Miért (nem) kell méretezni az antennakábel hosszát?
— kísérlet egy széles körben elterjedt tévhit eloszlatására…
Valóban szükség van erre? Ha
igen, akkor miért nem szól erről egyetlen gyártó által
kiadott kezelési útmutató sem, miért csak szóbeli legendák,
ill. mendemondák terjengenek?
Miért vált ki ez a téma minden alkalommal jelentős indulatokat, amikor a legendákat, tévhiteket eloszlató, fizikai tényekkel alátámasztott ismeretek már hosszú évtizedek óta hozzáférhetőek a különböző nyomtatott szakirodalmakban?
A félreértést valószínűleg az okozza, hogy a koax „hangolását” propagáló emberek összetévesztik az illesztett tápvonalat a hangolt tápvonallal.
A kérdés tisztázására a Karl Rothammel által írt, a Műszaki Könyvkiadó által 1976-ban magyar nyelven is kiadott Antennakönyvet hívtam segítségül, amelynek 5.2. fejezetében (Nagyfrekvenciás tápvonalak fizikai tulajdonságai) található meg a válasz.
„Az optimális teljesítményátvitel feltételei akkor vannak biztosítva, ha a generátor (pl. adóvégfokozat) Ri impedanciája megegyezik a fogyasztó (pl. antenna) Ra impedanciájával. Az energiaátvitelre szolgáló tápvonalat ugyancsak illeszteni kell: Z hullámellenállásának azonosnak kell lennie Ri-vel, és Ra-val: Ri=Z=Ra. Ebben az esetben az átviteli veszteségek kizárólag a réz-, és dielektromos veszteségre korlátozódnak.”
Miért vált ki ez a téma minden alkalommal jelentős indulatokat, amikor a legendákat, tévhiteket eloszlató, fizikai tényekkel alátámasztott ismeretek már hosszú évtizedek óta hozzáférhetőek a különböző nyomtatott szakirodalmakban?
A félreértést valószínűleg az okozza, hogy a koax „hangolását” propagáló emberek összetévesztik az illesztett tápvonalat a hangolt tápvonallal.
A kérdés tisztázására a Karl Rothammel által írt, a Műszaki Könyvkiadó által 1976-ban magyar nyelven is kiadott Antennakönyvet hívtam segítségül, amelynek 5.2. fejezetében (Nagyfrekvenciás tápvonalak fizikai tulajdonságai) található meg a válasz.
„Az optimális teljesítményátvitel feltételei akkor vannak biztosítva, ha a generátor (pl. adóvégfokozat) Ri impedanciája megegyezik a fogyasztó (pl. antenna) Ra impedanciájával. Az energiaátvitelre szolgáló tápvonalat ugyancsak illeszteni kell: Z hullámellenállásának azonosnak kell lennie Ri-vel, és Ra-val: Ri=Z=Ra. Ebben az esetben az átviteli veszteségek kizárólag a réz-, és dielektromos veszteségre korlátozódnak.”
Illesztett tápvonal: Ri=Z=Ra.
Az 5.3-as fejezetben (A
táplálás módjai) :
„Ha egy tápvonalnál az [...] impedanciaillesztés feltétele biztosítva van [...] egyetlen ponton sem alakul ki állóhullám, az illesztett tápvonal hossza tetszőleges lehet. Ilyenkor — legalábbis koaxiális kábeleknél — csupán az elkerülhetetlen frekvenciafüggő tápvonalcsillapítás lép fel.”
„Ha egy tápvonalnál az [...] impedanciaillesztés feltétele biztosítva van [...] egyetlen ponton sem alakul ki állóhullám, az illesztett tápvonal hossza tetszőleges lehet. Ilyenkor — legalábbis koaxiális kábeleknél — csupán az elkerülhetetlen frekvenciafüggő tápvonalcsillapítás lép fel.”
Fenti idézetekből jól látható, hogy nem a kábel hangolásáról, hanem a komplett rendszerre vonatkozó, ún. illesztéséről van szó, amely egyszerűen megvalósítható csupán azáltal, ha olyan koaxkábelt használunk, amelynek hullámimpedanciája megegyezik az adó kimeneti, ill. az antenna talpponti impedanciájának értékével — ez URH-s, és CB-s alkalmazásokban tipikusan 50 ohm gyárilag.
Amennyiben ennek ellenére sem sikerül normális SWR értéket beállítani, ott nem a kábel hosszával van a probléma, hanem az antenna telepítése helytelen, vagy a konstrukciója hitvány. Ilyen esetekben a hiba forrásának megtalálása, és elhárítása az elsődleges feladat, nem pedig a kábel vagdosásával való bohóckodás. Erre utal az Antennakönyv is:
„Nehezebb vagy legalábbis
kényelmetlenebb azokat az illesztési hibákat kompenzálni,
amelyek a rendszerint nehezen megközelíthető
antenna-betáplálási pontnál lépnek fel. Az ilyen
illesztési hiba a tápvonal adó felőli végén semmiféle
beavatkozással nem szüntethető meg; a hullámosság a
tápvonalról nem tüntethető el; ez csak a hiba forrásánál,
az antennánál lehetséges.”
Ugyanebben a fejezetben,
pár bekezdéssel később kiderül, hogy a kábel hosszának
„hangolása” nemcsak felesleges, hanem adott esetben még
káros is lehet:
„Bizonyos esetekben [...] ún. köpenyhullámok léphetnek fel. Ezek a kábelt burkoló fémszövedéken kialakuló kompenzációs áramok következtében jönnek létre, hatásukra a kábelköpeny sugároz.
Köpenyhullámok jelentkezhetnek aszimmetrikus terhelés esetében is, amikor pl. szimmetrikus antennarendszert közvetlenül aszimmetrikus koaxiális kábellel táplálunk, vagy amikor a kábel+ antenna együttes a gerjesztőfrekvenciával valamilyen rezonanciában van (pl. felharmonikus rezonancia). Ilyen esetben a kábel hosszának változtatásával segíthetünk a bajon.”
Milyen esetekben használnak hangolt tápvonalat?
„Bizonyos esetekben [...] ún. köpenyhullámok léphetnek fel. Ezek a kábelt burkoló fémszövedéken kialakuló kompenzációs áramok következtében jönnek létre, hatásukra a kábelköpeny sugároz.
Köpenyhullámok jelentkezhetnek aszimmetrikus terhelés esetében is, amikor pl. szimmetrikus antennarendszert közvetlenül aszimmetrikus koaxiális kábellel táplálunk, vagy amikor a kábel+ antenna együttes a gerjesztőfrekvenciával valamilyen rezonanciában van (pl. felharmonikus rezonancia). Ilyen esetben a kábel hosszának változtatásával segíthetünk a bajon.”
Milyen esetekben használnak hangolt tápvonalat?
A rádióamatőr gyakorlatban a
CB-nél jelentősen nagyobb (160/80/40 méteres)
hullámhosszúságú sávokban is történik forgalmazás. A λ/4-es,
ill. λ/2-es
sugárzók a jelentős fizikai méretek miatt ezekben a
sávokban gyakran nem használhatóak. Helyette rövidített
antennákat alkalmaznak, amelyeket többsávos üzemben
használnak. Ezeknek az ún. felharmonikusan gerjesztett
antennáknak a talpponti impedanciája és rezonanciaviszonyai
változnak — ezért tökéletes illesztés mindig csak egy sávon
érhető el. Idézet az Antennakönyvből:
„Az áram és
feszültségcsomópontok mindig λ/4
távolságban ismétlődve alakulnak ki. Ezért egy tápvonal
akkor tekinthető hangoltnak, ha a hossza λ/4,
vagy annak egész számú többszöröse. Noha az ilyen
tápvonalon állóhullámok vannak, a bemeneti, ill. kimeneti
impedanciája mégis valós, vagyis tisztán rezisztív.
Hangolt tápvonal segítségével az antenna felharmonikus
gerjesztéssel több sávon is üzemeltethető, ami illesztett
tápvonallal nem oldható meg. A hangolt tápvonal az antenna
nem sugárzó meghosszabbításaként is felfogható. A
tápvonalnak és antennának együttesen is rezonanciában kell
lenniük. Ez azt jelenti, hogy a sugárzó és a nem sugárzó
hányadnak külön-külön vizsgálva nem kell feltétlenül
rezonanciában lennie, ha együttesen rezonanciában is
vannak. Ezért pl. egy túl rövidre, vagy túl hosszúra
sikerült sugárzó meddő hányada a tápvonal alsó végének
meghosszabbításával, ill. rövidítésével kompenzálható. A
gyakorlatban a tápvonalnak ez a meghosszabbítása, ill.
megrövidítése nem mechanikusan, hanem — megfelelő
antennahangoló egységekkel — elektromos úton végezhető. A
hangolt tápvonalak geometriai hosszát nem célszerű
pontosan rezonanciára méretezni, mert ez esetben a Föld
felé azonos fázisú hullámok léphetnek fel (ún.
Marconi-effektus). Ilyenkor a hangolt tápvonal antennaként
működik és erősen sugároz, ezért célszerű a hangolt
tápvonalat rezonáns hosszánál valamivel rövidebbre vagy
hosszabbra készíteni és antennacsatolókörökkel pontos
rezonanciába hozni.”
Nyomatékosan ki kell emelni azonban, hogy mindezek csak a hangolt tápvonalakra érvényesek!
Nyomatékosan ki kell emelni azonban, hogy mindezek csak a hangolt tápvonalakra érvényesek!
Az index fórum CB-s topicjában XANTIi az alábbi
kiegészítést tette: „…a CB-ben is vannak trükköző
gyártók. Akik a gagyi mobilantennát egy hangolt koax-al
adják el. Pár ilyen ráírja, hogy ne változtass a
hosszon, de sokan még ezt is lespórolják. De van a hangolt
tápvonalra is élő példa. A 2 antennás, kamion tükörszárra
szerelhető. Itt párhuzamosan van kötve (!!!) a két koax de
úgy, hogy az illesztést a rezonáns hossz adja ki. Mindkét
antenna 100 Ohmra van belőve, azok párhuzamosan kiadják a
végső 50 ohmot. De azokon is tilos változtatni a
kábelhosszt.”
2019.09.12-10-01.
Szegecs