Propagacja fal radiowych

Fale radiowe rozchodza sie po liniach prostych, podobnie jak swiatlo i inne fale elektromagnetyczne. Propagacja miedzy dwoma punktami mozliwa jest zatem przy zachowaniu widocznosci miedzy nimi. Ogranicza to zasieg komunikacji radiowej praktycznie do odleglosci horyzontu. Zasieg mozna poprawic poprzez zwiekszanie wysokosci umieszczenia anteny.

Istnieje równiez caly szereg sposobów umozliwiajacych odbiór sygnalów z miejsc polozonych daleko za horyzontem.

Oto kilka przykladów dróg rozchodzenia sie fal radiowych:
--Sygnaly radiowe moga sie odbijac od warstwy zjonizowanej (jonosfery), która tworzy sie w atmosferze na róznych wysokosciach od powierzchni Ziemi. W ciagu dnia aktywna jest warstwa polozona najnizej. W zasadzie tlumi ona fale o czestotliwosciach ponizej 3 MHz i nie odbija ich. Fale o wyzszych czestotliwosciach przechodza do warstw polozonych wyzej, które sa silniej zjonizowane i funkcjonuja jak zwierciadla. Dlatego wlasnie lacza krótkofalowe funkcjonuja skuteczniej w ciagu dnia. Powyzej pewnej czestotliwosci fale nie sa juz odbijane tylko przenikaja w kosmos. Najwyzsza z przydatnych jeszcze czestotliwosci okreslana jest jako MUF (Maximum Usable Frequency). Zmienia sie ona nie tylko w ciagu dnia, ale tez bywa rózna w poszczególnych kierunkach w róznych porach roku. Jest ona przede wszystkim zalezna od ilosci plam na Sloncu, która osiaga swoje maksimum co 11 lat. Wtedy wlasnie MUF osiaga wartosc najwieksza. Sporadycznie wystepuje tzw. warstwa E umozliwiajaca przenoszenie równiez fal o czestotliwosciach VHF na duze odleglosci. Najczesciej zdarza sie to w ciagu lata.

--Scatter (rozproszenie) zwane tez rozchodzeniem sie frontowym oznacza, ze sygnal rozprasza sie z powodu nierównomiernosci warstw atmosfery tak, ze pewna czesc sygnalu skierowuje sie w kierunku Ziemi i moze byc odebrana, mimo bardzo malego natezenia. Rozproszenie zwykle odbywa sie w troposferze i dotyczy fal VHF i UHF, co umozliwia polaczenia na duze odleglosci. Wymaga to jednak duzych mocy nadawania i anten o wysokim zysku.

--Polaczenie "meteorytowe" moze powstac za posrednictwem warstw powstalych podczas silnej jonizacji towarzyszacej unicestwianiu grup meteorów podczas ich przechodzenia przez atmosfere. Warstwy te stanowia doskonaly reflektor i tlumia odbite sygnaly w malym stopniu. Polaczenia takie wystepuja jednak tylko w ciagu jednej lub kilku sekund, co mozna jednak skompensowac wysylaniem telegramów o wysokiej predkosci, np. 1000 znaków/s. Technika ta stosowana jest w lacznosci radioamatorskiej i w wojsku.

--Zorza polarna, Aurora Borealis, jest zwiazana z powstawaniem silnie zjonizowanych warstw. Radio-amator mieszkajacy w srodkowej Szwecji moze skierowac antene w kierunku pólnocnym, w kierunku zjonizowanej atmosfery i w ten sposób osiagnac polaczenie z miejscowosciami polozonymi na poludniu. Ze wzgledu jednak na poruszanie sie warstw zjonizowanych, przesylany sygnal bedzie zmienial czestotliwosc z powodu zjawiska Dopplera. Sygnal taki bedzie silnie modulowany szumem o niskiej czestotliwosci.

Na niemodulowane sygnaly telegraficzne nalozony zostanie zaklócajacy sygnal o pewnym tonie, a modulowane mowa sygnaly, np. SSB zostana silnie znieksztalcone. Odbierane ta droga sygnaly radiowe sa czesto silne mimo sredniej mocy nadajnika. Ze wzgledu na to, ze obszar zjonizowany moze byc bardzo duzy, zaleta bedzie mozliwosc uzywania anten o wzglednie szerokim kacie odbioru, czyli anten o slabym zysku.

--Odbicie ksiezycowe - jak to wynika z nazwy, jako reflektor fal radiowych wykorzystywana jest powierzchnia Ksiezyca. Technika ta wymaga anten o duzym zysku, wysokiej mocy nadajnika i bardzo czulych odbiorników (o niskich szumach i waskim pasmie).

--Satelity. Istnieje wiele satelitów mozliwych do wykorzysty- wania przez radioamatorów. Przy ich pomocy mozna przenosic sygnaly o malej mocy na duze odleglosci. Zazwyczaj stosuje sie tu czestotliwosci z pasm VHF/UHF lub SHF.


ANTENY

Antena moze byc uzywana zarówno do nadawania jak i odbioru sygnalu. Wzmocnienie anteny jest takie samo w obu wypadkach. Antena jest elementem biernym i efekt wzmocnienia osiaga sie wylacznie poprzez jej kierunkowosc. Odbierany lub nadawany sygnal koncentruje sie w waskim wycinku (listku). Im jest on wezszy, tym wyzsze bedzie wzmocnienie. Poniewaz wzmocnienie nie jest tu aktywne, mówi sie o "zysku antenowym". Zysk antenowy podawany jest w dB, w odniesieniu do anteny z pojedynczym dipolem.

O ile antena zostaje zoptymalizowana w celu uzyskania mozliwie waskiego listka glównego, czyli maksymalnego zysku, pojawiaja sie czesto listki boczne w kierunku wstecznym. Ma to mniejsze znaczenie dla anten nadawczych. Dla odbioru w pasmach VHF i UHF szuka sie mozliwie wysokiego zysku anteny i boczne listki odgrywaja równiez niewielka role. Przy odbiorze w pasmie fal krótkich, kiedy nadajniki pracuja na zblizonych czestotliwosciach, istotnym jest osiagniecie maksymalnie duzego odstepu pomiedzy poziomami sygnalu pozadanego i zaklócajacego. W takim wypadku bedzie nawet pozadane uzywanie anteny o mniejszej sprawnosci w glównym kierunku, ale która jest zoptymalizowana pod katem mozliwie malych listków bocznych. Wieksza liczba elementów i dlugosc anteny przyczyniaja sie do zwiekszenia jej zysku - na przyklad w stosowanych w technice telewizyjnej antenach typu Yagi. Zmniejsza sie przez to kat rozwartosci charakterystyki nie tylko w kierunku poziomym, ale równiez pionowym. W radiokomunikacji czesto zachodzi potrzeba "siegniecia" poza horyzont, i przy antenach o duzym zysku (waskiej charakterystyce) oprócz precyzyjnego ustawienia w plaszczyznie poziomej moze okazac sie potrzebne dobranie odpowiedniej wartosci kata elewacji, tj. ustawienia w kierunku pionowym.

W celu uzyskania najwiekszej mocy z nadajnika, wzglednie proporcji sygnalu do szumu w odbiorniku, nalezy dopasowac impedancje anteny tak, aby mozna bylo przeniesc mozliwie duza czesc mocy. Niedopasowanie prowadzi do odbic i powstawania tzw. fal stojacych.


ANTENY SZEROKOPASMOWE
Anteny odbiorcze w pasmie 0,3 - 3 MHz moga byc wykonane z drutu w ksztalcie L lub T lub tez jako odcinek drut przeciagniety do jakiegos wyzszego punktu. Drut taki moze miec dlugosc od kilku do 30-40 metrów. Wazne jest równiez dobre uziemienie odbiornika.

Anteny odbiorcze dla 3 - 30 MHz moga byc zrobione z drutu o dlugosci 5-10 m mozna równiez uzywac znacznie dluzszych drutów bez obawy, ze powstale fale stojace zmniejsza sprawnosc anteny.

Antena aktywna moze byc rozwiazaniem w wypadku niemoznosci rozpiecia dluzszego drutu. Antena taka sklada sie z krótkiego odcinka drutu o bardzo wysokiej impedancji pojemnosciowej. Jest on podlaczony do ukladu aktywnego, który daje przeksztalcenie impedancji na 50 W oraz ewentualne wzmocnienie sygnalu.


ANTENY DOSTROJONE
Anteny dla radioamatorów sa dostrojone do jednego lub wiecej pasm w celu dopasowania do nadajnika lub odbiornika.

Dipol pólfalowy jest doskonala antena. Jego dlugosc obliczamy ze wzoru:

L(m)=300x0,95(2xf) (MHz)

Wspólczynnik 0,95 wynika ze wzgledu na fakt, iz predkosc propagacji fali w miedzi jest nizsza niz predkosc swiatla w prózni 300.000.000 m/s.

Dipol pólfalowy ma impedancje okolo 70ohm i dlatego jako kabla doprowadzajacego uzywac nalezy kabla koncentrycznego o impedancji 75ohm. Dipol posiada ósemkowa charakterystyke promieniowania, czyli ma dwa szerokie listki skierowane prostopadle do kierunku anteny z minimum w kierunku preta antenowego.

W krótkofalarstwie dazy sie do uzyskania lepszych wlasnosci kierunkowych w celu zmniejszenia zaklócen. W radiokomunikacji na falach VHF i UHF na duzych odleglosciach niezbedne sa anteny o wysokim zysku. Mozna wówczas polaczyc kilka anten Yagi obok siebie i pietrowo nad soba w celu podniesienia zysku. Kazde podwojenie ilosci anten daje wzrost zysku o 3 dB.

Anteny dla radia CB sa wylacznie antenami o charakterystyce dookólnej i montowane pionowo. Poprzez umieszczenie anteny na wiekszej wysokosci mozna poprawic jej zasieg.

Doprowadzenie do anten stanowi zazwyczaj kabel koncentryczny o impedancji 50ohm. Nalezy brac pod uwage straty ze wzrostem dlugosci kabla i czestotliwosci pracy.

Jesli tlumienie w kablu wynosi np. 3 dB, oznacza to, ze moc nadawania w antenie zmniejszona zostnie o polowe, np.ze 100W na 50W. Oznacza to równiez zmniejszenie czulosci odbioru, poniewaz poziom sygnalu zblizy sie do poziomu szumów odbiornika o 3 dB. Przy kazdym tlumieniu o 3 dB, moc zmniejsza sie o polowe. W powyzszym przykladzie moc zmniejsza sie do 25 W przy tlumieniu o 6 dB, do 12,5 W przy tlumieniu o 9 dB itd.

Piorunochrony - niezbedne jest polaczenie masztu antenowego grubym przewodem miedzianym do dobrego uziemienia, np. do preta stalowego zakopanego na glebokosci 1,5-2 m pod powierzchnia ziemi. Pomiedzy odbiornikiem i antena nalezy równiez stosowac ochronniki przepieciowe.

Ostrzezenie. Nie uzywaj silikonu jako zabezpieczenia przed korozja anten, poniewaz posiada on wlasciwosci izolujace.

Pasma radiofoniczne i telewizyjne
Zakres czestotliwosci wykorzystywanych w radifonii i telewizji podzielony jest na 5 pasm czestotliwosci, podzielonych z kolei na pewna liczbe kanalów. Ze wzgledów technicznych trudno jest wyprodukowac jedna antene o duzej sprawnosci w calym tym zakresie czestotliwosci. Istnieja tzw. anteny kombinowane, ale sa one wynikiem daleko idacego kompromisu i funkcjonuja wlasciwie tylko w poblizu nadajnika telewizyjnego. W takim przypadku wystepuja tez problemy z odbiciami, szczególnie przy programie TV1.

Zestawianie anten
Przy montowaniu dwóch lub wiecej anten (np. anten VHF i UHF) w niewielkiej odleglosci od siebie, ich charakterystyki promieniowania beda sie nakladac. Wlasciwa odleglosc przy zestawianiu takich anten zalezy od ich dlugosci i kata rozwarcia charakterystyk. W sposób bardzo przyblizony mozna przyjac, ze odleglosc ta ma stanowic 2/3 dlugosci anteny. Bardziej dokladna, lecz ciagle przyblizona wartosc dla dlugich anten mozna obliczyc ze wzoru:

Odleglosc = (dlugosc fali / 2 x sin (kat rozwarcia / 2)) x 0,8

gdzie 0,8 jest wspólczynnikiem ksztaltu anteny, podawany przez producenta.

Wzmacniacz antenowy
Jesli masz slaby odbiór, nie wierz, ze wzmacniacz antenowy jest jedynym i najlepszym rozwiazaniem, poniewaz wzmacniacz ten, niezaleznie od jego jakosci, nie moze przetworzyc zlego sygnalu na sygnal dobry, tylko najczesciej kompensuje straty powstale w kablu pomiedzy antena i odbiornikiem TV. W wypadku montazu wiekszej ilosci gniazdek antenowych niezbedny bedzie wzmacniacz antenowy. Zacznij od kontroli stanu swoich anten i stwierdz, czy sa one kompletne i nie sa skorodowane. O ile masz antene kombinowana wymien ja na oddzielne anteny dla poszczególnych pasm TV. O ile niezbedy jest wzmacniacz antenowy, powinien on byc umieszczony mozliwie najblizej anteny (na zewnatrz budynku).


(((:Mod Forum Elektronika:)))