenna között, feltéve, hogy mindkét antenna ugyanazon elektromágneses erőtérben van.
P1 G = teljesítmény nyereség
G = ¾¾ P1 = az antenna által leadott teljesítmény
P2 P2 = fogadóantennán levett teljesítmény
Dipólus-antennák
A dipólus antennák jellemző tulajdonságai (talpponti ellenállás és sávszélesség) megfelelő méretezéssel és konstrukciós kialakítással messzemenően befolyásolható. elsősorban az URH és a deciméteres hullámú tartományban alkalmazzák.
Hurok-dipólus
Ha két, egymástól viszonylag kis távolságban (D<0,05l) levő félhullámú vezetőt párhuzamosan összekötünk, hurok-dipólushoz jutunk. A félhullámú dipólustól elsősorban a nagyobb talpponti ellenállása valamint nagyobb relatív sávszélessége különbözteti meg.
Teljeshullámú dipólus
Azt a dipólust, melynek elektromos hossza 1 l, teljeshullámú dipólusnak nevezzük. Két félhullámú darabból áll, ezeket azonos fázisban gerjesztik. Mivel a nagy feszültség és a kis áram nagy ellenállást jelent, a teljeshullámú dipólus nem tévesztendő össze a teljeshullámú sugárzóval: A geometriai középpontban megszakított és táplált teljesáramú dipólus mindkét ága azonos fázisban van gerjesztve. A megszakítás nélküli teljeshullámú sugárzót csak az egyik végén gerjesztjük.
Antennák táplálása
Maximális teljesítmény akkor vihető át, ha a generátor (adó végfok) impedanciáját a fogyasztó (antenna) impedanciájához illesztjük. Minthogy az antenna és az adó közé legtöbb esetben energiatovábbító vezetéket (tápvonalat) kell iktatni, ezt úgy kell méretezni, hogy a rezonancia viszonyokat, illetve illesztési viszonyokat ne zavarja meg.
Tápvonalak
Feladatuk, hogy a nagyfrekvenciás energiát lehetőleg veszteségmentesen továbbítsák, anélkül, hogy saját maguk sugároznának. Megkülönböztetünk egyhuzalos és kéthuzalos tápvonalat. A nagyfrekvenciás energia nagytávolságú átvitele kis veszteséggel, egyhuzalos tápvonallal (goubau-vezeték) megoldható.
A táplálás módjai
A hangolt és az illesztett tápvonalon keresztüli antennatáplálási mód terjedt el. Egyes esetekben e kettő kombinációja is alkalmazható, ilyenkor vegyes táplálásról beszélünk. Az illesztett tápvonalon terjedő hullámokat haladóhullámoknak nevezzük. Az URH és deciméteres hullámtartományban kizárólag illesztett tápvonalak használatosak.
Egy tápvonal akkor tekinthető hangoltnak, ha hossza l/4 vagy annak egész számú többszöröse.
Tápvonalak csatlakoztatása adók végfokozatához
Ahhoz, hogy az adó végfokozatából a rendelkezésre álló teljesítményt a tápvonalon át az antenna felé maximális hatásfokkal ki tudjuk csatolni, két alapvető követelményt kell teljesíteni:
a) a fogyasztó (antenna) és a generátor (adó csatolóköre) csak, mint egy kapacitív és induktív reaktancia nélküli, tisztán rezisztencia terhelje,
b) a fogyasztó bemeneti impedanciáját a generátor átmeneti impedanciájához kell illeszteni.
E követelmény akkor tekinthetők teljesítettnek, ha egy hangolt tápvonal adó felöli végén árammaximum (áramcsatolás), illetve feszültségmaximum (feszültségcsatolás) található; ami arra utal, hogy a tápvonal és az antenna, mint egyetlen egység, rezonanciában van. Az illesztett tápvonal akkor elégíti ki ezt a feltételt, ha állóhullámok nem lépnek fel rajta.
Illesztő és transzformáló egységek
Az illesztő, illetve transzformáló egységeket az antennák táplálásához csak akkor kell használni, ha a tápvonal illesztésére szükség van, hangolt tápvonalak esetén maga a tápvonal végzi a transzformálást.
Deltaillesztés
Előnyösen használható a 400-600 W hullám-ellenállású, kéthuzalos tápvonal illesztéséhez. Egyik legfontosabb mechanikai előnye, hogy a sugárzót nem kell elvágni, mint szokás az a félhullámú dipólusnál. A sugárzó középpontja fémesen rögzíthető bármilyen fémes tartószerkezethez, illetve földelhető.
T-illesztés
Lényegében a delta illesztés egy mechanikusan merev változata, ezrét főleg csőből készült sugárzók esetében alkalmazhatók előnyösen. Ebből következik, hogy elsősorban az URH tartományban terjedt el.
Gamma-illesztés
A rövidhullámú tartományban akkor célszerű a gamma illesztés használata, amikor szimmetrikus sugárzót külön szimmetrizáló transzformátor nélkül akarunk koaxiális kábellel táplálni. A T-illesztéshez hasonlóan, segítségével impedancia illesztés is megvalósítható: a gamma-tag lényegében egy fél T-tag.
Omega illesztés
A gamma illesztés elektromosan javított változatát, az omega illesztést elsősorban olyan RH antennákhoz használják, melynél a gamma tag bilincsének tologatása veszélyes lenne.
ANTENNÁK
Rövidhullámú antennák
A rövidhullámú antennák gazdag fajtaválasztékából nagyon nehéz kiválasztani-megtalálni a számunkra ideálist. A teljesség igénye nélkül megpróbálok áttekintést nyújtani az RH antennák típusáról, néhány példán keresztül bemutatva azokat.
Elsőnek a félhullámú sugárzók nagy családját nézzük. Elektromos hosszuk l/2, fő sugárzási irány8uk a hossztengelyükre merőleges.
Ezek:
· windom antenna,
· Y-antenna,
· sodor huzalú, tápvonalas félhullámú dipólus,
· hurok dipólus,
· koaxiális kábel által táplált dipólus,
· minden széles sávú félhullámú dipólus.
Teljesítőképesség tekintetében ezek a különféle formák azonosak, a különbség csupán a táplálás módjában van.
Az antennák további csoportja az oldalirányú vagy merőleges sugárzók. Ezek az antennák hosszirányukra merőlegesen, élesen nyalábolva sugároznak.
Ezek:
· H-antenna,
· W8JK-antenna.
Kis költségből megépíthetők, hátrányuk, hogy csak egyirányban sugároznak.
Közel azonos antennanyereség érhető el az irányantennák használatával. Döntő előnyük, hogy valamennyi égtáj felé azonos nyereséget lehet elérni, és helyben elférnek.
Ezek:
· QUAD-antenna
Végül a függőleges sugárzókat említem. reprezentánsuk a botantenna, amely kis helyen elfér, körsugárzó. Nagy közkedveltségnek örvend a GROUND-PLANE, melynek közsugárzó volta ellenére még antennanyeresége is van.
RH-félhullámú antennák
Az itt alkalmazott típusok főleg táplálásuk módjában térnek el egymástól. Megkülönböztetünk egysávos, többsávos és kis helyigényű antennákat.
Egysávos antennák
Az egysávos félhullámú dipólus-antennák táplálási módjuk miatt nem gerjeszthetők (illesztett tápvonal). Vagyis csupán egy sávban használhatók.
Ezek:
· Y-antenna,
· koaxiális kábelen táplált dipólus,
· hurok-dipólus.
Többsávos antennák
Ha félhullámú sugárzót felharmonikusan akarunk üzemeltetni, elektromos szempontból kifogástalan táplálás csak hangolt tápvonallal érhető el. Az illesztett tápvonalas, többsávos antennák csak kompromisszumos megoldást jelentenek.
Ezek:
· Zeppelin-antenna,
· többsávos zeppelin,
· kettős zeppelin,
· Windom-antenna,
· WWDZZ-antenna.
Kis helyigényű antennák
A legtöbb antennarendszer teljesítőképessége méreteivel növekszik. „A legolcsóbb végfok egy jó antenna.” – mondják. Ha azonban kis tér áll a rendelkezésünkre, javallott az egyszerűbb, ám kiváló sugárzási és vételi karakterisztikával „megáldott” antenna típusokat használni.
Ezek:
· kétsávos T-antenna (a
· rövidített dipólus,
· huzalpiramis-antenna,
· körsugárzó V-dipólus.
Huzalantennák (Long Wire)
Huzalantennák még a rádiózás hőskorában terjedtek el, ma már ritkán, kivételes esetekben használjuk. Méretezése a következő képlet alapján lehetséges:
150 (n-0,05) l = sugárzó hossza méterben
l = ¾¾¾¾¾ n = a kialakuló félhullámok száma
f f = üzemi frekvencia MHZ-ben.
Aperiodikus antennák
Terhelő ellenállással lezárt sugárzókat aperiodikus vagy lezárt antennáknak nevezzük. Bemeneti ellenállása széles tartományban frekvenciafüggetlen, így valódi szélessávú antennának tekinthető. Ez az előny többnyire kompenzálja azt a hátrányt, ami abból adódik, hogy a betáplált nagyfrekvenciás energia egy része a záróellenálláson nem hasznosítható hővé alakul, veszendőbe megy.
Ezek:
· lezárt huzalantennák,
· T2-antenna,
· lezárt V-antenna,
· lezárt rombusz-antenna.
Oldalsugárzó-antennák
Úgyszólván valamennyi antenna közös alapeleme a félhullámú dipólus. Több dipólus célszerű kombinációjával az irány-jelleggörbe tetszés szerint variálható, ezzel az antenna nyereség növelhető.
Ezek:
· dipólus-sor,
· emeletes-dipólusok,
· dipóluscsoportok,
· Franklin antenna.
Hosszsugárzó-dipólusok
Az egymással párhuzamosan elhelyezett és fáziseltéréssel gerjesztett dipólusok főképp egy bizonyos irányban, az antenna legnagyobb hosszkiterjedésének irányába sugároznak. Legismertebb fajtája a Yagi-antenna.
Egészhullámú hurokkal működő, irányhatású antennák
Az elemenként egészhullámú hurkokat tartalmazó antennák sok szempontból előnyösebbek a félhullámú dipólusoknál (elektromos, mechanikai). Az első „CUBICAL QUAD” 1938-ban épült az Andokban. Legismertebb változata a hosszított dipólus (Quadelem). A gyakorlatban az elkészített Quad-antennák az ábra szerinti felépítést követik.
A berajzolt nyilak mutatják, hogy a vízszintes és függőleges szakaszok egyenlő fázisban kapják a gerjesztést, amiből következik a lineáris polarizáció.
(Betáplálás a vízszintes oldalon: vízszintes polarizáció, betáplálás a függőleges oldalon: függőleges polarizáció)
Jelenleg a Quad legfejlettebb változata a SWISS QUAD.
Függőleges polarizált RH-antennák
Az eddig tárgyalt RH antennák alapeleme a vízszintesen polarizált félhullámú sugárzó. Ha azonban jól vezető talaj felett függőleges irányban állítjuk fel az antennát, a szabad hossza l/4 elegendő. Legjellegzetesebb képviselőjük a Marconi-antenna, mely a talaj felett l/4 magasságú, a további rész a talajban valósul meg, ezért aszimmetrikus antennának is hívjuk. Ilyen antennák feltételezik a jó földelést (R=0).
Ultrarövid hullámú antennák
Az egyszerű felhasználónak (rádióamatőr) egy URH antenna szűkebb értelemben olyan sugárzót jelent, amely a ……..-es amatőrsávban (144-146 MHZ) sugároz. Nagyban hasonlíthatnak a tv antennákhoz, a talpponti ellenállásuk szabványosított, 240 W. Természetesen házi készítés esetén ettől el lehet térni. Legerősebben az URH hullámok a vízszintes polarizáció útján terjednek. A jó URH antennának kb. 2-3 hullámhossznyival kell magasabbnak lennie a legközelebbi műtárgyaknál, azonban a 2 l szerelési magasságot ideálisnak tekinthetjük. Az antennanyereség tekintetében célszerű a sokemeletes Yagi-antennákat alkalmazni.
Az emeletes Yagi-antennák egyesítik magukban a vízszintes síkban viszonylag nagy nyílásszög előnyég a függőleges síkban kapott nyílásszög csökkenéséből származó nyereségnövekedés előnyével.
Az ún. emeletek közti távolság optimális
megválasztásával a nyereségünk 2-3 dB lehet.
A csoportantennák (23.9) megvalósíthatják a
kétoldalas „reflektoros” sugárzást, mely átalakítható,
csak az egyik irányban, fősugárzássá.
Azonban a deciméteres hullámok tartományában, amelyen belül a 70 cm-es sáv áll a rádióamatőrök rendelkezésére, általánossá vált a hosszú Yagi antenna.
A kb. 400 MHZ-től 470 MHZ-ig terjedő frekvenciatartományban jól használható a négyelemes Yagi. A talpponti ellenállása szimmetrikus, kb. 240 W.
Antennanyeresége: kb. 6,5 dB.
Bizonyos esetekben körsugárzókra, vagyis olyan antennákra lehet szükség, melyeknek a vízszintes síkban nagyjából kör alakú az iránydiagramjuk. A koaxiális antenna nagyon jól használható mozgó rádióállomásokon. Elvileg egy olyan félhullámú dipólusról van szó, melyet függőleges helyzetbe állítottunk és alsó felét egyúttal negyedhullámú záró edénynek képezzük ki, így szimmetriát hozunk létre. Az illesztés és a szimmetrizálás közel ideális. Magassága l/4, a koaxiális kábel ellenállása 60 W.
Vízszintesen polarizált URH körsugárzók
Megvalósítása bizonyos anyagi áldozatokat követel, különösen, ha minél kerekebb sugárzási diagrammot kívánunk.
A vízszintes síkú gyűrűs antenna sugár diagramja nem egészen kör alakú. Sugárzási térében minden vízszintes irányban csak feleakkora vételi térerősséggel számolhatunk, mint amennyit a főirányban egy normális egyenes dipólussal kapunk.
Rögzítés szempontjából kedvezőbb a 25.10 ábrán látható megoldás: a vízszintes síkban küllőszerűen elhelyezett műanyag rudakkal rögzítjük az antennát. A vízszintes gyűrűs dipólusokból kettőt vagy többet is egymásra, egymás fölé helyezhetünk, ez a vízszintes síkban nem változtatja meg a körsugárzást.
Az ábrán a különböző alakú dipólusok E-diagrammját láthatjuk. Látható, hogy a gyűrűs dipólus jó körsugárzó, egyébként azonban a sugárzás tekintetében sokkal hátrányosabb a többinél.
Máltai kereszt alakú antenna
Érdekességképp vizsgálható a máltai kereszt alakú antenna. Vízszintes körsugárzó, és szinte tökéletes szimmetriájánál fogva majdnem ideális kör alakú sugár diagrammal bír.
Hasonló a lóheresugárzó is, működésük tekintetében semmilyen különbség nincs.
RÁDIÓZAVAROK ELHÁRIÍTÁSA
Zavarelhárítás általános szempontjai
A rádiókezelő üzemben tart olyan berendezéseket, melyek jelentős rádiózavarokat okozhatnak. Maga az antenna nem lehet zavarforrás, mivel csak továbbít elektromágneses rezgéseket. Az antenna vagy távvezeték akkor sugároz zavaró jeleket, ha az adó ilyeneket szolgáltat. Minden zavarelhárításnak tehát az az alapelve, hogy mindenekelőtt a zavaró sugárzás eredetét kell leküzdeni (ált. oszcillátorok a zavarforrások).
Fontos feltételek:
· Az adóberendezés teljes mértékben le legyen árnyékolva, és kifogástalanul legyen földelve.
· Az abból kiinduló kezelési vezetékekben és energia-bevezető vezetékben megfelelő fojtótekercseket kell elhelyezni.
· Az adó általános elrendezése feleljen meg a legújabb műszaki ismereteknek.
Rádiózavarok elhárítása
A rádiózavarok elhárítására nincs egyszerű szabályunk, mert a zavarforrás, az átviteli út és a zavart vevőben megnyilvánuló jelenségeke szempontjából nagyon változatos esetekkel van dolgunk. Ezért rendszeresen kell eljárnunk, meg kell próbálni, megállapítani a zavaró frekvenciát és a legnagyobb sugárzás helyét. Jó szolgálatot tesz ebben a hullámmérő.
Az L1-C rezgőkörnek át kell fognia a számításba jövő frekvencia tartományt. Az Lcs csatoló tekercsben L1 menetszámának kb. ötödére van szükség. Dióda lehet nagyfrekvenciás egyenirányításra alkalmas germánium dióda. Egy rövid (20-
Azok a frekvenciák, melyek nem egyeznek meg egyetlen felharmonikussal sem, többnyire az adófokozat öngerjedéséből származnak vagy valamilyen keveredés termékei. Az antennáról kisugárzott zavaró frekvenciák minden esetben kimutathatók az adó végfokának adókörében is.
Zavaró frekvenciákat kibocsátó adónkban szűrőkkel meggátolhatjuk e frekvenciák képződését:
a) Aluláteresztő szűrő: egy meghatározott f határfrekvenciától kezdve minden kisebb frekvenciát szabadon átereszt.
b) Felüláteresztő szűrő: egy meghatározott fkr határfrekvenciától kezdve minden nagyobb frekvenciát átereszt.
c) Sáváteresztő szűrő: egy bizonyos frekvencia sávban átereszt, e sávot fmax és fmin frekvenciák határolják.
d) Sávzáró szűrő: egy bizonyos frekvencia sávban zár, e sávot fmax és fmin frekvenciák határolják.
Műantennák
A rádióállomások fontos segédberendezései közé tartozik a műantenna. Legegyszerűbb alakja tisztán rezisztív lezáró ellenállásból áll és úgy kell méretezni, hogy jó ellenállás-illesztés jöjjön létre. A műantennát sokoldalúan lehet felhasználni. Használhatjuk, mikor hangoljuk az adókat, mikor teljesítményt akarunk elérni vagy mikor antennamérő készüléket hitelesítünk. Készülhetnek szénrétek-ellenállásokból, vagy tekercselt huzalellenállásokból, de legkedvezőbbek a tömör ellenállások, elsősorban a bórszénellenállások.
Az ábrán huzaltekercs-ellenállás látható bádogdobozos kivitelben (házi, egyszerű elkészítés).
Ha egy dót rezisztív ellenállású műantennával zárunk le, feszültségmérővel könnyen meghatározhatjuk a nagyfrekvenciás kimeneti teljesítményt.
Ue2ff
P = ¾¾¾
Megjegyzés küldése