ساخت یک دستگاه آنالایزر آنتن

.

.

این مدار «آنتن آنالایزر» توسط رادیو آماتور فرانسوی «لوک پیستریاس» (F6BQU) طراحی شده است و در مقاله ای در شماره ی256 مجله ی رادیوآماتوری فرانسوی «مگاهرتز»  به چاپ رسید. این مقاله با اقبال خوانندگان در سرتاسر جهان روبرو شد و حتی در برخی نشریات بین المللی رادیوآماتوری (که روی جلد دو تا از آنها را در اینجا می بینید) ترجمه و منتشر شد. به علاوه، تعداد زیادی از خوانندگان مجلات پیش گفته، این دستگاه را ساختند و عکس دستگاه های خود را برای نویسنده و طراح مدار ارسال کردند. تعدادی از این تصاویر را در پایان این مقاله آورده ایم.

.

به منظور تنظیم دقیق یک آنتن، آنالیز مشخصات آن درست در محل اتصالات آنتن و بدون وصل کردن کابل به آن انجام می شود. روشن است که بردن یک مولد بزرگ فرکانس بالا یا حتی یک فرستنده با قدرت متوسط به نوک یک دکل و متصل کردن آن به آنتن تحت آزمایش کاری است بس دشوار. در مقابل، اما، نصب این آنالایزر کوچک و قابل حمل که دربردارنده ی یک مولد RF، یک فرکانس شمار، یک پل اندازه گیری و منبع تغذیه است، بر روی آنتن به سادگی امکان پذیر می باشد.

آنالایزر آنتن ساخت طراح مدار

اصلاح آنتن های پیچیده و مرکب، مانند آنتن های چند بانده، آنتن های ایزوترون EH و مانند آنها با این دستگاه «مثل آب خوردن» است. تازه نباید فراموش کرد که موارد استفاده از این دستگاه به تنظیم آنتن محدود نیست و در بسیاری موارد دیگر نیز به استفاده کننده از آن خدمت می رساند.

هدف این مقاله این نیست که درس تئوری طرز کار آنتن بدهد. این نوع مطالب را همه جا می توان یافت. اما شرح کامل ساخت و استفاده از این ابزار برای کسانی که به طور جدی می خواهند با آن روی آنتن ها کار کنند، ضروری است. بدیهی است که برای درک کارکرد آنالایزر و تفسیر نتایج اندازه گیری شده با آن، دانستن مقدمات و اصول آنتن مفید خواهد بود. پس بیایید آنالایزر را تشریح کنیم.

در این دستگاه سه واحد اصلی قابل تشخیص هستند: مولد RF، فرکانس شمار و پل اندازه گیری.

.

1-  شرح مختصر این آنالایزر آنتن

آنالایزری که اینجا معرفی می شود بسیار ساده است. مدار آن تصویر 3 آورده شده است. منبع تغذیه ی آن یک باتری 9 ولتی یا یک آداپتور کوچک با خروجی 9 ولت است. مصرف دستگاه اصلی به انظمام مدار فرکانس شمار و صفحه نمایش آن 30 میلی آمپر است. یک دیود نورافشان (D1) روشن بودن دستگاه را نشان می دهد.

.

.

طیف فرکانسی این دستگاه بین 1 تا 30 مگاهرتز در نظر گرفته شده که پر استفاده ترین گام فرکانسی برای رادیوآماتورها است. اندازه گیری با استفاده از مدار «پل وتستون» انجام می شود که یک پل اندازه گیری مقایسه ای می باشد.

آی.سی. تثبیت کننده ی ولتاژ (IC2) از نوع 78L06 ولتاژ 6 ولت لازم برای تغذیه ی مدار یکپارچه ی اصلی (IC1) را تامین می کند. یک «پتانسیومتر چند دور» (Pot3) طیف فرکانسی بین 2 تا 30 مگاهرتز را پوشش می دهد. مسیرِ شامل کلید سری با یک مقاومت اضافی (R2) پوشش اضافی برای گام فرکانسی 1/3 تا 4 مگاهرتز را به دست می دهد. پتانسیومتر 1 امکان تنظیم دقیق فرکانس را در گام بالا تامین می کند. سیگنال خروجی از پایه ی 5 از آی.سی.1 ابتدا از طریق R3 و سپس توسط پتانسیومتر تضعیف کننده ی Pot2 به پل اندازه گیری فرستاده می شود.

مدار دستگاه از بخش های زیر تشکیل یافته است:

.

الف-مولد فرکانس بالا

قلب این مدار یک مدار مجتمع یکپارچه (آی.سی.) از نوع LTC1799 است که اختصاصاً برای همین کار ساخته شده است. مدار دارای برتری های زیادی نسبت به انواع معمولی مولدهای فرکانس بالا است. این مولد قادر به تولید فرکانس های از 100 کیلوهرتز تا 30 مگاهرتز است. حد پایینی کار این مدار را می توان با افزودن مدارهای مجتمع تقسیم کننده به 1 کیلوهرتز کاهش داد، که البته ما در این مقاله به آن نخواهیم پرداخت. خروجی مدار مجتمع پیش گفته، در طیف وسیع فرکانس کاری خود، از یکنواختی نسبتاً زیادی برخوردار است و همزمان سیگنال با دامنه ی بزرگ، یعنی 5 ولت قله به قله روی بار 50 اهمی تحویل می دهد.

.

دریافت داده برگ LTC1799

حجم: 237 کیلوبایت

.

انتخاب و تنظیم فرکانس به سادگی با تغییر دادن مقدار اهمی مقاومت بین خط مثبت تغذیه و پایه ی 3 مدار مجتمع انجام می شود. سیگنال خروجی آن یک موج مربعی با تقارن بسیار عالی است و درست به همین دلیل فقط هارمونیک های فرد تولید می کند. اما دامنه ی این هارمونیک ها در مقایسه با فرکانس اصلی بسیار کوچک تر هستند و عملاً اثری بر اندازه گیری ها نخواهند داشت.

.

.

تنها موضوعی که ممکن است بعضی از خوانندگان را خوش نیاید این است که آی.سی. این مدار تنها به صورت افزاره ی نصب سطحی (SMD) با بدنه ی SOT23 ساخته و عرضه می شود. به عبارت دیگر شما با افزاره ای به اندازه ی 3×1/5 میلی متر روبرو هستید. اما دوستداران الکترونیک و به ویژه رادیوآماتورها بیدی نیستند که از این بادها بلرزند! ابزار و وسایل لحیم کاری افزاره های نصب سطحی فراوانند و یک ذره بین پایه دار به همه چشم عقاب می دهد. غیرممکن وجود ندارد!

.

ب-فرکانس شمار

مدار فرکانس شمار ما بسیار ساده بوده و ساخت آن هزینه ی زیادی ندارد. البته به جای آن می توان هر فرکانس شمار دیگری را نیز مورد استفاده قرار داد.

.

پ-پـل اندازه گیری

پل اندازه گیری که در این مدار به کار گرفته شده، بر مبنای «پل وتستون» کار می کند. یکی از افزاره های این پل یک ترانسفورمر با هسته ی فریت حلقوی است که سیگنال خروجی مدار مجتمع به پیچش اولیه ی آن اِعمال می شود. این ترانسفورمر دارای دو پیچش ثانویه است. این دو پیچش به همراه یک خازن ثابت *C بازوهای یک سمتِ پل را تشکیل می دهند. وسیله ی زیر سنجش (Zx) و افزاره های قابل تغییر یعنی پتانسیومتر 4 و خازن متغیر *CV دو بازوی دیگر پل را شکل می دهند. ولتاژ RF خروجی از مدار پل توسط 2 عدد دیود ژرمانیوم D2 و D3 (دیود شیشه ای) یکسوسازی شده و ولتاژ DC متناسب با RF بوجود می آورند. این ولتاژ یک عقربه ی گالوانومتر را تحریک می کند و باعث چرخش آن متناسب با ولتاژ RF می شود. دلیل استفاده از دیود ژرمانیومی پایین بودن «ولتاژ پیشرو» (فوروارد) آنها در مقایسه با دیودهای سیلیسومی است که در نتیجه، دقت قرائت در مقادیر کمینه را بهبود می بخشد و اجازه می دهدتا ولتاژهای اندک و جزیی را نیز بتوان آشکارسازی کرد.

نقطه ی توازن پل، یا در حقیقت جایی در مدار پل که می توان ولتاژ RF برابر با صفر را در آن خواند ، سر مشترک دو پیچش ثانویه ی ترانسفورمر است. این وضعیت هنگامی ایجاد می شود که مقادیر ولتاژی هر دو سمت پل با هم برابر باشند. این توازن با چرخاندن پتانسیومتر و خارن متغیر مدار پل حاصل می گردد و خط شاخص روی دکمه های این دو افزاره وضعیت امپدانسی وسیله ی تحت آزمایش را نشان خواهند داد. پتانسیومتر 4 مقدار «خالص اهمی»، و خازن متغیر مقدار «جزء رآکتیو» آن را نمایش می دهند. مقدار اهمی همان مقدار اهمی است که خود پتانسیومتر روی آن واقع شده، و فقط باید همان مقدار اهمی آن را خواند. برای جزء رآکتیو باید موقعیت خازن متغیر را نگاه کرد.

نباید فراموش کرد که مقدار خازن جبران (*C) باید برابر نصف مقدار بیشینه ی خازن متغیر (*CV) باشد، تا در صورتی که جزء رآکتیو وسیله ی زیر آزمایش صفر بود، توازن پل در وسط موقعیت محور خازن متغیر برقرار شود. هر گاه در حین یک اندازه گیری، خازن (*CV) در موقعیتی پایین تر از نصف مقدار بیشینه اش قرار گرفت، به معنی حضور یک جزء رآکتیو القایی است (ظرفیت باید کم شود تا حضور جزء القایی در بازوی دیگر پل را جبران کند). اما اگر این مقدار بزرگ تر از نصف مقدار بیشینه ی خازن متغیر باشد، حضور یک جزء خازنی (کاپاسیتیو) معلوم می شود. در یک کلام باید گفت که هر قدر محور خازن متغیر از وسط خود دور شود، نشانگر آن است که جزء رآکتیو بزرگ تری در مدار وجود دارد.

کارکردن با مدار به نظر کمی پیچیده می رسد، اما پس از چند بار تجربه با آن «مبنای» کار آن به سرعت آموخته می شود و پس از آن است که همه چیز خیلی ساده خواهد شد.

.

2-  اجزا و قطعات مدار

من آی.سی. مدار را از نوع LTC1799 CMS انتخاب کردم. ترانس را روی یک فریت حلقوی تیپ FT37-43 پیچیدم. برای قسمت فرکانس شمار یک کیت ارزان قیمت خریدم و از آن استفاده کردم. فیبر مدار چاپی را خودم ساختم و جعبه ی دستگاه را با سر هم کردن قطعات فیبر مدار چاپی درست کردم. دستگاه فوراً پس از مونتاژ و ساخت بدون مشکل شروع به کار کرد و سال ها از آن سرویس گرفتم.

.

.

تنها چیزی را که به آن اضافه کردم، افزودن یک کلید در ورودی قسمت فرکانس شمار بود تا بتوانم از فرکانس شمار این دستگاه به تنهایی برای کار های دیگر هم استفاده کنم.

اگر از زاویه ی قابل استفاده و مفید بودن اطلاعات حاصل از اندازه گیری با این آنتن آنالایزر کوچک به قضیه بنگریم، دستگاهی که معرفی شد، با "کمی" اغماض همان کاری را می کند که یک دستگاه حرفه ای گران قیمت مانند مدل MFJ 259 انجام می دهد. تنها تفاوت در قیمت تمام شده ی آن و در گام های فرکانسی آن است. در دستگاه ما گام 1) از 1/3 مگاهرتز تا 4 مگاهرتز، و گام 2) از 2 مگاهرتز تا 30 مگاهرتز است.

.

3-  مونتاژ مدار

لحیم کاری آی.سی. LTC1799 باید با دقت و سرعت انجام شود. اگر از فیبر مدار چاپی پیشنهاد شده در تصویر 4 استفاده کنید، این کار را به سادگی انجام خواهید داد. این افزاره روی سطح مسدار فیبر لحیم می شود. پس از لحیم کاری به کمک یک ذره بین بی اشکال بودن کار خود را کنترل کنید. بهتر است بدنه ی پتانسیومتر Pot4 پلاستیکی باشد و در ساخت آن فلز کمی به کار رفته باشد تا خاصیت اندوکسیونی زیادی از خود نشان ندهد و روی اندازه گیری ها تاثیر منفی نگذارد. روی این فیبر مدار چاپی فقط مولد فرکانس و پل اندازه گیری ساخته می شود. مقداری از فرکانس مولد از طریق یک قطعه کابل هم محور (کواکسیال) کوتاه برای نمایش در قسمت فرکانس شمار برداشت می شود.

.

تصویر 4: طرح پیشنهادی فیبر مدار چاپی و راهنمای چینش افزاره ها بر بورد. اندازه ی فیبر که باید از نوع مرغوب فایبرگلاس باشد، 35/5 × 129 میلی متر است.

.

اتصالات *CV باید تا حد ممکن کوتاه و برای فائق آمدن بر «اثر پوستی» با سیم های ضخیم برقرار شوند. مثلاً برای این کار استفاده از سیم بافته ای که در لحیم کاری ها برای «قلع برداری» از محل های اتصالی مورد استفاده قرار می گیرد، مناسب است.

.

تصویر 5: مونتاژ مداردر داخل جعبه ای که دیوارهای آن را با لحیم کردن قطعات فیبر مدار چاپی درست کرده ام. این نوع جعبه سازی برای مدارهای فرکانس بالا بسیار مناسب است، زیرا از داخل به خاطر وجود لایه ی رسانای مسی شیلدینگ فرکانس بالا ایجاد شده، و از بیرون جعبه کاملاً عایق است.

.

خازن *CV دارای ظرفیت 200 پیکوفاراد است. این نوع خازن ها «هوایی» هستند. منظور این است که عایق بین جوشن های آنها هوا است! در بازار این طور مصطلح شده که به این نوع خازن ها «خازن متغیّر رادیو لامپی» می گویند. اگر چنین خازنی در اختیار نبود، نوع معمولی تر را که داری بیشینه ی ظرفیت 500 پیکوفاراد است نیز می توان مورد استفاده قرار داد. اما دقت شود که مقدار ظرفیت خازن انتخابی از این مقدار فراتر نرود، در غیر این صورت دقت اندازه گیری در بخش بالایی طیف فرکانس کار مدار کاهش پیدا می کند. همچنین، فراموش نشود که ظرفیت خازن *C باید همواره برابر نصف بیشینه ی ظرفیت *CV انتخاب شود. مثلاً با داشتن یک *CV با ظرفیت 400 پیکوفاراد، باید برای خازن *C یک خازن 200 پیکوفاراد استفاده کرد.

.

تصویر 6: در سمت چپ تصویر مونتاژ شده ی تنها افزاره ی نصب سطحی مدار ، و در سمت راست شکل ظاهری ترانسفورمر حلقوی و پیچش های آن دیده می شوند.

.

ترانسفورمر توروئید T1 با پیچیدن 3 رشته سیم لاکی به ضخامت 0/3 میلی متر به دور یک هسته ی فرّیت حلقوی از نوع FT37-43 مطابق تصویر 6 ساخته می شود. پیش از شروع به پیچیدن می توان سر و ته هر رشته را با یک خال رنگی اثر قلم ماژیک علامت گذاری کرد و یا بعد از پیچیدن با اهم متر سر و ته هر کدام از پیچش ها را مشخص نمود. دقت کنید که سر سیم ها جابجا لحیم نشوند.

.

تصویر 7: بورد مونتاژ شده ی مدار آنالایزر آنتن. این بورد دربردارنده ی قسمت های مولد فرکانس بالا و پل اندازه گیری است.

.

بورد مونتاژ شده ی آنالایزر آنتن در تصویر 7 دیده می شود.

بدنه ی دستگاه الزاماً باید فلزی باشد تا اثر ظرفیت های پراکنده در اطراف دستگاه خنثی شود. هنگام لحیم کردن اتصالات گالوانومتر دقت شود که این افزاره قطبی است و پایانه های مثبت و منفی آن باید درست لحیم شوند. برای تثبیت و نگهداری باتری 9 ولتی در داخل جعبه، می توان از یک گیره که به سادگی با خمکاری یک قطعه تسمه ی فلزی ساخته می شود، استفاده نمود.

.

تصویر 8: نـمای داخلی دستگاه مونتاژ شده.

.

اگر شما هم مانند من مایلید یک مدار جداگانه ی فرکانس شمار در داخل دستگاه نصب کنید، به نحوی که به طور مجزّا هم قابل استفاده باشد، کلید S3 را نیز در دستگاه مونتاژ کنید. این کلید تمام قسمت های دستگاه به استثنای فرکانس شمار را غیرفعال می کند.

.

4-  تنظیم دستگاه

پس از پایان مونتاژ مدار و کنترل مجدد همه ی اتصالات و ارتباط ها و اطمینان پیدا کردن از درست بودن همه ی کارها، Pot2 را روی مقدار کمینه ی بهره قرار می دهیم.

در حای که کلید گام بسته است، پتانسیومتر Pot3 (فرکانس) را آنقدر می چرخانیم تا به بالاترین مقدار فرکانس برسیم. P1 را می چرخانیم تا مقدار 30 مگاهرتز خوانده شود. البته مولد فرکانس می تواند تا ورای 30 مگاهرتز هم تولید کند، اما ما دقت اندازه گیری در فرکانس های بالاتر را تایید نمی کنیم. در اینجا شما دو گام فرکانسی دارید: 1/3 تا 4 مگاهرتز، و 2 تا 30 مگاهرتز.

.

تصویر 9: مقاومت انتهای خط (مقاومت ته خط) که در شبکه های کامپیوتری مورد استفاده قرا می گیرد. این افزاره از یک فیش BNC متصل به یک مقاومت 50 یا 75 اهمی تشکیل شده است. در دستگاه ما نوع 50 اهمی مورد استفاده قرار می گیرد.

.

دستگاه را روی فرکانسی در حدود 15 مگاهرتز تنظیم کنید. یک بار مصنوعی 50 اهمی را به پایانه ی اندازه گیری (امپدانس مجهول Zx) وصل کنید. این بار می تواند یک مقاومت غیراندوکتیو 51 اهمی باشد که مستقیماً به یک کانکتور BNC لحیم شده باشد. انتخاب بهتر البته آن مقاومت های انتهای شبکه است که فروشگاه های وسایل کامپیوتر و شبکه های کامپیوتری می فروشند.

خازن متغیر *CV را در مقدار میانه ی آن قرار دهید. مقدار «بهره» را روی بالاترین حد بچرخانید و با چرخاندن Pot4 جایی را جستجو کنید که در آن عقربه ی گالوانومتر به طور سریع و پرشتابی برگردد. این نقطه موقعیتی است که در آن مقدار اهمی پتانسیومتر با مقدار مقاومتی بار برابر است، یعنی 50 اهم. این نقطه را با نوشتن "50" مشخص کنید. همین کار را با خازن *CV هم انجام دهید و روی درجه بندی دور دکمه ی این خازن نقطه ی افت عقربه را با عدد "0" (صفر) مشخص کنید. این نقطه وضعیتی را نشان خواهد داد که امپدانس متصل شده به دستگاه مقاومت خالص اهمی داشته، و فاقد جزء رآکتیو باشد.

با تغییر دادن و انتخاب فرکانس های مختلف، عقربه ی گالوانومتر را زیر نظر بگیرید و مطمئن شوید که در طیف 1/5 تا 30 مگاهرتز عقربه حرکت نمی کند.

محدوده ی بین نقطه ی وسط *CV و بیشینه ی ظرفیت آن را با عبارت "خازنی Xc" و کمان بین نقطه ی وسط تا کمینه ی ظرفیت این خازن را با عبارت "سلفی Xl" مشخص کنید.

برای کالیبراسیون پتانسیومتر دو راه وجود دارد. یا به آزمایش و تنظیم پیش گفته با مقاومت های بار 75، 100، 150 اهم ووو ادامه می دهیم، و یا موقعیت های پتانیسومتر را با اهم متر اندازه گیری می کنیم.

در نمونه ی ما، مقدار مقاومتی پتانسیومتر 250 اهم بود. اما در صورتی که شما با امپدانس های دیگری برای اندازه گیری رو در رو قرار دارید، می توانید این پتانسیومتر را با یک 500 اهمی جایگزین کنید.

حالا آنالایزر تنظیم و مرتب شده و آماده ی به کار گیری است. از این به بعد می توانید خودتان آن را ارتقا بدهید. مثلا یک بند برای آویزان کردن دستگاه به گردن اضافه کنید تا بر بالای دکل آنتن از بروز وضعیت های مضحک و مخاطره آمیز پیش گیری شود.

.

5-  اندازه گیری با دستگاه

در این بند از مقاله مثال هایی از موارد اندازه گیری آورده ایم، اما این ها تمام آن چیزی نیست که دستگاه ما از عهده ی انجام آن برمی آید و شما می توانید در عرصه های مختلف نمونه های دیگری از کاربرد آن را پیدا کنید. حال بپردازیم به جزییات مثال هایمان.

.

الف-اندازه گیری آنتن

مهم ترین پارامترهای یک آنتن «فرکانس تشدید» آن و «مقاومت ظاهری»، «مقاومت جریان متناوب» یا به کلام دیگر «امپدانس» آن است. بنابراین هر آنتن با مشخصه های فرکانس تشدید و امپدانس معرفی می شود. این پارامترها مستقیماً و بدون واسطه در محل اتصالات هر آنتن اندازه گیری می شود.

باید توجه داشت که «امپدانس» آنتن با «مقاومت تشعشعی» آن اشتباه گرفته نشود. مقاومت تشعشعی با عواملی مانند نوع آنتن، موقعیت استقرار آن، و ارتفاع اش از سطح زمین تعریف می شود. آنچه را که ما مورد سنجش قرار می دهیم «امپدانس واقعی آنتن» در حالتی است که فرکانس تشدید با فرکانس کار آنتن برابر باشد. انچه که ما اندازه گیری می کنیم تلف مقاومتی آنتن نیست، علی رغم این که ممکن است در مواردی این مقاومت با مقاومت تشعشعی آنتن برابر باشد.

شروع کار اندازه گیری به این صورت است که آنالایزر را مستقیم، یا در صورت لزوم به واسطه ی کانکتورهای تبدیل، به اتصالات آنتن وصل می کنیم. Pot4 را روی 50 اهم قرار می دهیم و با *CV فرکانسی را که در آن عقربه به سرعت افت می کند، پیدا می کنیم (دقت! مینیمم های دیگری هم ممکن است مشاهده شوند، اما آنها باعث «حرکت نزولیِ سریع» عقربه نمی شوند و در فرکانس های آنتی رزونانسِ آنتن و تحت امپدانس های بالاتر پدید می آیند). فرکانس نمایش داده شده در نقطه ای که عقربه در آن به سرعت به عقب برگشت، همان فرکانس تشدید آنتن است. حالا با دقت بیشتر و سرعت چرخش کمتری محور Pot4 را می چرخانیم تا امپدانس دقیق تشدید آنتن را پیدا کنیم. این پارامتر برای یک آنتن دوقطبی (دایپل) ساده معمولاً در حدود 60 تا 70 اهم به دست می آید. پس از این اندازه گیری است که می توان با سانتی متر به سانتی متر کوتاه و بلند کردن طول آنتن، به تطبیق کامل فرکانس تشدید و فرکانس کار آنتن رسید. به یاد داشته باشید که همواره آنتن خود را روی فرکانس وسط باند آماتوری مورد نظر تنظیم کنید.

برای تنظیم آنتن هایی که دارای «عنصر تطبیقی گاما» (Gamma match، در مورد آن در مقالات دیگری صحبت خواهیم کرد) هستند، ابتدا باید طول آنتن را برای گرفتن فرکانس تشدید خوب برش زد و پس از آن «گامامچ» (خازن و یا طول فیزیکی آنتن) را تنظیم نمود تا امپدانس آنتن مساوی با امپدانس کابل تغذیه ی آن با RF شود که معمولاً 50 اهم است.

در آنتن های عمودی زمین شده، امپدانس اندازه گیری شده در محل تغذیه ی آنتن معادل جمع مقاومت تشعشعی (Rr = 36/6 اهم برای آنتن یک چهارم موج کوتاه نشده) و مقاومت انتشاری یا تلفاتی (Rp) است. مقاومت انتشاری عبارت است از جمع مقاومت های تشعشعی عضو های آنتن و مقاومت زمین آنتن. هر قدر کیفیت زمین بهتر باشد، تلفات آن کمتر خواهد بود. برای بهبود بخشیدن به کیفیت الکتریکی یک زمین بد لازم است که درست در پای آنتن روی زمین سیم های رادیالی قرار داده شوند. بیایید مثالی بزنیم و محاسبات ساده ای انجام دهیم:

یک آنتن یک چهارم طول موج به طول 10 متر برای کار روی باند 40 متر داریم. با این آنالایزر در فرکانس تشدید مقدار امپدانس 70 اهم خوانده می شود. بسیار خوب، ما می توانیم یک کابل 75 اهمی را با اندکی «عدم تطبیق» (Mismatch) به آن متصل کنیم. عالیست، اما در مورد کیفیت واقعی و راندمان آنتن چه می توانیم بگوییم؟ می دانیم که برای آنتن عمودی یک چهارم لاندا مقدار مقاومت تشعشعی در حدود 36 اهم است. پس برای مقدار مقاومت تلفاتی خواهیم داشت:

.

.

راندمانی که از این مقادیر به دست می آید عبارت است از:

.

.

می بینیم که تنها اندکی بیش از نصف توان فرکانس بالا از آنتن منتشر می شود و بقیه ی آن به صورت گرما، و در وهله ی اول در زمین تلف خواهد شد. اگر آنتن عمودی از نوع «کوتاه شده» باشد که وضع از این هم خراب تر است: با وجود این که بهره ی یک «آنتن کوتاه شده» خیلی کم تر از کوتاه نشده نیست، اما مقاومت تشعشعی آن به مراتب پایین تر است. مثال: همین آنتن مثال بالا به طول 10 متر را در نظر می گیریم که با اضافه کردن یک چوک باید در باند 80 متر به کار گرفته شود. مقاومت تشعشی این آنتن فقط 7 اهم خواهد بود! ما با آنالایزر در محل اتصال آنتن امپدانس 50 اهم را اندازه گیری می کنیم. مطابق محاسبات بالا راندمان این آنتن فقط و فقط 14% است. اگر از فرستنده مان 100 وات خارج شود، تنها 14 وات آن در فضا انتشار خواهد یافت! در آخر، باید توصیه کرد که داشتن کمینه ی تلفات ضروری است و بهترین راه برای رسیدن به آن در آنتن های عمودیِ کوتاه شده، تدارک صفحه ی زمین مناسب برای آن است.

تنظیم یک «آنتن ایزوترون» یه سرعت انجام می شود. در اینترنت سامانه های محاسباتیِ برخط برای تعیین ابعاد صفحات تشعشعی خازنی و مقادیر سلف ها وجود دارد.

آنچه که ما می توانیم اضافه کنیم این است که: پس از تست آنتن بد نیست که صفحه های دایروی که قطر آنها یک صدم برابر طول موج و فاصله شان از هم برابر با قطرشان باشد به آنتن اضافه کنید. در این مورد به زودی مقاله ای خواهیم داشت. در اینجا هم آنالایزر را به محل تغذیه ی آنتن متصل کرده و با قرار دادن مقدار 50 اهم برای Pot4 و صفر برای *CV به دنبال فرکانس تشدید می گردیم. بسته به فرکانس تشدید، حلقه های چوک را از هم باز و یا به هم نزدیک می کنیم. همین کار را می توان با سهولت بیشتر با اندکی تغییر دادن فاصله ی مابین صفحه های مدوری که در بالا به آن اشاره شد، به انجام رساند. لازم است که فرکانس تشدید با فرکانس کار برابر شود (جزء رآکتیو صفر) که تشعشع حداکثری توان RF با پهنای باند کافی را تامین کند (یک بار تنظیم برای یک باند فرکانسی کامل!).

با وجود تجربه ی اندکی که در شبکه های دفازکننده ی آنتن های EH دارم، معتقدم که ما باید روی تنظیم مرحله به مرحله ی زوج های سلف و خازن کار کنیم.

خوب. حالا شما به یک دستگاه آنتن آنالایزر خوب و تجربیات و توصیه های من مجهز شدید. از اینجا به بعد می توانید در دنیای آنتن ها از دایپل به مربعی و یاگی ووو پرواز کنید...

فرمول کوچکی هم وجود دارد که ممکن است از سعی و خطاهای زیاد در تنظیم انتن جلوگیری کند:

.

.

در این فرمول Fr فرکانسِ تشدید، Ft فرکانسِ کار، هر دو بر حسب کیلوهرتز، و L طولی است به سانتی متر که برای رسیدن به تطبیق باید به درازای آنتن اضافه و یا از آن کم شود.

همچنین به یاد داشته باشید که اگر آنتن شما در جایی نصب است که در نزدیکی آن فرستنده ای پرقدرت مشغول پخش روی موج کوتاه است، ولتاژ RF ی را به آنتن شما القا می کند که ممکن است باعث بروز خطا در اندازه گیری های شما شود و نتایج اندازه گیری ها غلط از آب درآیند.

نکته ی آخر این که:

توان تشعشعی آنالایزر شما بین 10 تا 25 میلی وات است. این توان RF قادر است در طیف الکترومغناتیسی اختلال ایجاد کند و سرویس های رادیویی را وادار به شکایت از شما نزد اداره ی مربوطه در شرکت مخابرات نماید. بنابراین در به کار گیری از آنالایزر صرفه جو (!) و سریع العمل باشید. این موضوع را همیشه در ذهن داشته باشید که معمولاً غذای زندان خوشمزه نیست!

.

ب- کاربردهای دیگرِ این دستگاه

همان طور که پیش از این نیز گفته شد، از این آنالایزر پیش از هر چیز در تنظیم و تطبیق آنتن بهره گیری می شود، اما از سیگنال رادیویی آن می توان همچنین برای تنظیم تیونرهای تطبیق آنتن، که به آنها Tuning Box هم می گویند، به جای یک فرستنده استفاده نمود. در اکثر این موارد کافیست که Pot4 را روی 50 اهم (که عمومی ترین امپدانس مورد استفاده در امور رادیوآماتوری است) و *CV را روی صفر (بدون رآکتانس) قرار دهید و سپس با توجه به حرکت عقربه گالوانومتر دستگاه، وسیله ی تحت آزمایش (مثلاً یک تیونر آنتن) را با چرخاندن خازن های متغیر آن و تغییر فُرم دادن به بوبین های آن، روی بهره و دامنه ی مورد نظر تنظیم کنید. به این ترتیب بدون این که فرستنده ای را روشن کرده و محیط اطراف تان را با انرژی RF آلوده کنید، به سرعت و با کمترین صرف انرژی به نتیجه ی دلخواه خواهید رسید.

افراد حرفه ای تر می توانند به کمک آنالایزر ما مقدار یک خازن یا سلف نامعلوم را به دست آورند، یا محاسبات مربوط به طول کابل آنتن و اندازه گیری ضریب های شتاب (Velocity Coefficient) و نرخ تبدیل (Transformation Ratio)، و تنظیم فیلترهای فرکانس رادیویی، بالون ها ووو را انجام دهند. برای همه ی این اندازه گیری ها و سنجش های مفید و ضروری برای هر رادیوآماتور، کافی است که در کنار این دستگاه، تنها چند کانکتور و آداپتور مناسب تدارک دیده شود.

بحث در مورد این اندازه گیری ها و سنجش ها خود مقاله ی جداگانه ای می طلبد.

پیش از این که دست به کار استفاده از این آنالایزر شویم، بسیار مفید خواهد بود که به عنوان یادآوری، مروری داشته باشیم بر معنی و مفهوم اندازه گیری هایی که با آن قرار است انجام شود.

.

6-  وصل کردن آنالایزر از طریق کابل

هنگام تنظیم آنتن لازم است که دستگاه های اندازه گیری دقیقی به کار گرفته شوند. آنالایزر را مستقیماً به نقطه ی تغذیه یا به انگلیسی به  feedpoint آنتن وصل می کنیم. عملاً از هر کابل آنتن 50 اهمی با هر طول می توان برای برقراری این اتصال استفاده کرد. اما چون آنتن تنظیم نیست این کابل می تواند منشاء «امواج ایستاده» (Standing waves) شود و نقش یک مبدل یا تغییردهنده ی امپدانس را بازی کند.

برای یک اندازه گیری دقیق لازم است که طول کابل ارتباطی برابر با نصف یا ضریب کاملی از طول موج (پس از تصحیح «ضریب شتاب» (Velocity Factor) آن) فرکانس مورد اندازه گیری باشد. در این حالت تبدیل امپدانس با نرخ 1:1 صورت خواهد پذیرفت. پس از تنظیم صحیح و تطبیق آنتن با کابل، می توان فرستنده و آنتن را از طریق کابلی با هر طول دلخواه به یکدیگر مرتبط نمود.

.

7- یادآوری از اصول آنتن

وظیفه ی هر آنتن، انتشار بهینه ی انرژی فرکانس بالای حاصل از یک فرستنده در فضا به شکل میدان الکترومغناتیسی است. می دانیم که هر نوع آنتنی دارای مشخصه ای مشابه با یک مدار موازی LC است. تشعشعِ بیشینه هنگامی حاصل می شود که فرکانس منبع با فرکانس تشدید آنتن (LC) برابر باشد. برای درک بهتر این موضوع که چگونه آنتنی که فقط از یک تکه سیم تشکیل شده می تواند ویژگی های یک مدار LC را از خود بروز دهد، به تصویر 8 نگاه می کنیم.

.

تصویر 8: مدار معادل همه ی آنتن ها یک مدار موازی LC است.

.

در تصویر (8-الف) یک مدار شناخته شده ی سلف و خازن که به صورت موازی بسته شده اند، دیده می شود که فرض می کنیم در آن L فقط از یک دور سیم به شکل یک حلقه ی بزرگ ساخته شده باشد. این برای ما یادآور یک «آنتن حلقوی» یا «آنتن لوپ مغناتیسی» است.

در (8-ب) جوشن های خازن را از هم دور می کنیم. اگر جوشن های خازن به نسبتِ فاصله شان از یکدیگر به اندازه ی کافی بزرگ باشند، چیزی شبیه به یک «آنتن ایزوترون نوع EH» خواهیم داشت.

البته اصول کار آنتن هایی که در بالا از آنها نام بردیم اندکی پیچیده است و موضوع بحث این مقاله نیستند و علاقه مندان می توانند به مطالبی که در مورد آنها در جاهای دیگر موجود است، مراجعه کنند.

در (8-پ) جوشن های خازن را کاملاً کشیده ایم، به طوری که در دو انتهای یک سلف با هم موازی واقع شده اند. در واقع این ترکیب نشان دهنده ی خازنی است که توسط یک سلف اتصال کوتاه شده است!

در (8-ت) دیده می شود که ما جوشن های خازن را برداشته ایم و وظیفه ی آنها را به عهده ی سیم های دراز دو سمت سیم پیچ قرار داده ایم.

در (8-ث)، در ادامه ی اصلاحات خود، از سیم پیچ سلف مان چیزی بجز یک قطعه سیم باقی نمانده است. در واقع در اینجا به «آنتن سیمی» (Wire Antenna) رسیده ایم. آنتنی که مانند نقطه ی شروع ما معادل یک مدار LC موازی است. البته توجه داشته باشید که از منظر تشعشع، استفاده از چنین آنتنی در همه ی موارد امکان پذیر نمی باشد.

حال، با وقوف به یکسانی آنتن ها و مدارهای LC، برمی گردیم به این حقیقت که همه ی آنتن ها (البته به استثنای آنتن های «آپریودیک») دارای یک «فرکانس طبیعی» هستند که تحت این فرکانس، مقدار جزء رآکتیو خازنی Xc و جزء رآکتیو سلفی Xl مدار متساوی هستند، اما نسبت به یکدیگر 180 درجه اختلاف فاز دارند. در نتیجه، در فرکانس تشدید، امپدانس آنها یک مقدارِ مقاومتیِ خالص خواهد بود، و در این وضعیت، و فقط در این وضعیت است که انتقال انرژی در بیشینه ی خود قرار خواهد داشت (تصویر 9-الف).

.

تصویر 9: نمایش عوامل اهمی، سلفی و خازنی آنتن در حالت تطبیق و عدم تطبیق امپدانس آنتن با فرکانس اِعمال شده بر آن.

.

به محض این که فرکانس منبع انرژی از فرکانس تشدید آنتن فاصله بگیرد، مقادیر اجزای رآکتیو دیگر نخواهند توانست یکدیگر را حذف کنند . به این دلیل، با افزایش فرکانس منبع، آنتن «سلفی» یا «اندوکتیو» می شود، به این معنی که برای آن فرکانس (در مقایسه با فرکانس تشدید) زیاده از حد دراز است (تصویر 9-ب).

و بر عکس، اگر فرکانس منبع نسبت به فرکانس تشدید آنتن کاهش داده شود، آنتن «خازنی» یا «کاپاسیتیو» می شود (Xc بزرگ تر از Xl)، و در نتیجه برای انتشار فرکانس جدید خیلی کوتاه خواهد بود (تصویر 9-پ). در دو حالت اخیر، گفته می شود که آنتن «تطبیق» یا «مچ» (Matched) نیست و باید طوری اصلاح شود که در فرکانس کار منبع به حالت تشدید برسد. این «اصلاح» با کوتاه کردن یا درازتر کردن شاخه های آنتن صورت می پذیرد. اما اگر انجام چنین تغییراتی (تغییرات فیزیکی) مقدور نباشد، برای اصلاح آنتن به آن اجزای رآکتیو، مثلاً یک خازن یا یک سلف، افزوده می شود تا برابری Xl = Xc حاصل شود. در مورد ویژه ی آنتن ایزوترون، تعداد حلقه های هر رزوناتور تغییر داده می شود.

تا اینجا قول های زیادی برای تکمیل این مقاله دادم. این را هم اضافه می کنم که "به زودی" مدار یک فرکانس شمار مناسب برای این دستگاه را خواهم آورد و به دوستان رادیوآماتور تقدیم خواهم کرد.

.

تصویر تعدادی از دستگاه های ساخته شده توسط خوانندگان این مقاله:

.

.

.

مطالب مرتبط:

ساخت یک دستگاه آنالایزر آنتن – پیشنهادی برای بهبود کارکرد مدار

ساخت یک مدار فرکانس شمار

ساخت یک دستگاه تحلیل گر آنتن باند HF

.

.

www. etesalkootah.ir ||   2017-12-27 © 

2015 www.etesalkootah.ir  © All rights reserved.

تمامی حقوق برای www.etesalkootah.ir محفوظ است. بیان شفاهی بخش یا تمامی یک مطلب از www.etesalkootah.ir در رادیو،  تلویزیون و رسانه های مشابه آن با ذکر واضح "اتصال کوتاه دات آی آر" بعنوان منبع مجاز است. هر گونه  استفاده  کتبی از بخش یا تمامی هر یک از مطالب www.etesalkootah.ir در سایت های اینترنتی در صورت قرار دادن لینک مستقیم و قابل "کلیک" به آن مطلب در www.etesalkootah.ir مجاز بوده و در رسانه های چاپی نیز در صورت چاپ واضح "www.etesalkootah.ir" بعنوان منبع مجاز است.