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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Antenne oder Verstärker? Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / UKW-Antennen Dieses Material ist nützlich für diejenigen, die Geld ausgeben möchten, um die Kommunikationsqualität mit maximaler Effizienz zu verbessern.Es zeigt verschiedene Möglichkeiten auf, die für alle erforderlichen Dezibel zu erreichen, und bietet eine Schätzung der Kosten für deren Beschaffung. Nicht alle, aber viele Funkamateure stehen früher oder später vor dem Problem, die Kommunikationsqualität zu verbessern. In diesem Fall stellen sich viele Fragen, aber die wichtigsten sind in der Regel nur zwei: Kaufen Sie einen leistungsstarken Linearverstärker oder verbessern Sie das Antennensystem? Beide können in vielerlei Hinsicht als philosophisch eingestuft werden. Nun, wir werden versuchen, sie unter dem Gesichtspunkt der Materialkosten und der Ergonomie im Detail zu betrachten, d.h. - Verbesserung der Verbraucherqualitäten des Funksystems, und auf der Grundlage dieser Überlegungen werden wir versuchen, Ratschläge zu geben, die einige von Ihnen möglicherweise sogar zu verwenden versuchen. In den letzten Jahren gab es weltweit einen stetigen Trend, die Leistung von Sendern zu reduzieren, wo eine solche Möglichkeit besteht. Dies ist auf die Einführung einer neuen Richtung in der Entwicklung moderner Technologie zurückzuführen - Energieeinsparung, die es ermöglicht, ständig erschöpfte Mineralreserven zu sparen, die wiederum zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden, und die immer lauteren Aussagen der "grünen" über die Gefahren jeglicher Funkemissionen. Diese Tatsachen sind natürlich nicht ausschlaggebend für die Wahl eines Weges zur Verbesserung der Kommunikationseffizienz für Millionen von Funkamateuren auf der ganzen Welt. Sie (einschließlich uns) wollen immer weiter, weiter, stärker werden, auch wenn sie sich in Bleibademäntel kleiden müssen! Jemand braucht den ersten DXCC, jemand braucht 9V WAZ und so weiter bis ins Unendliche! Das Sammeln von Auszeichnungen, die uns selbst verherrlichen, wird für einige zum Lebensziel Nr. 1! Mit zunehmendem Alter wird dies zur Gewohnheit, und es ist nicht mehr möglich, damit aufzuhören. Wenn sich ein Funker von der Masse abheben möchte, kommt ihm als erstes in den Sinn, einen ungewöhnlich leistungsstarken Verstärker zu bauen. Bei eingehender Betrachtung des Problems weisen die Fakten jedoch darauf hin, dass der Einbau eines zu starken linearen Verstärkers zur Erhöhung des Pegels des ausgesendeten Signals bei weitem keine optimale Lösung darstellt.Einer dieser Fakten ist das Preis-Leistungs-Verhältnis des erzielten Ergebnisses. Nun, in unserem Land bleibt das Problem des Preises des Vergnügens vielleicht das Hauptproblem in dieser Angelegenheit. Bevor wir uns weiter mit dem Thema befassen, machen wir einen kleinen Exkurs für eine kurze Bekanntschaft mit einem bestimmten Gerät: dem sogenannten S-Meter, das jeweils zur Beurteilung der Signalstärke auf der S-Skala dient. Alle industriell hergestellten Transceiver sind mit einem solchen Gerät ausgestattet. Die Skala dieses Geräts ist nichtlinear und der Teilwert seiner Skala entspricht einer Signaländerung von 6 dB. Somit entspricht 1 Punkt 6 dB. Die Messwerte des S-Meters eines Transceivers können nicht als absolut genau und manchmal sogar als ungefähr angesehen werden (wir dürfen nicht vergessen, dass bei KB der Pegel des aus der Luft kommenden Signals überhaupt NICHT mit dem des empfangenen Signals verglichen werden kann Aufgrund der zufälligen Natur des Pfads vom Sender zum Empfänger ist dies im SSB-Modus noch schwieriger, da sich die Signalamplitude aufgrund von Änderungen im Sprachpegel des Bedieners ändert. Diese Angaben eignen sich nur zur qualitativen Analyse des Ausmaßes der Steigerung der Strahlungsleistung des Sendegeräts. Jetzt lasst uns etwas üben. Versuchen wir, die Ausgangsleistung des Senders schrittweise zu erhöhen, beobachten wir, wie sich die S-Meter-Werte am Empfänger Ihres Gesprächspartners ändern, und erstellen ein Diagramm, das die Kosten für den Kauf des entsprechenden Verstärkers widerspiegelt. Es ist bekannt, dass zur Erhöhung der Signalstärke auf der Empfangsseite um 3 dB die Leistung des Verstärkers der Sendestation ZWEIMAL erhöht werden muss! Beachten Sie, dass 3 dB nur der Hälfte einer Teilung der S-Meter-Skala entsprechen, d. h. genau ein halber Punkt! Um also die Signalstärke auf der Empfangsseite um nur einen Punkt auf der S-Meter-Skala zu erhöhen, ist es notwendig, die Sendeleistung um das VIERfache zu erhöhen! Mit solch einfacher Arithmetik können Sie den Grad der Erhöhung der Ausgangssignalleistung Ihres Korrespondenten basierend auf den Messwerten des S-Meters berechnen. Auf Abb. Abbildung 1 zeigt drei Skalen eines S-Meters mit Messwerten, die unterschiedlichen Leistungen des Verstärkers des Korrespondenten entsprechen, und veranschaulicht diese Regel.
Daher führt die Verwendung eines 1-kW-Verstärkers anstelle eines 100-Watt-Verstärkers zu einer Signalerhöhung am Empfänger Ihres Gesprächspartners um etwa 10 dB (1.5 S-Meter-Punkte), was für den Bediener sicherlich ein sehr auffälliges Ereignis ist, aber gleichmäßig ausfällt deutlicher, wenn man bedenkt, dass man für dieses Vergnügen etwa 1500 US-Dollar bezahlen muss. So viel kostet ein Kilowatt-Verstärker minderer Qualität. Der Kauf eines Verstärkers mit einer Leistung von 1,5 kW (nur 500 Watt stärker!) kostet bereits etwa 2500 US-Dollar (Beispiele finden Sie unten), und auf dem S-Meter sehen Sie einen Anstieg der Messwerte um 0.5 Punkte. Hier geht es um die durchschnittlichen Kosten industrieller KB-Verstärker für Amateurzwecke, mit Ausnahme von inländischen Kulibins und Geräten des Verteidigungsministeriums. Eine interessante Schlussfolgerung: In diesem Fall kostet der Unterschied zwischen 5-6 und 5-8 etwa 2500 US-Dollar. Die Kosten für Funkamateure, die diesen speziellen Weg zur Verbesserung ihrer Leistungen gewählt haben, beschränken sich jedoch nicht auf die Kosten eines Verstärkers. Beispiel: In Fällen, in denen der Verstärker keinen abstimmbaren Ausgangskreis hat, muss ein Antennentuner verwendet werden. Die Kosten für im Handel erhältliche Tuner, die für eine Leistung von 300 Watt ausgelegt sind, betragen durchschnittlich 500 US-Dollar. Und vergessen Sie natürlich nicht die Zahlung für Strom. Ein Verstärker mit einer Ausgangsleistung von 500 Watt zieht ca. 1000 Watt aus dem Netz. Dieser Anteil wird auch bei anderen Kapazitäten beibehalten. Beispielsweise verbraucht der von vielen geliebte GU-78 mit 4 kW in der Antenne etwa 8 kW aus dem Netzwerk. Und industrielle Breitbandsender wie „BRIG“ (1 kW), „FLAME“ (10 kW) und dergleichen arbeiten mit einem Wirkungsgrad von nur etwa 30 % – dann überlegen Sie selbst. Berücksichtigen Sie bei der Berechnung auch, dass dieses Gerät eine Störquelle für andere in Betrieb befindliche elektronische Geräte darstellt. Zuallererst - natürlich Fernsehen. Leistungsverstärker verursachen viele, gelinde gesagt, Unannehmlichkeiten für Fans endloser Fernsehserien, mit denen man, ob man will oder nicht, rechnen muss. Bei vielen Problemen im Zusammenhang mit TV-Interferenzen helfen verschiedene Arten von Filtern bei der Bewältigung. Sie kosten auch Geld. (Zuletzt hat die Saratower Firma REMO die Produktion einiger von ihnen gemeistert. Billiger und besser als importierte ...) Wenn sich die Station jedoch in einer ländlichen Gegend befindet, ist es aufgrund des Strommangels nicht einmal möglich, ein langes "ah-ah-ah-ah-ah-le, eins, zwei, drei ..." zu machen. . In hölzernen ländlichen Häusern und Häusern "neuer Russen" ist der Brandschutz eines der wichtigsten Probleme. Feuerlöscher und die Qualität der Verkabelung bereiten ständig Kopfschmerzen. Dadurch wird ein erheblicher Betrag auflaufen. Dies sind nur die wichtigsten Aspekte, die mit der Verwendung eines leistungsstarken Verstärkers verbunden sind. Und nun schauen wir uns eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Kommunikationsqualität genauer an: den Einsatz eines effizienten Antennensystems. Was Sie in diesem Fall beachten müssen: Die erste. Es muss Folgendes verstanden werden: Verstärker verstärken nur das Sendersignal und tragen im Gegensatz zu Antennen nicht zur Verbesserung des Empfangs bei. Zweite. Eine äußerst wichtige Eigenschaft einer Antenne ist die Fähigkeit, den Pegel eines Störsignals durch Ausnutzung ihrer Richteigenschaften zu reduzieren. Durch Drehen der Antenne ist es möglich, ihre optimale Ausrichtung zu erreichen, die dem Signalempfang höchster Qualität entspricht, d.h. Die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses ist der wichtigste Parameter in der Funkkommunikation. Die Kosten einer Antenne, die eine ähnliche Erhöhung des Sendesignalpegels ermöglicht, liegen um eine Größenordnung unter den Kosten eines leistungsstarken Verstärkers. Wie bereits erwähnt, erhöht sich die Leistung des Ausgangsverstärkers um 6 dB (nur 1 Punkt auf dem S-Meter Ihres Gesprächspartners), d. h. VIERmal ab etwa 100 W (die Leistung eines Standard-Transceivers), Kosten: QRO HF-1000 (600 W) -2690 $, Ameritron AL-80 V (850 W PEP) -1350 $, Ameritron 811 V (600 W PEP). ) – 1050 $, Command Technologies HF-1250 (800 W) – 3250 $ (Preise der Moskauer Unternehmen sind angegeben). Insbesondere wurden bei der Erstellung dieses Materials keine 400-Watt-Verstärker gefunden. Interessant ist, dass die gleiche Steigerung (ca. 6 dB) gegenüber dem bei den Menschen so beliebten „langen Draht“ von 84 Metern beispielsweise eine gewöhnliche 4-Element-Yagi-Antenne oder ähnliche Quadrate aufweist. Und der Einsatz seriöserer Antennen sorgt jeweils für noch mehr Gewinn. Die Kosten für solche Antennen inländischer Hersteller liegen je nach Reichweite und Komplexitätsgrad der Antenne selbst zwischen 100 und 400 US-Dollar. Wir geben sehr durchschnittliche Preise an, aber auch diese sprechen eine beredte Sprache. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass eine horizontal polarisierte Antenne über dem Boden einen um etwa 5-6 dB höheren Gewinn hat als im freien Raum (der genaue Wert hängt von den Parametern des Bodens ab). Dieser Faktor muss bei der Betrachtung der Effizienz von Verstärkern und Antennen berücksichtigt werden. Eine Leistungssteigerung von 1 kW auf 4 kW (wieder nur 1 Punkt auf dem S-Meter!) kostet Sie bereits 4-9 US-Dollar: (QRO 3 KDX (2.8 kW), Henry 3 k ULTRA (ZkW), HF -2500E (2.5 kW)). Eine visuelle Veranschaulichung davon ist in Abb. 2 gezeigt. XNUMX.
Auf der horizontalen Achse sind die Gewinnwerte von Antennen, die sich in einer Höhe von 22 Metern über der realen Erde befinden, ausgedrückt in dBi (Details zum Gewinn finden Sie auf Seite 4 des Katalogs „BREEZE Winter 2001“). Hier werden auch die Werte der Signalleistung aufgetragen, die die Antenne ausstrahlt, sofern die Ausgangsleistung des Senders (Transceiver) 100 Watt beträgt. In diesem Fall wird dieser Wert als Koordinatenursprung verwendet. Gewinn und Leistung werden auf derselben Achse aufgetragen, sodass der Unterschied in den Signalverstärkungskosten zwischen Verstärkern und Antennen visualisiert werden kann. Auf der vertikalen Achse ist der Preis markiert, den Sie für alles zahlen müssen, was auf der horizontalen Achse aufgetragen ist. Die Grafiken zeigen Daten für 7-, 14-, 21- und 28-MHz-Antennen und einen Stapel aus zwei 14-MHz-Antennen. So zeigen die Grafiken, wie hoch heute der durchschnittliche Moskauer Preis für die von bestimmten Antennen empfangene Verstärkung ist. Die Abbildung zeigt beispielsweise, dass eine 14-MHz-Antenne mit einem Gewinn von 16 dBi (5 YAGI-Elemente) für 750 US-Dollar erworben werden kann. Punkte markieren Leistungsverstärker, die heute in Moskauer Unternehmen erworben werden können. Gleichzeitig befinden sich die Verstärker in Bezug auf die Antennen in einer günstigeren Position, da die Werte der in die Luft abgestrahlten Leistung dem Betrieb des Verstärkers an einem Halbwellendipol in einer Höhe von 22 entsprechen m. Nehmen Sie zum Beispiel den Verstärker ALPHA-87 A. Bei 100 Watt am Eingang beträgt seine Ausgangsleistung 1.5 kW, was einer Verstärkung von etwa 12 dB (15-fach) entspricht. Wenn dieser Verstärker an einen isotropen Strahler angeschlossen wäre , dann würden wir ihn in unserer Zeichnung auf der vertikalen Achse eintragen, was einem Wert von 12 dB entspricht. In unserem Fall werden jedoch alle Verstärker von einem Halbwellendipol angetrieben, sodass wir 2.15 dB (den Verstärkungsunterschied zwischen dem isotropen Strahler und dem Dipol) und etwa 5 dB Bodeneffekt hinzufügen müssen. Insgesamt - fast 19 dB, was in der Abbildung dargestellt ist. Verstärkt man ein Signal mit einer Leistung von 100 Watt um 19 dB, erhält man knapp 8000 Watt. Den gleichen Gewinn von 19 dBi (also bezogen auf einen isotropen Strahler) hat ein Stapel von nur zwei Antennen. Bemerkenswert ist, dass sich der Preis für die gleiche Verstärkung um fast das Sechsfache unterscheidet! Noch aufschlussreicher sind die Kosten für den gleichen Gewinn für Verstärker und Antennen. Denken Sie daran, dass eine Leistungssteigerung um 6 dB (z. B. von QRO-3 auf QRO-1000) fast 2500 US-Dollar kosten wird, während die gleiche Leistungssteigerung um 2000 dB für große 3-MHz-Antennen nur 7 bis 300 US-Dollar kostet. Die Abbildung zeigt keine leistungsstärkeren industriell hergestellten Verstärker, da ihr Preis die auf der vertikalen Achse angegebenen Werte übersteigt und aus diesem Grund für Einheiten einheimischer Funkamateure verfügbar ist, sodass ihr Erscheinen in Russland als Ausnahme angesehen werden kann. Gleichzeitig sollten Sie sich nicht schämen, dass wir Einbandantennen mit Verstärkern vergleichen, die auf allen Bändern arbeiten, denn wenn Sie eine Antenne nur für ein Band haben, können Sie beim Kauf eines Verstärkers " verstärken" alle Restbänder, an denen Sie nicht arbeiten können. Die Grafik zeigt, wie viel Sie sparen können, wenn Sie die richtige Antenne installieren, während Sie auf dem S-Meter Ihres Gesprächspartners dasselbe Ergebnis erhalten. Unter anderem haben Sie die Möglichkeit, durch die Erstellung von Antennenstacks die Leistung des Antennensystems stufenlos zu verbessern. Wenn Sie nur zwei Antennen richtig zu einem Stapel kombinieren, können Sie den Empfang (im besten Fall) sofort um das Doppelte verbessern, d. h. um 3 dB. In der Praxis erweist sich alles als viel mysteriöser: Durch gegenseitiges Umschalten der Stapelantennen und ihrer Leistungsphasen in verschiedenen Kombinationen (das tun jetzt winzige Geräte!) kann man das Richtmuster in der vertikalen Ebene des gesamten Antennensystems nach Belieben ändern derzeit die am besten geeignete Option. In unserem Land gibt es nur sehr wenige solcher Antennen auf Kurzwelle, und es gab nur wenige UKW-Spieler, die solche Antennen verwendeten, und es werden immer weniger. Aber die Vorteile eines solchen Antennensystemdesigns sind weltweit schon seit langem bekannt. Was sich zum Beispiel lohnt, ist der OH8OS-Stack, bestehend aus 6 Antennen mit 6 Elementen für eine Reichweite von 20 Metern (drei Stockwerke à 2), auf einem 60 Meter hohen und 1.5 Tonnen schweren Mast, der einen Gewinn von etwa 25 dBi hat ! Mit anderen Worten: Dies entspricht dem Anschluss eines 100-Kilowatt-Verstärkers an einen 30-Watt-Transceiver! Oder die W5UN-Antenne – der wichtigste „Mond“ des Planeten. Sein Design besteht aus 32 17-Element-Antennen. Die Strahlbreite in der E-Ebene beträgt nur 3.7° und der Gewinn beträgt 32 dBi (1585-fache Leistung)! Ein solches Design dreht sich mit zwei Lastwagen und es dauert etwa 7 Minuten, um eine vollständige Drehung durchzuführen! Die Strukturen KS1XX, NCOP, W3LPL, W6KPC sind fantastische Strukturen! Natürlich sind diese überwältigenden Antennendesigns für die meisten gewöhnlichen Funkamateure unzugänglich, aber einfachere Designs, die aus 2 Etagen moderner Multibandantennen bestehen, sind für viele in der Macht. Es ist wichtig zu berücksichtigen, dass mit zunehmender Leistung des Ausgangsverstärkers dessen Preis exponentiell steigt und die Verbesserung der Antennenparameter (selbst unter Berücksichtigung der Kosten des Mast-Reduzierer-Sets) viel geringer ausfällt Aufwand und Kosten. Somit ist die Modernisierung des Antennensystems der optimalste Weg, um die Effizienz des gesamten Funksystems zu steigern, wodurch nicht nur die Qualität der Funkkommunikation erheblich verbessert, sondern auch die Materialkosten minimiert werden können. Durch die Verbesserung der Parameter der Antenne können Sie auch alle oben beschriebenen Nachteile beseitigen, die mit der Verwendung eines leistungsstarken linearen Hochfrequenzsignalverstärkers verbunden sind. Unserer Meinung nach ist es möglich, 5 bedingte Kategorien für die Ausstattung von Amateurstationen zu benennen, bei denen der Übergang zu jeder nachfolgenden unter Beibehaltung früherer Errungenschaften einen echten qualitativen Sprung in den Arbeitsergebnissen spüren lässt. erste Die Initiale wird durch das folgende Set bestimmt: - 100 Watt und eine Langdraht- oder Multiband-Peitschenantenne. Die zweite: Verwenden Sie einen Verstärker mit einer Ausgangsleistung von etwa 1 kW. Dritte: Installieren Sie eine drehbare Richtantenne. Viertens: Ausgangsleistung auf 3-4 kW erhöhen. Und der Letzte fünfte: Antennenstapel installieren. In dieser Phase können Sie sich entspannen und bis zur Rente (oder währenddessen!) sorglos in der Luft arbeiten. Ihr Erfolg ist garantiert! Die endgültige Entscheidung, wie Sie die Effizienz Ihrer Anlage verbessern können, liegt immer bei Ihnen. Wichtige Information: Auf dem Territorium Russlands ist in Lizenzen der ersten (höchsten!) Kategorie für KB (außer 160 m) eine Ausgangsleistung von 200 Watt zulässig! Wir empfehlen, das für die zweite und vierte Kategorie vorgesehene Geld direkt an die fünfte (Hallo!) zu leiten. Am Ende des Artikels stellen wir eine nützliche Tabelle zur Verfügung. Nach sorgfältigem Studium kann man interessante Schlussfolgerungen ziehen, wie zum Beispiel: Wie oft (ungefähr) hat Ihr Gesprächspartner die Ausgangsleistung seines RA erhöht, als Ihr S-Meter einen Unterschied von 4 Punkten anzeigte (4 Punkte sind 24 dB oder 250 Mal). an der Macht ...), obwohl er Ihnen versichert, dass er einen ZhGU-50 hat. Oder wie oft Ihr Signal „verstärkt“ wird, wenn Sie eine Antenne mit einem Gewinn von 5 dBd anstelle eines „langen Drahts“ anschließen (5 dB = 3.1-fache Leistung).
Autoren: A. Dubinin (RZ3GE), A. Kalashnikov (RW3AMC); Veröffentlichung: krasnodar.online.ru/hamradio
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