Obecně oblíbené omyly při návrhu 
a konstrukci KV antén (část 2.)

Dalším omylem bývá posuzování kvality antény podle ČSV (nebo PSV, SWR). ČSV, neboli činitel stojatých vln (PSV – poměr stojatých vln, SWR – standing wave ratio) udává míru přizpůsobení antény (zátěže) ke generátoru, resp. antény jako generátoru k zátěži (přijímači), bereme-li v úvahu teorém reciprocity. Podstata omylu vyplývá již z definice – míra přizpůsobení je něčím zcela jiným, než vyzařovací vlastnosti antény, které za měřítko kvality (lépe řečeno za měřítko vhodnosti daného typu antény k danému účelu) považovat můžeme.

Význam ČSV

ČSV nabývá hodnot od 1 do nekonečna, ČSV = 1 znamená optimální přizpůsobení. Logickou úvahou lze dospět k závěru, že vyšší ČSV znamená vyšší ztráty vlivem nepřizpůsobení. Skutečně tak tomu je, je však důležité stanovit, jak velké tyto přídavné ztráty budou a jaké budou mít význam v daném konkrétním případě. Obr. 4. uvádí kromě definice ČSV také poměry postupujícího a odraženého výkonu v závislosti na jeho hodnotě.

První odhad nemusí být příliš optimistický, hodnota ČSV = 3, která bývá v praxi považována za nepřijatelnou, znamená, že se celá Ľ výkonu přivedeného do antény odrazí. Vyjádříme-li ztrátu v decibelech, docházíme k 1,25 dB. Zeslabení přijímaného signálu o 1,25 dB je na nižších KV pásmech zcela zanedbatelné, protože takový pokles sotva poznáme na S-metru a rozdíl v síle signálu nebude vnímatelný uchem. Poněkud jiná situace bude na vyšších KV pásmech a zcela jiná na VKV. Zeslabení signálu, způsobené nepřizpůsobením a útlumem napáječe se sčítají a výsledný efekt je týž, jako kdyby se šumové číslo přijímače o tuto hodnotu zhoršilo. Má-li náš přijímač šumové číslo F např. 4 dB a anténa ČSV = 3, je situace stejná, jako kdybychom používali přijímač s šumovým číslem 5,25 dB a anténu s ČSV = 1. Takové zhoršení šumového čísla již může způsobit nepoužitelnost přijímacího systému pro příjem extrémně slabých signálů na VKV pásmech. Situace je ve skutečnosti ještě horší, neboť jsme nebrali v úvahu útlum použitého napáječe. Často investujeme nemalý peníz do kvalitního napáječe s malým útlumem, avšak vysoký ČSV může takovou investici učinit zbytečnou.

Obr. 4. Definice ČSV a poměry postupujícího a odraženého výkonu 
v závislosti na hodnotě ČSV

Jiný význam bude mít nepřizpůsobení v případě vysílání. Pokles síly signálu v místě příjmu bude sice stejně zanedbatelný, jako v předchozí úvaze, ale je třeba zabývat se tím, jak se bude tvářit PA vysílače. Odražený výkon putuje od antény zpět k vysílači. Jeho část se mění na teplo přímo na napáječi, stejně jako se na teplo mění i část postupujícího výkonu. Podstatná část odraženého výkonu se však vrací až k PA a jeho aktivním prvkům (tranzistorům, elektronkám) a mění se na teplo na jeho obvodech. Je tedy zřejmé, že vyšší ČSV bude spíš nebezpečím pro PA vysílače, než příčinou ztrát na síle signálu v místě příjmu.

Tento pohled je však poněkud jednostranný. Záleží vždy na charakteru impedance zátěže (antény). Chceme-li postavit např. sfázované dvojče Yagiho antén nebo fázované vertikály, je rozhodující, máme-li dvě či více identických antén a to nikoli na jednom kmitočtu, ale v celém uvažovaném pásmu. Jedině za tohoto předpokladu lze navrhnout fázovací systém, který zaručí požadované vlastnosti. Návrh těchto složitějších systémů se však vymyká rámci tohoto článku a můžeme se mu proto věnovat později.

Význam zisku antény

K dalším často nesprávně vykládaným parametrům antény patří zisk antény. Ten bývá často přeceňován a mnohdy ti, kteří tak činí, ani nevědí, co zisk antény je. Je nutné především zdůraznit, že se nejedná o nějaké absolutní číslo, ale zisk je udáván vždy ve vztahu k nějaké referenční vyzařovací struktuře (anténě). Nejčastěji se setkáváme se ziskem, vztaženým k izotropickému zářiči nebo k půlvlnnému dipólu. Tyto dvě reference se používají zejména proto, že je možné s větší či menší přesností definovat jejich vyzařování.

Izotropický zářič je vyzařujícím hmotným bodem. Jde o matematickou fikci, izotropický zářič tedy není možné postavit. Jeho vyzařovacím diagramem je koule, výkon je tedy vyzařován rovnoměrně do všech částí prostoru stejně. Vyzařovací diagram reálné antény je vždy jiný, taková anténa tedy vyzařuje do některé části prostoru větší výkon, než by vyzářil tento hypotetický izotropický zářič. Dobrou pomůckou pro názornou ilustraci je světlo kapesní svítilny, které je jejím reflektorem soustřeďováno do určité části prostoru, zatímco jinam baterka nesvítí (obr. 5).

Pokud sejmeme vrchní část svítilny, ztratí se ostrý kužel světla a svítilna bude k ničemu. Odebráním reflektoru jsme tedy zbavili zářič (žárovku) „zisku“.

Tak vysokého zisku, jaký představuje reflektor kapesní svítilny, není možné dosáhnout u krátkovlnné antény a většinou ani u VKV antén (část 2.)y s výjimkou centimetrových pásem, kde můžeme použít parabolického reflektoru. Směrovost běžné antény Yagi pro KV nebývá v porovnání s obr. 5. velká, Většinou otočení antény o 20^o ani nepoznáme a pokud ano, poznáme to na slabých signálech, které většinou nemáme zájem „odsměrovat“ – nejedná-li se právě o stanici, o níž máme zájem, slabý signál nám většinou příliš nevadí. Směrování však záleží také na úhlu, pod kterým dopadá rušivý signál na anténu. Rozborem vyzařovacího diagramu běžné antény zjistíme, že signály dopadající pod velkým úhlem není dost dobře možné odsměrovat, pokud nemáme k dispozici např. patrovou soustavu Yagiho antén s možností přepínat vrchní či spodní anténu nebo použít obě dvě s příslušným fázováním. Signály z Ukrajiny, Bulharska nebo Itálie tedy budou vadit a záleží především na podmínkách šíření, jak se s nimi vypořádáme.

Porovnáme-li na obr. 5. výkon, vyzářený do osvětlené a neosvětlené části prostoru, můžeme např. zjistit, že výkon, který byl vyzářen do osvětlené části prostoru je 1000x větší, než výkon, vyzářeny do jeho neosvětlené části. To lze vyjádřit v logaritmické míře, např. v decibelech. Reflektor naší baterky má tedy „zisk“ 30 dB. To je opravdu velký zisk, v krátkovlnné praxi přicházejí v úvahu zisky do 10 dB, tedy poměr mezi „světlem a tmou“ 1 ku 10. S takovou baterkou bychom si tedy moc neposvítili, ale na kmitočtech pod 30 MHz jsou i takové zisky dobré.

Z učebnic víme, že vzroste-li výkon 4x, dojde na přijímací straně k zesílení signálu o 1 S stupeň. Nárůst výkonu na čtyřnásobek lze vyjádřit v logaritmické míře jako nárůst o 6 dB. V praxi to vypadá tedy tak, že můžeme místo výkonu 100 W do téže antény použít výkon 400 W, nebo zůstat na 100 W a použít anténu se ziskem 6 dB. Zastánci QRP nebo kdokoli, kdo považuje za alfu a omegu světa rádia tvrzení „anténa je nejlepší zesilovač“ sáhne rozhodně po druhé možnosti s odůvodněním, že taková anténa bude přínosem i pro příjem. To je bohužel polopravda, na 80 m se nám stěží podaří tohoto zisku dosáhnout i se čtyřmi sfázovanými vertikály. Porovnáme-li náklady na vybudování takového anténního systému s náklady na výkonnější PA, zjistíme, že anténa nám vyjde 20x až 50x dráž než lineár a další speciální přijímací anténa, s kterou uslyšíme stejně nebo možná lépe, než se čtyřmi sfázovanými vertikály.

Dnešní díl seriálu tedy ukončíme poněkud lakonickým tvrzením: Každý problém je mincí o dvou stranách a vždy je nutné hledat řešení, které je optimální vzhledem k daným podmínkám. Imperativy pak bývají většinou stejně zavádějící, jako obecně oblíbené omyly.

(pokračování příště)

(ato)