Desibeli Antennit Syöttöjohdot SWR Tiiti Kellomäki, OH3HNY.

Esitys aiheesta: "Desibeli Antennit Syöttöjohdot SWR Tiiti Kellomäki, OH3HNY."— Esityksen transkriptio:

1 Desibeli Antennit Syöttöjohdot SWR Tiiti Kellomäki, OH3HNY

2 Desibeli Kaikki piirit joko vahvistavat tai vaimentavat tehoa.
A = Po/Pi = B = Po/Pi = 0,0002

3 Tehosuhteiden ilmaiseminen paljaana lukuna on hankalaa, ja nollien laskemisessa menee helposti sekaisin. Siksi on olemassa kätevä logaritminen desibeliasteikko: A(dB) = 10 log10 (Po/Pi) = 10 log10 (100000) = 10 * 5 = 50 dB B(dB) = 10 log10 (Po/Pi) = 10 log10 (0,0002) = –37 dB Positiiviset desibelit tarkoittavat, että Po on suurempi kuin Pi (vahvistin), ja negatiiviset, että Po on pienempi kuin Pi (vaimennin).

4 Kun tehosuhteita kerrotaan keskenään, desibelejä lasketaan yhteen.
Jos ensimmäinen lohko vahvistaa 3 dB ja seuraava vaimentaa 10 dB, kytkennän yhteinen vahvistus on -7 dB eli sisäänmeno on viisinkertainen ulostuloon nähden. Po/Pi = Po/Pa * Pa/Pi = 2 * 0,1 = 0,2 eli -7 dB

5 Desibeli tarkoittaa aina suhdetta johonkin referenssiin.
Yleinen yksikkö on dBm, "desibeliä yli milliwatin". 1 W vastaa 10 log10 (1 W / 1 mW) = 10 log10 (1000) = 30 dBm

6 Peukalosääntöjä desibelilaskuihin
Po/Pi -10 dB 0,1 -7 dB 0,2 -6 dB 0,25 -3 dB 0,5 0 dB 1 3 dB 2 6 dB 4 7 dB 5 10 dB 10 20 dB 100

7 Antennit "Antennilla tarkoitetaan sähkömagneettisen järjestelmän osaa, jolla energiaa muutetaan säteilyksi tai päinvastoin aallon välittämää energiaa muutetaan sähkö- ja magneettikenttiin varastoituneeksi energiaksi."

8 Radioamatööritoiminnassa käytetään kolmenlaisia antenneja: resonanssi-, laajakaista- sekä ei-resonoivia antenneja. Resonanssiantenni toimii eli on resonanssissa vain yhdellä taajuudella f0 (ja sen melko pienessä ympäristössä). Laajakaista-antennia puolestaan voi käyttää leveällä taajuuskaistalla. Ei-resonoiva antenni on yleensä mitoiltaan aallonpituuden luokkaa, mutta ei resonoi eli "ole vireessä" missään. Sen käyttöön tarvitaan sovituslaite.

9 Antennia karakterisoidaan monilla ominaisuuksilla:
säteilykuvio suuntaavuus vahvistus impedanssi kaistanleveys polarisaatio symmetria.

10 Säteilykuviosta voidaan katsoa, säteileekö antenni joka suuntaan saman verran vai kenties jonnekin hieman enemmän. Dipolin säteilykuvio on kuin munkkirinkeli, joka on pujotettu dipoliin. Dipoli ei siis säteile juurikaan päidensä suuntaan.

11 Suuntaavuus kertoo, kuinka paljon enemmän antenni säteilee maksiminsa suuntaan enemmän kuin teoreettinen ympärisäteilevä antenni. Vahvistus eli gain on suuntaavuus, jossa on otettu huomioon antennin hyötysuhde. Jos antennin suuntaavuus on 3 dB, mutta hyötysuhde on vain 50 %, jää antennin vahvistukseksi 3 dB – 3 dB = 0 dB. Vahvistusta verrataan usein dipoliin (dBd) tai isotrooppiseen eli ympärisäteilevään antenniin (dBi). Dipoli vahvistaa ympärisäteilevään antenniin nähden 2 dB, joten 0 dBd = 2 dBi.

12 Kun antenni kytketään lähettimeen, lähetin näkee sen kuormana eli impedanssina.
Tämä sisäänmenoimpedanssi riippuu taajuudesta. Sisäänmenoimpedanssi muuttuu myös, jos antennin läheisyyteen tuodaan johtavia esineitä tai jos antennia tuodaan lähemmäs maata. Keskellä äärettömän suurta täysin tyhjää avaruutta dipolin sisäänmenoimpedanssi resonanssitaajuudella on 73 ohmia.

13 Antennin kaistanleveys voidaan määritellä monella tavalla.
Hyötykaistallaan antenni toimii joidenkin määritelmien mukaan, esimerkiksi sisäänmenoimpedanssin tai seisovan aallon suhde pysyy sallituissa rajoissa. Dipolin kaistanleveys on suurempi kuin mikään radioamatööritaajuusalue.

14 Polarisaatio kertoo sähkökentän suunnan
Polarisaatio kertoo sähkökentän suunnan. Radioamatööriliikenteessä käytetään vaaka- ja pystypolarisaatioita. Yksinkertaisissa antenneissa antennin asento on sama kuin polarisaatio. Symmetria liittyy antennin virtoihin. Antenneja on symmetrisiä ja epäsymmetrisiä. Dipoli on symmetrinen antenni, maatasoantenni epäsymmetrinen.

15 Puoliaaltodipoli on nimensä mukaisesti puolen aallon mittainen.
Dipolia syötetään keskeltä. Toinen "viiksi" yhdistetään koaksiaalikaapelin keskikarvaan ja toinen ulkojohtimeen. Esimerkiksi 50 MHz taajuusalueen aallonpituus on kuusi metriä. Jos dipolilangan lyhennyskerroin (taulukoista) on noin 0,95, tulee yhden viiksen pituudeksi 6 m / 4 * 0,95 = 1,43 m.

16 Dipolin eräs muunnos on yagi, joka on itse asiassa dipoli, jonka ympärille on tuotu metalliromua.
Säteilevän dipolin (säteilijä) takana on yleensä yksi hieman dipolia pidempi heijastaja ja edessä lyhyempiä suuntaajia. Yhdessä tämä järjestelmä suuntaa huomattavasti enemmän kuin pelkkä dipoli. Yagin sisäänmenoimpedanssi on pienempi kuin dipolin, koska elementtien välissä on kapasitanssia. Yagin vahvistusta voi vielä lisätä tekemällä niitä useampia ja latomalla niitä vierekkäin ja päällekkäin. Kerrostaminen (stakkaus) kaventaa keilaa pystysuunnassa ja vierekkäin asettelu vaakasuunnassa.

17 Kun dipolin kylmän viiksen korvaa maatasolla, muodostuu maataso- eli ground plane -antenni (GP).
Koska maataso on tietysti äärettömän hyvä johde, dipolin kuuma viiksi peilaa siitä itselleen vastakkaisen viiksen. Todellisuudessa maatasoksi kelpaa muutama hassu metallilanka, auton katto tai vaikka käsikoneen runko.

18 Mikäli tilaa on vähän, yksi antenni olisi hyvä saada toimimaan kaikilla taajuusalueilla.
Trappidipoli on HF-alueiden ratkaisu tähän. Siinä käytetään hyväksi kaistanestosuodattimia siten, että kukin taajuus näkee antennin puolen aallon mittaisena. VHF/UHF-monialueantennin voi rakentaa siten, että mitoittaa saman kepin olemaan kahdella metrillä neljännesaallon ja 70 sentillä 5/8 aallon mittainen. Monialueantennit ovat aina kompromisseja!

19 Syöttöjohdot Syöttöjohdolla tarkoitetaan useimmiten siirtolinjaa, joka kulkee lähettimeltä tai vastaanottimelta antenniin. Syöttöjohtoa voidaan luonnehtia muutamilla parametreilla: ominaisimpedanssi häviöt taajuusriippuvuus.

20 Radioamatöörikäytössä koaksiaalikaapelin ominaisimpedanssi on useimmiten 50 ohmia.
Vaikka yleisen komponentin (esim. kela) impedanssi on taajuusriippuva, siirtojohdon impedanssi pysyy taajuuden funktiona lähes vakiona. Kaapelissa esiintyy aina häviöitä. Kaapelit vaimentavat sitä enemmän, mitä korkeampaa taajuutta käytetään. Vaimennus ilmoitetaan desibeleinä metriä kohden.

21 Radioamatöörit käyttävät koaksiaalikaapelin lisäksi melko yleisesti avojohtoa ja nauhajohtoa eli lapamatoa. Koaksiaalikaapeli on käytännöllinen syöttöjohto, sillä se on suojattu eli se ei säteile eikä häiriinny kovin helposti. Sitä voi myös vetää pitkin peltikattoa ilman, että RF kytkeytyy kattoon ja sitä kautta maahan.

22 Avojohdossa on kaksi johdinta vakioetäisyydellä toisistaan
Avojohdossa on kaksi johdinta vakioetäisyydellä toisistaan. Ideaalisesti niiden välissä on vain ilmaa, mutta jotta johtoa koossa pitämään on pakko laittaa silloin tällöin pieniä eristepaloja. Nauhajohdossa johdinten välillä on eriste. Avojohdon ominaisimpedanssi on usein 450 ohmia ja nauhajohdon 240 tai 300 ohmia. Avo- ja nauhajohtoa käytetään suuren impedanssin vuoksi sovittamaan monialueantennien syöttöpisteitä 50 ohmiin. Nämä johdot säteilevät, eikä niitä sen vuoksi voi käyttää HF:ää korkeammilla taajuuksilla.

23 Antenni kuormana Kun antenni ja lähetin yhdistetään syöttöjohdolla toisiinsa, on tärkeää, että antennin, lähettimen ja syöttöjohdon impedanssit vastaavat toisiaan. Jos näin ei ole, tapahtuu epäsovitetussa kohdassa heijastus eli osa tehosta palaa lähettimeen. Lähetin voi mennä siitä rikki! Impedanssia voidaan sovittaa erilaisilla muuntajilla ja sovituspiireillä, joista on kirjoitettu paksuja kirjoja.

24 Seisovan aallon suhde Lähteneen ja palaavan aallon summa-aallon verhokäyrän huipun ja laakson suhdetta kutsutaan seisovan aallon suhteeksi (SWR eli SAS). Parhaimmillaan SWR on 1:1 (tai yksinkertaisesti 1), mutta hyväksyttävissä rajoissa on vielä 1,5 tai jopa 2. Kun tehosta palaa puolet takaisin, on SWR kolme.

25 Lähetin sovitetaan syöttöjohdon ja antennin muodostamaan kompleksiin yleensä syöttöjohdon alapään sovittimella, jota virheellisesti myös antenninvirittimeksi kutsutaan. Syöttöjohdon alapään sovitin saa lähettimen näkemään sovitetun kuorman lähettimen lähtöimpedanssin suuruisena (yleensä 50 ohmia). Koska antennin impedanssi muuttuu voimakkaasti taajuuden funktiona, on syöttöjohdon alapään sovittimen viritystä muutettava taajuutta muutettaessa.

26 Antennia ja syöttöjohtoa yhdistettäessä on kiinnitettävä huomiota myös symmetriaan.
Jos epäsymmetrisen syöttöjohdon (koaksiaali) kytkee suoraan symmetriseen antenniin (dipoli), säteilykuvio jää epämuodostuneeksi. Antennin ja syöttöjohdon välissä tuleekin käyttää symmetrointielintä eli balunia (balanced to unbalanced).

27 Tenttikysymyksiä Rakennat 432 MHz:n alueelle lähetysantennia. Antennin oikea mitta ja tyyppi ovat: ? 43 cm mittainen puoliaaltodipoli ? 34 cm mittainen puoliaaltodipoli ? 43 cm korkuinen 5/8-aallon 'piiska' ? 34 cm pystysäteilijä + maataso

28 Oikeat vastaukset Rakennat 432 MHz:n alueelle lähetysantennia. Antennin oikea mitta ja tyyppi ovat: – 43 cm mittainen puoliaaltodipoli + 34 cm mittainen puoliaaltodipoli + 43 cm korkuinen 5/8-aallon 'piiska' – 34 cm pystysäteilijä + maataso

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

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