Antenas - teorija

Antenas - teorija

Andris Bruņenieks YL2FD, konsultēja: Gunārs Auseklis YL2GD un Viesturs Jakovļevs YL2SM

Pirms sākam ko izklāstīt, nopietni brīdinām – antenu uzstādīšana un apkope ir saistīta ar darbu augstumā! Esiet īpaši uzmanīgi – nedrošs, slidens pamats zem kājām, nepiesiešanās pie drošām konstrukcijām darba laikā, neatbilstošs inventārs un instrumenti var novest pie letālām sekām, gan pašam, gan asistentiem! Nopietnus instalācijas darbus nekad neveiciet viens! Un pirms tam pārbaudiet sevi – vai Jūs vispār varat darboties augstumā! Ne velti elektriķiem un telesakaru speciālistiem, kuriem ir paredzami darbi augstumā, tiek veikta papildus speciāla medicīnas pārbaude. Ja Jums augstumā "reibst galva", sagatavojiet antenu uz zemes, un palūdziet citiem amatieriem palīdzību. Amatieri, pārsvarā, ir atsaucīgi.

Ko vēl mēs gribētu atzīmēt. Brīnumi nenotiek, un fizikas likumus apiet neizdodas! Bēdīgi ir skatīties, kā internetā un reklāmās piedāvā konstrukcijas, "nepasakot visu līdz galam". Nav izslēgts, ka konstrukcijas strādās, bet bieži ne tā, kā to domājis autors, un radīs papildus problēmas Jums un apkārtējiem.

Tāpēc mēs centāmies te aprakstīt antenu darbības pamatprincipus, vismaz pamatjēdzienos, lai Jūs izprastu, kas tur notiek. Iesakām katram amatierim iegādāties vismaz vienu grāmatu par antenām, kur šie jautājumi ir aprakstīti plašāk. Neuzskatiet to par reklāmu, bet viena no labākajām grāmatām amatieriem par antenām, šobrīd ir "ARRL Antenna book" (jau 25. izdevums, 64.00 $). Ja radīsies vēlme, tad meklējiet arī citas, vairāk teorētiskas grāmatas.

Ko vēl gribētu atzīmēt - mūsdienu datorizētajā laikmetā ir izveidotas brīnišķīgas antenu modelēšanas programmas. Pamatā ir programma NEC, vai miniNEC, uz kuru bāzes veidotas vairākas programmas, tādas kā EZNEC+, MMANA, GAL-ANA un citas. Uz datora tas izskatās tā:

Te tiek modelēta 4 elementu antena amatieru 6 metru diapazonam. Programmā tiek ievadīti antenas izmēri, konstrukcija un daži ārējie vides faktori, un programma parāda kā antena darbosies, un kādi būs tās parametri. Tālāk, mainot izmērus var iegūt sev vēlamāko variantu. Aprēķini ir samērā precīzi, bet konkrētā vieta, kur antena tiks uzstādīta, var ienest savas korekcijas. Gala rezultātu – labi darbojošos antenu, panāk vēlāk – antenas skaņošanas procesā. Ar modelēšanas programmu izveidotu antenu būs daudz vieglāk skaņot. Ko vēl gribētos atzīmēt - iepazīšanās vien ar antenas modelēšanas programmu neļaus Jums pārkāpt fizikas likumus un palīdzēs skaidrāk saprast antenās notiekošos procesus.

Bet ar ko radio amatierim būtu jāsāk vispirms?

Ar vietas izvēli un plānošanu. Bieži jāsāk pat ar banālāku lietu – vai vēlamajā vietā Jums ir piekļuve. Ja tas atrisināts, tad jāveido pati antena. Parasti to veido kādam konkrētam mērķim – darbam uz kāda konkrēta, vai vairākiem diapazoniem, darbam kādā konkrētā darba veidā (CW, FT8, SSB), vai virzienā (uz Japānu) u.c. Bieži sanāk otrādāk – var izvietot tikai kādu konkrētu antenu, un ar to var sasniegt citu mērķi. Nu ko, var sākt arī ar to. Antenas taisa paši, vai pērk gatavas. Uzstādīšana un noregulēšana paliek Jūsu ziņā. Nebūtu par ļaunu, ja Jūs izlasītu šo rakstu līdz beigām.

Antenu amatieri veido diviem mērķiem – radiosignālu uztveršanai un raidīšanai. Antena šīs funkcijas veic secīgi – vienu pēc otras. Pareizi izveidota un noskaņota antena ir abpusēji laba – gan labākai uztveršanai, gan raidīšanai.

Radioamatierim ir tā priekšrocība – viņš antenu var skaņot raidīšanas režīmā, kas ļauj to izveidot un pārbaudīt ātrāk un precīzāk. Pēdējos gados to vēl efektīgāk var veikt ar vektoru analizatoru, teiksim VNA (NanoVNA).

Amatiera antena lielāko savu darba laiku darbojas uztveršanas režīmā. Raidīšanas režīmā, kad tā kaut ko izstaro, tā strādā tikai kādu 1- 5 % no laika, kad jūs darbojaties pie radiostacijas. Sacensību laikā raidīšanas periods gan var pieaugt līdz kādiem 40% no kopējā laika, un ar to ir jārēķinās. Kad radiostacija ir izslēgta, antena vispār neko neizstaro. (Varbūt tas kādam kaimiņam jāskaidro).

Antena sastāv no divām daļām –izstarojošā (aktīvā) elementa un enerģijas pievades līnijas. Dažreiz ir nepieciešami vēl daži palīglīdzekļi antenas elementu fiziskā garuma korekcijai un līnijas saskaņošanai.

Antena, no radiotehniskā viedokļa ir - "pēdējais noskaņotais rezonanses kontūrs raidītājā", tikai novietots gaisā, un ar papildus funkciju – starot enerģiju ēterā.

Lai kontūrs darbotos rezonansē, uz kaut kādas frekvences, tam jābūt veidotam no konkrēta kondensatora un induktivitātes (spoles).

Tomsona formula nosaka: Frez MHz = 159.16 / ( SQRT ( LmkH x CpF) ),

3.679 MHz iegūst no 3.6 mkH spoles un 520 pF kondensatora, slēgtiem virknē, vai paralēli. (SQRT te, un turpmāk, ir kvadrātsakne).

Antena bieži tiek uzskatīta par "atvērtu kontūru", kur izstarojošais elements (vads, caurule, stienis) vienlaicīgi darbojas kā rezonanses kontūra induktivitāte (spole) ar savu garumu, un tai pašā laikā kā kondensators, "savienojoties" pa gaisu, kā dielektriķi, savā starpā, un vēl - ar zemi. Šī interpretācija ir vienkāršota, bet procesa izpratnei der.

Elektromagnētiskie viļņi rodas tikai noslēgtā ķēdē. "Atvērtajā kontūrā" šī ķēde noslēdzas "pa gaisu", starp antenas izstarojošā elementa posmiem, ja tas ir pārtraukts. Ja tas veidots cilpas veidā, tad pa to, bet ja veidots, kā viens vads, tad no tā - uz zemi.

Raidīšanas režīmā pa antenas izstarojošo elementu sāk plūst elektriskā strāva, kas ap elementu veido magnētisko lauku. Šis magnētiskais lauks rada citu – nobīdes strāvu (Displacement Curent) [1], bet jau gaisā. Šī nobīdes strāva rada jaunu magnētisko lauku, kas savukārt rada jaunu strāvu, u.t.t. Elektromagnētiskais lauks izplatās perpendikulāri antenas izstarojošajam elementam. (Lai mums piedod fiziķi, kuri šeit piemin Pointinga vektoru un Maksvela vienādojumus, mēs tos šeit izlaidīsim, piekrītot tam, ko viņi saka). Elektromagnētiskā lauka izplatīšanās virzienu no antenas sauc par antenas diagrammu [4]. Dažādām antenām šī izplatīšanās diagramma ir dažāda. To var ietekmēt arī ap antenu esošie priekšmeti u.c.

Ap antenas izstarojošo elementu ir divas zonas: tuvā zona un tālā zona. Tuvā zona dalās divos apgabalos:

- Reaktīvais apgabals – vides apgabals, kas tieši robežojas ar izstarotāju, zīmējumā AB. Te dominē reaktīvie elektromagnētiskie procesi un notiek minētā elektriskās strāvas pāreja uz nobīdes strāvu caur magnētisko lauku. Pēc formas šis lauks ir koncentrisks – ar izstarotāju centrā. Šī apgabala rādiuss no izstarotāja centra ir aptuveni Lambda/6, kur Lambda - viļņa garums metros.

- Radiācija apgabals – (Frensnela zona, vai starpzona), zīmējumā BC. Sākās pēc reaktīvā apgabala, kur elektromagnētiskais vilnis ir jau noformējies, un šajā apgabalā slāpējās reaktīvie procesi, kuru rezultātā vilnis radās. Šī apgabala rādiuss no izstarotāja centra ir nedaudz mazāks par Lambda/2. Abu apgabalu rādiusus rēķina pēc sarežģītākām formulām, bet amatieriem, novērtējumam, pietiek ar minētajām.

Tālā zona – Fraunhofnera zona. Elektromagnētiskais vilnis turpina izplatīties vidē un vairāk nepārveidojās. Tā elektriskā un magnētiskā sastāvdaļas ir nobīdītas 90 grādos, viena no otras, bez reaktīvām piedevām. Šī zona sākās pēc radiācijas apgabala un beidzās tur, kur elektromagnētiskais vilnis izdziest.

Antenas zonas:

Uz ko aicinām amatierus – veidojot savas antenas, lūdzu sekojiet, lai antenas reaktīvajā un radiācijas apgabalos, vismaz pusviļņa attālumā no tās izstarojošā elementa, atrastos pēc iespējas mazāk dažādu objektu un priekšmetu. Ideāli būtu, ja visa tuvā zona atrodas brīvā gaisā un tajā būtu tikai pati antena un enerģijas pievades līnija. Priekšmeti, un arī cilvēki, šajā zonā tiks apstaroti ar paaugstinātu elektrisko un magnētisko lauku, kas var dažreiz pat kaitēt veselībai!

Uztveršanas režīmā antenā procesi notiek otrādi – ēterā esošais radio signāls, konkrēti tā elektriskā komponente, izraisa elektronu kustību antenas izstarojošajā (tagad – uztverošajā) elementā, tajā sāk plūst strāva, kas mēģina izveidot rezonanses procesu tajā, un pa antenas barošanas līniju nonāk uztvērējā.

Sāksim apskatīt antenu pa daļām. Antenas barošanas līnija.

No raidītāja ārā nāk sinusoidāla maiņstrāva ar savu frekvenci. Tiko līnijā parādās maiņstrāva, sāk darboties visi maiņstrāvas likumi [8]. Līnija pārtop par reaktīvu elementu, kurā bez aktīvās vadu pretestības parādās arī tās reaktīvās (induktīvā un kapacitatīvā) - pretestības. Spriegums, attiecībā pret strāvu tai ir nobīdīts par 90 grādiem.

Pārraides līnijās rodas jaudas zudumi. Līniju kopējie zudumi sastāv no:

a = a_i + a_u + a_izstar,

kur: a_i - strāvas zudumi līnijas vadu aktīvās pretestības dēļ,

a_u – sprieguma zudumi starp vadiem, sliktas izolācijas kvalitātes dēļ,

a_izstar – līnijas izstarotā enerģija, kas tiek izstarota no līnija, nenonākot līdz antenai

Ir trīs veidu līnijas: vienvada līnija, divvadu līnija un koaksiālā līnija. (Ir arī viļņu vadi un kanāli, bet amatieri tos lieto reti).

Vienvadu līnijas veido no 1 - 5 mm resna vada un to aktīvā viļņu pretestība ir no 300 – 800 omiem. Veidojot antenu ar šādu barošanas līniju (Long Wire, Windom), obligāti ir jāveido, un raidstacijai jāpieslēdz, arī radiotehniskais zemējums! (skat. zemāk - Zemējums). Barošanas līnijas un antenas normālai darbībai ir nepieciešama ķēdes noslēgšanās, kas šajā gadījumā notiek caur zemi un zemējuma ķēdi. Šādas līnijas zudumi praktiski sastāv no a_izstar, jo a_u – praktiski nav, un a_i - būtisku iespaidu šeit nerada. Līnija staro enerģiju un jau sāk darboties kā antena. Ap šādu līniju veidojās ievērojams elektriskais lauks, kas var ietekmēt ap to esošo cilvēku veselību! Tas būtībā jau ir antenas reaktīvais apgabals.

Divvadu līnijas veido divi paralēli vadi, ar diametru d, kas atrodas viens no otra attālumā l. Vadi var atrasties gaisā, tad to attālumu konstantu iztur ar izolatora spraislīšiem (trepes), vai arī ir iekausēti plastmasas apvalkā (lenta, dažreiz ar caurumiem izolācijā). Izolatoru, vai plastmasas dielektriskā caurlaidība ir e. Tādas līnijas pretestību tad aprēķina pēc formulas:

Z=(276/e)*lg(2l/d)

Divvadu līnijas parasti ir no 200 līdz 700 omi. Elektromagnētiskais lauks ap šādu līniju ir aptuveni 3l attālumā, tas nozīmē, ka šajā zonā nav vēlami kaut kādi enerģiju absorbējuši objekti, antenas masts, jumts, ventilācijas šahta, mājas siena, vai zeme. Šādas līnijas izmanto īsajos viļņos, jo pie augstākām frekvencēm tās konstrukcijas izmēri tuvojas antenas izmēriem. Divvadu līnijām zudumi a_i ir divreiz lielāki, kā vienvadu līnijām, parādās a_u, kas atkarīga no e, bet a_izstar ir ļoti niecīgi.

Koaksiālā līnija. Šobrīd visplašāk lietotā antenas barošanas līnija. Veido no koaksiālā kabeļa, kuru ražo rūpnieciski. Populāri ir 50 un 75 omu kabeļi, bet ir arī kabeļi ar citām pretestībām. Koaksiālajam kabelim ir viena (dažreiz - divas) centrālā dzīsla ap kuru, noteiktā attālumā, ir ekrāna pinums (zeķīte).Attālums starp centrālo dzīslu un ekrānu ir piepildīts ar izolējošu materiālu (polietilēnu, ftoroplastu). Šo materiālu raksturo ar dialektrisko caurlaidību, un tā dažādiem materiāliem ir dažāda. Tas nosaka līnijas a_u. Praktiski pilnīgi visa enerģija, ko pārvada ar koaksiālo kabeli, ir sakoncentrēta starp centrālo dzīslu un ekrānu, uz to virsmām. Metālā tā iespiežas tikai kādus 0.05 mm un uz ekrāna ārpuses tās nav. Līdz ar to līnija nestaro un a_izstar = 0. Tādu līniju var novietot praktiski jebkur. Tas ir tā teorētiski, pie nosacījuma, ka kabeļa ekrānam abi gali ir sazemēti. Realitātē ekrāna viens gals pie raidītāja parasti ir sazemēts, bet otrs pievienots pie antenas. Tad pa ekrāna ārējo virsmu var plūst no antenas aktīvā elementa pārraidītā signāla inducētā strāva. Šī strāva, savukārt var radīt nevēlamu kabeļa ekrāna starojumu ārējā vidē. To var novērst ar antenu simetrizējošu iekārtu BALUN kabeļa pieslēguma vietā pie antenas. Šobrīd plaši ir nopērkami 50 omu kabeļi, jāpērk tie, kuriem ir mazākie lineārie zudumi, un jo resnāks, jo labāks. Frekvencēm virs 30 MHz ieteicami kabeļi ar putotā polietilēna izolāciju.

Svarīgs moments antenas darbā ir barošanas līnijas pareiza izveidošana un pieslēgšana.

Visas antenas barošanas līnijas ir divvadu reaktīvi elementi, arī tad, kad līnija veidota no viena vada, te otra vada vietā stājas zeme. Līnijas var darboties divos režīmos – skrejošā viļņa un stāvviļņa režīmā. To, kādā režīmā strādā līnija nosaka virkne parametru.

Jebkuru līniju, var saslēgt trīs veidos: slogotā, atvērtā un īsi-slēgtā. Pēdējie divi slēgumi tiek izmantoti antenu skaņošanai, dažreiz arī kontūru vietā. Antenas barošana notiek ar slogotu līniju, tas ir - tās abi gali tiek pieslēgti kādām konkrētām pretestībām (kompleksām, ar reaktīvām sastāvdaļām). Vienā līnijas galā ir raidītāja izejas pretestība, bet otrā - antenas ieejas pretestība.

Antenas barošanas līniju ir jācenšas darbināt skrejošā viļņa režīmā. Tas tiek panākts tad, kad līnijas viļņu pretestība ir vienāda ar raidītāja izejas pretestību un antenas ieejas pretestību. Parasti tas tiek panākts sekojoši: ir konkrēts kabelis, vai līnija, ar savu viļņu pretestību. Pieņemsim mums ir 50 omu kabelis. Ar tādu kabeli labi skaņojās praktiski visi transīveri. Ja transiverī nav tūnera, tad tādu var pieslēgt transiverī, aiz antenas izejas, pirms kabeļa. Šāda kabeļa otrs gals būtu jāpieslēdz antenas izstarojošajam elementam vietā, kur arī tam ir 50+0j omi ieejas pretestība. Kur, un kā slēgt, par to vēlāk.

Tikko kāda no minētajām trīs pretestībām atšķiras no pārējām, līnija pārvēršas par pretestību transformatoru un darbojas stāvviļņa režīmā. Šis režīms var iestāties, to neapzinoties, vai tas var tikt veidots mērķtiecīgi.

Mērķtiecīgs pielietojums. Ne vienmēr antenas aktīvajā elementā var atrast vietu, kur tā aktīvā pretestība būtu vienāda ar līnijas pretestību. Tad līniju veido kā pretestību transformatoru. Bieži tas notiek nesimetriskās antenās, kur līnijas spēja transformēt pretestību tiek speciāli pielietota. Tad "vienkārši sakot", daļa no antenas turpinās barošanas līnijā, kur pievadītā enerģija tiek savstarpēji neitralizēta (un netiek starota).

Neapzinoties līnija var pārtapt par stāvviļņa līniju, pēkšņas antenas bojājuma dēļ (nolūzt, notrūkst, pārtrūkst, saīsinās), vai antenas sākotnēji nepareizas konstrukcijas dēļ.

Līnija sāk darboties kā frekvences atkarīgs aktīvs elements (skat zemāk – antenas aktīvais elements). Būtisks ir tās fiziskais garums un frekvence uz kādu šo līniju darbina. Līnija praktiski neizstaro elektromagnētiskos viļņus.

Slodzes (antenas) pretestības atšķirība no līnijas pretestības, līnijā rada nevēlamu efektu. To enerģiju, ko raidītājs vada uz antenas izstarojošo elementu (slodzi) sauc par pievadīto enerģiju - Ep. Ja līnijas un slodzes pretestības nesakrīt, daļa pievadītās enerģijas atstarojas atpakaļ līnijā un pārvēršas siltumā. To sauc par atstaroto enerģiju – Ea. Uzreiz jāakcentē, ka nepareiza slodzes (antenas) pretestība ir atkarīga ne tikai no pieslēguma vietas izvēles antenas aktīvajā elementā, bet arī no tā atbilstības paredzētajam mērķim (izgatavošanas precizitātes un apkārtējo priekšmetu ietekmes).

Līnijas saskaņošanas kvalitāti, un reizē arī visas antenas sistēmas kvalitāti visefektīgāk var novērtēt ar stāvviļņa koeficientu SWR.

SWR= (Ep+Ea)/(Ep-Ea)

Ideāls antenas sistēmas SWR ir 1, pieļaujams ir: 2-3. Te uzreiz jāatzīmē, ka SWR nav vienīgais antenas parametrs. Vispār SWR ir visdiskutablākais antenas parametrs, par to daudz rakstīts literatūrā, jo to visvieglāk nomērīt. Mēs pieņemsim, ka to jācenšas iegūt pēc iespējas mazāku.

SWR mēra ar speciālu mēriekārtu, raidītāja izejā, parasti ar tā saukto – "strāvas metodi". Iekārtu var uztaisīt pats, vai nopirkt. Jaunākajos transīveros un tūneros tā ir jau iebūvēta.

SWR var nomērīt arī ar vektoru analizatoru. Tur tā vērtība parādās vēl uzskatāmāk, grafiskā veidā:

Te reālai antenai - GAP Titan Dx, kopā ar barošanas līniju, mērīts SWR frekvenču diapazonā no 3.45 MHz līdz 7.30 MHz. Ir novērojamas 3 rezonanses. Markeris [1] uzstādīts uz pirmo rezonansi – 3.527 MHz, kur SWR ir 1.071, Markeris [2] uzstādīts uz otro rezonansi – 5.105 MHz, kur SWR ir 2.257 un Markeris [3] ir uzstādīts uz trešo rezonansi – 6.876 MHz, kur SWR ir 1.796.

Antenas aktīvais elements. Tas ir galvenais antenas elektromagnētisko viļņu starotājs.

Izstarojošais elements var būt divu tipu – rezonanses un aperiodiskais (skrejošā viļņa).

Amatieri lielāko daļu savu antenu veido ar rezonanses tipa izstarotājiem. Par skrejošā viļņa antenām lasiet pēc rezonanses tipa apraksta.

Rezonanses antenas izstarojošo elementu veido saskaņotu ar frekvenci, kurā to paredzēts darbināt. Frekvence nosaka tā fizisko garumu. Dažreiz izmanto to, ka konkrēta garuma izstarojošais elements var rezonēt uz vairākām (2, 3 un 4 reiz augstākām) frekvencēm.

No fizikas kursa ir pazīstama elektromagnētisko viļņu sakarība:

Lambda = V / F

Šeit Lambda ir elektromagnētiskā starojuma raksturojums – viļņa garums - metros, bet F, starojuma frekvence - MHz. V - ir elektromagnētiskā viļņa izplatīšanās ātrums konkrētā materiālā vai vidē. Pazīstamākā šīs formulas interpretācija ir elektromagnētiskā viļņa izplatība gaisā, un V=300 km/sek. (patiesībā 299.793 km/sekundē). (metri, Kilometri un Megaherci tiek izmantoti aprēķinu vienkāršošanai, SI sistēmā būtu jālieto metri un Herci, bet tad formula būtu ar daudz nullēm 😊).

Tā, kā pie V raksturojuma tika minēta vide un materiāli, tad, neskaidrojot sīkāk, radioamatierim šī formula ir:

Lambda (metros) = 279.7925 / f (MHz)

Frekvencei 3.677 MHz viļņa garums ir 76.092 metri, citus var vienkārši izrēķināt pēc pievienotās formulas. Viļņa garums teorētiski ir attālums starp diviem punktiem vidē, kuros precīzi atkārtojas visi konkrētā elektromagnētiskā izstarojuma parametri. Dažādās vidēs vienai frekvencei var būt dažādi viļņa garumi, to nosaka viļņu izplatīšanās ātrums V konkrētajā vidē.

Literatūrā bieži tiek pielietots zīmējums, kas ļoti daudz ko paskaidro:

Zīmējumā: līnija A – G ir antenas aktīvais elements (vads, caurule, stienis). Uz šī elementa mēģina "novietoties" radiosignāla rezonanses vilnis, kurš te rada elektromagnētisko vilni. Atkarībā no elementa garuma, uz tā var novietoties pilns vilnis (posms A - E), vai kāda tā daļa. Ar sinusoīdām U un I parādīts sprieguma un strāvas sadalījums uz tā. Katrā antenas aktīvā elementa punktā to vērtības ir dažādas. Sprieguma un strāvas vērtības ir savstarpēji nobīdītas pa 90 grādiem, un tur, kur vienai ir maksimālā vērtība – otrai minimālā. Sprieguma un strāvas vērtības katrā konkrētajā aktīvā elementa punktā nosaka tā ieejas pretestību – Za, un tas ir komplekss lielums (Ra+jXa). Tam ir liela nozīme organizējot antenas barošanu.

Radiosignāla avotu (ģeneratoru, raidītāju, transiveri) antenai var pieslēgt divejādi – ar diviem, vai vienu vadu (zīmējumi 1. un 2. apakšā). Ja pielieto divu vadu pieslēgumu ( zīmējumā - 1.), tad aktīvais elements kaut kur tiek pārgriezts un katru no vadiem pieslēdz savai pusei. Ir arī cita metode, kad vadu negriež, un pieslēdzas tam, teiksim punktos H1 un H2. Tad lieto speciālas saskaņošanas metodes, par tām vēlāk. Ja signāla avotu antenai pieslēdz ar vienu vadu (zīmējumā – 2.), tad to dara kādā konkrētā punktā uz antenas. Vislabāk vietā, kur antenai ieejas pretestība ir vienāda ar vienvadu līnijas pretestību – 300-800 omi. Kā jau minējām, ģeneratora ķēdei caur antenu ir jānoslēdzas. Pirmajā veidā tas notiek pašā antenā, bet otrā – ķēde noslēdzas caur zemi.

Antenas barošanu (enerģijas pievadi) veic ar barošanas līniju. Tā antenai būtu jāpieslēdz vietā, kur antenas ieejas pretestība ir vienāda ar līnijas pretestību. Kādas ir šīs pretestības dažādos aktīvā elementa punktos? Sāksim no punkta A. Tur redzam, ka ir sprieguma maksimums un strāvas minimums. (Lietojama formula R=U/I, protams, kompleksā formā). Šeit pretestība ir liela, un reālā tās vērtība svārstās ap 2000 – 4000 omi. Elementam ir maksimālā reaktīvā (kapacitatīvā) pretestība - jX. Tuvojoties punktam B, pretestība samazinās, un abas reaktīvās pretestības jXc un jXl savstarpēji kompensējas. Punkta B elementa pretestība ir no 36 – 75 omi un reaktīvā pretestība tuvojas nullei. Virzoties tālāk, uz punktu C, pretestība atkal pieaug līdz 2000-4000 omiem un te atkal dominē reaktīvā pretestība jX. Tā tas turpinās virzoties tālāk pa aktīvo elementu. Pretestību konkrētas vērtības ir atkarīgas no antenas konstrukcijas un uzstādīšanas veida.

Praktiski ir noskaidrots, kur būtu visizdevīgāk slēgties ar līniju pie antenas aktīvā elementa. Tāda vieta ir punkts B, kur ir viszemākā aktīvā pretestība – 36 – 75 omi un reaktīvā pretestība tuvojas nullei. Te var slēgties ar 50-75 omi koaksiālo kabeli, pārgriežot aktīvo elementu un pielietojot simetrizācijas iekārtas (Balun)[2]. Kabelis darbosies savā labākajā - skrejošā viļņa režīmā. Tiek praktizētas arī citas pieslēgšanās metodes – ar pretestību transformējošu transformatoru (atsevišķa iekārta) pārveido barošanas līnijas pretestību uz kādu augstāku vērtību (1:2, 1:4, 1:6, 1:36 u.c), un slēdzas pie aktīvā elementa punktā, kur tam ir atbilstošā pārveidotā pretestības vērtība. Metode šķiet vilinoša, tomēr pieslēguma vietā paliek nekompensēta reaktīvā pretestība, kura pāriet barošanas līnijā un rada tur jaudas zudumus. Dažkārt pielieto tā sauktos – Gamma, Omega un T tipa pieslēgumus aktīvā elementa H1 un H2 punktos, kas novērš minēto problēmu, un ir iespējams saskaņot līniju ar antenu daudz precīzāk, un pie reizes tie veic arī līnijas simetrizāciju. Attālums: H1 - H2 parasti ir Lambda/8, bet precīzus tā izmērus nosaka antenas konstrukcija. Šīs saskaņošanas metodes vairāk pielieto ultraīsviļņu antenām, bet ir redzētas arī īsviļņos. Sīkāk skatiet literatūrā. Tirdzniecībā esošajām antenām pieslēguma vietā labākajā gadījumā ir tikai simetrizējošās iekārtas.

Antenas aktīvā elementa garums. Vēsturiski pirmo izveidoja pusviļņa dipolu. Tad sāka to pētīt. Šobrīd ir izstrādāta smalka teorija, kas izskaidro tā darbību. To te neliksim. Pusviļņa dipols ir antenas aktīvā elementa gabals no A līdz C ar viduspunktu B. No A līdz C uz tā izvietojas puse no raidāmās frekvence viļņa garuma, tas arī nosaka tā fizisko garumu, pēc minētās formulas:

Elementa AC garums (1/2 Lambda, metros) = 139.896 / f (MHz),

Elementa AB garums (1/4 Lambda, metros) = 69.948 / f (MHz).

Frekvencei 3.677 MHz AC = 38.046 metri, un AB = 19.023 metri.

Teorētiski pusviļņa dipola antena uz frekvences 3.677 MHz ir jāveido no diviem 19.023 metru gariem, vienu aiz otra nostieptiem vadiem, kuriem viduspunktā pieslēgts 50 omu kabelis. Tāda antena strādās, pat ļoti labi, 100 kHz lielā joslā, un to rekomendējam. Ja vairāk vēlas darboties CW, vai FT8 frekvencēs, tad antena būs nedaudz garāka. To var izrēķināt pēc minētajām formulām. Uzstādot šādu antenu var rasties situācija, ka antenas barošanas līnijai tomēr nav ideāls SWR. Tam par iemeslu ir trīs lietas: antenas laukā atrodas kādi priekšmeti, kas maina tās parametrus, vai tā ir tuvu zemei; dipola visuspunktā (kur neitralizējas abas reaktīvās pretestības) nav 50 omi, bet cita vērtība; un vietā, kur ir 50 omi (kādi 20 cm no viduspunkta) eksistē jau kaut kāda reaktīvā pretestība. Ja Jūs antenu veidojat pirmo reizi, tad palieciet pie viduspunkta. Vēlāk var pamainīt abu staru AB un BC garumus (tie var nebūt vienādi). Reaktīvās pretestības kompensācija pieslēguma punktā, ar LC elementiem, dos perfektāku saskaņojumu, bet sašaurinās antenas darba joslu. Vēl – antenas ļoti ietekmējas no zemes. Tām ar zemi veidojas kapacitatīva saite, kas saīsina elementu garumus. Tā rezultātā – pie vienas un tās pašas frekvences - augstākai no zemes antenai būs garāki elementi, nekā zemākai. Tas jāņem vērā, ja skaņojiet antenu tuvāk zemei, un vēlāk celsiet augstāk, rezonanses frekvence pieaugs.

Kā pusviļņa dipoli darbojas arī daudzelementu antenu (Yagi) aktīvie elementi.

Praksē lieto arī antenas ar citādiem aktīvā elementa garumiem – gan garākiem, gan īsākiem. Ir sastopamas 1 viļņa garuma, vai 1.5 viļņa garuma elementi. Barošanas līnijas pieslēgums organizējams līdzīgi dipolam, ja viļņa garuma elements ir nostiepts vienā līnijā. Tādai antenai ir lielāks pastiprinājuma koeficients, salīdzinājumā ar dipolu. Uzstādot antenas aktīvos elementus, tos var arī saliekt (pagriezt), ja nav iespējams tos uzstādīt taisni, bet tas nav labākais to darbības veids. Īsākus aktīvos elementus var pagarināt, ievietojot tajos induktivitāti (spoli), vai garākus - saīsināt ar kondensatoriem tajos. Šo risinājumu vislabāk piemeklēt ar antenas modelēšanas programmu, jo ļoti no svara ir vieta, kur šis elements ir jāieslēdz. Tas var stipri mainīt antenas efektivitāti.

Īpaša grupa ir Ground Plane antenas. Tur starojošais elements ir novietots vertikāli un ap to, barošanas pieslēguma vietā, tiek veidota radiotehniskā zeme. Parasti vertikālā elementa garums ir Lambda/4, bet ir daudz variāciju par šo tēmu. Gluži tā pat kā minēts augstāk, arī vertikālos elementus var pagarināt un saīsināt izmantojot spoli, vai kondensatoru attiecīgi.

Bieži aktīvo antenas elementu izvieto cilpā. Cilpā veidotie elementi parasti ir viļņa (Lambda) garuma. Tad tajos nekompensējas tuvu esošās strāvas un viņš var efektīvi starot elektromagnētisko lauku. Šādu elementu ieejas pretestība ir ap 300 omi.

Skrejošā viļņa antenas.

Skrejošā viļņa antenas ir veidotas citādi. Konstrukcijā tās atgādina antenas barošanas līniju, kurai ir ļauts izstarot elektromagnētiskos viļņus. Viņas veido kā platjoslas antenas, pretstatā rezonanses antenām, kas domātas konkrētām starošanas frekvencēm.

Pazīstamākās skrejošā viļņa antenas ir - T2FD antena, rombiskās antenas un Beveredža antena. Visu šo antenu konstrukcijā eksistē slodzes pretestība, kas domāta kā pievadītās enerģijas slodze.

Antena T2FD, izveidota pagājušā gadsimta 30. gados, tās nosaukums ir TTFD – Tilted terminated folded dipole. Principā tā ir vada cilpa, kurai, pretējā punktā iebarošanas vietai, ir uzstādīta slodzes rezistors. Sākotnēji antenu uzstādīja kā horizontālu cilpas dipolu, bet vēlāk (1949) amatieri (konkrēti W3HH) atklāja, ka tā labāk staro pret horizontu tad, kad tās viens gals ir nolaists uz zemi. Tā viņu pārsauca par T2FD (Amerikā - W3HH). T2FD izmēri ir noteikti eksperimentāli un tiek piedāvāta sekojoša konstrukcija: antenu veido kā taisnstūri, kura garākās malas ir nostiepšanas virzienā. Garākās malas garums metros ir 100/F, kur F ir zemākā frekvence uz kuras veido antenu. Īsākās malas garums ir 3/F. Apakšējā stūra attālums no zemes ir 1-2 metri. Nostiepšanas leņķis ir 25 – 45 grādi pret horizontu. Izmēri var atšķirties līdz pat 30 % no aprēķinātajiem. Antena normāli darbojas uz līdz pat 5 reizes augstākām frekvencēm. Antenas ieejas pretestība ir atkarīga no slodzes rezistora vērtības. Antenas veido ar 300 – 600 omu ieejas pretestību, un slodzes rezistors tiek izvēlēts par kādiem 50 – 100 omiem lielāks. L.B. Cebik, W4RNL modelējot šo antenu ar datoru, noskaidroja, ka to vislabāk ir veidot ar 900 omu ieejas pretestību, un 850 omu slodzes rezistoru. 900 omu divvadu līniju praktiski izveidot nevar, tāpēc var mēģināt šādu pretestību transformēt 50 vai 75 omu koaksiālajam kabelim. Ne visa T2FD antenai pievadītā jauda izstarojas, bet daļa no tās tiek nodzēsta uz slodzes rezistora (pārvērsta siltumā). Eksperimentāli noskaidrots, ka slodzes rezistora jauda ir ap 90% no pievadītās. Tam jābūt bezinduktīvam! Daudzi amatieri ir eksperimentējuši ar šo antenu un viņu viedoklis ir – viņa ir klusāka par dipolu uztveršanā, tuvu savai aprēķinu zemākajai frekvencei. Pārējais viss ir jaudas nelietderīga tērēšana. Vājinājums šai antenai ir 5-7 db attiecībā pret dipolu

Rombiskā slogotā antena ir tā pati T2FD antena, tikai ar mainītu formu. Rezultāti veidojot šādu antenu sagaidāmi tādi pat, kā no T2FD.

Beveredža antena. 1921. gadā to ASV patentēja Harolds Beverage. Konstrukcija sekojoša: horizontāli, 3-6 metrus no zemes (zemu) tiek novilkts viens vads. Vada garums var būt dažāds – no viena viļņa garuma (lambda) līdz pat vairākiem kilometriem. (Var lietot vecas telefonu līnijas, kurām nav nozagti vadi). Līnijas tālākajā galā vadu, caur slodzes rezistoru, pieslēdz zemējumam. Līnijas otro galu pieslēdz raidītājam/uztvērējam. Veidojas tipiska viena vada barošanas līnija, kas var kaut ko starot un uztvert. Izveidojas platjoslas antena, diemžēl ar zemu lietderības koeficientu. Beveredža antena labi darbojas ar radiosignāliem ar vertikālo polarizāciju, jo sakarā ar zemo uzstādīšanas augstumu tā stipri ietekmējas no zemes magnētiskā lauka. Signāliem ar vertikālo polarizāciju elektriskais vektors ir perpendikulārs zemei, bet magnētiskais vektors ir paralēls zemei, un sadarbojas ar zemes magnētisko lauku. (Zemes vilnis).

Antenas ieejas pretestība ir ap 600 omi, slodzes rezistoru izvēlas tādu pat. Antenu parasti baro caur paaugstinošo transformatoru un koaksiālo kabeli. Literatūrā atrodami eksperimenti arī ar citām pretestībām, bet zinot, ka vienvadu barošanas līnijas pretestība ir no 300 līdz 800 omi, tad šai "antenai – līnijai" tā varētu būt šajās robežās.

Pastiprinājums tādai antenai ir -20 līdz -10 dBi (negatīvs) ! Viņa ir praktiski nederīga raidīšanai. Bet tai ir vairākas labas īpašības radiosignālu uztveršanā, būtiskākā no tām ir - izteikta virziendarbība. Savu īpašību dēļ tās uztver mazāk atmosfēras un industriālos trokšņus, kam galvenokārt ir horizontālā polarizācija. Daži amatieri veido speciālas "prettrokšņu" Beveridža antenas tālu signālu uztveršanai.

Bez minētajām skrejošā viļņa antenām ir vēl divas antenas, kas darbojas uz līdzīgiem principiem, bet kurām amatieru praksē ir maza nozīme. Tār ir pazemes antenas un noklātās antenas. Tām šobrīd ir militāri vēsturiska nozīme, jo to lietderības koeficients ir ļoti zems. Noklātās antenas aktīvais elements ir uz zemes nolikts 30 – 40 metru garš vads, 1 milimetru diametrā un ar 10 mm diametrā dielektrisku izolāciju ar e=2-3. Tāda antena darbojās diapazonā no 2 – 12 MHz un bija domāta spiegu darbībai. Pazemes antenām veidoja speciālus pazemes kanālus, aptuveni 1 metru dziļumā. Abas minētās antenas darbojas pēc Beveredža antenas principiem, tikai to novietojums atbilst nosaukumam. Pamatā antenas darbojās ar vertikālās polarizācijas signāliem, tomēr ir bijuši arī izņēmumi, kad tās uzstādītas pazemē vertikāli. Ieejas pretestība šīm antenām svārstās no 100 līdz 500 omi, aktīvā elementa garums – no 30 līdz 60 metri. Lietderības koeficients pazemes antenām ir no 1% līdz 10 %, bet izklātajām – nedaudz augstāks – 20%. Ja kāds vēlas eksperimentēt ar šīm antenām, tad labs materiāls antenas aktīvajam elementam esot koaksiālais kabelis, kam noņemti – ārējā izolācija un kabeļa ekrāns, pretestības – ap 300 omiem.

Atsevišķa tēma ir antenu fāzēšana. Ja blakus noliek divas antenas, tad tās savā starpā ietekmējas un sadarbojas, un rada pilnīgi atšķirīgu izstarošanas rezultātu. Ja abas antenas ir rezonansē, var panākt, ka viena antena slāpē otras darbību, vai gluži otrādi - to pastiprina. Var iet tālāk, un divām, vai vairākām blakus izvietotām antenām signālus pievada pretējās fāzēs. Tādejādi iegūst antenas ar noteiktu virziendarbību. Šo īpašību pielieto daudzelementu antenās, un iegūst tām dažādu virziendarbību. Te ir svarīgi elementu fiziskie attālumi un to izmēri. Ļoti labi šo tēmu ir apskatīt antenu modelējošajās programmās un tās piemēros.

Antenas Salāgotājs (Tūneris, ATU, angliski - Tuner)

Salāgotājs ir palīgiekārta, kas palīdz saskaņot raidītāju (transiveri) ar antenu. Precīzāk – viņš salāgo transivera izejas pretestību ar, no antenas ienākošās barošanas līnijas gala pretestību.

Ja transiverim ir koaksiāla 50+0j antenas izeja, un to pieslēdzot antenas kabelim, transiveris uzrāda SWR, lielāku par 1, tas nozīmē, ka kabelis nav saskaņots ar antenas ieejas pretestību. Kabeļa otrā galā, antenai ir cita ieejas pretestība. (Piebilde – transiverī ir jābūt SWR mērītājam, ja tur tāda nav, jālieto papildus iekārta, kas tiek ieslēgta kabelī pēc transivera. Piebilde 2 – transīveros mēdz būt arī salāgotājs - Tuner).

Kolīdz Jūs lietojat salāgotāju, antenas barošanas līnija sāk darboties stāvviļņa režīmā kā pretestību transformators. Visa antenas sistēma (antenas aktīvais elements un arī barošanas līnija) paliek frekvences atkarīga. Sašaurinās efektīvās darbības josla un nepieciešama pārskaņošanās mainot darba frekvenci. Tas ir tīri pieņemami un iesakām tādus lietot.

Te ar salāgotāja palīdzību ir precīzāk saskaņota Inverted Vee antena un tās barošanas līnija (kabelis) ar transiveri. Fiziski antenai un kabelim ir sekojoši parametri: minimālais SWR ir 1.309, frekvencē - 3.546 MHz.

Ieslēdzot salāgotāju starp kabeli, kas nāk no antenas un transiveri un noskaņojot to, ir iegūti sekojoši rezultāti: uz frekvences 3.530 MHz, SWR ir 1.032: 

Principā salāgotājs ir ļoti elementāra lieta – parasti divi maiņkondensatori, virknē starp transīvera izeju un antenas līniju. Kondensatoru savienojuma vietā pieslēgta spole uz kopējo vadu – masu. Visiem šiem elementiem ir maināmas vērtības. Priekš simetriskām līnijām – nedaudz sarežģītāk - divi tādi blakus, ar sajūgtiem L un C, vai ar simetrizācijas transformatoru. Ražotāji veido visādas variācijas par šo elementu slēgšanu. Te nu ir svarīga elementu kvalitāte. Salāgotāju no diviem radiolu maiņkondensatoriem neiesakām būvēt. Tos bieži caursit. Priekš tam ir citas detaļas.

Lietojot salāgotāju, transiveris sāk darboties normāli, neraustās un neatslēdzas no pārāk liela stāvviļņa koeficienta.

Bieži salāgotāji ir transīveros – automatizēti. "Salāgo" ar TUNE pogu uz konkrēta diapazona, un ar konkrētu antenu, un transīvers saglabā parametrus savā atmiņā. Nākošreiz atgriežoties uz šo diapazonu releji (motori) ieslēdz šos pašus parametrus.

Ja salāgotājs nav transīverā. Tad var lietot - ārējos. Tagad arī tie ir divejādi:

Klasiskie, no spolēm un kondensatoriem, kam maināmas vērtības. Var ieregulēt to parametrus maksimāli precīzi, un samērā plašos diapazonos. Atšķiras pēc jaudas – no komponenšu kvalitātes un izmēriem. Mazākos, pie lielākām jaudām, var "caursist". Ir tādi, kuriem var pieslēgt vairākas antenas un tās komutēt ar slēdzi. Ļoti nepieciešams šādos salāgotājos ir stāvviļņa mērītājs (SWR). Var lietot arī atsevišķu iekārtu, ko tad slēdz starp salāgotāju un transiveri. Skaņošanu veic pēc stāvviļņa mērītāja rādījumiem, cenšoties panākt iespējami labāku SWR. (1:1).

Kā piemērus varam minēt: MFJ-902B (145 $, klasika, bez indikatoriem), MFJ 945E (184 $, klasika, un ar indikatoru). Abiem iepriekšējiem salāgotājiem ir ar slēdzi pārslēdzama spole, kas neļauj iegūt dažreiz nepieciešamās L vērtības un noskaņošana nav precīza. Monstram - MFJ-989D tādu trūkumu nav, un tas darbojas arī ar simetriskām antenas barošanas līnijām (bet maksā - 525 $). Iesakam pēdējo.

Ir automātiski salāgotāji, kas darbojās ar diskrētām komponentēm un ir spējīgi iegūt (saslēgt) iespējami labāko CLC kombināciju, kas nepieciešama konkrētā gadījumā. Šādiem salāgotājiem bieži ir atmiņa un frekvences mērītājs, un tie var atkārtot komponenšu saslēgumu atgriežoties uz jau kādreiz noskaņotu frekvenci.

Automātiskie salāgotāji ir: MFJ-929 (271 $) un pēdējā laikā populārais ATU -100, Ķīnas izpildījumā (ebay ap 40 – 100$, atkarībā no piegādātāja, modifikācijas un korpusa).

Zemējums. Eksistē divu tipu zemējums: elektrotehniskais un radiotehniskais. Elektrotehniskais zemējums aizsargā radioamatieri no negadījumiem radiostacijas barošanas avotos un nodrošina normālu to darbību. Radiotehniskais zemējums ir paredzēts pilnvērtīgai antenas darbībai un visam pārējam, kas kaut ko izstaro. Ideāli būtu, ja amatieris iekārtotu un lietotu divus - vienu no otra atdalītus, zemējumus.

Elektriskais zemējums. Parasti visās mājās tas jau eksistē – un atrodams elektrības rozetēs, kā aizsardzības zemējuma vads. Tehniski to sauc par nulles, PE, vai PE-N vadu. No elektrodrošības viedokļa tam ir jābūt savienotam ar barošanas sprieguma N – neitrāles vadu, mājas ievadsadalē. Dažkārt atkārtotus savienojumus veic arī mājas starpsadalēs, tas nav aizliegts. Šis sazemējums, ja pareizi instalēts, efektīgi darbojas 30 mA diferenciālajos aizsardzības automātos, teiksim vannas istabās un citur. Reāli - pats, zemē ieraktais, zemējums, atrodas pie spriegumu pazeminošā transformatora (uz ielas, vai pie staba, vai apakšstacijā), un var tikt atkārtots pie nākošajām sadalēm (cilpu kastēm). Šī zemējuma mērķis ir neļaut fāzes (L) spriegumam nokļūt kontaktā ar cilvēku, elektroiekārtu dažādu avāriju gadījumos. Pēc elektrodrošības normām visiem elektroiekārtu metāliskajiem korpusiem ir jābūt sazemētiem. Ierīkojot elektrisko zemējumu, to veido no zemē iedzītiem stieņiem, kas tiek savienoti savā starpā. Pēc elektrodrošības normām zemējuma pretestībai jābūt mazākai par 4 omiem. Lai to panāktu dzen zemē, līdz gruntsūdeni saturošam slānim, tik daudz vertikālu cinkotu dzelzs stieņu, un slēdz tos paraleli, kamēr pretestība tiek sasniegta. (Pretestību mēra ar speciālu iekārtu un metodiku)

Radiotehniskais (antenas) zemējums. Visa antenas sadarbojas ar zemi. Simetriskās antenas – mazāk, bet nesimetriskās – tieši izmanto zemi savai darbībai. Radiotehniskā zeme darbojas citādāk. Elektromagnētiskais starojums pārvietojās pa materiāla virsmu. Te neder tas, ka zemējuma stienis ir iedzīts 3 metri dziļumā, līdz labāk elektrību vadošajam gruntsūdens slānim. Labi ir jāvada pašai zemes virsmai. Tāpēc labākas radiotehniskās zemes ir vietās, kur zemes virskārta ir mitra. Jūra vai ezers ir ideāla radiotehniskā zeme. Purvs – samērā laba. Bet mēs jau nedzīvojam jūrā, ezerā, vai purvā 😊 Pareizs risinājums tad būtu – ierakt zemē (pat ne dziļi) zem antenas otru vadu. Tā dara profesionālajās apraides stacijās, kur ierok pat veselus vara sietus ap antenu. (Vadu vajadzētu ierakt visā antenas garumā, vai vismaz Lambda/2 attālumā, bet jūtamu efektu dodot jau - 0,2 Lambda no pieslēguma vietas).

Radiotehnisko zemējumu teorētiski varētu neierīkot, ja tiek lietota simetriska antena. Tomēr prakse rāda, ka pa antenas barošanas līniju, vai kabeli uz raidītāja (jaudas pastiprinātāja - PA) korpusu var nonākt augstfrekvences strāva, kas meklēs ceļu – noslēgties pa radiotehnisko zemējumu. Ja tāds nav izveidots, tad augstfrekvences strāva turpinās ceļu pa elektrotehniskā zemējuma ķēdi – līdz pirmajam elektriskajam zemējumam, kur noslēgsies ar zemi. Rezultātā viss šis aizsardzības zemējuma un arī sprieguma neitrāles vads (PE, PE-N, N) kļūst par izstarotāju. Staro Jūsu mājas elektroapgādes vadi un rada traucējumus kaimiņiem. Daļēji šo nelaimi ir iespējams novērst ar "Mākslīgās zemes iekārtu". Tā ir veidota no virknē slēgta maiņ-kondensatora, spoles ar maināmas induktivitāti un iespējami gara, kaut kur nostiepta vada (nosacīti - Counterpois - pretsvars). Mākslīgā zeme tiek noskaņota ar saviem LC elementiem tā, ka tā veido trūkstošo rezonanses līniju tam signālam, kas ir nonācis uz raidītāja (PA) korpusa. Šis nostieptais vads staros signālu. Ar mākslīgo zemi var panākt, ka uz elektro-aizsardzības zemējuma vada augstfrekvences signāla nav. Jāatzīmē, ka mākslīgā zeme darbojas šaurā frekvences joslā un pāreja uz citu frekvenci šo balansu izjauc.

Pretsvars, jeb angliski – Counterpoise ir vads, vairāki vadi, vai siets, kas antenas darbības zonā aizstāj zemi. Tādu veido tad, kad augsne ap antenu ir pārāk sausa, vai arī attālums līdz zemei ir pārāk liels (antena uztādīta uz 9-stāvu mājas jumta). Ir antenas, kurām pretsvars ir paredzēts tās konstrukcijā, kā atsevišķs elements, piemēram Ground Plane antena. Pretsvaru uzstāda nedaudz virs zemes, tieši uz zemes, vai nedaudz ierokot zemē. Ar zemes mitro slāni, kas ir radiotehniskā zeme pretsvars sadarbojas kā kondensators - kā tā augšējā plāksne, un par apakšējo plāksni tad darbojas pati radiotehniskā zeme. Pretsvars ir kā kapacitatīvs starpnieks starp antenu un radiotehnisko zemi – ķēdē ieslēgts kondensators.

Vēl būtiska lieta ir antenas zibens aizsardzība. Zibens pēc savas būtības ir augsta sprieguma elektrolādiņš, kas izlādējas (noslēdz ķēdi) pret zemi. Zibensnovedēja ķēdi veido pēc elektrotehniskā zemējuma principiem, bet ar daudz resnākiem vadiem (šinām). Apakšstacijās bieži šīs zemējuma ķēdes veido kopīgas ar elektrotīkliem, bet tīklus atdala ar speciāliem pārsprieguma drošinātājiem. No zibens aizsardzības viedokļa, visas antenas, un to konstrukcijas, ir jāsazemē! Jo antena nopietnāka, jo nopietnāks zemējums tai nepieciešams. Amatierim bieži jārisina diezgan sarežģīts uzdevums – ko no antenas darbības viedokļa drīkst zemēt, un ko ne. Katra situācija ir individuāla.

Ir vēl viens iemesls kāpēc antenas būtu vēlams elektrotehniski sazemēt. Bez tieša zibens trāpījuma, antena "regulāri savāc" jonizēta gaisa atmosfēras statisko spriegumu. Antenas darbojas kā "kondensators pret zemi", un ar savākto spriegumu ir spējīgas "caursist" un sabojāt Jūsu radioiekārtas. Šo statisko spriegumu ir iespējams, un ieteicams, novadīt uz zemi (elektrotehnisko, der arī radiotehniskā). To parasti dara ar augstfrekvences droseli, vai Lambda/4 īsslēgtu koaksiālā kabeļa gabalu konkrētai frekvencei (ap +/- 5% joslā), kas slēgti starp uztvērēja (raidītāja) antenas izvadu (izvadu) un zemējuma vadu. Ja uztvērēja ieejas ķēdes veidotas kā induktīva saites spolīte, tad tas jau tiek nodrošināts konstruktīvi. Daudziem jaudas pastiprinātājiem šāda droselīte ir konstrukcijā. Tādu var izveidot arī pats. Konsultējaties ar pieredzējušiem radioamatieriem.

Radiosignāla polarizācija. Elektromagnētiskajam signālam (radiosignālam) var būt vairākas polarizācijas: trīs lineārās, cirkulārā un eliptiskā. Amatieri biežāk sastopas ar signāliem lineārajās polarizācijās. Tās ir horizontālā, vertikālā un slīpā (slant).

Signāla polarizāciju nosaka kā pret zemi ir orientēts tā elektriskais vektors. Vertikālās polarizācijas signāliem elektriskais vektors ir perpendikulārs zemei un magnētiskais – paralēls. Horizontālās polarizācijas signāliem otrādi: elektriskais vektors ir paralēls zemei un magnētiskais – perpendikulārs. Slīpajā polarizācijā – abi vektori ir 45 grādu leņķī pret zemi.

Signālam konkrētu polarizāciju piešķir ar antenu un tās konstrukciju. Polarizācija formējas antenas reaktīvajā apgabalā. Vertikālām antenām ir vertikāla polarizācija, horizontālām - horizontāla.

Radiosignālam ir trīs izplatīšanās veidi: tiešais, atstarotais un zemes vadītais (zemes vilnis). Atkarībā no izplatīšanās veida var iegūt dažādus apraides tipus – vienkāršāk sakot - "vietējo" un "tālo". Izplatīšanās veidu realizē ar dažādas polaritātes signāliem. Vietējai apraidei piemērotāks ir vertikālās polaritātes signāls, bet tālākai – horizontālās polaritātes signāls.

Vienas polaritātes signālus sliktāk uztver antenas ar citu polaritāti. Tomēr daļa signāla, atstarojoties pret zemi, vai priekšmetiem, var šo polaritāti arī pamainīt. Līdz ar to antenas ar vienu polaritāti tomēr ir spējīga uztvert citas polaritātes signālus, bet vājākus.

Antenu, kā nopietnu radiostacijas elementu, pēta un analizē kopš radio pirmsākumiem. Visi radio atklājēji ir tai kaut ko atklājuši un uzlabojuši. Bija laiks, kad raidītāja darba frekvenci, nezinot to, noteica antenas garums. Drīz vien noskaidrojās, ka procesi jāveido otrādāk. Pagājis jau vairāk, kā 130 gadu, un pa šo laiku ir izveidotas daudz dažādas, un viltīgas, antenu konstrukcijas. Visu īsā rakstā nemaz nevar apkopot. Centāmies iepazīstināt ar galveno. Lasiet citur vēl, mācieties, apgūstiet, eksperimentējiet! Un taisiet pareizas antenas! Lai piedod mums antenu profesionāļi, vairākas lietas paskaidrotas vienkāršoti, raksts vairāk domāts jaunajiem amatieriem.

************

[1] Zinātnieki ir definējuši divu tipu strāvas - vadošo un nobīdes strāvas (Displacement Curent). Vadošā strāva rodas materiālos – vadītājos (kā, piemēram, brīvo elektronu plūsma elektriskajos vados), bet nobīdes strāva rodas dielektriķos (kā, piemēram, strāva kondensatoros, un arī gaisā).

Abām strāvām ir vienādas īpašības – tām plūstot pa vadu (dielektriķī), ap to veidojas magnētiskais lauks, un otrādi, ja ir magnētiskais lauks, rodas attiecīgā strāva. Ir viens nosacījums – strāvām ir jābūt maiņstrāvām, ar kaut kādu frekvenci.

Nobīdes strāva. Nobīdes strāva ir mainīga elektriskā lauka intensitātes radīta plūsma, kurai ir strāvas dimensija (mērvienība - ampērs).

Nobīdes strāvu, kā "ģeniālu nojautu", 19. gadsimta vidū definēja Džeims Maksvels. Viņš izveidoja savus teorētiskos vienādojumus, kuri vēlāk – 1888. gadā tika praktiski pierādīti H. Herca darbos.

[2] Antenas simetrizējošā iekārta.

Antenas aktīvais elements staro enerģiju nosacīti visos virzienos. Bet, lai elements starotu enerģiju, to ir nepieciešams pievadīt pa pievades līniju. Te nu notiek neizbēgams atgriezenisks process – daļa izstarotās enerģijas no aktīvā elementa "uzstarojas atpakaļ" uz pievades līnijas un rada tur asimetrijas strāvu. Ja antenas aktīvais elements tiek piebarots pa simetrisku div-vadu līniju, tad šo asimetrijas strāvu radītie lauki abos paralēlajos vados kompensējas (jo uzklāto lauku strāvas plūst pretējos virzienos). Citādi tas ir ar koaksiālo līniju. Tur šī asimetrijas strāva veidojās tikai tā ekrānā, jo uzklāties uz centrālās dzīslas tai traucē šis pats ekrāns. Līdz ar to kabeļa ekrānā veidojas nevajadzīga strāva, kas nonāk atpakaļ pie signāla ģeneratora (raidītāja, transīvera, jaudas pastiprināja, antenas salāgotāja) un ar to var ietekmēt visu amatiera iekārtu darbu. Sākot ar to, ka antenas mērinstrumentu rādījumi būs nepareizi, un beidzot ar pārējo iekārtu nekorektu darbu (automātiskā telegrāfa atslēga "jūk prātā", mikrofons "sit pa pirkstiem", dators "sāk uzvesties jokaini", Led lampiņas pašas no sevis sāk blāvi mirgot un citi brīnumi). Tas nekas, ka iekārtas ir sazemētas. Šī strāva skaisti turpina ceļu pa zemējuma ķēdēm un nonāk arī pie jūsu kaimiņiem.

Kā to nepieļaut? Ja simetrisku antenu baro ar nesimetrisku līniju (kāds ir koaksiālais kabelis), tad to pie antenas ir jāpieslēdz caur simetrizējošu iekārtu. Par tādām var kalpot simetrizējošie transformatori ( ar pretestību attiecībām 1:1, vai 1:2, 1:4, 1:6 utt, ja to prasa citāda antenas ieejas pretestība pieslēguma punktā), vai ¼ Lambda garas simetrizējošās līnijas. Sīkāk par šīm konstrukcijām skatiet literatūrā.

Zemāk – padoms, kā šādu 1:1 simetrizējošo transformatoru var uztaisīt pats. Šeit būtiskākais ir – laba izolācija vadiem, (der monolītie elektriķu montāžas vadi - 2. 5 kvadrāti) un ferīts - gredzenam (atbilstoša izmēra Amidon 43, der frekvencēm no 1 - 30 MHz). Internetā atrodamas daudz šādas konstrukcijas, kur vadu vietā tiek lietoti koaksiālie kabeļi un ferīta gredzena vietā - ferīta stieņi. Jāievēro, ka šāda konstrukcija atrodas āra atmosfērā un to nepieciešams hermetizēt. Korpusiem var pielietot santehnikas materiālus, PET pudeles, burciņas un līdzīgus materiālus. Dažreiz labus rezultātus var iegūt ar pilnīgi negaidītiem materiāliem – teiksim ferīta gredzena vietā lietojot veco televizoru rindu izvērses transformatoru kvadrātveida serdes vai ferītu no kineskopa novirzes spolēm. Ar ferītu būs jāeksperimentē. Ja ferīts būs neatbilstošs, viņš sāks silt uz augstākām frekvencēm, un transformatoram pakāpeniski pasliktināsies pārvades koeficients.

Jāsaka, ka arī šī simetrizējošā iekārta ne vienmēr tiek galā ar - no antenas uz kabeļa ekrāna uzstaroto signālu. Ir vēl viena metode, kā ar to cīnīties. Uz kabeļa uzliek ferīta "droseles" šim signālam - pie antenas, un tās tuvajā zonā, uz barošanas kabeļa, ik pa metram, uzmauc ferīta gredzenus, vai ferīta "klipšus" (Split Core) no datoriem. Te der M1000 ferīti un citi pieejamie pēc izmēriem.

Internetā ir atrodama daudz dažāda informācija par antenu simetrizācijas un pretestības transformācijas iekārtām, diemžēl dažkārt kļūdaina gan nosukumos, gan pēc būtības. Tāpēc neliels paskaidrojums par tām.

Nosaukumi BALUN un UNUN apzīmē iekārtas, kas domātas antenas barošanas līniju savienošanai savā starpā, vai - ar antenas aktīvo elementu. BALUN – no vārdiem "BALanced - UNbalanced" ir domāta nebalansētas līnijas (tāda ir koaksiālais kabelis) savienošanai ar balansētu līniju, vai balansētas (simetriskas) antenas aktīvo elementu. Savukārt UNUN (UNbalanced – UNbalanced)ir iekārta, kas savieno divas nebalansētas līnijas, un ir domāta pretestību transformācijai. UNUN iekārtas var savienot savā starpā arī divas balansētas līnijas.

Ir divu veidu BALUN iekārtas – sprieguma tipa un strāvas tipa. Jau viņu nosaukums norāda uz ko tiek likts galvenais uzsvars to konstrukcijā. Sprieguma tipa balansējošā iekārta veidota tā, lai tā savās izejās nodrošinātu vienādus spriegumus, bet ne strāvas. Savukārt strāvas tipa iekārtas savā izejā nodrošina vienādas strāvas, bet spriegumi var atšķirties.

Sprieguma BALUN pēc konstrukcijas ir līdzīgs transformatoram ar diviem atdalītiem tinumiem, vai autotransformatoram - ar vienu, kopīgā ķēdē saslēgtu tinumu. BALUN-us ar atdalītiem tinumiem lieto potenciāla atsaistei, vietās, kur tas ir nepieciešams zemējuma cilpu likvidēšanai. Savukārt BALUN autotransformatora veidā – tur, kur gluži pretēji – ir nepieciešams drošs iekārtas zemējums statiskā potenciāla dēļ. Ar transformatoru palīdzību iespējams transformēt gan spriegumu, gan pretestību. Sīkāk skatiet nodaļā "Antenas – prakse", pie EFHW apraksta. Tur ir parādīts, kā aprēķināt šādu transformatoru. Dažeiz šo BALUN sauc par "Ruthoff balun"

Strāvas tipa simetrizējošās iekārtas tiek veidotas no barošanas kabeļiem (koaksiālajiem, vai divvadu līnijām, veidotām no vadiem) un principā darbojās kā AF droseles. Tipisks piemērs tam ir koaksiālais kabelis, kas uztīts uz ferīta gredzena (pretestības transformācija 1:1). Tās tad sauc par UNUN iekārtām, jo tādā veidā var savienot arī nebalansētas līnijas. 1944. gadā Guanella izveidoja nedaudz atšķirīgu transformatoru uz šādu pat principu. Viņš 75 omu ieejas kabeli pieslēdza diviem paraleliem 150 omu kabeļiem, kurus uztina uz ferīta gredzena, un to otrus galus saslēdza virknē. Rezultātā tika iegūta strāvas drosele, kas transformēja pretestību 1:4. To arī nosauca par Guanellas līnijas transformatoru. Šis dizains attīstījās tālāk un ar Guanellas transformatoru, uz ferīta uztinot vairākus tinumus un saslēdzot tos dažādās kombinācijās, varēja iegūt dažādu pretestību transformācijas koeficientu (no 1:1 līdz par 1:N^2, ar vienu gredzenu, bet var likt vairākus gredzenus paraleli, un katra uztinot savas spoles). Internetā ir daudz informācijas par strāvas (Guanella, Curant) transformatora slēgumiem. Tie BALUN, ko tirgo antenu simetrizācijai praktiski visi ir strāvas transformatori (Guanella UNUN). Izņēmumi ir EFHW barošanai domātie, kas ir sprieguma tipa transformatori. Arī piemērs, kas te bija augstāk, ir veidots kā strāvas Guanella 1:1 UNUN - s.

[3] Kas ir decibeli - dB , dBi un pie reizes – dBm, dBd, dBU un dBV.

Decibelos dB izsaka divu lielumu salīdzinājumu.

Parasti sadzīvē, salīdzinot kaut kādus lielumus, lieto lineāro salīdzināšanu – piemēram: tranzistoram IRF510 izkliedētā jauda ir 40 vati, bet - IRF 540 tā ir 120 vati. Tātad tranzistors IRF540 var izkliedēt 3 reizes vairāk jaudas, kā IRF510.

Bet radiotehnikā bieži ir jāsalīdzina un jārēķina daudz lielākas attiecības. Piemēram, ja divas, viena pēc otras sekojošas kaskādes, katra dod 100 reizes lielu pastiprinājumu, tad kopējais pastiprinājums būs 100*100=10000 reizes. To vēl pierakstīt var, bet dažkārt ir jāsalīdzina lielumi kas lineāri atšķiras miljoniem reižu, tad ērtāk ir lietot logaritmus.

Attiecību ar logaritmiem veido šādi:

N = logX (A/B), kur N ir divu lielumu A un B logaritmiskā attiecība. X ir izvēlētā logaritma bāze (populāras bāzes ir: 2, e=2.71828, 10; mērījumos lieto - 10, un log10 apzīmē ar lg).

Augstāk minēto tranzistoru gadījumā: N=lg(120/40) = 0.4771

Tālāk seko neliela vēsture. Līdz 1924. gadam signāla zudumus telegrāfa līnijās novērtēja ar mērvienību MSC (Miles of standart cable). MSC bija jaudas zudumi vienas jūdzes (1.6 km) garā kabelī pie 795.8 Hz signāla, tad, kad no divām vada dzīslām veidotas cilpas pretestība bija 88 omi un kapacitāte starp dzīslām bija 0,054 mikro faradi. (Vada diametrs aptuveni 1 mm). Tad Bell Telephone Laboratories, ASV, no starptautiskās telefonu sakaru konsultatīvās padomes ITU saņēma priekšlikumu izstrādāt jaunu mērvienību - TU (transmission unit), ar ko aizstāt MSC. Bija priekšlikums to rēķināt no pārraidītā signāla jaudas Px attiecības pret kādu kādu references (standarta) signāla Pref jaudu, pēc formulas: 10*log10 (Px/Pref). Tad 1 MSC būtu atuveni 1.056 TU. 1928. gadā Bell Telephone laboratories piedāvāja ieviest SI sistēmā jaunu mērvienību Bells, bet attiecībā par jaudas zudumiem kabeļos, pārsaukt TU par desmito daļu no Bella – deciBellu. Vēlāk šī metodika tika pārņemta un pielietota arī citos mērījumos un salīdzinājumos.

Gandrīz tūlīt, ieviešot mērījumos un salīdzinājumos logaritmiskās attiecības, vienojās ko mērīt un ar ko - salīdzināt. Ieviesa tā sauktos references lielumus.

Par pamatu ieviesa jaudas mērījumus. Un par referenci ieviesa 1 mW (milivatu) un mērvienību nosauca par dBm. Līdz ar to, ja saka, ka jauda ir +30 dBm, tad tā ir 1 vats, jo tiek salīdzināta ar 1 milivatu. Jaudas novērtējums var būt arī ar mīnusa zīmi, tad tā ir mazāka par 1 milivatu.

Formula šim piemēram ir sekojoša:

N=10*log10 (Px/Pref); N=10*lg(1000mW/1mW)=10*lg(10^3)=10*3*lg(10)=10*3*1=+30 dBm

Aprēķins minētajiem tranzistoriem:

IRF510 N1 = 10*lg(40000mW/1mW)=10*lg(4*10^4)=10*(lg(4)+4lg(10))=10*(0.602+4)=+46.02 dBm,

IRF540 N2 =10*lg(120000mW/1mW)=10*lg(1.2*10^5)=10*(lg(1.2)+5lg(10))=10*(0.08+5)=+50.80 dBm,

Tagad jaudu salīdzinājums ir:

N= N2-N1 = 50.08 dBm – 46.02 dBm = 4.06 dBm, līdz ar ko var teikt, ka otrais tranzistors ir 4 dBm jaudīgāks par pirmo. (darbībās ar logaritmiem reizināšanas un dalīšanas vietā stājas summēšana un atņemšana).

Turpinot par dBm, tika pieņemts, ka jaudu mērīs pie 50 omu slodzes, un caur šādu pretestību to var pārvērst arī spriegumā. P=U*I = U^2/R = U^2/50 (spriegums voltos, pretestība omos, strāva ampēros). Tad 1 mW iegūšanai nepieciešams 0.22 V spriegums uz 50 omu slodzes.

Ja salīdzināmie lielumi ir spriegumi, tad formula pārveidojas sekojoši:

N=20*lg (V1/Vref)

Un teiksim 1 mkV būs:

N= 20*lg( 1*10^-7 V / 0.22 V) = 20*lg(4.5*10^-7) = 20*(lg(4.5)-7lg(10)) =

= 20*(0.6532-7) = -20*6.3468 = -126.936 (dBm). (Šeit Vref = 0.22 V, skat augstāk)

Literatūrā un internetā ir atrodamas tabulas, kurās paralēli dBm vatos, ir norādīta to vērtība arī voltos. Tas ir noderīgs tad, kad jānovērtē vieglāk nomērāms lielums – volti (milivolti, mikrovolti). Agrāk uztvērēju jutību raksturoja mikrovoltos, tagad dBm. Tādejādi 0.19 mkV ir -121 dBm, 0.1 mkV ir -127 dBm, 0.04 mkV ir -135 dBm, 0.02 mkV ir -141 dBm. Pārrēķinus var veikt pats, pēc minētajām formulām. Decimālo logaritmu vērtības visērtāk meklēt internetā.

Vēl ar dBm novērtē ienākošā signāla stiprumu uztvērējā: Tā ir tā sauktā S-metra skala. To 1930. gadā amatieriem ieviesa IARU, kā RST novērtējuma - S vērtību. Vēlāk, 1981. gadā, IARU R1 Eiropā ieviesa divas skalas – iepriekšējo, īsajiem viļņiem un jaunu - ultraīsajiem viļņiem.

Šīs skalas izskatās sekojoši:

Tad, ko tehniski nozīmē: "dzirdu Jūs 59, plus 20 decibeli" ? Tas nozīmē, ka uztvērēja ieejā nonāk:

-73 dBm (no dzeltenās tabulas, dBm vērtība S9) +20 dB(m) = - 53 dBm.

Rēķinam: 20 * lg (X (V) / 0.22 (V)) = - 53 dBm,

lg (X (V) / 0.22 (V)) = -53/20 = - 2.65,   antilog (- 2.65) = 0.002238 (no interneta antilog kalkulatora, logoritma bāze ir 10)

X (V) / 0.22 (V) = 0.002238, X(V) = 0.002238 * 0.22 = 0.00049236 (V), vai 0.49263 milivolti

To var arī vienkāršāk - pēc dBm vērtību tabulām internetā. -53 dBm atbilst 0.5 milivoltiem uztvērēja ieejā.

Tātad 59+20 dB nozīmē to, ka uztvērēja ieejā nonāk 0.5 milivolti liels korespondenta signāls.

Novērtējumus decibelu skalā lieto arī antenām. Ar to raksturo antenas pastiprinājumu izstarojuma maksimuma virzienā. Par references signālu ir pieņemts izotropā izstarotāja jauda - P izo = 1 [6]. Antenām šo salīdzinājuma mērvienību sauc par dBi.

N dBi= 10*lg (P antena/P izo) = 10*lg (P antena)

Pusviļņa dipola tipa antenai pastiprinājums ir 2.15 dBi, kas norāda, ka dipols izstaro savā starojuma maksimuma virzienā 2.15 dB lielāku jaudu, kā izotropais starotājs. Agrāk literatūrā antenu raksturojumos ir sastopams apzīmējums dBd, tas nozīmē, ka konkrētā antena ir salīdzināta ar dipolu. dBi = dBd +2.15

Antenas pastiprinājumu var nomērīt ar selektīvo voltmetru, bet tad jāveido vesels mērkomplekss un mērīšanas poligons. Pēdējā laikā šo antenas raksturojumu iegūst no antenu modelējošajām programmām, un to plaši lieto antenu raksturošanai tās tirgojot.

Lai arī tas neattiecās uz antenām, vēl pāris vārdi par citiem decibelu pielietojumiem. Audio signālu elektriskai raksturošanai lieto lielumus dBU un dBV. dBV salīdzina vidējo (rms) spriegumus, ar referenci - 1 volts rms. Populāri ir: Studio level = 1.78 dBV ( 1.2 Volti rms), Domestic level = -10 dBV (0.316 volti rms). dBU (Unloaded) salīdzina vidējo (rms) spriegumu ar referenci = 0.7746 V rms . Te populārāki ir: Studio level 4 dBU un Domestic level = -7.78 dBU. Šie apzīmējumi dažkārt sastopami pie audio iekārtu raksturojumiem, vai darbā ar tiem.

Vēl ar decibeliem apzīmē skaņas stiprumu. Būtība līdzīga: tiek salīdzināti skaņas radītie spiedieni uz auss bungādiņām, par references vērtību ir pieņemot pilnīga klusuma radīto spiedienu (2*10^-5 Pa). Daži lielumu - dažādiem "trokšņiem":

Pilnīgs klusums 0 dB, lapu čaboņa, oda sīkšana + 20 dB, troksnis bibliotēkā + 45 dB, vidējs lietus + 50 dB, normāla saruna + 60 dB, audio ierakstu tipiska klausīšanā + 80dB, troksnis uz ielas ar transportu + 85 dB, auto taure + 100 dB, rokkoncerts, diskotēka – līdz +120 dB, reaktīvā lidmašīna + 120 db, sāpju slieksnis + 140 db

Cilvēkam diskomforts sākas virs 70 db liela skaņas spiediena. Ārsti brīdina - pie 85 - 90 db liela, ilgstoša, skaņas spiediena cilvēkam var sākties nopietnas dzirdes problēmas! Diskomforts un dzirdes problēmas ir atkarīgas arī no skaņas frekvenču kokteiļa kopējā fonā un tās var sākties arī pie mazākām vērtībām. Amatieri, nepārslogojiet savas ausis!

[4] Antenas izstarotā signāla virziens, antenas diagrammas. Antenas diagramma ir 3-dimensiju objekts, ko parasti raksturo ar šķēlumu divās plaknēs: "skats no augšas" un "skats no sāniem". Vērtīgi ir abi. Skatā no augšas parasti parāda kāda ir antenas virzien darbība – kāds tai ir pastiprinājums vēlamajā virzienā, un kāds slāpējums nevēlamajā.

Šajā diagrammā parasti norāda arī antenas pastiprinājumu G. Vertikālajā diagrammā parasti norāda kādā leņķī pret horizontu virziena darbības antena staro. Šīs diagrammas var atrast literatūrā, tās piedāvā antenu tirgotāji, bet iegūt tās Jūsu antenai var ar antenu modelēšanas programmu. Nedaudz sīkāk par izstarošanas leņķi pret horizontu. Tas ir svarīgs, jo nosaka kādā leņķī izstarotais signāls dodas jonosfērā. Efektīviem tālajiem sakariem, jebkurā diapazonā, vertikālais leņķis vēlams 5 – 10 grādi, lai samazinātu "atstarošanās lēcienu" skaitu. Lai tam leņķim tuvotos, antenai jābūt VISMAZ pusviļņa augstumā virs zemes (dzelzsbetona jumta) un tā jau ir problēma īsviļņos... Uz VHF ir drusku cita efektivitātes fizika – tur garai Yagi ANT jābūt vismaz BOOM garuma attālumā no elektriski vadošas pamatnes.

[5] Antenas pastiprinājums G ir antenu novērtējoša mērvienība, kas reizē ietver antenas virziendarbību un izstarošanas efektivitāti. Tā nosaka cik efektīvi antena tai pievadīto enerģiju (jaudu) izstaro konkrētā virzienā (diagrammas maksimuma punktā).

Lai novērtētu antenas pastiprinājuma koeficientu ir pieņemts salīdzināt tās pastiprinājumu ar kādu etalonu. Praksē pielieto divus etalonus: dipola antenu un izotropisko antenu [5]. Novērtējumam Ir ieviestas arī speciālas mērvienības, attiecīgi dBd un dBi. IEEE standartizācijas institūts pēdējā laikā iesaka lietot dBi.

Pastiprinājuma salīdzināšanai izmanto sekojošu formulu: G(dB)=10*log10(Pa1/Pet), kur konkrētās antenas izstarotā enerģija Pa1 tiek salīdzināts ar kādu no etaloniem Pet. Par izstarotās enerģijas etalonu, un tā vērtību = 1, zinātnieki ir vienojošies uzskatīt izotropās antenas izstaroto enerģiju. Pēc formulas: G(db)=10*log10(1/1)=10*log10(1) = 10*0=0 db, izotropai antenai ir 0 dB pastiprinājuma koeficients.

Ir aprēķināts, ka dipola antena, pateicoties savai virzien darbībai maksimuma virzienā izstaro 1.64 reizes lielāku enerģiju, kā izotropiskā antena, ar "savu sfēru". Līdz ar to dipola antenas pastiprinājums ir: G dBd = 10*log10(1.64/1) = 2.15 dBi.

Citām antenām pastiprinājumu G var aprēķināt līdzīgi. Parasti šo lielumu tieši nerēķina, to konkrētai antenai sarēķina antenas modelēšanas programma. G ir galvenais antenas parametrs, pēc kura tās salīdzināt (būvējot, vai pērkot). Ir jābūt uzmanīgam, kādā mērvienībā tas uzrādīts dBi, vai dBd. (G dBd = 2.15 dBi, pie dBd jāpieskaita 2.15, tad iegūs dBi).

[6] Izotropiska antena ir teorētiska antena, puktveida elektromagnētisko viļņu izstarotājs, kas izstaro enerģiju pilnīgi vienādi visos virzienos (abas antenas diagrammas – horizontālā un vertikālā ir apļi, un kopā - sfēra). Antenas pastiprinājums ir 1 (0dB), un tai ir 100% efektivitāte. Izotropisko antenu pieņem par atskaites punktu (etalonu) novērtējot citas antenas.

[7] Smita diagramma ir ērts veids, kā novērtēt barošanas līnijas un antenas parametrus. Veidu, kā apkopot un interpretēt šos datus 1937. gadā, neatkarīgi viens no otra, izveidoja trīs autori – Tosaku Mizuhashi, Amiels Volperts un Philip Smith. Vēlāk vienojās, ka to sauks par Smita diagrammu. Diagrammas pamatā ir polāra koordinātu sistēma, un sākotnēji to zīmēja uz papīra, uz iepriekš sagatavotām veidlapām. Vēlāk izveidoja iekārtas, kas to zīmēja uz displeja ekrāna, un beidzot - šobrīd diagrammas veido praktiski visi grafiskie vektoru analizatori VNA. (VNA novērtē un zīmē arī citas diagrammas).

Kas tur ir redzams? Pamatā te tiek rādīta kompleksā pretestība pieslēguma vietā, atkarībā no frekvences. Pieslēdz vietā, kur jāmēra – pie antenas ieejas, ja tur tiek klāt, pie līnijām un kabeļiem to brīvajos galos. Var mērīt arī tikai pašus kabeļus un līnijas.

Attēlā, kā piemērs, ar zaļo krāsu ir uzzīmēts, kā mainās konkrētas antenas un līnijas kompleksā pretestība līnijas galā, ko slēdz pie transivera. Frekvence tiek mainīta no 3.4 līdz 4 MHz. Horizontālā līnija pa diagrammas vidu ir balansa līnija. Vērtības virs viņas norāda, ka slodze ir induktīva, bet zem viņas – kapacitatīvas. Riņķa līnijas rāda aktīvo pretestību. Ārējā riņķa līnija atbilst īsslēgumam – 0 omi aktīvā pretestība. Riņķa kas iet caur centru ir references līnija - 1, un parasti tai tiek piešķirta vērtība 50 omi. Divas pārējās līnijas atbilst referencēm 0.5 un 5. (25 un 250 omi). Vietā, kur horizontālā līnija labajā pusē krustojas ar riņķa līniju, aktīvajai pretestībai ir bezgalīga vērtība. Dažreiz Smita diagrammā zīmē riņķa līnijas ar centru references punktā 1 un radiusu, teiksim – 2 (references punkts – 2, attēlā nav redzams, tas atrodas starp 1 un 5). Apgabals šādas riņķa līnijas iekšpusē norādīs tās pretestību vērtības, pie kurām antenu sistēmas SWR būs mazāks par 2.

Attēlā redzamais marķerītis [1] norāda, ka pie frekvences 3.520 MHz kompleksā pretestība līnijas galā pie transivera ir 49.77-j6.011 omi. Pārvietojot marķerīti uz citu punktu pa zaļo līniju (mainot frekvenci), nolasāmas ir citas vērtības. Ar šādu datu interpretāciju ir daudz vieglāk saprast, kas notiek ar Jūsu antenas sistēmu. Kāda tai ir pretestība, atkarībā no frekvences, un cik labi līnija saskaņojas ar antenas ieejas pretestību. Un pie reizes var novērtēt, kas būtu jādara, lai to uzlabotu. Uzlabojumus atkal vislabāk novērtēt ar Smita diagrammu vektoru analizatorā (VNA), nepārtraukti skanējot konkrētu frekvences apgabalu. Smita diagrammā var atrast daudz vērtīgu datu antenas sistēmas uzlabošanai. Literatūrā, vai internetā, var atrast, kā to darīt.

[8] Kompleksā pretestība Z. Līdzko ķēdē sāk plūst maiņstrāva, ar konkrētu frekvenci, sāk darboties maiņstrāvas likumi. Galvenā atšķirība no līdzstrāvas likumiem ir tāda, ka šādās ķēdēs savas pretestības sāk parādīt ķēdēs ieslēgtās kapacitātes (kondensatori) un induktivitātes (spoles). Tās sauc par ķēdes reaktīvajām pretestībām, un tās var būt ne tikai reāli ķēdēs ieslēgti elementi, bet arī vadu induktivitāte un kapacitāte. Šādu kopēju pretestību sauc par kompleksu un tā sastāv no aktīvās pretestības un reaktīvās pretestības. Aktīvā pretestība patērē enerģiju, bet reaktīvā – uzkrāj. Komplekso pretestību attēlo, kā abu pretestību kopumu, kura sastāv no aktīvās daļas un imaginārās (šķietamās) daļas. Pieraksta Z = ( R +/- jX). R ir aktīvā (omiskā) pretestība, X – reaktīvā pretestība. Zīme +/- tiek lietota atkarībā, kāda pretestība dominē šai vietā. "+", ja induktīvā, "-", ja kapacitatīvā. "j" norāda, ka tā ir pretestības imaginātā daļa. Imagināro pretestību vērtības ir atkarīgas no frekvences un pašu elementu vērtībām.

Ir sekojošas formulas:

Xc = -1/( 2*Pi * F * C) un Xl = 2*Pi*F*L ,

Kur: Pi= 3.1415, F – frekvence, kurā darbojas ķēde Hercos, C un L – Kondensatora un induktivitātes vērtības Farados un Henrijos.

*******

No amatieriem nepieciešamās antenu teorijas tas būtu viss. Turpinājumā - praktiskas lietas.

Materiāls koriģēts 21. februārī, 2025. gadā