Og hvis det er mulig å bruke en tuner for å få en sender til å mate strøm i en kleshenger, hvorfor bekymrer vi oss for å lage resonansantenner i utgangspunktet?

Med et ord - effektivitet.

Tenk på at en full størrelse 40 meter, 1/2 bølgelengde dipol er omtrent 65 fot (19,8 meter) lang. En dipol som bare er 0,6 meter lang, vil ha en gevinst på bare 0,5 dB mindre enn 65 fot dipolen. Dette ville neppe være en merkbar forskjell i luften. Men problemet er at vi ikke kan gjøre antennesystemet effektivt nok til å innse det mindre 0,5 dB tapet. Systemets ineffektivitet resulterer ofte i betydelige tap sammenlignet med en dipol i full størrelse.

Men vi skal heller ikke være besatt av resonansantenner - det gjør liten forskjell med praktiske antenner hvis vi ordentlig håndterer deres ikke-resonante effekter . En 10/8 bølgedipol har nesten dobbelt forsterkningen av en 1/2 bølgedipol. Det er ikke resonant, men kan enkelt matches med en overføringslinje med et enkelt matchende nettverk. En Yagi-antenne er ikke resonant uten tillegg av et matchende nettverk. Tenk også på at mange resonansantenner uansett ikke er resonansfulle ved impedansen til matelinjen - for eksempel er et ideelt 1/4 bølgeformplan vertikalt resonant ved omtrent 34 ohm.

Her er noen typiske kilder til antennesystem ineffektivitet:

Strålingsmotstand mot resistente tap

Strålebestandighet er et ofte misforstått og misbrukt begrep. Strålingsmotstanden til en antenne er forårsaket av stråling fra elektromagnetiske bølger. For en ledig plass, 1/2 bølge, sentrert dipol med rimelig konstruksjon, er strålingsbestandigheten ~ 73 ohm. Eventuelle resistive tap (kraft som ikke utstråles) i antennen legger til denne strålingsmotstanden for å bidra til matepunktimpedansen. I tilfelle av denne dipolen vil det være en veldig liten mengde RF-motstand på grunn av ledningene som utgjør dipolen. Hvis vi bruker 14 gauge (1,45 mm) ledning for å konstruere antennen, vil RF-motstanden være ~ 2,7 ohm. Den totale matepunktimpedansen vil da være 75,7 ohm i dette eksemplet.

Effektiviteten til en antenne er gitt av formelen:

$ $ Effektivitet = \ left (\ frac {R_r} {R_r + R_l} \ høyre) $$

hvor R _r er strålingsmotstanden og R _l er de resistive tapene.

Så hvis vi bruker dette på vårt dipoleeksempel ovenfor, vil effektiviteten være 96,4%. Derimot vil den to fots dipolen ha en R på ca. 0,04 ohm og en komparativ R på 0,08 ohm, noe som resulterer i en effektivitet på 33%.

For å fullføre denne delen av effektivitetsbildet, bør du vurdere at:

$$ Gain = Directivity \ times Efficiency $$

En dipol i full størrelse har en direktivitet på 1,65. Multipliser dette ganger 96,4% effektiviteten til eksemplet ovenfor, og forsterkningen blir 1,59 (2,02 dBi). For den korte dipolen er retningsvirkningen 1,5. Multipliser dette ganger 33% effektiviteten til eksemplet ovenfor, og forsterkningen blir 0,5 (-3,01 dBi). Så vi har allerede en 5 dB forskjell mellom de to antennene, og det er fortsatt andre system tap som må tas i betraktning.

Matchende nettverk / tunere sterk >

I eksemplet på vår 1/2 bølgedipol er antennens matepunktimpedans ~ 75 ohm. Hvis vi prøver å kjøre dette med en 50 ohm kilde, kan det være lurt å ha en tuner eller et matchende nettverk som gjør transformasjonen mellom de to stort sett resistive impedansene. I dette tilfellet vil en velbygd tuner eller et matchende nettverk ha en effektivitet i området 80-95% (mindre enn 1 dB tap).

Når det gjelder vårt korte dipoleksempel, er situasjonen litt mer komplisert. Vi må både avbryte den kapasitive reaktansen til dipolen og matche den svært lave tilførselspunktimpedansen. Uten å gå gjennom arbeidskrevende beregninger av samsvarende nettverkseffektivitet, ville det ikke være urimelig å forvente mindre enn 10% effektivitet (>10 dB tap) fra det matchende nettverket. Dette betyr at minst 90% av den påførte kraften eller signalet vil gå tapt for varme i det matchende nettverket alene. Vårt korte dipol system har nå en gevinst på -13 dBi, som er mer enn 15 dB ned fra vårt dipoleeksempel i full størrelse. Dette tilsvarer å sammenligne signalstyrken til en 100 watt sender til en 3 watt sender.

Overføringslinjetap

Alle overføringslinjer fra den virkelige verden viser tap. Dette er i seg selv en reduksjon i effektiviteten. Spesifikasjonen for overføringslinjen viser tapet for overføringslinjen ved en gitt frekvens forutsatt at overføringsledningen er avsluttet i sin karakteristiske impedans. Når overføringslinjen ikke avsluttes med sin karakteristiske impedans, øker tapet av overføringslinjen (effektiviteten reduseres ytterligere).

Ved å plassere en tuner eller et matchende nettverk nær antennen for å gi en samsvar med karakteristisk impedans til overføringslinjen, kan de ekstra tapene på grunn av en misforhold i overføringslinjen unngås. Dette maksimerer effektiviteten til en gitt overføringslinje.

Det er en sekundær effekt når overføringslinjen ikke er koblet til en belastning som samsvarer med dens karakteristiske impedans - overføringsledningen vil ikke lenger vise sin karakteristiske impedans. En annen måte å si dette på er at det blir en impedansstransformator. For eksempel vil vår 75 ohm dipolimpedans i det tidlige eksemplet når den er koblet til 23 fot RG213 bli transformert til 34 ohm ved senderenden av overføringslinjen. De totale tapene i overføringsledningen vil være 0,119 dB, hvorav bare 0,009 dB skyldes feil samsvar. Et gratis program som TLDetails gjør raskt arbeid med disse beregningene:

I noen tilfeller er denne transformasjonen kan brukes til vår fordel ved å transformere antenneimpedansen til noe som er mer brukbart fra et systemeffektivitetsperspektiv. I andre tilfeller kan det forverre systemeffektiviteten. Men vurder denne transformerende effekten i lys av effektiviteten til senderen.

Sendereffekteffektivitet

Den endelige effektivitetsfaktoren som skal vurderes er utgangseffekten til senderen. De fleste amatørsendere er designet for å levere sin nominelle utgangseffekt når de er koblet til en resistiv belastning på 50 ohm. Ethvert avvik fra denne belastningen vil vanligvis føre til lavere utgangseffekt fra senderen. Dette tapet av senderens utgangseffekt reduserer effektivt effektiviteten til systemet.

For eksempel, en 100 watt, 50 ohm kildeimpedanssender som er koblet til 23 fot RG213 som avsluttes med vår 75 ohm dipol , vil gi 96 watt (hvis ingen beskyttelseskretser sparker inn). Dette er en utgangseffektivitet på 96% (et tap på 0,17 dB). Merk at dette er mest sannsynlig i dette eksemplet mer effektivt enn å bruke en antennemottaker på senderen for å matche senderimpedansen til feedlineimpedansen (selv om dette er en 1,5: 1 SWR).

SWR

SWR er basert på forholdet mellom overføringslinjens karakteristiske impedans og impedansen til belastningen på overføringsledningen. Når det gjelder et sendesystem, er belastningen vanligvis antennen. Når det gjelder et mottakersystem, er belastningen typisk mottakerinngangsimpedansen.

Siden vi allerede har behandlet forholdet mellom overføringslinjens karakteristiske impedans og lastimpedansen i den tidligere overføringslinjeseksjonen, trenger ikke å betrakte SWR som en annen kilde til ineffektivitet.

Min forståelse er at de kan nøytralisere ubalansen mellom induktiv og kapasitiv reaktans, slik at mottakeren kan koble mest mulig ut (eller inn) selv om en antenne kanskje ikke er resonans på en bestemt driftsfrekvens, siden total impedans (Z) består av tre deler, hvorav to er reaktans avhengig av frekvens: X (sub) L og X (sub) C, og R, strålingsmotstanden til hele systemet. Og senderne fungerer ikke så godt inn i en ikke-resistiv belastning.

Det er noen tilfeller, det er ikke et spørsmål om å koble kraft til lasten. For noen impedanser kan en mangelfull belastning muliggjøre at mer kraft kan kobles til lasten, men dette vil ødelegge senderen! Dermed er formålet med tuneren også å presentere en impedans til senderen som gjør at den kan arbeide innenfor grensene for maksimal strøm og spenning.

Strålingsmotstanden avhenger også av frekvens, og tuneren ikke ' ikke nødvendigvis bare avbryte reaktans. Tenk på et ekstremt eksempel: en 1-bølgelengde lang wire dipol har en strålingsmotstand rundt 4500 ohm og ingen reaktans. Det betyr ikke at det ikke er noe for tuneren å gjøre: tuneren må trappe ned impedansen til 50 ohm.

300 ohm stige linje til en dipol krever en 4: 1 balun til bringe impedansen ned til et område senderen kan håndtere, som vanligvis er 50-75 ohm, motstandsdyktig, for å holde senderne innenfor sine grenser.

Det er ikke den eneste måten å bruke 300- ohm stigen linje. Hvis den brukes i 1/2 bølgelengdemultipler av lengde, vil stigen ikke ha noen innvirkning på lastimpedansen sett av senderen. Nedstigningen av impedansen kan også oppnås med et nettverk av induktorer eller kondensatorer, enten faste eller variable som i en tuner.

Eller hvis antennen ikke var tilpasset for å starte, kan riktig lengde på 300 ohm stige linje føre til en matchet impedans på senderen. Å bruke kontrollerte lengder på matelinjen for å matche belastning kalles stub matching. Gitt muligheten til å velge transmisjonslinjens lengde og impedans, kan hvilken som helst belastning matches. Hvis overføringslinjeimpedansen ikke kan velges, kan enhver belastning matches med ikke mer enn to lengder på overføringslinjen.

det er saken om Q - målet for båndbredden for som antennen mest effektivt vil akseptere senderkraft og utstråle den. Min forståelse er at de beste resonansantennene har høy Q, noe som betyr en veldig smal båndbredde de er mest effektive for.

Antenntap reduserer Q, så for eksempel en vertikal med dårlig bakken. flyet vil ha lavere Q og bredere båndbredde. En dummy-belastning har Q på null og uendelig båndbredde.

Men tap er ikke den eneste faktoren. En vertikal forkortet med lastespole har en høyere Q enn en en full 1/4 bølgelengde lang, men den forkortede vertikale er generelt en dårligere antenne. En 1/2 bølgedipol laget av tykkere ledninger, eller laget av et bur av ledninger, eller tykkere som i en brettet dipol, har en lavere Q enn en laget av tynn tråd, og er likevel like effektiv.

Jeg har ofte brukt tunere når jeg bruker 80 meter dipoler på 75 meter telefonseksjonen i båndet, for å redusere angitt SWR.

Tunere kreves ofte på 80/75 meter på grunn av to faktorer:

• elektrisk forkortede antenner (for eksempel lastespoler) brukes ofte for å gjøre de ellers veldig store antennene håndterbare, og
• brøkbredden til dette båndet er veldig stor.

Hva er en antennetuner?

Det er et hvilket som helst nettverk av komponenter designet for å matche en impedans til en annen, med variable komponenter for å imøtekomme bruk ved en rekke frekvenser eller med en rekke antenner. Ofte er det et PI-nettverk:

^{simuler denne kretsen - Skjematisk opprettet ved hjelp av CircuitLab}

Hvis den er montert på senderen, innstiller den faktisk selve antennen?

Nei. Uten tvil, hvis den er montert ved antennen, justerer den heller ikke antennen, selv om en slik ordning kan unngå ytterligere tap i matelinjen på grunn av økt SWR.

Det kommer bare an på hvordan du definerer "antennen" . Når det gjelder senderen, er alt som betyr noe impedansen som vises på terminalene. Noen antenner kan sies å inneholde matelinjer, for eksempel de med stubbkamper, eller trinnvise matriser som bruker overføringslinjer for faseforsinkelse. Er disse overføringslinjene en del av "antennen"? Hva om en overføringslinje er en integrert del av antennen, for eksempel i en zepp, eller en gammakamp, ​​eller en brettet dipol?

Reduserer den SWR i matelinjen til en ikke -resonant antenne, for eksempel?

Ikke hvis den er montert på senderen.

Skal tuneren plasseres på antennen i stedet for på senderen i for å redusere SWR-tap (oppvarming) i matelinjen?

Bør tuneren plasseres i skuret slik at knottene kan justeres uten å gå ut? Svaret vil avhenge av individuelle forhold. Automatiske tunere er betydelig dyrere. Selv om du plasserer tuneren på antennen, reduserer tapet ikke i matelinjen, men tapene er kanskje ikke høye nok til å rettferdiggjøre kostnaden for en ekstern tuner. Se Hva er det faktiske tapet i en matelinje med høy SWR? Å redusere SWR på matelinjen reduserer også toppspenningen og strømmen på linjen og eventuelle komponenter langs den, for eksempel overspenningspresser, som kan bli en begrensende faktor når du opererer med høy effekt.

Og hvis det er mulig å bruke en tuner for å få en sender til å mate strøm inn i en kleshenger, hvorfor bekymrer vi oss for å lage resonansantenner i den første sted?

En kleshenger ved HF ville være en utfordrende antenne å matche, siden den ekstremt lille lengden i forhold til bølgelengden ville presentere en så ekstrem uoverensstemmelse at de fleste tunere ikke ville være i stand til å matche den .

Resonansantenner er bare en av mange mulige antennedesigner. Hvis du ikke krever tuner, reduseres kostnadene.

Enkelt sagt:

Hvis den er montert på senderen, innstiller den faktisk selve antennen?

Nei, det er ikke tuning av antennen. Det samsvarer bare med motstanden og reaktansen i tunerenden av matelinjen til senderen din.

Reduserer den SWR i feedline til en ikke-resonant antenne?

Nei, det endrer ikke VSWR på matelinjen.

Bør tuneren plasseres ved antennen i stedet for på senderen for å redusere SWR-tap (oppvarming) i matelinjen?

Ideelt sett ja. Imidlertid er det vanligvis ikke praktisk. Det er ofte bedre å bruke en feedline med lite tap.

300 ohm stigen linje til en dipol krever en 4: 1 balun for å bringe impedansen ned

Som noen ganger fungerer for ett (kanskje to) bånd, men ikke hvis du vil dekke 80-10.

Min forståelse er at de beste resonansantennene har høy Q, noe som betyr en veldig smal båndbredde som de er mest effektive.

Ikke nødvendigvis. En dipol med mindre Q og bredere båndbredde kan faktisk være veldig effektiv! En måte å gjøre dette på er å erstatte en enkelt ledning med et "bur", noe som øker den effektive diameteren til elementet (e) sterkt.

Selv om forskjellen ligger i svarene så langt, er det verdt å påpeke at innstilling og matching er to helt forskjellige ting.

For å si det åpenbare, sørger innstillingen for at antennen er resonant med ønsket frekvens, matching er å oppnå ønsket impedans som senderen og / eller mottakeren ser.

GJENTAKT ETTER MEG; THERES INGEN SÅDAN SOM EN ANTENNE TUNER. THERES INGEN SÅDAN SOM EN ANTENNE TUNER. ETIKETTET FORDAMMET, DET ER LIGGJØRING, ET TOMT TIL Å UTFØRE HAMFELLESSKAPET.

MEN HVA GJØR VI ??? LA OSS TUNE: KLokken 14.25MHZ ER DIN 1/2 Bølgedipol "innstilt" NÅR DU KUTTER DEN I LENGDEN 32.842 '

HVIS DU LIKER Å ARBEIDE CW NEDEN FOR BANDET, SE 14.05 MHZ, DIN DIPOLE VIL NÅ VÆRE 33,309 'OM 5 1/2 "LENGRE. OGSÅ PÅ 75 & 80 MTR BANDER: 3,975 MHz BEHOV 117,735'. - PÅ 3,6 MHz - 130 '. OM 12' LENGE.

DE VIL VÆRE TUNNET ANTENNER. INGEN TUNER GJØR DET. EN "BROOMSTICK" -TYPE MED DEN VARIABELLE LADDE PISPEN KOMMER NÆRLIG TIL I AT DU ENDRER ANTENNENS FYSISKE EGENSKAPER.

HVA ER? Denne fyren er nøtter du sier. Vel her er forskjellen du ikke bruker et tuner, du bruker et "matchende utstyr". MATCHER ANTENNEN - OG DETTE ER NØKKEL: SYSTEM - TIL RIGGEN. ALT DU GJØR, ER Å ENDRE DEN FORSKJELLIGE VERDIEN AV DET SYSTEMET (FEEDLINE, TRAPS, BALUNS, CHOKES ETC.) MELLOM TX OG RADIATING ELEMENT. HUS: THERES NO SU CH THING AS ANTENNA TUNER.

Så la oss matche.

HÅPFULLT JEG HAR IKKE LEIET U / DETALJER, MEN ETTER 58 ÅRS SOM SKINN, MÅTTE JEG LÆRE MANGE TING DEN HARDE MÅTE. MEST AV DETTE VAR FRA W1ICP LEW MCCOY.'73 RICH KF9F