NAPAJANJE ANTENA

NAPAJANJE ANTENA

U prethodnim brojevima smo razmotrili većinu osobina jagi antena koje se danas koriste u amaterskim radio-kominkacijama.

Deo antenskog sistema o kome do sada nije bilo govora je napojni kabl. On je neophodan kako bi se primljeni radio signal od antene doveo do prijemnika, odnosno VF snaga iz predajnika.

Kablovi koji se koriste u ove svrhe dele se u dve grupe i to: simetrične i asimetrične.

Oba ova naziva odnose se na to da li je jedan od dva postojeća provodnika električno vezan za zemlju ili ne.

“Tvin-lid” kabl

Oni kablovi čiji ni jedan provodnik nije vezan za zemlju nazivaju se dvožičnim smetričnim vodovima. Stariji čitaoci se sigurno sećaju da su se u ranim danima televizije koristili pljosnati, plastikom prevučeni kablovi tzv. “tvin-lid”(engl. tween-lead). Danas su ih potpuno potisnuli koaksijalni kablovi.

Simetrični vodovi se sastoje od dva, na određenom odstojanju postavljena, paralelna, bakarna provodnika, između kojih je plastika, obično polietilen, koja predstavlja izolator, ali ujedno obezbeđuje i održavanje stalnog odstojanja između vodova.

Ovi vodovi imaju dosta visoku karakterističnu impedansu, koja zavisi od debljine i rastojanja provodnika, i uglavnom se grade za vrednosti od 200-600 oma.

Simetrični dvožični vodovi najviše se koriste u profesionalnoj predajnoj i prijemnoj tehnici na srednjim i kratkim talasima, ali u poslednje vreme i na VHF i UHF području za radio-amaterske EME i DX antenske sisteme. Zbog svoje relativno visoke karakteristične impedanse i činjenice da se glavnina električnog polja nalazi u vazduhu između provodika, a samo mali deo u relativno tankom izolacionom materijalu, ovi vodovi imaju vrlo male gubitke, naročito na nižim frekvencijama.

Sa porastom frekvencije, a posebno na UHF području, počinju da dominiraju negativni efekti i gubici postaju nesrazmerno veći.

Osnovna slabost tvin-lid kablova i simetričnih vodova uopšte, je njihova velika osetljivost na okolinu. Atmosferski uticaji, poput kiše, snega, leda i inja, na karakteristike kabla su ponekad nedozvoljeno veliki. Osim toga metalni predmeti u blizini kabla, kao što je antenski stub, oluk, metalni krov i drugo, mogu do te mere da pokvare karakteristike napojnog voda da je on praktično neupotrebljiv. Ovo se rešava tako što se koriste odstojnici koji vode kabl na rastojanju od nekih 20-30 cm od zida ili drugih objekata kako bi se izbegli svi nepovoljni uticaji okolnih objekata na kabl.

Osim toga tvin-lid kabl ili otvoreni vod ima tu jako lošu osobinu da mu plastika vremenom na suncu i mrazu ispuca i vlaga napada bakarne vodove tako da je već posle par godine bio potpuno neupotrebljiv.

Koaksijalni kabl

Nesimetrični kabl podrazumeva da je jedan njegov provodnik električno vezan za “masu” tj. zemlju.

Koaksijalni kabl, kao što mu i samo ime kaže, predstavlja takav kabl gde je oko jednog provodnika, postavljen drugi, ali tako da sa svih strana zatvara elektromagnetno polje, tj. nalazi se svuda oko njega. Na ovaj način je sprečeno da se elektromagnetno polje nalazi “izvan” kabla, kao što je to slučaj kod tvin-lida. Praktično je drugi provodnik u obliku cevi kroz koju se koaksijalno proteže prvi provodnik. Vezivanjem ovog drugog, spoljašnjeg provodnika na masu praktično smo onemogućili bilo kakve spoljne uticaje na elektromagnetni signal unutar kabla i time otklonili glavni nedostatak tvin-lid kablova. Zato je važno da spoljni provodnik koaksijalnog kabla ima dobru električnu “masu”.

Međutim ovakva konstrukcija kabla je “plaćena” znatno nižom karakterističnom impedansom kabla, obično 50-75 oma, većim gubicima u kablu i većom proizvodnom cenom.

Povećani gubici su posledica toga što se elektromagnetno polje u kablu nalazi u plastičnom izolatoru koji uvek ima veće gubitke od vazduha. Međutim u poslednje vreme se ovaj nedostatak ublažava proizvodnjom tzv. penastih izolatora, koji su, kao što im samo ime kaže, sastavljeni od plastike i mehurića vazduha u njoj. Proizvode se i kablovi sa rupicama, kanalima, spiralama, zvezdama ili drugim rešenjima u plastici, a sve u cilju povećanja zapremine vazduha u odnosu na zapreminu plastične mase u kablu.

Karakteristična impedansa koaksijalnog kabla, koja zavisi od dielektrika i geometrije, tj. odnosa dimenzija oba provodnika, takođe utiče na gubitke. Proporcionalno najmanje gubitke imaju kablovi od oko 77 oma. Upravo zato se u prijemnoj radio i TV tehnici koriste kablovi sa karakterističnom impedansom od 75 oma. Međutim, kada je u pitanju neko drugo svojstvo koaksijalnog kabla, onda izbor kakarakteristične impedanse može da bude i drugačiji. Na primer u profesionalnoj predajnoj i prijemnoj radio i TV tehnici koriste se kablovi karakteristične impedanse od 50 oma jer oni mogu da prenesu proporcionalno najveću VF snagu. Dok u nekim drugim aplikacijama koje rade sa vrlo visokim naponima koriste se kablovi od oko 30 oma jer oni imaju najveći probojni napon, tj. izdržavaju proporcionalno najveće VF napone.

Kvalitet koaksijalnog kabla definišu njegovi VF gubici, koji obično eksponencijalno rastu sa frekvencijom, tačnost impedanse, oklopljenost tj.  “VF prozračnost” spoljneg provodnika, mehaničke karakteristike kao što su otpornost na atmosferske uticaje, savitljivost itd. Specijalne vrste kablova mogu biti predviđene za ukopavanje u zemlju ili za vazdušno vođenje pomoću bandera. Prvi imaju dodatnu zaštitu od vlage i mehaničkih oštećenja a drugi i čeličnu noseću sajlu.

Kablovi koji se koriste u prijemnoj radio i TV tehnici su obično od penastog polietilena, impedanse 75, oma sa gubicima koji se kreću od oko 20-30 dB na 100 m dužine pri 800 MHz. Naravno ima i mnogo lošijih kablova čije slabljenje ide i do 40 dB na 100 m pri 800 MHz.

Zato pri kupovini kabla treba o ovome voditi računa!

Dve leve noge

Interesantno je da su gotovo sve jagi antene koje se danas koriste među radio-amaterima tako sagrađene da imaju izlaz za simetrično napajanje. Ovo je, ustvari, logična posledica činjenice da su osnovni elementi većine antena polutalasni rezonantni dipoli, koji su napajani simetrično u sredini, tj. u tački niske impedanse.

Sve pomenute mane simetričnog otvorenog voda (“tvin-lida”) i sve prednosti koje nudi upotreba koaksijalnog voda, pogotovo na UHF području, učinile su da je danas gotovo pravilo da se sve antene napajaju koaksijalnim kablovima.

Međutim, jednostavno spajanje nesimetričnog kabla na simetričnu antenu, za nju je isto kao za vas kada obujete dve leve cipele!

Sve dobre osobine antenskog sistema su ovim nepromišljenim zahvatom degradirane. Oslabljen signal, refleksije i prodiranje smetnji preko napojnog kabla su posledice “hoda sa dve leve noge”.

Takođe, nastavljanje i spajanje tvin-lid kabla na koaksijalni kabl se nikako ne preporučuje osim preko odgovarajućeg baluna, koji će izvršiti neophodno simetriranje i eventualnu potrebnu transformaciju impedanse.

Širokopojasni balun

Zato pravilno povezivanje zahteva i određeni dodatni elemenat - BALUN (skraćeno od engl. izraza: BALance to UNbalance) - za prelazak sa simetričnog na nesimetrično napajanje uz transformaciju impedanse u odnosu od 4:1. U ove svrhe može se iskoristiti više različitih načina prelaska sa jedne na drugu vrstu napajanja, zavisno od toga da li nam je potrebno da ovaj transformator bude frekvencijski širokopojasan ili ne.

Kada imamo potrebu za transformacijom u vrlo širokom opsegu frekvencija pribegava se korišćenju posebnih feritnih transformatora, koji uz nešto malo više sopstvenih gubitaka relativno uspešno obavljaju ovaj zadatak. Simetrično-asimetrični transformatori obično su tako proizvedeni da ujedno i vrše transformaciju impedanse u odnosu 4:1. Međutim ima i onih koji su predviđeni za rad u sistemima gde nije potrebno izvršiti transformaciju, tj. čiji je odnos transformacije 1:1, pa shodno potrebi, tj. odnosu impedanse koaksijalnog kabla i impedanse antene, treba izabrati odgovarajući.

Prilikom emitovanja sa ovakvim antenama treba voditi računa o maksimalnoj frekvenciji i snazi koju može da podnese upotrebljeni feritni transformator. Na VHF i UHF području retko se koriste ovakvi feritni baluni za predajne antene zbog povecanih gubitaka.

Uskopojasni balun

Za uskopojasnu upotrebu, znači kada nam nije neophodna velika frekvencijska širokopojasnost, koriste se transformatori koji su sagrađeni od odsečaka vodova koji obavljaju obe funkcije: i simetriranje napajanja i transformaciju impedanse. I ovde postoje tipovi transformatora sa i bez transformacije impedanse koji se koriste prema potrebi. U slučajevima kada je potrebna transformacija 4:1 koristi se tzv. “U” polutalasna petlja napravljena od koaksijalnog kabla, koja je vezana tako da na simetričnom priključku antene osigurava neophodan protivfazni stav napona.

Kada nije potrebna transformacija impedanse koristi se tzv. četvrt-talasna “bazuka” ili “rukav” oko napojnog voda koji obezbeđuje simetriranje napajanja antene. Naravno postoji još mnogo drugih načina da se izvrši neophodno simetriranje napajanja simetričnih antena nesimetričnim kablovima i svi se oni u pogodnim trenucima mogu sa manje ili više uspeha iskoristiti.