Περί συντονισμού και προσαρμογής κεραιών

[matthew]

Πως γίνεται ένας πομποδέκτης 100w να έχει την ίδια αντίσταση 50 Ohm από 0W έως τα 100W.

Η χαρακτηριστική αντίσταση δεν εξαρτάται από την ισχύ εκπομπής, αλλά από το μέσο διάδοσης όπως αναφέραμε.
Βασικά τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι αυτοσυντηρούμενα και δεν χρειάζονται κάποιο μέσο διάδοσης όπως πχ τα ακουστικά κύματα. Απλά όταν λέμε μέσο διάδοσης εννοούμε τον χώρο μέσα στον οποίο διαδίδονται, είτε είναι το κενό είτε κάποιο άλλο διηλεκτρικό υλικό.

[Ακρίτας]

Ερώτηση άσχετου. Πως γίνεται ένας πομποδέκτης 100w να έχει την ίδια αντίσταση 50 Ohm από 0W έως τα 100W.

Η αντίσταση εξόδου μιας πηγής είναι δυναμικό χαρακτηριστικό. Το ισοδύναμο κύκλωμα κάθε πηγής αποτελείται από μια ιδανική πηγή ρεύματος (χωρίς εσωτερική αντίσταση δηλαδή) και μια αντίσταση (θεωρητική, όχι ωμική) σε σειρά.
Μιλώντας πολύ απλοποιημένα, λίγη τάση - λίγο ρεύμα, πολύ τάση - πολύ ρεύμα, ίδια αντίσταση.

[Ακρίτας]

Με αφορμή το παραπάνω, ας δούμε ένα πιο συγκεκριμένο παράδειγμα:

Μετρήσαμε την κεραία μας στους 3.5 Mhz και βρήκαμε σύνθετη αντίσταση 50Ω + j194Ω. Σύμφωνα με τα προηγούμενα η εμπέδηση της κεραίας (στη συγκεκριμένη συχνότητα) είναι 200Ω. Πως θα την προσαρμόσουμε στην έξοδο του πομπού;

Αν αγνοήσουμε τη γραμμή μεταφοράς το απλοποιημένο κύκλωμα έξοδος πομπού - είσοδος κεραίας περιγράφεται ως εξής:

Γη - ιδανική πηγή ρεύματος - Ζ εξόδου πομπού - Ζ εισόδου κεραίας - Γη.

Ενδεχομένως η πρώτη σκέψη είναι να χρησιμοποιήσουμε ένα ένα tuner (αλλιώς δεν θα δουλέψει) και μετά balun (για την ακρίβεια στο συγκεκριμένο παράδειγμα unun) 1 : 4.

Ο άλλος τρόπος, απλούστερος και πιο αποδοτικός, είναι να προσθέσουμε σε σειρά με την έξοδο και πριν κεραία έναν πυκνωτή με αντίδραση ίση προς 194Ω δηλαδή 234pF για τη συγκεκριμένη συχνότητα λειτουργίας. Πρέπει βέβαια να φροντίσουμε ο πυκνωτής να έχει τα κατάλληλα χαρακτηριστικά (στην πράξη μεταβλητός σχετικά αραιόφυλλος).

Αν μας τρομάζουν οι υπολογισμοί, υπάρχει και το διαδίκτυο.

[matthew]

@Ακρίτας ευχαριστούμε Γιώργο για την τεχνική ανάλυση της φυσικής ερμηνείας της θεωρίας.
Όσον αφορά τον συντονισμό της κεραίας, κάθε κεραία εμφανίζει μία συγκεκριμένη συχνότητα ταλάντωσης η οποία ονομάζεται και φυσική συχνότητα συντονισμού ή ιδιοσυχνότητα (σε αυτές τις συντονισμένες κεραίες αναφέρονται οι δύο πρώτες οριακές περιπτώσεις του άρθρου).
"Ιδιοσυχνότητα ενός ταλαντωτή ονομάζεται η συχνότητα που πρέπει να ταλαντώνεται ο ταλαντωτής έτσι ώστε να παρουσιάζει την ελάχιστη απόσβεση κατά την εξαναγκασμένη ταλάντωση."
https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%99...B7%CF%84%CE%B1
Τι σημαίνει ελάχιστη απόσβεση κατά την εξαναγκασμένη ταλάντωση; Συγχρονισμό του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου όπως αναφέραμε δηλαδή ελάχιστη διαρροή της RF και επομένως όσο γίνεται λιγότερο I3 με ότι άλλο αυτό συνεπάγεται, δηλαδή λιγότερη RFI. https://en.wikipedia.org/wiki/Electr...c_interference
Η ουσία είναι ότι, όσο λιγότερη διαρροή της RF έχουμε προς τη Γη, τόσο περισσότερη και η εκπομπή της από την κεραία. Δηλαδή έτσι αυξάνεται η απόδοση της κεραίας. https://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_efficiency Τι σημαίνει αυτό στην πράξη; Αύξηση της απολαβής (κέρδος) της κεραίας. https://en.wikipedia.org/wiki/Gain_(antenna)
Συνεπώς, συντονισμός κεραίας = μέγιστη απολαβή.

[electron]

Με αφορμή το παραπάνω, ας δούμε ένα πιο συγκεκριμένο παράδειγμα:

Μετρήσαμε την κεραία μας στους 3.5 Mhz και βρήκαμε σύνθετη αντίσταση 50Ω + j194Ω. Σύμφωνα με τα προηγούμενα η εμπέδηση της κεραίας (στη συγκεκριμένη συχνότητα) είναι 200Ω. Πως θα την προσαρμόσουμε στην έξοδο του πομπού;

Αν αγνοήσουμε τη γραμμή μεταφοράς το απλοποιημένο κύκλωμα έξοδος πομπού - είσοδος κεραίας περιγράφεται ως εξής:

Γη - ιδανική πηγή ρεύματος - Ζ εξόδου πομπού - Ζ εισόδου κεραίας - Γη.

Ενδεχομένως η πρώτη σκέψη είναι να χρησιμοποιήσουμε ένα ένα tuner (αλλιώς δεν θα δουλέψει) και μετά balun (για την ακρίβεια στο συγκεκριμένο παράδειγμα unun) 1 : 4.

Ο άλλος τρόπος, απλούστερος και πιο αποδοτικός, είναι να προσθέσουμε σε σειρά με την έξοδο και πριν κεραία έναν πυκνωτή με αντίδραση ίση προς 194Ω δηλαδή 234pF για τη συγκεκριμένη συχνότητα λειτουργίας. Πρέπει βέβαια να φροντίσουμε ο πυκνωτής να έχει τα κατάλληλα χαρακτηριστικά (στην πράξη μεταβλητός σχετικά αραιόφυλλος).

Αν μας τρομάζουν οι υπολογισμοί, υπάρχει και το διαδίκτυο.

Σχετικά με τους υπολογισμούς και πως αυτοί προκύπτουν, να υπενθυμίσω ότι επειδή η χωρητικότητα ή η αυτεπαγωγή που προκύπτει ως φανταστικό μέρος της σύνθετης αντίστασης, είναι σε διαφορά φάσης 90 μοιρών από το πραγματικό μέρος , εφαρμόζεται το πυθαγόρειο θεώρημα.
Επομένως για την περίπτωση χωρητικής συμπεριφοράς της κεραίας έχουμε:

R-j 1/2πfC

Για την περίπτωση επαγωγικής συμπεριφοράς έχουμε αντίστοιχα:

R+j 2πfL

[matthew]

Έτσι Γιάννη. Όπως ανέφερα και σε προηγούμενο ποστ, τα αναλύει το άρθρο του SV1BAC -Το Antenna Tuner και το Coupler δεν είναι Κυκλώματα Συντονισμού αλλά Προσαρμογής- το οποίο είχα ξεχάσει να το συμπεριλάβω στο αρχικό άρθρο. Έτσι μου διέφυγε και το antenna tuner στην ενότητα του συντονισμού ενώ πρέπει να είναι κανονικά στην ενότητα της προσαρμογής. Οπότε όλα ok.
Επίσης κάτι ακόμη που αναφέρει και το Antenna Book της ARRL στο δεύτερο κεφάλαιο (Antenna Fundamentals - Essential Characteristics of Antennas - Self Impedance): "It is important to consider an antenna and its feed line as a system, in which all losses should be kept to a minimum."
Είναι σημαντικό να θεωρούμε την κεραία μαζί με τη γραμμή μεταφοράς (καθώς και όποιες άλλες συσκευές υπάρχουν ενδιάμεσα, ακόμη και τους κονέκτορες) σαν ένα ενιαίο σύστημα (δηλαδή αυτό που λέμε κεραιοσύστημα), στο οποίο όλες οι απώλειες (δηλαδή το άθροισμα των επιμέρους απωλειών που εμφανίζονται ξεχωριστά σε κάθε στοιχείο του κεραιοσυστήματος) θα πρέπει να κρατούνται σε όσο χαμηλά επίπεδα γίνεται.
Αυτό επιτυγχάνεται τελικά μέσω της σωστής προσαρμογής (μεταξύ τους) όλων των στοιχείων που αποτελούν το κεραιοσύστημα, από την έξοδο του πομπού μέχρι και την κεραία. Συνεπώς, η λύση για την τρίτη οριακή περίπτωση είναι και η χρήση μεταβλητών μετασχηματιστών εμπεδήσεων (antenna tuners ή couplers) σε συνδυασμό (αν χρειαστεί) μαζί με bal-un ή un-un για την προσαρμογή της κεραίας στην γραμμή μεταφοράς.
Όσον αφορά την ορολογία antenna tuner, είναι πιασάρικη δηλαδή καθαρά εμπορική ονομασία και για μένα η σωστή ονομασία θα 'πρεπε να είναι AMU (Antenna Matching Unit).

[electron]

Και επειδή ίσως κάποιος αναρωτηθεί γιατί χρησιμοποιούμε antenna tuner στα μεσαία ή βραχέα και όχι στα fm ή πιο πάνω, την απάντηση τη δίνουν οι τύποι που έγραψα. Με απλά λόγια η οποιαδήποτε φανταστική χωρητικότητα ή αυτεπαγωγή αν προστεθεί στο πραγματικό μέρος R των παραπάνω τύπων ελάχιστα επιρεάζει το σύνολο. Εν ολίγοις δεν μας απασχολεί.

[MAIKLKF]

Και ΡπΡιδΞοΏ½ ίσως κάποιος αναρωτηθΡί γιατί χρησιμοποιούμΡ antenna tuner στα μΡσαία ΞοΏ½ βραχΞ*Ξ± ΞΊΞ±ΞΉ ΟŒΟ‡ΞΉ στα fm ΞοΏ½ πιο πάνω, την απάντηση τη δίνουν ΞΏΞΉ τύποι που Ξ*γραψα. ΜΡ απλά λόγια Ξ· οποιαδΞ�ποτΡ φανταστικΞοΏ½ Ο‡Ο‰ΟΞ·Ο„ΞΉΞΊΟŒΟ„Ξ·Ο„Ξ± ΞοΏ½ αυτΡπαγωγΞοΏ½ Ξ±Ξ½ προστΡθΡί στο Ο€ΟΞ±Ξ³ΞΌΞ±Ο„ΞΉΞΊΟŒ ΞΌΞ*ρος R των παραπάνω τύπων Ρλάχιστα ΡπιρΡά΢Ρι το σύνολο. Εν ολίγοις δΡν ΞΌΞ±Ο‚ απασχολΡί.

ΞœΟ€ΟΞ¬Ξ²ΞΏ σας Ξ³ΞΉΞ± το ΞΈΞ*ΞΌΞ± Θα ΉθΡλα Ξ½Ξ± προσθΞ*σω οτι συντονί΢οντας ΞΌΞΉΞ± κΡραία ΞΌΞ±ΞΆΞ― ΞΌΞ΅ την κάθοδο Ξ*χουμΡ κάνη το 1 λάθος Ξ*ΟΞΏΟ†Ξ±Ξ½ΟŽΟ‚ ΟŒΟ„Ξ±Ξ½ Ξ*χουμΡ ΞΊΞ±ΞΉ διάφορα ΞΊΟ…ΞΊΞ»ΟŽΞΌΞ±Ο„Ξ± σΡ σΡιρά ΞΌΞ΅ την κΡραία Ξ±Ο…Ο„ΟŒ Ρίναι το 2 λάθος
Αν Ξ³ΞΉΞ± παράδΡιγμα συντονί΢ουμΡ Ξ*Ξ½Ξ± δίπολο στα βραχΞ*Ξ± κύματα ΞΊΞ±ΞΉ Ξ±Ξ½ΞΏΞ―Ξ³ΞΏΟ…ΞΌΞ΅ ΞΊΞ±ΞΉ κλίνουμΡ τα σκΞ*λη 3 λάθος το Ξ½Ξ± βά΢ουμΡ damy Load στην άκρη Ξ΅Ξ½ΟŒΟ‚ σύρματος ΞΊΞ±ΞΉ καλούμΡ τον πομποδΞ*κτη Ξ½Ξ± διαβάσΡι το την κΡραία στημΞ*Ξ½Ξ· στα 10 ΞΌΞ*τρα ΟΟˆΞΏΟ‚ ΞΊΞ±ΞΉ Ξ±Ο…Ο„ΟŒ το Ξ*χω προσΞ*ξΡι

Μόνο το Ξ·Ξ»Ξ΅ΞΊΟ„ΟΞΉΞΊΟŒ ΞΌΞοΏ½ΞΊΞΏΟ‚ ΞΊΞ±ΞΉ Ξ· προσαρμογΞοΏ½ των 90 μοιρών μπορούν Ξ½Ξ± Ρξασφαλίσουν την ισχύ στην κΡραία Αφού ΡξασφαλίσουμΡ ΞΊΞ±ΞΉ τα Ο…Ο€ΟŒΞ»ΞΏΞΉΟ€Ξ± ΟŒΟ€Ο‰Ο‚ την συντονισμΞ*Ξ½Ξ·
κάθοδος ΞΊ.Ο„.Ξ».

[MAIKLKF]

δεν ξέρω γιατί έβγαλε έτσι το μήνυμα μου ακαταλαβίστικο

[nyannaco]

Μάλλον έγραψες κάτι σαν:


Μπράβο σας για το θοΏ½*μα Θα Ήθελα να προσθοΏ½*σω οτι συντονίζοντας μια κεραία μαζί με την κάθοδο οΏ½*χουμε κάνη το 1 λάθος οΏ½*ροφανώς όταν οΏ½*χουμε και διάφορα κυκλώματα σε σειρά με την κεραία αυτό είναι το 2 λάθος
Αν για παράδειγμα συντονίζουμε οΏ½*να δίπολο στα βραχοΏ½*α κύματα και ανοίγουμε και κλίνουμε τα σκοΏ½*λη 3 λάθος το να βάζουμε damy Load στην άκρη ενός σύρματος και καλούμε τον πομποδοΏ½*κτη να διαβάσει το την κεραία στημοΏ½*νη στα 10 μοΏ½*τρα ύψος και αυτό το οΏ½*χω προσοΏ½*ξει

Μόνο το ηλεκτρικό μοΏ½οΏ½κος και η προσαρμογοΏ½οΏ½ των 90 μοιρών μπορούν να εξασφαλίσουν την ισχύ στην κεραία Αφού εξασφαλίσουμε και τα υπόλοιπα όπως την συντονισμοΏ½*νη
κάθοδος κ.τ.λ.

Χρήσιμο:
https://online-decoder.com/el