Materiály v anténní technice
Nejběžnějším materiálem používaným na výrobu antén pro VHF a UHF je hliník a jeho slitiny. Není to ani tak pro jeho elektrické, jako spíš pro jeho mechanické vlastnosti. Je lehký, dobře se tvaruje, odolává povětrnostním vlivům a je relativně levný. Jakýkoliv jiný vodivý materiál je samozřejmě možné použít také, ovšem s vědomím, že některá z vlastností hliníku nebude zachována. Vyrobit anténu z mědi či železa není problém a její přijímací (vysílací) vlastnosti to nikterak neovlivní. Schopnost antény transformovat elektromagnetické vlnění v prostoru na elektrický proud a naopak totiž nikterak nesouvisí s použitým materiálem.
Elektrický rozměr
Elektrický rozměr se v anténářské technice vyskytuje poměrně často. Jedná se o rozměr vztažený k vlnové délce signálu v daném prostoru. Je-li tedy nějaký rozměr antény vyjádřený například jako 2 lambda (lambda = vlnová délka), pak je dvojnásobkem vlnové délky přijímaného signálu.
Elektrický proud se ovšem pohybuje v různě hustém prostředí různou rychlostí, proto absolutní rozměry (v metrech) jsou závislé právě na druhu prostředí, ve kterém se vlna šíří. Za tímto účelem se používá tzv. „činitel zkrácení“, který vyjadřuje, v jakém poměru je délka vlny v daném prostředí k délce vlny ve vzduchu (ve vakuu). Proto se třeba u koaxiálních kabelů setkáváme s činitelem zkrácení 0,8 nebo 0,66 apod. Uvedené koeficienty jsou závislé na použitém materiálu dielektrika kabelu.
Když do kabelu s koeficientem zkrácení 0,8 pustíme signál o kmitočtu 300 MHz, nebude délka vlny uvnitř kabelu jeden metr jako ve vzduchu, ale pouze 0,8 metru. To je nutné vědět při konstrukci fázovacích a symetrizačních vedení, balunů a různých filtrů tvořených z koaxiálních nebo i jiných vedení.
Co ovlivňuje zisk antény?
Bez ohledu na podmínky, ve kterých anténa pracuje, je její zisk ovlivněný výhradně účinnou plochou a transformačními schopnostmi.
Účinná plocha antény (apertura) je kolmá k ose příjmu a je upravená mechanickými a elektrickými rozměry antény. V žádném případě ale není shodná s plochou, kterou zabírá anténa při pohledu ve směru záření! Účinky antény totiž zasahují i mimo prostor vymezený samotnou anténou. Vzdálenost, do které anténa zasahuje i mimo svoji plochu, je pro různé konstrukce antén odlišná. Z toho důvodu se nedoporučuje instalovat více antén blízko u sebe, neboť se navzájem ovlivňují a zhoršují své vlastnosti.
Transformační schopnosti antény můžeme zjednodušeně označit za účinnost antény, s jakou zachycuje a převádí elektromagnetické pole na elektrický proud – a opačně.
Účinná plocha
Stanovit nebo vypočítat účinnou plochu antény není jednoduché. Plocha je totiž závislá na mnoha parametrech, které určují vlastnosti samotné antény. Je to tedy tak trochu začarovaný kruh. S mírnou nadsázkou ale můžeme říci, že vše souvisí se vším a všechny vlastnosti antény jsou ve výsledku ovlivněny místem a způsobem její instalace.
V případě, že v těsné blízkosti budou instalovány dvě či více antén, pak účinná plocha jedné bude deformována přítomností antény druhé. A to ovlivní její vlastnosti. Zisk a vyzařovací diagram takové antény se degraduje. Vlastnosti antény zásadně zhoršuje také její umístění v nehomogenním elektromagnetickém poli. Pamatujte, že s narůstajícími rozměry antény rostou i její nároky na homogenitu elektromagnetického pole.
Transformační schopnost antény
Anténa je zařízení, které transformuje elektromagnetické pole ve volném prostoru na elektrický proud v obvodu jejího zářiče. Jedná se tedy o proces, při kterém je nutné využít energii v těsné blízkosti antény co nejlépe a přivést ji s co nejmenšími ztrátami do anténního svodu. I v tomto případě se jedná o impedanční přizpůsobení antény, tentokrát ovšem nikoliv k anténnímu svodu, ale k volnému prostoru. Čím lépe je anténa přizpůsobená, tím větší má zisk.
Za zmíněným účelem jsou například antény Yagi rozděleny do tří sekcí: vlnovodná, transformační a budící. Každá z nich má za úkol maximálně přizpůsobit postupující signál k navazující sekci. Samotný dipól nebo krátká Yagiho anténa mají pouze budící sekci. V takovém případě je ovšem zisk antény velmi malý. U dlouhých Yagiho antén mají pak vliv na kvalitu přizpůsobení také vzájemné rozměry a rozteče jednotlivých prvků. Je totiž možné zkonstruovat několik antén se stejným počtem prvků a pro stejný kanál, přesto každá z takových antén bude mít jinak dlouhé a jinak vzdálené prvky.
Cílem mnohých radioamatérů je optimalizace již existujících antén. Na základě jejich zkušeností se pak v různých publikacích objevují návody na velmi kvalitní antény. Bohužel ne vždy se zvýšené nároky na přesnost konstrukce odmění lepšími vlastnostmi při praktickém použití. Stačí totiž nevhodná montáž do blízkosti jiné antény a veškeré dobré vlastnosti jsou pryč.
DigiZone.cz seznamuje čtenáře se základy digitalizace
Druhy antén pro televizní příjem
Yagi. Zatím stále nejrozšířenější anténa pro příjem televize a rozhlasu v na VKV. Jedná se o půlvlnnou prvkovou anténu laděnou vždy pro skupinu několika kanálů. V pásmu VHF je schopna pokrýt celé III. televizní pásmo. Pro použití v pásmu UHF se vyrábí vždy pro skupinu několika kanálů. Zvětšování širokopásmovosti zhoršuje její elektrické parametry. Druhým extrémem jsou antény laděné pouze na jeden jediný kanál.
Nevýhodou Yagi antén je, že se snadno rozladí vlivem blízkých předmětů. V zimním období je velmi často rozladí i námraza.
Celovlnná Yagi. Modifikace původní Yagiho antény. Používá se především v pásmu UHF. Běžně je konstruována s plošnými tvarovanými prvky. Bývá laděna pro celé pásmo UHF. Jedná se proto o širokopásmovou anténu s průměrnými elektrickými vlastnostmi. Typickým příkladem této antény je tzv. Colorka.
Logaritmicko-periodické antény (LP). Jinak také „rybí kost“. Tyto antény mají velmi dobré elektrické vlastnosti. Jejich impedanční přizpůsobení se blíží ideálnímu. Mají velmi vyrovnaný průběh zisku v celém přijímaném pásmu. Je možné zkonstruovat je prakticky pro libovolnou šíři pásma. Proto se velmi často používají jako měřící antény. Jejich nevýhodou je relativně malý zisk vzhledem k jejich rozměrům.
Především antény pro velmi široké frekvenční pásmo jsou vzhledem ke svému zisku nepřiměřeně velké a na televizní příjem se tedy používají zřídka. V dnešní době je prodejci často označují jako antény pro DVB-T. To je údaj. Antény může totiž jejich majitel použít pro jakýkoliv účel v daném pásmu. Jejich praktické výhody pro televizní příjem jsou ovšem minimální. Svoje opodstatnění mají spíš tam, kde je potřeba na jednu anténu zachytit vysílání v pásmu VHF i UHF současně. Její použití pro DX je rozhodně nevhodné!
Buzené patrové soustavy. V dnešní době jedny z nejrozšířenějších antén pro pásmo UHF, tzv. „matrace“. Je to anténa s velmi širokým použitím. Není příliš náročná na homogenitu elektromagnetického pole. Ve ztížených podmínkách pak vyniknou její velmi dobré směrové účinky. Nemá ale příliš dobré elektrické vlastnosti a její použití s nesprávně zvoleným a nainstalovaným zesilovačem bývá častým zdrojem rušení a příčinou neúspěšného příjmu. Tohoto druhu antény se používá i jako vysílací „rakve“ u televizních převaděčů a vysílačů v pásmu UHF.
Antény se zpětným zářením. Backfire (BF). Tyto antény byly původně vyvinuté pro kosmický program. Existují dvě jejich modifikace – krátká (SBF) a dlouhá (LBF). V ideálních případech poskytují tyto antény až zázračné výsledky. Bohužel ideálu je v realitě málo. Antény jsou určené do podmínek, kdy signál není znehodnocován žádnými překážkami a odrazy. V takovýchto případech je anténa schopna velkého zisku. V reálném prostředí pozemního příjmu spíš vyniknou její nevýhody. Její komerční výroba se neujala pro svou náročnost, a tím i vysokou cenu. Amatérská stavba pak klade vysoké nároky na přesnost a přístrojové vybavení.
Parabolické antény. Přestože se to může zdát podivné, používají se tyto antény i pro příjem pozemní televize. V minulosti se komerčně vyráběly v Německu a prodávaly se pod názvem Parascope. Několik exemplářů se vyskytuje i v naší republice. Především za minulého režimu se používaly pro dálkový příjem TV ze zahraničí.
Anténa je velmi rozměrná. Její hlavní zrcadlo dosahuje několikametrového průměru, čemuž také odpovídá i její zisk. Ten je ovšem kriticky závislý na přijímaném kmitočtu a přesnosti nasměrování antény. I nároky na homogenitu elektromagnetického pole nejsou vzhledem k velkým rozměrům právě zanedbatelné. V časopise Amatérské rádio byla v minulosti popsaná stavba válcové paraboly s plochou hlavního zrcadla několik desítek metrů čtverečních. Anténa byla umístěna na střeše panelového domu a používána pro DX příjem ze zahraničí.
Exotické antény. Můžeme je rozdělit do dvou kategorií. První obsahuje antény, které přes svoji exotičnost opravdu fungují. V druhé kategorii jsou pak antény, které, ač jsou nevšední, nefungují. Do první kategorie je možné zařadit například kosočtverečnou anténu nebo antény typu Quad, Quagi, HB9CV („zélandka“) nebo SWAN. Vyskytují se velice zřídka a jedná se výhradně o domácí výrobu. Druhá kategorie zahrnuje antény exotického vzhledu, kterými je třeba „UFO“ a jiná podobná udělátka s ozdůbkami, plastovými parabolami apod. Téměř vždy jsou exotické antény vybavené „výkonným“ zesilovačem.
Závěr
Přestože bylo o anténách už řečeno mnohé, bylo by možné dál pokračovat. Každou kapitolu a každý odstavec dál rozvádět do podrobností. To ovšem není účelem našeho seriálu. Problematika anténářské techniky je velmi složitá a profesionalita je téměř vždy založena na dlouholetých zkušenostech a trvalém vzdělávání. Naším seriálem jsme proto chtěli přiblížit tuto problematiku co možná nejširšímu okruhu čtenářů a zaujmout je pro získávání dalších poznatků.
