Strojenie anteny

Pomiar WFS (współczynnika fali stojącej)

 

Za pomocą zwykłego reflektometru.

 

 

  • Sprawdzamy poprawność połączeń instalacji antenowej.
  • Podłączamy reflektometr pomiędzy antenę (możliwie blisko), a linię zasilającą antenę. Jeżeli nie mamy możliwości podłączenia w tym miejscu (antena na wysokim maszcie należy zastosować kabel pomiarowy o długości składającej się z wielokrotności 1/2 λ (długości falowej).
  • Ustawiamy częstotliwość (kanał) na której chcemy dokonać pomiaru.
  • Wciskamy przycisk PTT w mikrofonie (wysyłamy tylko falę nośną).
  • Ustawiamy przełącznik w pozycje FWD (fala padająca) i pokrętłem CAL kalibrujemy miernik ustawiając wskazówkę w pozycji SET.
  • Ustawiamy przełącznik w pozycję REF (fala odbita).
  • Odczytujemy i wartość WFS.
  • Zwalniamy przycisk PTT w mikrofonie.

Reflektometr przed każdym pomiarem należy skalibrować


 

Za pomocą reflektometru krzyżowego

 

 

  • Sprawdzamy poprawność połączeń instalacji antenowej.
  • Podłączamy reflektometr pomiędzy antenę (możliwie blisko), a linię zasilającą antenę. Jeżeli nie mamy możliwości podłączenia w tym miejscu (antena na wysokim maszcie należy zastosować kabel pomiarowy o długości składającej się z wielokrotności 1/2 λ (długości falowej).
  • Przełącznikiem w reflektometrze ustawiamy zakres mocy maksymalnej jaką będziemy do niego doprowadzać.
  • Ustawiamy częstotliwość (kanał) na której chcemy dokonać pomiaru.
  • Wciskamy przycisk PTT w mikrofonie (wysyłamy tylko falę nośną).
  • Odczytujemy i wartość WFS w miejscu przecięcia się wskazówek miernika FWD (FORWARD) i miernika REF (REFLECTED). Możemy również odczytać wartość mocy padającej (wychodzącej) - FWD (FORWARD) i mocy powracającej (odbitej) - REF (REFLECTED).
  • Zwalniamy przycisk PTT w mikrofonie

 

Pomiaru należy dokonać na co najmniej 3 wartościach częstotliwości (kanałach) danego pasma. Zazwyczaj są to 26,960 MHz (kanał 1), 27,180 MHz (kanał 19) 27,400 MHz (kanał 40) dla pasma 26,960-27,400 MHz. Sporządzamy wykres rozkładu WFS w skali częstotliwości. Im więcej częstotliwości (kanałów) opomiarujemy, tym uzyskamy bardziej dokładny przebieg wykresu WFS. Na podstawie tego wykresu z dużym prawdopodobieństwem możemy stwierdzić czy antena znajduje się w rezonansie i dla jakiej częstotliwości rezonans ten występuje.
Jeżeli WFS jest większy na częstotliwościach wyższych:

  • #01 wynosi 1,6
  • #19 wynosi 1,5
  • #40 wynosi 1,7

 to należy:

  • skrócić promiennik anteny
  • przekręcić pierścienie strojące w dół
  • przesunąć element strojący w dół

Wraz ze wzrostem częstotliwości pojawia się i wzrasta reaktancja (pojemnościowa Xc dla anten 1/2 λ; indukcyjna Xl dla anten 1/4 λ, 5/8 λ) powodująca zmianę impedancji.
Jeżeli WFS jest większy na częstotliwościach niższych:

  • #01 wynosi 1,7
  • #19 wynosi 1,5
  • #40 wynosi 1,6

to należy:

  • wydłużyć promiennik anteny
  • przekręcić pierścienie strojące w górę
  • przesunąć element strojący w górę

Wraz ze spadkiem częstotliwości pojawia się i wzrasta reaktancja (pojemnościowa Xc dla anten 1/4 λ, 5/8 λ; indukcyjna Xl dla anten 1/2 λ) powodująca zmianę impedancji.

Żeby optymalnie dopasować antenę w danym paśmie częstotliwości wartość współczynnika WFS powinna być jak najniższa w środku tego pasma i mieć równą wartość na jego początku i końcu. Przykładowo na kanale 1 wynosi 1,5 na kanale 19 wynosi 1,3 na kanale 40 wynosi 1,5. Takie dopasowanie zapewni optymalne wykorzystanie pasma (zmniejszenie strat w układzie spowodowane wysokim WFS), w którym zamierzamy pracować.

Wbrew powszechnym informacją długość kabla (fidera) nie ma wpływu na zestrojenie anteny, ponieważ ma on stałą impedancje 50 ohm. Na odczyt WFS’u ma wpływ miejsce włączenia reflektometru pomiędzy anteną, a cb radiem. W zależności od długości kabla mamy transformację impedancji max dla 1/4 λ i min dla 1/2 λ (stosunek 1:1). Reflektometr powinno się podłączyć jak najbliżej anteny. Jeżeli nie ma takiej możliwości (antena umieszczona na wysokim maszcie lub jest to antena mobilowa) powinniśmy starać się aby długość fidera pomiędzy anteną, a reflektometrem wynosiła długość 1/2 λ lub wielokrotność. Należy pamiętać, że przewód takiej długości będzie transformatorem impedancji w stosunku 1:1 tylko dla danej częstotliwości (kanału).

Długość kabla, w którym fala ma długość 1/2 λ możemy wyznaczyć wg wzoru:

L = C / F * w

  • L - długość fali w kablu antenowym [m]
  • C- prędkość światła [m/s]
  • F - częstotliwość [kHz]
  • w - współczynnik skrócenia kabla

Przykład:

częstotliwość: 27,180 MHz
a) współczynnik skrócenia kabla: 0,66 polietylen
b) współczynnik skrócenia kabla: 0,70 teflon
c) współczynnik skrócenia kabla: 0,81 polietylen  spieniony

Długość fali w przewodzie wynosi odpowiednio:

L = 299792,458 / 27180 *0,66 = 11,029 * 0,66 = 7,280 m
L = 299792,458 / 27180 *0,70 = 11,029 * 0,70 = 7,721 m
L = 299792,458 / 27180 *0,81 = 11,029 * 0,81 = 8,934 m

Zatem kabel pomiarowy o długości 1/2 λ dla powyższej częstotliwości ma długość fizyczną odpowiednio:

3,640 m
3,860 m
4,467 m

Kabel pomiarowy o długości 1/2 λ dla częstotliwości 26,960 MHz ma długość fizyczną odpowiednio:

3,670 m
3,892 m
4,504 m

Kabel pomiarowy o długości 1/2 λ dla częstotliwości 27,400 MHz ma długość fizyczną odpowiednio:

3,611 m
3,830 m
4,431 m

Z powyższego wynika, że długość ta zależna jest od częstotliwości. Dla podstawowej czterdziestki długość ta zmienia się w zakresie +/- 3 do 4 cm (w zależności od współczynnika skrócenia), przyjmując za odniesienie środek tego pasma (27,180 MHz).


W przypadku anten montowanych na pojazdach musimy sobie zdawać sprawę, że każde przesunięcie anteny wiąże się ze zmianą WFS. Większość osób dziwi się dlaczego ta sama nowa antena zamontowana na pojeździe A wymaga skrócenia o 2 cm, a na pojeździe B o 6 cm. Wynika to z tego, iż nadwozie pojazdu jest przeciwwagą dla anteny. W różnych pojazdach ma inne kształty, powierzchnię ipt.) Zmieniając położenie anteny (nawet w obrębie danego pojazdu) właściwości fizyczne przeciwwagi (względem anteny) ulegają zmianie.

Pamiętajmy, że wykorzystując reflektometr nie jesteśmy w stanie stwierdzić w 100 % czy antena jest w rezonansie rzeczywistym. Ze wskazań reflektometru możemy wyznaczyć impedancję anteny. Nie jesteśmy już w stanie określić czy na impedancję składa się sama oporność promieniowania czy jeszcze reaktancja i w jakich proporcjach one występują.


 

Strojenie anteny zawsze przeprowadzamy w miejscu jej pracy.
Wśród świeżo upieczonych radiooperatorów można zaobserwować bledną procedurę strojenia anteny w przypadku gdy nie mają dostępu do jej stroika z poziomu dachu. Zdejmują antenę z masztu, ustawiają ją w innym miejscu np. na balkonie, w innej części dachu, w ogrodzie i stroją. Po tej procedurze montują antenę na maszcie i używają nie zdając sobie sprawy, że jej impedancja uległa zmianie.

Prawidłowe postępowanie podczas strojenia anteny:

  1. Zdejmujemy antenę z masztu oznaczając na nim miejsce jej montażu lub jeżeli mamy taką możliwość pochylamy maszt z anteną, tak aby mieć łatwy dostęp do całego układu. Do anteny podłączamy przewód pomiarowy, następnie reflektometr, a do niego linię zasilającą (fider).
  2. Mocujemy antenę na maszcie (korzystając z oznaczeń na maszcie) lub stawiamy maszt z anteną (położenie pierwotne).
  3. Dokonujemy pomiaru WFS.
  4. Zdejmujemy antenę z masztu lub pochylamy maszt z anteną. Korygujemy ustawienie stroika.
  5. Montujemy antenę na maszcie lub stawiamy maszt z anteną.
  6. Dokonujemy pomiaru WFS.
  7. Czynności 4-6 powtarzamy do czasu aż uznamy, iż rozkład WFS w danym paśmie częstotliwości jest odpowiedni.
  8. Zdejmujemy antenę z masztu lub pochylamy maszt z anteną. Odłączamy przewód pomiarowy i podłączamy linię zasilającą (fider).
  9. Montujemy antenę na maszcie lub stawiamy maszt z anteną.
  10. Możemy teraz użytkować zestrojoną antenę.

Czy warto dopasowywać (stroić) antenę jeżeli po pomiarach otrzymamy następujący (lub podobny) przebieg WFS:

  • #01 - 1,1
  • #19 - 1,2
  • #40 - 1,4

Uważam, że warto. Szczególnie anteny przewoźne (mobilowe) mają znikomą oporność promieniowania. Reszta to oporność strat. Po co w takim układzie zwiększać jeszcze oporność strat, zmniejszając zarazem sprawność całej instalacji. Zawsze starajmy się uzyskać optymalny przebieg WFS w paśmie częstotliwości, w którym zamierzamy pracować.