Dnes si prakticky ukážeme, ako vypočítať hodnoty prispôsobovacích prvkov „antény náhodnej dĺžky“ na impedanciu 50 Ohm.
Nechcem sa tu rozpisovať o teórii, k tomu existuje celá rada materiálov. Chcem len na praktickom príklade ukázať, ako sa to dá relatívne jednoducho previesť.
V prvom rade je potrebné zistiť pre konkrétnu frekvenciu samotnú impedanciu antény a to zapojení aj s použitím zemnenia, resp. ukostrenia tak, ako bude anténa aj používaná.
K samotnému zisteniu impedancie sa dajú využiť rôzne metódy, ja som použil VNA- vektorový analyzátor antén.
Ďalej je vhodné použiť program Smith V4.1 ktorý je možno stiahnuť z http://www.fritz.dellsperger.net/smith.html
Budeme uvažovať len o LC článkoch, ktoré majú všeobecne nižšie straty ako články typu Pi alebo T. Ich prehľad je na nasledujúcom obrázku:
Ich použitie je uvedené na zjednodušenom Smithovom diagrame:
Častejšie sa používajú verzie LC článkov podľa obrázku s označením 1 resp. 2, čo sú vlastne filtre typu dolná priepusť ktoré zabezpečia potlačenie vyšších harmonických pracovnej frekvencie, ktoré môžu vznikať na vysielači.
Realizácia býva riešená kombináciou zapojenia 1 a 2 a to prepínaním kapacity pred alebo za indukčnosť pomocou prepínača.
Zo zjednodušeného diagramu tak vidno, že zapojenie 1 pokrýva červenú a bielu oblasť, zapojenie 2 modrú a čiernu. S týmto zapojením teda dokážeme pokryť celú plochu diagramu.
Ako teda zistiť hodnoty L a C a prípadne typ zapojenia pre konkrétnu nameranú hodnotu?
Zoberieme nameranú hodnotu pre konkrétnu frekvenciu – ako príklad 3500 kHz. Tam nech je výsledok merania 79+j235 ohm.
Hodnotu zavedieme ako Data Point v programe. Ten túto hodnotu vykreslí. Ako vidno, nachádzame sa červenej časti podľa vyššie uvedeného diagramu. Preto zvolíme paralelný C so sériovou cievkou L (postupne od záťaže) a pridáme ho do schémy. Na grafe pribudla kružnica, na ktorej sa môžeme pomocou myši pohybovať – pri jej pohybe sa nastavuje hodnota C a našou snahou je dostať sa do priesečníka v spodnej časti kružnicou odpovedajúcej 50 Ohm. Po kliknutí sa na nastavenom bode vytvorí TP2, ako je znázornené na obrázku ďalej. Ďalej pridáme sériový prvok – L. Ten vytvorí ďalšiu kružnicu a pomocou nej vytvoríme bod TP3. Ako vidno v poli Datapoints, výsledok má hodnotu blízku reálnej impedancii 50 Ohm s nejakou maličkou imaginárnou zložkou. Pre jej minimalizáciu následne využijeme okno Tune, kde zavedieme komponenty L a C a ich nastavovaním môžeme jemne meniť hodnoty prvkov tak, aby sme dosiahli maximálne prispôsobenie.
Výsledkom je zapojenie naznačené v okne Schematic aj s príslušnými hodnotami L a C. Už to treba len overiť… (samozrejme výsledok merania vypočítaného článku dodám hneď, ako sa bude dať [poznámka – doplnené na konci článku].
Kondenzátor použijeme buď otočný, nastaviteľný alebo ho poskladáme z viacerých. Indukčnosť – cievku podľa hodnoty vypočítame ak je vzduchová napr. podľa http://www.radio-foto.eu/radio/civka.php
Cievku na toroide navrhneme podľa http://toroids.info/ prípadne podľa http://www.qsl.net/dl0swg/DL5SWB-Software.htm
Program SMITH umožňuje toho viac, ale nie je účelom toho článku všetko rozpisovať. Snáď len spomeniem možnosť použiť sweep pre zistenie parametrov pri zmenách frekvencie a podobne.
Doplnenie:
Konkrétne meranie impedancie antény na frekvencii 3,7MHz: 98,3 – 300j ohm.
teoretický návrh:
Praktickým zapojením a nastavením L článku na min. SWR boli získané hodnoty ako sú uvedené na nasledujúcom obrázku.
Mierna odchýlka vznikla zrejme tým, že hodnoty prvkov som meral samostatne po rozpojení…
A tu sú prvky použitého L článku:
Jednoduché, nie?
Ak to chcete rozobrať podrobnejšie aj s príslušnou teóriou, inšpiráciu nájdete napríklad na http://k6jca.blogspot.sk/2015/03/notes-on-antenna-tuners-l-network-and.html
Prípadne môžete použiť priamo online kalkulátor na http://home.sandiego.edu/~ekim/e194rfs01/jwmatcher/matcher2.html
