Антенна или усилитель? Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны УКВ

 Комментарии к статье

Этот материал полезен для тех, кто хотел бы потратить деньги для улучшения качества связи с максимальной эффективностью, В нем рассмотрены различные способы достижения так необходимых всем децибел и приведена оценка затрат для их получения.

Не все, но многие радиолюбители, рано или поздно сталкиваются с проблемой улучшения качества связи. Вопросов при этом возникает много, но основных, как правило, всего два: покупать мощный линейный усилитель или улучшать антенную систему? И тот и другой во многом можно отнести к разряду философских. Ну а мы попробуем подробно рассмотреть их с точки зрения материальных затрат и эргономики, т.е. - улучшения потребительских качеств радиосистемы и, на основе этих размышлений попытаемся дать советы, которыми некоторые из вас смогут даже попытаться воспользоваться.

В последние годы в мире наблюдается устойчивая тенденция к уменьшению мощности передатчиков там, где такая возможность существует. Это обусловлено внедрением нового направления развития современной техники - энергосбережения, позволяющего экономить постоянно истощающиеся запасы полезных ископаемых, которые в свою очередь, используются для производства электрической энергии, и все более громкими заявлениями "зеленых" о вреде любого радиоизлучения. Эти факты, естественно, не являются определяющими при выборе способа улучшения эффективности связи для миллионов радиолюбителей во всем мире. Им (в т.ч. нам) все время хочется дальше-больше-мощнее, даже если при этом придется одеться в свинцовые халаты! Кому-то нужен первый DXCC, кому-то 9В WAZ, и так до бесконечности! Накопление наград, прославляющих нас самих, для некоторых становится целью жизни №1! С возрастом это превращается в привычку, и остановиться уже невозможно.

Первое, что радисту приходит в голову при желании выделиться среди остальных - это изготовить необыкновенно мощный усилитель. Однако при детальном рассмотрении задачи факты указывают на то, что установка излишне мощного линейного усилителя для увеличения уровня излучаемого сигнала является далеко не оптимальным решением.. Одним из таких фактов является соотношение цена/качество достигнутого результата. Ну а в нашей стране проблема цены удовольствия пока остается в этом вопросе, пожалуй, главной.

Перед дальнейшим рассмотрением вопроса сделаем небольшое отступление для краткого ознакомления с неким прибором: т.н.- S-метром, предназначенным для оценки силы сигнала по S-шкале соответственно. Таким прибором снабжены все промышленно выпускающиеся трансиверы. Шкала этого прибора является нелинейной, а цена деления его шкалы соответствует изменению сигнала на 6 дБ. Таким образом, 1 балл соответствует 6 дБ. Показания S-метра любого трансивера нельзя рассматривать как абсолютно точные и, порой, даже как приблизительные (нельзя забывать, что на KB уровень сигнала приходящего из эфира вообще НЕЛЬЗЯ сравнивать с пришедшим РАНЕЕ из-за случайного характера его пути от излучателя к приемнику, еще сложнее это сделать в режиме SSB, т.к. амплитуда сигнала меняется из за изменения уровня голоса оператора). Эти показания годятся лишь для проведения качественного анализа степени увеличения излучаемой мощности передающего устройства.

Теперь проведем некое практическое занятие. Попробуем постепенно увеличивать выходную мощность передатчика и наблюдать насколько изменяются показания S-метра на приемнике вашего корреспондента и построим график, в котором отражаются затраты на приобретение соответствующего усилителя. Известно, что для увеличения силы сигнала на принимающей стороне на 3 дБ необходимо увеличить мощность усилителя передающей станции В ДВА РАЗА! Заметим, что 3 дБ соответствуют только половине одного деления шкалы S-метра, т.е. ровно пол-балла!

Соответственно, для увеличения силы сигнала на принимающей стороне всего на один балл по шкале S-метра необходимо увеличить мощность передатчика уже в ЧЕТЫРЕ раза! Используя такую нехитрую арифметику можно подсчитать степень увеличения мощности выходного сигнала вашего корреспондента исходя из показаний S-метра. На рис. 1 показаны три шкалы S-метра с показаниями, соответствующими различным мощностям усилителя корреспондента иллюстрирующими это правило.

Таким образом, применение усилителя мощностью 1 кВт вместо 100-ваттного вызовет увеличение сигнала на приемнике вашего корреспондента примерно на 10 дБ (1.5 балла по S-метру), что, безусловно, является весьма заметным событием для оператора, но становится еще более заметным, когда понимаешь, что платить за это удовольствие приходится около 1500$. Именно столько стоит киловаттный усилитель невысокого качества. Покупка усилителя мощностью 1,5 кВт (всего на 500 Вт мощнее!) обойдется уже в сумму около 2500 $ (примеры приведены ниже), а на S-метре вы увидите увеличение показаний на 0.5 балла. Здесь речь идет о средней стоимости промышленных KB усилителей для любительских целей, исключая поделки отечественных кулибиных и устройства Министерства обороны.

Интересный вывод: в этом случае разница между 5-6 и 5-8 будет стоить около 2500$. Однако затраты радиолюбителей, выбравших именно этот путь для улучшения своих достижений, не ограничиваются затратами на усилитель. Например: в случаях, когда усилитель не имеет выходного перестраиваемого контура, необходимо использовать антенный тюнер. Стоимость выпускающихся промышленностью тюнеров, рассчитанных на мощность 300 Вт, составляет в среднем 500$. Ну и, конечно, не стоит забывать о плате за электроэнергию. Усилитель, выходная мощность которого составляет 500 Вт, потребляет примерно 1000 Вт из сети. Такая пропорция сохраняется и при других мощностях. Например, любимая многими ГУ-78 при 4 кВт в антенне потребляет из сети уже около 8 кВт. А промышленные широкополосные передатчики типа "БРИГ" (1кВт), "ПЛАМЯ" (10 кВт) и подобные им, работают с КПД всего около 30% - дальше считайте сами. При подсчетах учтите также и то, что эта аппаратура является источником помех другим работающим электронным устройствам. В первую очередь - конечно, телевидению. Усилители мощности создают много, мягко говоря, неудобств для любителей бесконечных телесериалов, с которыми хочешь не хочешь - приходится считаться. С многими проблемами, связанными с помехами телевидению помогут справиться разного рода фильтры. Они тоже стоят денег. (Совсем недавно выпуск некоторых их них освоен саратовской компанией REMO. Дешевле и лучше, чем импортные...)

Но, если станция находится в сельской местности, то нехватка электроэнергии вообще не даст сделать даже длинного "а-а-а-а-а-ле, раз, два, три...". В деревянных сельских домах и домах "новых русских" одна из важнейших проблем - пожаробезопасность. Огнетушители и качество проводки станут постоянной головной болью. В итоге набежит немалая сумма. Это только основные аспекты, связанные с использованием мощного усилителя.

А сейчас рассмотрим подробнее иную возможность улучшения качества связи: использование эффективной антенной системы. На что необходимо обратить внимание в этом случае:

Первое. Необходимо понимать, что:

усилители усиливают только сигнал передатчика и, в отличие от антенн, ничего не делают для улучшения приема.

Второе. Крайне важным свойством антенны является возможность уменьшать уровень мешающего сигнала за счет использования ее направленных свойств. Вращая антенну, можно добиваться оптимального ее направления, соответствующего наиболее качественному приему сигнала, т.е. улучшать отношение сигнал/шум - важнейший параметр в радиосвязи.

Стоимость антенны, обеспечивающей аналогичный прирост уровня сигнала на передачу, будет на порядок меньше, чем стоимость мощного усилителя. Как уже говорилось, увеличение мощности выходного усилителя на 6 дБ (всего 1 балл на S-метре вашего корреспондента), т.е. в ЧЕТЫРЕ раза примерно со 100 Вт (мощность стандартного трансивера), стоит: QRO HF-1000 (600 Вт)-2690$, Ameritron AL-80 В (850 Вт РЕР)-1350$, Ameritron 811 В (600 Вт РЕР)-1050 $, Command Technologies HF-1250 (800 Вт)-3250$ (приведены цены московских компаний). Конкретно 400-ваттных усилителей при подготовке этого материала найти не удалось. Интересно, что тот же прирост (около 6 дБ) по отношению к столь популярному в народе "длинному проводу" в 84 метра имеет, например, обычная 4-х элементная антенна Яги или аналогичные квадраты. А применение более серьезных антенн обеспечивает еще большее усиление соответственно. Стоимость таких антенн отечественных производителей составляет примерно от 100 до 400$, в зависимости от диапазона и степени сложности собственно антенны. Мы приводим весьма усредненные цены, но даже они красноречиво говорят сами за себя. Кроме того, необходимо иметь в виду, что антенна с горизонтальной поляризацией расположенная над землей имеет усиление примерно на 5-6 дБ больше, нежели в свободном пространстве (точное значение зависит от параметров земли). Этот фактор необходимо учитывать при рассмотрении эффективности усилителей и антенн. Прирост мощности от 1 кВт до 4 кВт (снова всего 1 балл на S-метре!) обойдется вам уже в 4-9 тыс. $: (QRO 3 KDX (2.8 кВт), Henry 3 k ULTRA (ЗкВт), HF-2500E (2.5 кВт)).

Визуальная иллюстрация этого приведена на рис. 2.

На горизонтальной оси отложены значения усиления антенн, расположенных на высоте 22 метра над реальной землей выраженные в дБи (подробно об усилении см. стр.4 каталога "БРИЗ Зима 2001"). Здесь же нанесены значения мощности сигнала, которую излучает антенна при условии, что выходная мощность передатчика (трансивера) составляет 100 Вт. При этом за начало координат принято именно это значение. Усиление и мощность нанесены на одну и ту же ось для того, чтобы можно было наглядно продемонстрировать разницу в цене усиления сигнала для усилителей и антенн. На вертикальную ось нанесена цена, которую вам придется заплатить за все то, что нанесено на горизонтальную. В виде графиков представлены данные для антенн диапазонов 7, 14, 21 и 28 МГц и стэка из двух антенн диапазона 14 МГц. Таким образом, графики показывают, какова сегодня средняя московская цена за усиление, получаемое теми или иными антеннами. Например, из рисунка видно, что антенну диапазона 14 МГц с усилением 16 дБи (5 элементов YAGI), можно приобрести за 750 $. Точками отмечены усилители мощности, которые можно приобрести сегодня в московских компаниях.

При этом усилители находятся в более выгодном, по отношению к антеннам, положении, поскольку значения излучаемой в эфир мощности соответствуют работе усилителя на полуволновый диполь, расположенный на высоте 22 м. Возьмем, к примеру, усилитель ALPHA-87 А. При 100 ваттах на входе выходная мощность его составляет 1.5 кВт, что соответствует усилению примерно 12 дБ (15 раз) Если бы этот усилитель был подключен к изотропному излучателю, то мы бы нанесли его на наш рисунок на вертикальную ось, соответствующую значению 12 дБ. Однако в нашем случае все усилители работают на полуволновый диполь, поэтому нам необходимо добавить 2.15 дБ (разница в усилении между изотропным излучателем и диполем) и добавку примерно в 5 дБ, возникающую за счет влияния земли. Итого - почти 19 дБ, что и показано на рисунке. Если сигнал мощностью 100 Вт усилить на 19 дБ получится почти 8000 Вт. Такое же усиление в 19 дБи (т.е. относительно изотропного излучателя) имеет стэк всего из двух антенн. Показательно то, что цена за одно и то же усиление различается почти в 6 раз! Еще более показательным выглядит стоимость одинакового прироста усиления для усилителей и для анетнн. Напомним: увеличение мощности на 3 дБ (например, с QRO-1000 до QRO-2500) будет стоить почти 2000 $, в то время как те же 3 дБ прироста для больших антенн диапазона 7 МГц обойдется всего в 300-400$.

На рисунке не показаны более мощные усилители, выпускаемые промышленно, поскольку их цена превышает значения, показанные на вертикальной оси и именно по этой причине доступны единицам отечественных радиолюбителей, так что их появление в России можно считать исключением.

При этом пусть вас не смущает то, что мы сравниваем однодиапазонные антенны с усилителями, работающими на всех диапазонах, ведь если у вас есть антенна только на один диапазон, то, покупая усилитель, вы "в нагрузку" получите возможность "усиливать" и все остальные диапазоны, работать на которых не сможете.

Из графика видно, какую сумму можно сэкономить, установив соответствующую антенну, при этом обеспечив тот же результат на S-метре вашего корреспондента.

Кроме всего прочего у вас есть возможность плавно улучшать показатели антенной системы, создавая стэки антенн. Грамотно объединив в стэк всего две антенны, можно улучшить прием сразу (в лучшем случае) в два раза, т.е. на 3 дБ. На практике, все получается куда более загадочнее: переключая взаимно антенны стэка и фазы их питания в различных комбинациях (сейчас это делают крохотные приборчики!) можно изменять диаграмму направленности в вертикальной плоскости всей антенной системы, выбирая наиболее подходящий в данный момент вариант. В нашей стране таких антенн на KB крайне мало, а УКВ-истов, использующих такие антенны было мало, и становится все меньше и меньше. А вот в мире преимущества такой конструкции антенной системы известны давно. Чего стоит, например, стэк OH8OS, состоящий из 6 антенн по 6 элементов на диапазон 20 метров (три этажа по 2), на мачте высотой 60 метров и весом 1.5 тонны, которая имеет усиление около 25 дБи! Иными словами это равносильно подключению к 100-ваттному трансиверу 30 киловаттного усилителя!

Или антенна W5UN - главного "лунника" планеты. Его конструкция состоит из 32-х 17-ти элементных антенн. Ширина лепестка антенны в плоскости Е всего 3.7°, а усиление составляет 32 дБи (1585 раз по мощности)! Вращается такая конструкция двумя грузовиками, причем, для совершения полного оборота требуется примерно 7 минут!

Конструкции КС1ХХ, NCOP, W3LPL, W6KPC - фантастичные сооружения! Конечно, эти умопомрачительные конструкции антенн недоступны большинству обычных радиолюбителей, однако более простые конструкции, состоящие из 2-х этажей современных многодиапазонных антенн под силу многим. Важно учитывать, что при увеличении мощности выходного усилителя увеличение его цены происходит по геометрической прогрессии, а улучшение параметров антенн (даже учитывая стоимость набора мачта-редуктор) дается значительно меньшими силами и затратами.

Таким образом модернизация антенной системы является наиболее оптимальным способом повышения эффективности всей радиосистемы, позволяющим не только существенно улучшить качество радиосвязи, но и минимизировать материальные затраты. Также улучшение параметров антенны позволяет избавиться от всех недостатков, описанных выше, сопутствующих применению мощного линейного высокочастотного усилителя сигнала.

На наш взгляд можно обозначить 5 условных категорий оснащения любительских станций, где переход в каждую последующую, при сохранении предыдущих достижений, позволяет ощутить реальный качественный скачок в результатах работы.

Первая начальная определяется следующим набором: - 100 ватт и длинный провод или многодиапазонная штыревая антенна.

Вторая: применение усилителя с выходной мощностью около 1 кВт.

Третья: установка вращаемой направленной антенны.

Четвертая: увеличение выходной мощности до 3-4 кВт. И последняя,

Пятая: установка стэков антенн. На этом этапе можно отдохнуть, и до пенсии (или в течении ее!) беззаботно работать в эфире. Успех вам обеспечен!

Окончательное решение по выбору способа повышения эффективности работы вашей станции всегда остается за вами.

Важная справка: на территории России в лицензиях первой (высшей!) категории на KB (исключая 160 м) разрешена выходная мощность 200 ватт!

Мы рекомендуем деньги, предназначаемые для второй и четвертой категории, направлять сразу в пятую (Hi!).

В заключение статьи мы приводим полезную таблицу. Внимательно изучив ее, можно сделать интересные выводы, как то: во сколько раз (примерно) ваш корреспондент увеличил выходную мощность своего РА, когда ваш S-метр показал разницу в 4 балла (4 балла - это 24 дБ или 250 раз по мощности...), хотя он уверяет вас, что у него ЗхГУ-50. Либо во сколько раз "усилится" ваш сигнал при подключении антенны с усилением 5 дБд вместо "длинного провода" (5 дБ=3.1 раза по мощности).

Авторы: А. Дубинин (RZ3GE), А. Калашников (RW3AMC); Публикация: krasnodar.online.ru/hamradio

Смотрите другие статьи раздела Антенны УКВ.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Выращены томаты без косточек 19.07.2025

Современное сельское хозяйство все чаще обращается к молекулярной биологии, чтобы преодолеть вызовы, связанные с климатом, сроками хранения и требованиями рынка. Один из таких прорывов связан с выращиванием плодов без семян - давно востребованных как в пищевой промышленности, так и среди потребителей. Пока обезкосточенные бананы и виноград стали привычными, новое внимание ученых сосредоточено на других культурах. Индийские исследователи уверенно двигаются в этом направлении, предложив инновационный подход к созданию томатов без косточек. Исследование было проведено на кафедре ботаники факультета естественных наук Университета Маунтин-Си в индийском городе Вадодара. Руководство проектом осуществлял профессор Сунил Сингх, а финансирование обеспечивал Совет по научным и инженерным исследованиям. Ученые сосредоточились на изучении так называемых каспазоподобных генов, которые играют ключевую роль в развитии растений, в частности - в вегетативных и репродуктивных функциях. По словам п ...>>

Сахар из углекислого газа 19.07.2025

Новая разработка китайских исследователей в этой области может радикально изменить подход к производству сахара и других органических соединений. В условиях, когда Китай, несмотря на подходящий климат, ежегодно вынужден импортировать до пяти миллионов тонн сахара - около трети от общего объема потребления - поиск альтернативных способов получения этого ресурса становится особенно актуальным. Расширение посевных площадей под сахарную свеклу и тростник приводит к деградации почв и нарушению экосистем, а значит, необходимо искать более экологически безопасные решения. Ответ на этот вызов предложили ученые Тяньцзинского института промышленной биотехнологии при Китайской академии наук. Им удалось разработать метод, позволяющий превращать углекислый газ в сложные углеводы - такие как фруктоза, глюкоза, амилоза и другие сахара, пригодные для пищевой и химической промышленности. Как подчеркивает издание South China Morning Post, эта технология может одновременно снизить выбросы парниковы ...>>

Умные очки для плаванья Form Smart Swim 2 18.07.2025

Новое поколение умных очков от компании Form обещает превратить каждую тренировку в интеллектуальный и высокоточный процесс, совмещая комфорт, аналитику и навигацию в одном устройстве. На рынок поступили обновленные умные очки для плавания Smart Swim 2. Очки Smart Swim 2 стали развитием предыдущей модели, получив целый ряд усовершенствований. Устройство не только стало на 15% компактнее и легче, но и обзавелось новыми функциями, среди которых - встроенный пульсометр и цифровой компас. Миниатюрный электронный блок с аккумулятором, оптическим датчиком и прочими компонентами теперь можно закрепить как с левой, так и с правой стороны, что добавляет гибкости в использовании. Одной из наиболее примечательных функций стала возможность измерения частоты сердечных сокращений в режиме реального времени. Для профессионалов это дает возможность максимально точно контролировать нагрузку, не выходя из воды. А те, кто предпочитает плавание в открытых водоемах, смогут оценить встроенный компас, ...>>

Случайная новость из Архива Пластик из углекислого газа 05.04.2013 Химики из Йельского университета и Университета Брауна, возможно, совершили прорыв в производстве химического сырья. Ученые нашли дешевый эффективный способ создавать из "дармового" углекислого газа акрилат - важнейшее промышленное сырье. Из акрилата изготавливается множество вещей, в частности оргстекло, плексиглас, краски, ткани и т.д. Химические предприятия ежегодно производят миллиарды тонн акрилата, обычно путем нагревания пропилена, полученного из сырой нефти. Понятно, что это недешевый энергоемкий метод, к тому же наносящий вред окружающей среде. С 1980-х годов ученые изучают возможность создания акрилата путем объединения диоксида углерода с этиленом в присутствии никеля и других металлических катализаторов. Этилен дешевле, чем пропилен и его можно добыть из растительной биомассы, ну а углекислого газа вообще в избытке. Однако долгие годы ученые сталкивались с препятствием: вместо формирования акрилатной молекулы CO2 и этилен, как правило, образуют молекулы-предшественники с пятичленными кольцами из кислорода, никеля и трех атомов углерода. "Сломать" это кольцо очень трудно, таким образом производство акрилата из альтернативного сырья становится дороже. Теперь ученые обнаружили, что пятичленные кольца легко разрушаются особыми веществами, кислотами Льюиса, которые являются акцепторами электронов. Кислоты "крадут" электроны из связей между никелем и кислородом, это ослабляет структуру пятичленного кольца, вследствие чего оно разрушается и дает на выходе желаемый акрилат. Для демонстрации высокого потенциала новой технологии ученые использовали легкодоступные кислоты на основе бора. Правда, это слишком сильная кислота для широкого промышленного использования, и в настоящее время ученые подбирают другие подходящие кислоты Льюиса, благо их довольно много.

Другие интересные новости:

▪ Шотландская Атлантида

▪ Ультразвук лечит перелом

▪ Картофель с "пробужденными" генами успешно противостоит фитофторозу

▪ За время каникул школьники глупеют

▪ Интелектуальный контроль покрышек

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Защита электроаппаратуры. Подборка статей

▪ статья Не поздоровится от эдаких похвал. Крылатое выражение

▪ статья Как появился обычай делать подарки на свадьбу? Подробный ответ

▪ статья Свекла сахарная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Клаускорректор II. Стабилизированный блок питания лампового предусилителя (300 вольт 50 миллиампер + 6.3 вольт 3 ампера). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Индикация подключения электроприборов к сети 220 В. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025