Antena CB defecta

[grosu99]

Nu , pentru ca nu se mai adapteaza bine antena.Vinde-o asa cum e si cumpara o antena mai mare.Cu cit mai mare cu atat mai bine.

[yo3fhm]

La 12.08.2020 la 8:54, expert a spus:

A ajuns la mine o antena CB Farun JBA-230, care nu vrea sa functioneze corespunzator! Proprietarul a spus ca si inainte avea probleme cu emisia, avea un SWR mare, 3:1, 4:1, orice reglaj sau pozitionare ar fi incercat la masina (un break cu cupola generoasa)! Antena este cunoscuta ca fiind una cu performante modeste spre mici, dar de la modest spre inutilizabil e cale lunga!

Spicul, bobina de acord si cellalte componente ale antenei sunt originale, nu au fost modificate, inlocuite!

Bobina de acord la acest tip de antena (center loaded) ar trebuisa aiba undeva la 10-11uH pentru acord optim in mijlocul benzii de 27mhz (canalul 20) la lungimea efectiva a antenei de 60cm! Am verificat cu un calculator de pe net , am masurat bobina , are 9.5 uH!

[...]

Acest model de antena a mai fost realizat si de alti producatori, Midland (18-244M), Bytrex (Miniplus 65), megawat  (MW short), PNI (18-244), deci designul zic eu ca este unul de succes, verificat!

 

Buna seara,

Desi subiectul topicului a fost postat in 2020, m-am gandit sa revin asupra lui doar ca simplu exercitiu, incercand sa demonstrez celor interesati  utilitatea aplicatiilor de simulare a functionarii unei antene. Adresez , asadar, cele de mai jos, incepatorilor, nu celor care cunosc deja amanuntele pe care le voi descrie.

 

Antena respectiva o fi fost produsa de altii, dar cu siguranta functionarea ei a fost adaptata intr-un fel sau altul in banda de 27 MHz. Asadar, secretul major consta in cuvantul magic "adaptare". 

- Ce fel de adaptare ? E vorba de adaptarea de impedanta dintre antena propriu-zisa si statia radio, mai curand spus, cu emitatorul acesteia (la receptie, adaptarea conteaza, dar nu la fel de mult). 

- De ce e nevoie de adaptare? Pentru a putea realiza transferul maxim de putere intre emitator (asimilat cu o sursa de semnal) si antena (sarcina sursei de semnal). 

- Cand se ajunge la transferul maxim de putere? Atunci cand modulul impedantei ( notat cu |Z| ) sarcinii este egal cu cel al sursei de semnal. Ajunsi aici, trebuie sa mentionez (in termeni f simpli ) ca daca intre sursa de semnal si sarcina se introduce o linie de transmisiune avand impedanta caracteristica de aceasi valoare cu cea a sursei si statiei, atunci pe acest traseu (ideal) nu vor exista dezadaptari si se va realiza transferul maxim de putere. 

Si mai simplu exprimat, in termeni nepretentiosi, daca "statia e pe 50 ohmi", "coaxialul e de 50 ohmi" si daca "antena are 50 ohmi", se indeplineste minunea transferului maxim de putere. Imi cer iertare pentru exprimarea neadecvata, am hotarat ca pentru inceput sa am acest abord, ca sa fie mai simplu pentru incepatori.

 

Am mentionat ca e vorba de un traseu ideal. De ce? 

Pentru ca nici una dintre cele 3 componente nu vor fi "exact pe 50 ohmi" , hi hi.

Statia nu va "avea" niciodata fix 50 ohmi, cablul coaxial (linia de transmisiune) va avea impedanta caracteristica usor diferita, iar antena cu atat mai putin. Priviti va rog acest trio ca pe un balon pe care daca il strangi dintr-un loc, se umfla intr-o parte si se dezumfla in alta, si atunci veti intelege cam cum stau lucrurile. 

Mai concret spus, nu veti obtine niciodata o adaptare "perfecta", dar cu ceva rabdare, se poate obtine o adaptare decenta si care sa conduca la un sistem statie - antena functional in parametri decenti. 

 

Poate intr-o alta postare voi reveni asupra termenilor de mai sus, pentru cei care s-ar putea arata interesati de o astfel de disectie. 

 

Deocamdata, m-am gandit sa simulez antena Farun JBA-230 folosind aplicatia 4Nec2 .

Iata schema antenei simulate :

 

 

Elementul vertical are 65cm, la fel ca si celelalte 4 orizontale. Poate zilele urmatoare sa ma straduiesc sa construiesc si sa introduc in simulare o suprafata metalica echivalenta cu sasiul unui automobil, dar pentru simplificare am incercat doar configuratia de mai sus.

 

O antena care poate oferi un minimum de performante (mai ales la emisie), trebuie sa aiba cel putin 1/4 din lungimea de unda la frecventa de lucru. Se mai lucreaza, cu compromisuri, si cu λ=1/8 . Fara calcule precise, faceti o socoteala: daca banda de CB se situeaza in zona de λ=11m, atunci λ/4 = 2.75m . E un drum lung de la 65cm la 2.75 m! 

λ/8 = 1.3m, deci tot e distanta mare ...

 

Sa vedem mai jos unde ar rezona (cu aproximatie) antena respectiva (fara nici un fel de dispozitiv de adaptare).

Click pe imagine pentru marire.

 

 

Dupa cum se vede... undeva la 115 MHz !

Acum sa vedem cum se prezinta parametrii antenei , daca am forta-o sa lucreze in banda de CB (fara adaptare).

Click pe imagine ptr. marire :

 

 

Catastrofic! SWR 20262 !!!  Impedanta estimata in banda de CB este Z = 1.316 -j 1154 ... adica partea reala R = 1.316 ohmi, iar partea imaginara X= -1154 ohmi ... Reactanta negativa indica un caracter preponderent capacitiv la frecventa de lucru, aspect tipic pentru antenele mult scurtate fizic. 

 

Mai departe, haideti sa vedem cum ar arata campul radiat de antena (fara adaptare):

 

 

Dupa cum se vede, are doar componente verticale, cand in mod normal, o asemenea antena ar trebui sa aiba caracterista omnidirectionala, deci un camp in plan orizontal foarte pronuntat. Nu am mai masurat si valorile estimate, pentru ca era pierdere de timp. 

 

Pana aici, cred ca ati inteles ca folosind doar spicul de 65cm si un plan de masa, antena respectiva nu are nici o sansa de a functiona in banda de 27 MHz. Ce ar fi de facut ? Pai, adaugarea unui artificiu de adaptare. 

De ce zic artificiu ? Pentru ca se poate obtine adaptare aproape perfecta, dar randamentul antenei va fi foaaaaarte scazut, chiar si in aceasta situatie. Pentru a avea un randament la limita decentei, ar trebui sa aiba spicul in λ/8 , adica aprox. 1.3m .

 

Care ar fi artificiul de adaptare ? 

Se numeste retea de adaptare si poate fi executata in cateva topologii tipice: gamma (L) , PI sau T ( cu caracteristica trece-jos sau trece-sus). Reteaua de adaptare se calculeaza pornind de la forma impedantei masurate (sau estimate prin simulare) la baza antenei si cunoscand impedanta sursei de semnal (a statiei). In trecut, se facea manual. Acum se pot folosi multe aplicatii software pentru un astfel de scop. 

Aplicatia 4Nec2 include si un modul de dimensionare a retelelor de adaptare, dar eu sunt obisnuit sa lucrez cu aplicatia JJ Smith si sa verific retelele astfel sintetizate folosind simulatorul LTSpice.  In situatia de aici, le-am folosit pe amandoua.

 

Solutia de adaptare oferita de 4Nec2 a generat o retea de adaptare care a reusit sa coboare VSWR-ul la 4 in banda de CB . Click pe poza ptr. marire:

 

 

Radiatia antenei s-a imbunatatit vizibil  (click pe poza ptr marire):

 

 

Se vede clar componenta orizontala (sub forma de inel grena), incadrand-o pe cea verticala (cea cu rosu mai aprins, sub forma de fluture). Totusi, daca priviti diagrama din dreapta, veti vedea ca valoarea maxima radiata e negativa, respectiv -6.85 dBi la un unghi de 65 grade. Foarte putin, de nefolosit !

 

In plus, SWR-ul se afla doar la valoarea 4. Desi e clar ca randamentul antenei e de toata jena, m-am gandit sa incerc si obtinerea unei solutii de adaptare care sa aduca VSWR-ul la 1 . Pentru asta, am folosit aplicatia JJ Smith.

Iata mai jos schema retelei de adaptare:

 

 

Poza urmatoare arata clar obtinerea adaptarii optime, pe diagrama Smith:

 

 

Cercul mic rosu din centru este cel de VSWR constant, demonstrand ca pe toata gama de CB, folosind solutia de adaptare de mai sus, se poate obtine intre SWR 1:1 si 1:1.7 la extreme. Centrul este 1:1 pentru 27.225 MHz. 

 

Iata si verificarea solutiei obtinute cu JJSmith, folosind simulatorul LTSpice:

 

 

Am uitat sa mentionez (tot pentru cei care sunt mai putin obisnuiti) ca R2 reprezinta componentele impedantei care defineste sarcina (antena): partea reala a impedantei estimate prin simulare, iar C3 = 5.03pF reprezinta capacitatea echivalenta unei reactante de 1153 ohmi la frecventa de 27.225 MHz).

 

Graficele de mai jos demonstreaza obtinerea VSWR 1:1 (click pe poza ptr marire, daca e nevoie):

 

 

Ei, cam asta ar fi . 

Inchei aici, in speranta ca motivele pentru care antena (ce constituie subiectul acestui topic) poate fi utilizata in CB au devenit destul de clare: datorita unor solutii de adaptare corect implementate. 

Dar asta nu inseamna ca este si eficienta, are un randament foarte redus si ca atare, trebuie evitata. 

Este si motivul pentru care ceilalti colegi au indemnat la utilizarea unor antene mai lungi, cu spicul de aprox. 1.3m, respectiv lambda/8 

 

Succes si toate cele bune,

Cezar YO3FHM

Editat Mai 9, 2021 de yo3fhm

[yo3fhm]

Salutare,

Rediscutand cele mai sus postate cu cineva care a fost intr-o situatie similara, zilele trecute, mi-am dat seama ca am postat o explicatie gresita la inceputul textului meu. Graba strica treaba, stim cum e, asadar e de datoria mea sa corectez, pentru a nu-i induce in eroare pe altii .

Asadar :

La 09.05.2021 la 20:48, yo3fhm a spus:

[...]secretul major consta in cuvantul magic "adaptare". 

- De ce e nevoie de adaptare? Pentru a putea realiza transferul maxim de putere intre emitator (asimilat cu o sursa de semnal) si antena (sarcina sursei de semnal). 

- Cand se ajunge la transferul maxim de putere? Atunci cand modulul impedantei ( notat cu |Z| ) sarcinii este egal cu cel al sursei de semnal.

 

Am postat gresit explicatia evidentiata cu rosu si imi pare rau daca am indus pe cineva in eroare.

Am vrut sa scriu ca transferul maxim de putere se realizeaza atunci cand impedanta sarcinii devine egala cu complex conjugata impedantei interne a sursei de semnal.

In cazul exemplificat, sarcina = antena si sursa de semnal = emitatorul statiei radio.

Mai concret, daca antena are impedanta de forma Z = 1.32-j1153 Ω, aceasta impedanta trebuie adusa la complex-conjugata sursei de semnal, adica la Z' = 50-j0 Ω . Aceasta adaptare este realizata de reteaua L2-C4 (6.88uH / 117pF) introdusa intre antena (a carei impedanta este simulata prin grupul R2-C3) si sursa de semnal V2.

 

In lumea radioamatorilor, reteaua respectiva de adaptare se mai numeste si "transmatch" .

Transmatch-ul este de fapt un dispozitiv "hardware" compus din elemente reactive, de tip L-C, care sunt comutate si reglate astfel incat sa compuna complex-conjugata necesara obtinerii adaptarii.

Forma cea mai simpla a "transmatch-ului" este chiar reteaua de adaptare cu elemente fixe.

 

"Transmatch-ul" mai poate fi intalnit sub denumiri de genul "matching unit", "antenna tuner" , s.a.m.d. ; toate reprezinta de fapt acelasi principiu, indiferent de cat de complicate ar fi in executie.

 

In speranta ca explicatiile de mai sus au corectat graba cu care am scris prima postare, va urez succes in obtinerea unei antene mai eficiente si a adaptarii optime la statia instalata pe automobil !

 

Cu bine,
Cezar YO3FHM