Desibeli Antennit Syöttöjohdot SWR - OH3TR

Desibeli• Kaikki piirit joko vahvistavat taivaimentavat tehoa.A=P o /P i = 100000B=P o /P i = 0,0002

• Tehosuhteiden ilmaiseminen paljaanalukuna on hankalaa, ja nollienlaskemisessa menee helposti sekaisin.Siksi on olemassa kätevä logaritminendesibeliasteikko:A(dB) = 10 log 10 (P o /P i )=10log 10 (100000) = 10 * 5 =50 dBB(dB) = 10 log 10 (P o /P i )=10log 10 (0,0002) = –37 dB• Positiiviset desibelit tarkoittavat, että P o onsuurempi kuin P i (vahvistin), janegatiiviset, että P o on pienempi kuin P i(vaimennin).

• Kun tehosuhteita kerrotaan keskenään,desibelejä lasketaan yhteen.• Jos ensimmäinen lohko vahvistaa 3 dB jaseuraava vaimentaa 10 dB, kytkennänyhteinen vahvistus on -7 dB elisisäänmeno on viisinkertainen ulostuloonnähden.P o /P i =P o /P a *P a /P i =2*0,1=0,2eli-7dB

• Desibeli tarkoittaa aina suhdetta johonkinreferenssiin.• Yleinen yksikkö on dBm, "desibeliä ylimilliwatin". 1 W vastaa10 log 10 (1W/1mW)=10log 10 (1000)=30dBm

Peukalosääntöjä desibelilaskuihinP o/P i-10 dB 0,1-7 dB 0,2-6 dB 0,25-3 dB 0,50dB 13dB 26dB 47dB 510 dB 1020 dB 100

Antennit"Antennilla tarkoitetaansähkömagneettisen järjestelmän osaa,jolla energiaa muutetaan säteilyksi taipäinvastoin aallon välittämää energiaamuutetaan sähkö- ja magneettikenttiinvarastoituneeksi energiaksi."

• Antennia karakterisoidaan monillaominaisuuksilla:– säteilykuvio– suuntaavuus– vahvistus– impedanssi– kaistanleveys– polarisaatio– symmetria.

• Säteilykuviosta voidaan katsoa, säteileeköantenni joka suuntaan saman verran vai kentiesjonnekin hieman enemmän.• Dipolin säteilykuvio on kuin munkkirinkeli, jokaon pujotettu dipoliin. Dipoli ei siis säteilejuurikaan päidensä suuntaan.

• Suuntaavuus kertoo, kuinka paljon enemmänantenni säteilee maksiminsa suuntaanenemmän kuin teoreettinen ympärisäteileväantenni.• Vahvistus eli gain on suuntaavuus, jossa onotettu huomioon antennin hyötysuhde.• Jos antennin suuntaavuus on 3 dB, muttahyötysuhde on vain 50 %, jää antenninvahvistukseksi3dB–3dB=0dB.• Vahvistusta verrataan usein dipoliin (dBd) taiisotrooppiseen eli ympärisäteilevään antenniin(dBi). Dipoli vahvistaa ympärisäteileväänantenniin nähden 2 dB, joten 0 dBd = 2 dBi.

• Kun antenni kytketään lähettimeen, lähetinnäkee sen kuormana eli impedanssina.• Tämä sisäänmenoimpedanssi riippuutaajuudesta.• Sisäänmenoimpedanssi muuttuu myös,jos antennin läheisyyteen tuodaan johtaviaesineitä tai jos antennia tuodaanlähemmäs maata.• Keskellä äärettömän suurta täysin tyhjääavaruutta dipolin sisäänmenoimpedanssiresonanssitaajuudella on 73 ohmia.

• Polarisaatio kertoo sähkökentän suunnan.Radioamatööriliikenteessä käytetäänvaaka- ja pystypolarisaatioita.• Yksinkertaisissa antenneissa antenninasento on sama kuin polarisaatio.• Symmetria liittyy antennin virtoihin.Antenneja on symmetrisiä jaepäsymmetrisiä.• Dipoli on symmetrinen antenni,maatasoantenni epäsymmetrinen.

• Puoliaaltodipoli on nimensä mukaisestipuolen aallon mittainen.• Dipolia syötetään keskeltä. Toinen "viiksi"yhdistetään koaksiaalikaapelinkeskikarvaan ja toinen ulkojohtimeen.• Esimerkiksi 50 MHz taajuusalueenaallonpituus on kuusi metriä. Josdipolilangan lyhennyskerroin (taulukoista)on noin 0,95, tulee yhden viiksenpituudeksi 6 m / 4 * 0,95 = 1,43 m.

• Dipolin eräs muunnos on yagi, joka on itse asiassadipoli, jonka ympärille on tuotu metalliromua.• Säteilevän dipolin (säteilijä) takana on yleensä yksihieman dipolia pidempi heijastaja ja edessä lyhyempiäsuuntaajia. Yhdessä tämä järjestelmä suuntaahuomattavasti enemmän kuin pelkkä dipoli.• Yagin sisäänmenoimpedanssi on pienempi kuin dipolin,koska elementtien välissä on kapasitanssia.• Yagin vahvistusta voi vielä lisätä tekemällä niitäuseampia ja latomalla niitä vierekkäin ja päällekkäin.Kerrostaminen (stakkaus) kaventaa keilaapystysuunnassa ja vierekkäin asettelu vaakasuunnassa.

• Kun dipolin kylmän viiksen korvaamaatasolla, muodostuu maataso- eliground plane -antenni (GP).• Koska maataso on tietysti äärettömänhyvä johde, dipolin kuuma viiksi peilaasiitä itselleen vastakkaisen viiksen.• Todellisuudessa maatasoksi kelpaamuutama hassu metallilanka, auton kattotai vaikka käsikoneen runko.

• Mikäli tilaa on vähän, yksi antenni olisi hyväsaada toimimaan kaikilla taajuusalueilla.• Trappidipoli on HF-alueiden ratkaisu tähän.Siinä käytetään hyväksi kaistanestosuodattimiasiten, että kukin taajuus näkee antennin puolenaallon mittaisena.• VHF/UHF-monialueantennin voi rakentaa siten,että mitoittaa saman kepin olemaan kahdellametrillä neljännesaallon ja 70 sentillä 5/8 aallonmittainen.• Monialueantennit ovat aina kompromisseja!

Syöttöjohdot• Syöttöjohdolla tarkoitetaan useimmitensiirtolinjaa, joka kulkee lähettimeltä taivastaanottimelta antenniin.• Syöttöjohtoa voidaan luonnehtiamuutamilla parametreilla:– ominaisimpedanssi– häviöt– taajuusriippuvuus.

• Radioamatöörikäytössä koaksiaalikaapelinominaisimpedanssi on useimmiten 50 ohmia.• Vaikka yleisen komponentin (esim. kela)impedanssi on taajuusriippuva, siirtojohdonimpedanssi pysyy taajuuden funktiona lähesvakiona.• Kaapelissa esiintyy aina häviöitä. Kaapelitvaimentavat sitä enemmän, mitä korkeampaataajuutta käytetään.• Vaimennus ilmoitetaan desibeleinä metriäkohden.

• Radioamatöörit käyttävätkoaksiaalikaapelin lisäksi melko yleisestiavojohtoa ja nauhajohtoa eli lapamatoa.• Koaksiaalikaapeli on käytännöllinensyöttöjohto, sillä se on suojattu eli se eisäteile eikä häiriinny kovin helposti. Sitävoi myös vetää pitkin peltikattoa ilman,että RF kytkeytyy kattoon ja sitä kauttamaahan.

• Avojohdossa on kaksi johdinta vakioetäisyydellätoisistaan. Ideaalisesti niiden välissä on vainilmaa, mutta jotta johtoa koossa pitämään onpakko laittaa silloin tällöin pieniä eristepaloja.• Nauhajohdossa johdinten välillä on eriste.• Avojohdon ominaisimpedanssi on usein 450ohmia ja nauhajohdon 240 tai 300 ohmia. Avojanauhajohtoa käytetään suuren impedanssinvuoksi sovittamaan monialueantenniensyöttöpisteitä 50 ohmiin.• Nämä johdot säteilevät, eikä niitä sen vuoksi voikäyttää HF:ää korkeammilla taajuuksilla.

Antenni kuormana• Kun antenni ja lähetin yhdistetään syöttöjohdollatoisiinsa, on tärkeää, että antennin, lähettimen jasyöttöjohdon impedanssit vastaavat toisiaan.• Jos näin ei ole, tapahtuu epäsovitetussakohdassa heijastus eli osa tehosta palaalähettimeen. Lähetin voi mennä siitä rikki!• Impedanssia voidaan sovittaa erilaisillamuuntajilla ja sovituspiireillä, joista on kirjoitettupaksuja kirjoja.

Seisovan aallon suhde• Lähteneen ja palaavan aallon summaaallonverhokäyrän huipun ja laaksonsuhdetta kutsutaan seisovan aallonsuhteeksi (SWR eli SAS).• Parhaimmillaan SWR on 1:1 (taiyksinkertaisesti 1), mutta hyväksyttävissärajoissa on vielä 1,5 tai jopa 2.• Kun tehosta palaa puolet takaisin, onSWR kolme.

• Lähetin sovitetaan syöttöjohdon ja antenninmuodostamaan kompleksiin yleensäsyöttöjohdon alapään sovittimella, jotavirheellisesti myös antenninvirittimeksikutsutaan.• Syöttöjohdon alapään sovitin saa lähettimennäkemään sovitetun kuorman lähettimenlähtöimpedanssin suuruisena (yleensä 50ohmia).• Koska antennin impedanssi muuttuuvoimakkaasti taajuuden funktiona, onsyöttöjohdon alapään sovittimen viritystämuutettava taajuutta muutettaessa.

• Antennia ja syöttöjohtoa yhdistettäessä onkiinnitettävä huomiota myös symmetriaan.• Jos epäsymmetrisen syöttöjohdon(koaksiaali) kytkee suoraan symmetriseenantenniin (dipoli), säteilykuvio jääepämuodostuneeksi.• Antennin ja syöttöjohdon välissä tuleekinkäyttää symmetrointielintä eli balunia(balanced to unbalanced).

Tenttikysymyksiä• Rakennat 432 MHz:n alueellelähetysantennia. Antennin oikea mitta jatyyppi ovat:• ? 43 cm mittainen puoliaaltodipoli• ? 34 cm mittainen puoliaaltodipoli• ? 43 cm korkuinen 5/8-aallon 'piiska'• ? 34 cm pystysäteilijä + maataso

Oikeat vastaukset• Rakennat 432 MHz:n alueellelähetysantennia. Antennin oikea mitta jatyyppi ovat:• – 43 cm mittainen puoliaaltodipoli• + 34 cm mittainen puoliaaltodipoli• + 43 cm korkuinen 5/8-aallon 'piiska'• – 34 cm pystysäteilijä + maataso

Lisää tenttikysymyksiä• Koaksiaalikaapelille on ominaista, että• ? se ei säteile, koska sähkömagneettinenkenttä pysyttelee ulkojohtimen sisäpuolella• ? sen ominaisimpedanssiin vaikuttaajohtimien välinen etäisyys• ? sen voi asentaa peltikatolle• ? sen voi taivuttaa jyrkälle mutkalle(kaarevuussäde min. 5D)• ? se vaatii symmetrisen virityslaitteen

Oikeat vastaukset• Koaksiaalikaapelille on ominaista, että• + se ei säteile, koska sähkömagneettinenkenttä pysyttelee ulkojohtimen sisäpuolella• + sen ominaisimpedanssiin vaikuttaajohtimien välinen etäisyys• + sen voi asentaa peltikatolle• + sen voi taivuttaa jyrkälle mutkalle(kaarevuussäde min. 5D)• – se vaatii symmetrisen virityslaitteen