Nekorektní blog Petra Kubáče na Blog.cz

Dneska měl vyjít první díl čtyřdílného seriálu o spínaných měničích typu SEPIC, které mohou být základem solárního regulátoru, nebo univerzální nabíječky, nebo LED lampičky. Kromě 4 dílného elektro-seriálu mám "v procesu" ještě 6 článků o společenských fenomenech současné doby. Mezitím však došlo k té nehodě, že jsem služebě navštívil Německo. Prototože jsem letěl letadlem s přestupy - chtěl jsem vzít jen kabinové zavazadlo a tato idea nebyla kompatibilní s rozměry ( a váhou ) mého obstarožního laptopu.

V Německu jsem byl návštěvou v japonské v dobrém smyslu slova "globální" firmě - slovutném výrobci laboratorních přístojů. V diskusi s jeho zaměstnanci jsem nemohl nemyslet na "Baťovskou solidnost" což je kombinace mentality ( a poctivosti ) konce 19. století, Fordovské výrobní zručnosti a technologií vrcholné éry strojírenství 30. let.

Rád bych posloužil pozitivním příkladem, ale pro další výklad bude lepší příklad negativní tedy co NENÍ Baťovská solidnost : příklad z Afriky : drtivá většina populace má přístup k mobilnímu signálu a dokonce ke smartfounům, ale nabíjí je ze řvoucího benzínového generátoru, protože pokrýt širokou oblast mobilním signálem je otázka vrtulníku sponzorovaného OSN, který spustí na laně kontejner s BTS na místní návrší. Pak už jenom místní lidé v Toyotě Hillux koupené OSN vozí do agregátu na kopec naftu placenou OSN. Naopak - pokrýt údolí pod BTS elektřinou je otázka kopání, vztyčování a betonování sloupů, tahání drátů a dalších "zastaralých" činností konce 19. století, které nespadají do kategorie HOGO-FOGO technologie hotové za 10 minut, ale do kategorie systematický "přesun hmoty" z místa na místo - tedy PRÁCE.

Můžete namítnout, že na dráty a sloupy nejsou v Africe peníze, ale to je zase "Baťovská (ne)solidnost" - to jest opustit dosavadní životní styl "radši pět let bojovat nežli měsíc pracovat" a na sloupy a dráty prostě PRACÍ vydělat. Což je zase problém místních elit, které "Baťovsky solidní" ( elektřinu zavádějící ) koloniální správu svrhly, a naradily ji "bojovníky za svobodu" ( nebo cokoliv jiného ), kteří sedí s kalašnikovem v prachu a čekají na vrtulníky sponzorované OSN.

V konkrétní realitě mnou navštívené firmy je to tak, že laserové průtokové cytometry pro počítání "krevních obrazů" ( ve svém oboru nejlepší na světě ) jsou pro africké zákazníky vždy dodávány v jednom packetu s benzínovou elektrocentrálou Honda, oranžovými prodlužovačkami v dostatečné délce, aby řev a smrad elektrocentrály nerušil pacienty nad běžný africký standard a k tomu pár kanystrů s benzínem.

Pokud máte, pocit, že jsem jako ti neurotici, co se hroutí z událostí na druhé straně planety - než budeme pokračovat dal bych ještě příklad z Česka : ve špitálech zasíťovaných Giga-bitovými Ethernety a WIFI, s tisíci stran směrnic "dostupných na intranetu" - sestry, kterých 30% chybí, vyplňují lejstra, která berou dalších 20% výkonu. Přesto lejster přibývá. Mezitím pokaděné babiny umírají na infikované dekubity, které nemá nikdo čas řádně ošetřit....

Tak jsem přemýšlel zda tento blog spadá do kategorie HOGO-FOGO nebo do kategorie Baťovské solidnosti a došel jsem k následujícímu smutnému rozboru

Podtrženo sečteno - o čem psát ? O "starých dobrých" minulých časech ? Propagovat nerealizovatelnou chemii ? Podporovat dovoz čtyřdírkových modulů z Číny ? Nebo se dalekosáhle věnovat HOGO-FOGO technologiím, které ač marketing tvrdí opak - jsou důkazem ( a mechanismem ) technologického zaostávání západu ?

Když jsem tedy byl v Německu bez notebooku a tím bez řádného internetového spojení - vrátil jsem se do Česka a sledoval dodatečně dění na vlastním blogu a myslíte, že mě to zaujalo ? VŮBEC !?! Přesněji asi jako když k vám po dovolené vtrhne manažéér a křičí : "Kde je report č. 314159/Z, o kterém se psalo v zápise 271828/Ď ?!" Vskutku musím konstatovat, že rajčátka z balkonové pěstírny jsou více sexy než vymýšlet co napsat, aby bylo jasné, že pro mně je v oblasti technologií akceptovatelná jedině Baťovská solidnost, která je nemoderní, a navíc z jejich "moderních" protiváh - je mi šoufl.

ERGO - bych si dovolil udělit úplně poslední radu čtenářům - pokud vaše činnost nespočívá ve skutečné práci spojené s přesunem hmoty ( za hmotu se nepočítají elektrony v drátech ani kancelářský papír ) - je to činnost typu HOGO-FOGO a tudíž nahovno. Pokud vám za ní přesto platí a to hodně - není to důkaz mého omylu, ale naopak další důkaz vaší škodlivosti, protože prachy mají uplatit hlodající svědomí. V takovém případě byste se měli opravdu hluboce zamyslet jak přestat škodit. Osobně se chytám baťovského : "nepokračuj ve špatné práci", přesunuju se od psaní blogu k pohybu hmotou a beru si dlouhodobé volno - právě v tomto okamžiku.

Ano je to neuvěřitelné - narazil jsem na problém, který jsem ještě neprobral, který je až natolik důležitý, že si zasluhuje oživení starého dobrého seriálu článků o "vidlácké elektronice". Před týdnem jsem se rozčiloval, že programovací port pro AVR procesory není odolný, proti zapojení konektoru "naopak" a vyzýval jsem k navržení konektoru, který je blbuvzdorný, a zároveň jsem spekuloval jak blbuvzdornost a nepřepólovatelnost a nespálitelnost nějak "dodělat" do programátoru procesorů Atmel AVR. Přestože vím, že je to zpozdilost, protože příznivci Arduína vědí, že se programuje "přes USB" tak my "elektro-důchodci" víme, že Arduino bez bootloaderu by bylo mrtvý kus křemíku na rozdíl od stejného procesoru - tedy AVR programovaného tak jak bylo původně výrobcem zamýšleno - to jest paralelním programátorem, nebo ISP portem.

Takže co je příčinou "neblbuvzdornosti" digitálních výstupů. Princip je v tom, že moderní CMOS Vstupy mají prakticky nekonečný odpor, ochranné diody na vstupu a pokud před ně předřadíte nějaké další externí ochrany v podobě dalších diod, odporů, transilů, trisilů, doutnavek a bleskojistek - lze vstup obvodu ochránit téměř pred čímkoliv - snad kromě přímého úderu blesku kdy magnetickým polem "vyskáčou" i kovové trubky ze zdi.

Pak tady máme analogové obvody - u kteréhokoliv modernějšího ( než první generace ) operačního zesilovače se dočtete, že "output" je "short circuit protected" a někdy ( skoro vždy ) se dočtete i to, že výstup je "neomezeně zkratuvzdorný". Patrně si řeknete - pchá - co má archaický operační zesilovač společného s mou jedinečnou digitální elektronikou, ale už tady máme první náznak jak blbuvzodrný - zkratuvzdorný výstup udělat. Tedy použít operační zesilovač vhodné rychlosti ( rychlý ), zapojit jej jako neinvertující sledovač a využít jeho vestavěné ochrany jako zdroj "blbuvzdornosti". Například pro programátor AVR, kde rychlosti nejdou příliš přes 1 MHZ by to klidně bylo možné, stejně tak třeba pro sériové porty pracující na "normálních" v robotech používaných rychlostech ( 2400 - 1M baud )

Tohle samozřejmě je někdy dosti nepraktické řešení, proto je potřeba prozkoumat v čem tkví zranitelnost výstupů digitálních obvodů. Pomůžeme si schémátkem nejjednoduššího CMOS invertoru na prvním obrázku. Je zjevné, že se jedná o tzv Push Pull řešení. Přestavte si situaci, kdy tento výstup omylem zkratujeme na zem. Pokud bude výstup ve stavu LOW - pak bude horní tranzistor uzavřen a dolní tranzistor otevřen - pokud bude výstup na napětí země - nic se nestane. Protože náhoda je blbec - blbuvzdornost MUSÍ být vestavěna v HARDWARU - jinak váš obvod nepřežije softwarovou chybu. Pokud si tedy elektronika usmyslí přepnout výstup do stavu HIGH - horní trazistor se stane vodivým a bude zkratován přímo na zem, což povede k tomu že proud jím poroste až k přehřátí a spálení obvodu.

Takže se krom zapojení "přes operační zesilovač" nabízí druhé jednoduché zupojení "přes odpor" ano skutečně - CMOS výstupy většinou dají proud okolo 4 mA takže odpor 1K na výstupu "vše řeší" Nebo ne ? Bohužel příliš ne - protože odpor spolu s parazitními kapacitami v drátech na DPS v ( případném ) koaxu a vůbec všude dělá RC článek typu dolní propust, která snižuje rychlost přechodu signálu. Pokud to nevadí - je to řešení. Povšimněte si na ovrázku ještě třetí variantu "přes operační zesilovač i odpor" - díky zpětné vazbě operačního zesilovače můžeme takto zapojený odpor použít jako "externí omezení proudu" aniž by to mělo příliš velký vliv na omezení přenášené frekvence - neboť zpětná vazba se stará o nabíjení parazitních kapacit jak jen může.

Pak je další možnost - většina konstrukcí - stroji počínaje, roboty a auty konče je typu "uzemněná kostra" zkrat na zem je tedy mnohem pravděpodobnější než zkrat na napájecí napětí - takže místo výstupu typu Push Pull stačí použít napájení typu "Open collector" tedy něco - co připomíná "nejubožejší" analogový zesilovač se společným emitorem. K zemi stahuje signál tranzistor zatímco signál "High" se vytváří přes odpor - nebo v integrovaných obvodech přes proudový zdroj. Tohle zapojení je notoricky známé třeba z I2C sběrnice ( viz obrázek) - a taky pro jeho vlastnosti je mnou "notoricky nedoporučované" problém je totiž v tom, že na rozdíl od PUSH PULL zapojení je vybíjení parazitních kapacit přes tranzistor - a tudíž rychlé, ale jejicn nabíjení je přes odpor - pomalé a citlivé na elektromagnetické rušení.

I přesto má "open collector" své kouzlo na krátkýh sběrnicích můžete zapojovat výstupy libovolně k sobě a nic se nestane, dokud signál omylem nezkratujete na napájení - pak je průser - protože pokud se dolní ( jediný ) tranzistor ve výstupním obvodu otevře - velkým proudem shoří.....

OK nezbývá tedy nic než marnost že. Není to tak beznadějné - dokonale blbuvzdorný push - pull výstup se totiž nápadně podobná H-můstkům - driverům motorů, se kterými vám veliké zkušenosti. Kouzlo je totiž v tom, že pokud chcete mít push pull výstup "zkratuvzdorný" je nutné mít proudovou pojistku jak proti spálení horního tranzistoru ( zkratem na zem) tak proti spálení dolního tranzistoru ( zkratem na napájení ). A opět máme dvě možnosti - složitější, která spočívá v tom, že proudová pojistka měří proud který vstupuje i vystupuje do výstupních tranzistorů a pokud zjistí, že proud je příliš vysoký ohrožený tranzistor ( nebo oba ) vypne - tím se výstup dostane do stavu "vysoké impedance" a je ( většínou ) zachráněn. Velice hrubé blokové schémátko máte na obrázku kde ARB1 a ARB2 jsou obvody které měří proud a při "nadproudu" shodí svůj výstup na 0.

Tohle je ideální pokud máte výstupy, které musí dávat opravdu veliký proud a to můstky do motorů skutečně musí. Pokud budete něco v tomto stylu stavět tak se procvičíte ve stavbě "měření proudu na horní straně", "měření proudu na dolní straně", komparátorech a logice, která vypne oba výstupní tranzistory. Pak je ale jiná možnost - napájet celý výstupní obvod ze dvou proudových zdrojů - které mohou být různě složité od aktivních "proudových zrcadel" po obyčejné dva odpory omezujících "proud do zkratu". Na obrázku tedy vidíte výstupní obvod který je kompromisem mezi jednoduchostí a blbuvzdorností :

Jenom několik poznámek pro hnidopichy a tak vůbec :

A samozřejmě otázka k čemu je tam užitečný ( nezbytný ) ten kondenzátor a proč nemůže být "téměř nekonečné" velikosti třeba 1000 uF?

A vítězem se stává.... : poté co jsem článek dopsal a vyšel - rozvinula se kolem něj diskuse - vizte diskusi - a v ní čtenář pan Mariánek - měl nápad vskutku geniální do té míry, že jsem jej musel do článku dopsat jako "nejvidláčtější ochranu digitálních výstupů". Schéma jsem zde dopsal zejména proto aby budoucí čtenářové věděli - že toto je ten ideální bod mezi jednoduchostí a účinností. Vizte schéma nad odstavečkem. Tedy o co jde - povšimněte si že "ochrana" je čistě pasivní a tím pádem je dokonce obousměrná - to jest IN a OUT se mohou vzájemně zaměnit. Kouzlo je v tom, že C1 musí být takové kapacity aby byl přibližně stejný ( nebo poněkud větší) než všechny parazitní kapacity na cestě - uvedených 33pF je pro krátké programovací dráty v desítkách cm. Běda ovšem, pokud se najde vůl, který by tam dal nějakou "obrovskou kapacitu". Celá věc pak funguje takto - "rychlá komunikace" - přesněji rychlá složka komunikace alias "vyšší harmonické" signálu probíhají přes kondenzátor - ten taky nabíjí "parazitní kapacity" - pomalá složka signálu alias "stejnosměrná úroveň" jde přes odpor.

Když potom dojde k nebezpečnému zkratu - kondenzátor se v mžiku nabije - což digitální výstup vydrží, a zbytek proudu už je omezen odoporem R1 - tak geniální, že nechápu, proč mě to nenapadlo, zejména, když podobné finty používám pro "tvarování signálu" v analogové oblasti. Tento obvod můžete zapojit rovnou k pinu vašeho "milovaného Arduína" ovšem pozor - "disclaimer" z následujícího odstavce je i přesto stále platný....

Poznámka při druhém čtení - oblast ochrany výstupů před zkratem obsahuje "magické slovo ochrana" - tím pádem přitahuje jednak množství perpeťáků s jejich "vejvary z netopejra" a jednak přitahuje "Docenty z ČVUT", kteří konstruují zásadně dle ČSN/EN/DIN/ISO 000000 - 999999 a proto za posledních 30 let nepostavili ani blikátko. Takže mějte na paměti že "zkrat" v dnešní kapitole je připojení AVR ISP nebo jiného konektoru s napětím 5 ( 3-24V ) na druhý konektor obráceně - nikoliv zapojení tohoto konektoru do zásuvky na 220V nebo dokonce úder blesku do komína - velína - Temelína - tam se používají úplně jiné ochrany. A stejně tak obvyklý disclaimer - neříkejte na zkoušce u "Docenta z ČVUT", že "Kubáč psal" - toto je vidlácká elektronika domácí výroby - nikoliv kurs "inženýrem snadno a rychle" jasné ?!

Jeden z mých čtenářů - stavitelů antén - mi psal, že zatím s anténami sklizí velké úspěchy a jestli by se anténa uvedená ZDE nedala postavit i bez novodurové trubky. Autor antény tam rozvíjí nějakou černou magii o "vlastní rezonanci koaxu" - tak jsem mu napsal - tahle anténa je příklad použítí "tlumivkového balunu"

O co tedy jde ? Jak vidíte na obrázku - tak princip je ten, že máte koaxiální kabel, že kterého ne na konci oloupané stínění. Oloupaný úsek je dlouhý 1/4 vlnové délky. pak máte kus normálního koaxu - který je skoro stejně dlouhý jako oloupaný úsek - a pak máte 13 závitů koaxu na trubce. Prakticky tedy anténa funguje tak - že oloupaný úsek je "zářič" a celý koax je "protiváha" - problém tohoto řešení je v tom, že po povrchu koaxu vám tečou VF proudy a tudíž se vlastnosti antény mění podle délky koaxu a dokonce podle toho kudy koax vede - přiblížíte koax k litinovému topení a nestačíte se divit.

Tomuto fenomenu je třeba zamezit za každou cenu, proto autor smotal koax do cívky, která svojí indukčností VF proudy na povrchu koaxu zastaví. Zbývá otázka - proč je to 13 závitů a důvod proč úsek protiváhy je je o 28 milimetrů kratší než úsek zářiče ? Sám bych si rád odpovědi autora poslechl, protože reálná odpověď - zbavená černé magie - je "že mu to tak nějak vyšlo".

Takže jsem mému čtenáři doporučil - zbav se černé magie - pro tlumivky, které brání VF proudům téci po koaxiálu platí "čím větší indukčnost tím lépe" - takže jsem mu poradil ať si koupí nacvakávací odrušovací ferity na kabel a místo motání 13 závitů - tam nacvaká ferity. U antény pro přjímač nepochybně stačí jeden ferit - u antény vysílací jich musí být více, těsně za sebou, protože tam by vám VF proudy mohly ferit přesytit magnetickým polem a to by bylo jakoby přestal existovat. Ani přesnou polohu feritu jsem mu neporadil - obecně bych to udělal tak aby neoloupaného koaxu bylo stejně jako zářiče a posouváním feritu po anténě bych de facto měnil její délku a tím ji "doladil".

Tím se dostáváme do oblasti "ladění antén" což je subkapitola tvorby antén, která sama o sobě je na celý život a má v sobě tolik černé magie, že můžete chodit po hospodách a před alkoholiky hrát tajemného experta ještě déle než jeden lidský život.

Staří radioamatéři vyráběli antény "natahovací" - dala se měnit jejich délka - a do žíly koaxu zapojili žárovičku a měnili délku antény "na maximum svvitu žárovičky". Dneska EU žárovičky zakázala a navíc vlákno žárovičky je stočené (dokonce několikrát) tudíž má nezanedbatelnou indukčnost rozlaďující anténu - proto používáme jiné prostředky. Předpokládám, že v diskusi vypukne vřava jaké prostředky jsou nejlepší - anténní analyzátory, VF můstky, "VF ampérmetry" měřící proudy v koaxu, GDO indikující "kmitny a uzly" v anténě.

Osobně jsem si zvykl na PSV-metr - tedy přistrojek měřící "poměr stojatých vln" - mašinku s jedním, nebo dvěma ciferníky, která vám ukáže jaké napětí jde do antény a kolik se odrazí zpátky. Pokud je anténa dobře naladěná - neodrazí se nic, protože se vše vyzáří ( nebo ztratí z koaxu do radiátoru ;-))). Takže jak bych naladil "anténu s nacvakávacími ferity" ?

Nejprve si ujasněme pro jaké pásmo ji vlastně autor zamýšlel - tedy

A teď si představte že do hotové antény zkoušíme malinkatým výkonem vysílat a sledujeme kde je PSV nejmenší - tam má anténa rezonanci. - představme si, že anténa místo 56 MHz má rezonanci při 58 MHz - je tedy příliš krátká. Radioamatérští důchodci to řeši tak, že ferity posouvají "o kousek" a pořád dokola měří PSV- jenomže to prakticky znamená anténu vždy - sundat ze stožáru - posunout ferity - našroubovat zpátky. Takže si představte jaká je to pruda, pokud takhle "sundáváte" 10 metrový vertikál pro krátké vlny.

My potřebujeme anténu prodloužit o rozdíl mezi 56 a 58 MHZ - což je delta F / F podíl délky dipólu. Takže posun si spočteme jako 2MHz / 56 MHZ * 2,546 m = 9,1 cm - posuneme ferity o 9,1 cm ven a zkusíme znovu, kde anténa rezonuje. Můžete vzít jed na to, že nejpozději na třetí pokus bude všechno v pořádku.

Zbývají otázky pro šťouraly

Podtrženo sečteno - nebudu dále šířit černou magii - zahoďte inženýrskou mentalitu a nepředpokládejte, že se pokud se ferit má posunout o 9,0928571 cm - že to hned na první pokus anténu naladí. Raději počítejte s 2-3 demontážemi antény "kvůli ladění" - což je pořád lepší než 10-20 demontáží pokud po důchodcovsku - nic nepočítáte a raději "posouváte jen o kousek".

Nakonec i u antém, které mají jiný systém než "tlumivkový balun" se na koax někdy "pro jistotu" nacvakávají ferity a pokud nemáte nacvakávací ferity - je možné vzít izolepu a hned za konektorem - jakékoliv antény - smotat koaxiál do několika závitů - aby zbytečně nevyzařoval.

Poslední otázka před koncem : Čím ladit - a zbytečná odpověď : Ladícím prvkem..... Pokud má anténa v patě kompenzační cívku - dá se ladit posunem této cívky, pokud má šroubovací zářič dá se ladit změnou jeho délky. Některé antény mají v patě celý VF transformátor - tam se dá ladit posunem odbočky na tomto transformátoru - často mívá tento posun charakter zašroubovávání a vyšroubovávání matice. Stejně tak antény které mají delta nebo gama match - dají se ladit posouváním napáječe po ráhnu antény - atd... - "nutno nastudovat" pro každou konkrétní anténu.

Pro dnešek jsem zcela vyčerpán - čekám bouřlivou diskusí - zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám - když manžel sleze ze střechy, kde celé odpoledne ladil antény - a prohlásí "dnes jsem skvěle naladěn" - není úplně jasné - jestli je na místě rychle obléci erotické prádlo - nebo se spíše smířit s tím, že bude celý večer se sluchátky poslouchat na 3.5MHz jak si radioamatéři těžují na vysoký tlak a drahotu v Kauflandu ?

Poznámka při druhém čtení : když jsem po sobě dočetl větu "manžel se vrátí ze střechy" napadlo mě, že bych měl zodpovědět otázku proč ladit anténu na střeše - a v rámci odpovědi založit "oddělení radioamatérských prasáren". Takže - můžete ladit atnénu u vysílačky - ale berte to tak, že pokud máte na střechu 100 metrů koaxu tak vlnění do antény se dékou koaxu utlumí stejně jako odražené vlnění cestou zpět - takže vlastnosti antény vycházejí falešně lepší než ve skutečnosti jsou - cynicky řečeno - při určité délce koaxu ani nepoznáte že anténu na druhé straně srazila vichřice. Stejně tak je prasárna když bojatý ( a obézní ) radioamatér si koupi drahý anténni tuner, aby si anténu "doladil" doma a nemusel lézt na střechu. Jistě pochopíte - že tímto způsobem vlastně odraženou a tím ztracenou energii měníte na ohřev tuneru i koaxu - atd. - prasáren je spousta a každý by se v nich poznal. Proto říkám na plnou hubu - fyziku neobechčiješ - pokud máme ladít anténu a ne "vyzařování koaxiálu" - je třeba činit tak "u svorek antény" - nikde jinde to dělat nejde.

Poznámka při třetím čtení - i samotný "tlumivkový balun" je vlasně taková prasárnička - místo abyste se namáhali jak zařídit aby signál netekl pro plášti koaxu - jenom mu feritem vymezíte prostor kam ještě může a kam už ne.....

Je to hrozné, ale dospěli jsme ke 100 dílu mých nepřesných výplodů. A aby věc byla ještě horší - pokračujeme v anténách a dneska je šas na druhou lekci typu "uvádíme omyly na pravou míru" Takže opět se připravte na řadu otázek a odpovědí.

Před koncem otázek a odpovědí ještě jedna závabavná historka - o vlivu úřednic bez mozku na vysílání v česku.

Nejprve tedy teretický úvod: Dipól vyzařuje ve tvaru pneumatiky - tedy v nejvíce v rovině kolmé na drát. proto dipól postavený svisle vysílá v kruhu všude kolem sebe a je to tudíž anténa "všesměrová" Navíc vysílá vertikální polarizací. Pokud dipól otočíte o 90 stupňů. bude zase vyzařovat kolmo na drát, ale v tomto případě to znamená, že ve směru drátu nebude vyzařovat nic - tedy najednou je stejná anténa "směrová". Je tedy otázka: může mít anténa se svislou polarizací "směrový vyzařovací diagram" ? Jasně že ano - každá Yagina má zisk ve směru kam míří Ať je otočená vodorovně nebo svisle. Pak druhá otázka : může mít anténa se všesměrovým vyzařovacím diagramem vůbec nějaký zisk ? odpověď je samozřejmě ano. Každá rozhlasová stanice používá vysílače typu - "soustava několika dipólů nad sebou" - taková anténa vysílá všude kolem dokola, ale zisku dosahuje tím, že vysílá jenom v uzoulinkém "disku" těsně nad zemí.

A teď ta zábavná historka : ve starých povolovacích podmínkách pro CB radiostanice bylo, že CB anténa nesmí mít "zisk ve vodorovné rovině". Tím chtěli páni z ČTU říci, že můžete používat vertikální antény nebo anténní soustavy se všesměrovým diagramem v azimutu - jaké chcete - ale běda jestli použijete směrovku typu Yaginy (v jakékoliv polarizaci). Takže chytráci z CB klubu Česká Lípa položili na ČTU dotaz jestli mohou používat svisle orientované Yaginy. Na ČTU tuhle otázku dostala k zodpovězení nějaká můra v růžovém svetru a ta se někoho ptala a dostalo se jí krátké a špatné odpovědi : "antény s vertikální polarizací nemohou mít zisk v azimutu" - takže svisle postavená yagina je "oficiálně" OK, protože "z nařízení vlády" - "nemá zisk ve vodorovné rovině" - legrace ne ?

Nakonec je ale lepší, když se používá anténa - směrovka, než kdyby se používaly 1000W čínské zesilovače, bez výstupního filtru - jak bylo taky zvykem.

Pro dnešek končím, zcela vyčerpán zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám Až začne manžel řezat garnýž na záclonu přesně uprostřed - věřte tomu, že se nezbláznil ve stylu filmu "Shining" - to si jenom vyrábí doma skrytý půlvlnný dipól.

Minule jsme došli k tomu, že klasická kmitočtová ústředna na principu PLL má tu bolístku, že ladící krok je roven referenčnímu kmitočtu, takže pokud chctete mít "opravdu dobré" radioamatérské rádio které ladí po 10, 100, 1000, Hz je situace prakticky neřešitelná.

Takže radioamatéři vymysleli fintu - použijí DDS - přímou digitální syntézu. Pro čtenáře, kteří to neznají jenom kratičký úvod co to je. Tedy to je výroba přesných analogových kmitočtů digitálním způsobem

Neboli na obrázku to vidíte - DDS je hardwarový čip - něco jako "vyseknutá sčítačka" z procesoru, který k "fázovému akumulátoru" neustále přičítá "ladici slovo". Fázový akumulátor - je přesně to co název říká - registr, který ukazuje fázi signálu - a protože signály jsou periodické i on občas přeteče - čímž se opět vynuluje. Fázový akumulátor má spoustu bitů - Obvykle třeba 32 a pokud hodiny označené jako system clock jsou třeba 100 MHz pak minimální frekvence, kterou taková DDS zvládne je 100 000 000 / 2³² = 0,02328 HZ. Stejná frekvence je tzv "rozlišení DDS" neboli to, čemu jsme u PLL říkali "ladici krok". Při ladícím kroku v setinách Hz je vám jasné, proč konstruktéři radiotechniky mají z DDS orgasmus.

Horních 8-12 bitů fázového akumulátoru se bere do tabulky hodnot Sinus, kde se lineárně narůstajcíí fáze změní v sinusovku a pak se digitální hodnota funkce sinus vede do DA převodníku - takže na výstupu DDS je opravdu analogová sinusovka. Proč nejde do DA převodníku celých 32 bitů ? Dovedete si předsatavit cenu za čip se 4 gigabajty ROM ?

Aby to nebylo tak snadné, tak způsob syntézy v DDS je i zdrojem problémů a to v tom, že sinusovka je poněkud kostrbatá protože jednotlivé hodnoty z DA převodníku nepřicházejí "přesně" ale jenou "statisticky" v době kdy mají. Takže DDS sice produkuje frekvence na tři desetinná místa, ale jenom statisticky a to tím, že občas je perioda o bit delší a občas o bit kratší. To způsobuje obrovský binec v signálu, který se musí filtrovat a i přesto obsahuje spoustu "vyšších harmonických frekvencí".

Proto radioamatéři běžně signál DDS "čistí" tím že ji zapojí do smyčky fázového závěsu, kde sem tam jeden bit navíc nevadí, protože přesně stejně se chovají i děličky PLL s neceločíselným dělícím poměrem.

Takže nastává čas mých "konstrukčních rozvah" - na obrázku nahoře vidíte jenom překreslenou PLL smyčku z "vánočního přijímače", který jsem nidky nepostavil. Když se nad věcí zamyslíme matematicky tak rovnice pro DDS je

kde Fout je výstupní frekvence a Fclk je frekvence hodin DDS (tedy de facto frekvence přičítání k fázovému akumulátoru. M je "ladící slovo" tedy hodnota, která se přičítá. Idylka, ladící slovo pěkně lineárně mění frekvenci, jenomže my to nemáme zapojeno takto, že frekvence DDS je konstatní a výstupní frekvence se mění - u nás naopak PLL závěs udržuje konstatní výstupní frekvenci DDS a frekvence hodin se mění Ergo náš zoreček je

ERGO výpočet ladícího slova u naší DDS + PLL, kterou radioamatéři označují jako Reverzní je

A aby to nebylo tak jednoduché tak po započtení všech děliček a násobiček ve smyčce je reálný vzoreček pro "vánoční rádio" takový :

ERGO krok ladění je nelineární a navíc je třeba 24 bitovou hodnotu ladícího slova počítat pomocí 48 bitového (reálně asi 64 bitového ) dělení - nic co by zvládalo AVR, které do omrzení updatuje fázový akumulátor. Aby to nebylo tak jednoduché, tak tím, že se mění frekvence procesoru, mění se i frekvence sérové linky, se kterou by se s procesorem komunikovalo a navíc pokud se ve smyčce PLL něco pokazí a VCO se nerozkmitá - nebude procesor mít ani hodinový signál aby zablikal červenou LEDkou.

Takže jsem přemýšlel dále a napadlo mě - pokud DDS zvládá frekvence s přesností 0,02 Hz (statisticky) - proč neudělat smyčku PLL jako v dolní části obrázku ? Ve smyčce PLL není žádný nastavovací prvek a funguje jenom jako "násobič frekvence" 256 *. Naopak procesor si jede ze stabilních krystalových hodin, na stálém kmitočtu - tak jak to hoši v Norském Atmelu zamýšleli.

Spočtěme si jenom velikost ladícího kroku.

Vzoreček je klasický vzoreček pro frekvenci DDS akorát DIV 1 je dělička ve smyčce PLL tedy 256 a DIV2 je kolik taktů potřebuje update fázového akumulátoru (de facto dělička frekvence procesoru). Takže počítáme :

Jediná otázka je jaký je referenční kmitočet pro fázový komparátor ? Pro mé virtuální rádio potřebujeme kmitočet 20-50 MHZ a ten dělime 256 - referenční kmitočet se tedy mění mezi 78- 196 KHz. Ladící krok 10 HZ při referenčním kmitočtu PLL kolem 100 kHz - není ten svět krásný ?

Abych se nemusel patlat s příliš vysokými frekvencemi - jestli mě paní Kubáčová, nebo náš pes nepřivede do hrobu - už pomalu dávám dohromady "pokusné rádio" tohoto typu na dlouhé vlny - to můžu klidně postavit na kontaktním poli a mixér můžu řídit rovnou signálem z AVR - takže vyčkejte a uvidíte ( ten debakl ).

Tím jsem vyslepičil naprosto všechno a zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám. Manžel i pes jsou konec konců oba jenom savci - samci - pokud jsou potichu a někde zalezlí -znamená to že dělají něco nedovoleného.

Je to silnější než já - přerušuju seriál o anténách, protože se mi stala následujcíí věc. Šel jsem po Kauflandu a najednou mě zdraví známý se kterým jsme kdysi "kecali na CB" - tedy na 27.205 MHz na občanských radiostanicích. Mimochodem manželka okamžitě poznala že se "známe z pásma" a když jsem se ptal jak to poznala tak prý podle věku - každý kdo mě velice zdraví a je starý 70+ prý vždy byl známý z pásma....

Tak jsem na okenní parapet "přimagnetoval anténu - magnetku" a ozval jsem se, známým, že jsem ještě neumřel. Pak jsem k magnetce připojil scanner Yaesu VR 500 - který mi už léta dělá radost / starost - co se jako děje na krátkých vlnách. Tak jsem prolezl všechno co jsem chytil na 100 - 30 000 kHz a něco i opakovaně a pak jsem prohlásil : "Mámo potřebujeme kvalitní radiopřijímač" - protože Yaesu sice nemá dobré recenze - hlavně jej obviňují ze zahlcování vstupu, ale hlavně co kazí příjem, je repráček o průměru 25 mm, který rezonuje, tam kde na krátkých vlnách už je v modulaci jenom šum.

Tak jsem se vysal k otci, který vlastní Grundig Yacht Boy 80 Pll, porovnáním s Yaesu dostal Grundig neuvěřitelně "na prdel" - ale na druhou stranu když už nějakou stanici chytil - poslech byl o mnoho příjemnější díky velkému barytonově znějícímu repráku. Tím moje snaha opatřit si nové rádio poněkud ochladla. Na druhou stranu měl jsem v úmyslu pořídit si současnou špičku Tecsun PL-660 - ten by jistě natrhl prdel scanneru - a velký reprák by měl navíc jako bonus.

Když se teda "kvalitní radiopřijímač" nekupuje - což takhle si postavit jeden sám. Tak jsem se podíval "co dala krabice" a pokud bych měl vycházet z domácích zdrojů tak to vypadá asi takto - superhet s jedním směšováním s vysoko postavenou mezifrekvencí na 20 MHZ (ne však up convertor) kde by byl krystalový filtr a z 20 MHZ by se rovnou synchronním demodulátorem vyráběla AM modulace - směšovač i demodulátor byl samozřejmě byl můj oblíbený CMOS spínač 74HC4066 a místo patlání se s cívkami by byl můj oblíbený ring oscillator ?

Praví radioamatéři 70+ jestli dočetli až sem - tak právě volají 155 protože taková konstrukce rádia z odpadu co daly počítače to není drzost, ale je to prostě nehoráznost. Nicméně zůstává stále jedna otáka - kde do tohoto "bazmeku" sehnat ladění neboli PLL.

Takže jsem se vrátil ke své předvánoční ideji "rádia na VKV" z procesorových součástek.

V okamžiku kdy se rozproudila diskuse k původnímu článku bylo jasné, že tato idea není špatná, ale má problémeček a ten se jmenuje "krok ladění"

V konvenční smyčce PLL je totiž krok ladění roven referenční frekvenci * dělení předděličkami. Neboli - u VKV chci mít krok ladění 100 KHz - a kmitočet oscilátoru ještě před vstupem do procesoru, který zde fuguje jako "programovatelný dělič" dělím 8 - takže aby přeskočením programovatelného děliče o 1 krok mi přeskočila naladělná frekvence o 100 kHz musím mít referenčí kmitočet 100 / 8 = 12.5 KHz. Představte si stejné zapojení modifikované pro krátké vlny, kde je dobré mít krok ladění 100 Hz nebo v nejhorším 1 KHz (standardní rozestup stanic je 5 KHz, ale to je při kličkování mezi rušením málo) - takže pak nám refereční kmitočet vychází na 12.5 HZ nebo 125 Hz !! To je strašně málo - protože si musíme představit, že s každým kmitem referenčního oscilátoru se mění ladící napětí - tedy jakoby se smyčka PLL korigovala jen 12x za sekundu. Pokud vezmeme že PLL musí mít i filtr, který má propustnost na zlomku referenčního kmitočtu - vychází nám filtr s časovou konstantou v sekundách a "zavěšení PLL" v desítkách sekund. Nic pro rychlé přeladění "napříč pásmy".

Profesionálové to řeší různými frakčními smyčkami PLL nebo děličkami typu N/N+1, které umí naladit i necelo-číselný násobek referenčního kmitočtu. Jak to řešíme my vidláci ? Dlouho jsem přemýšlel odkud ten nápad použít AVR nebo jiný procesor jako programovatelnou děličku přišel a pak jsem našel tuto geniální konstrukci, která je velmi blízko tomu co si pamatuju, že jsem někde viděl.

Mimochodem autor je Slovinec - inženýr a na rozdíl překonstruovaných "obvodů z amára" od většiny inženýrů - má tendenci konstruovat věci jednoduše geniální tím jak jsou geniálně jednoduché. Vtip je v tom, že funkci programovatelné děličky zde nevykonává procesor - přesněji časovač v procesoru, ale DDS - "přímá digitální syntéza" - ta, kterou používá on stojí kolem 600 kč - trochu moc na "takové to domácí pokusničení" s kmitočtovými ústřednami.

Takže jsem velice přemýšlel, jestli by se AVR nedalo použít i jako náhrada DDS a kupodivu dalo a ještě více se divte - prakticky bez větší změny mého původního zapojení "vánočního rádia".

Ještě než pro dnešek skončíme - zkusím vás navnadit jak na to. TAkže původní idea s nízkým referenčním kmitočtem 12,5 KH a generováním kmitočtu PLL pomocí procesoru vycházela z toho že funkci programovatelného děliče bude dělat 16 bitový TIMER 1.

Příklad : potřebujemem naladit 100 MHz - krok ladění máme 100 KHz - takže do Timeru 1 budeme periodicky nastavovat 1000 a necháme jej čítat směrem dolů a při nule vydá AVR puls do fázového komparátoru. Pokud si činnost čítače představíme jako assemblerovský prográmek vypadala by jeho smyčka nějak takto

ULOŽ DO R1, R2 1000

PŘEHOĎ PIN

ULOŽ DO R1, R2 1000

Problém použití AVR jako DDS je v tom, že v AVR žádný hardware pro DDS není - takže tam nebudeme čítač popisovat jako prográmek, ale v AVR prostě do omrzení pojede tato smyčka:

Vidíte ten rozdíl ? čítač čítá do nuly a pak přehodí pin. "Rádoby DDS" vyhodí poslední bajt fázového akumulátoru na port - odtud si fázový komparátor bere kmitočet oscilátoru pro porovnání. Rozdíl je v tom, že "DDS" nečítá do nuly, ale i po přetečení zbydou ve fázovém akumulátoru ( registry R1, 2, 3 ) nějaké zbytky, takže každý cyklus DDS je poněkud jinak dlouhý, ale v průměru dosahuje správné frekvence. Díky 24 bitovému čítači (oproti 16 bitovému timeru) je DDS daleko přesnější takže lze naladit přesný kmitočet i tehdy pokud je referenční kmitočet vyšší než kanálová rozteč. Nemluvě o tom že za cenu 1 taktu navíc s přidáním instrukce stylu

Se dá vyrobit i 32 bitová DDS.

Ano - tato smyčka má 6 taktů a všechno ostatní jako např. změna "ladícího slova" uloženého v registrech R4, 5, 6 se musí dělat v přerušovacích rutinách a "DDS" mezitím stojí, ale to je jen malá daň za vidláckou kmitočtovou syntézu z toho "co dala bedna".

Pro dnešek jsem opravdu vyřízen - zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám : Až přesvědčíte mažela, že na "opravdu kvalitní radiopřijímač nejsou peníze" - víte co následuje pak ? Můžete celou sumu rozházet v Orsay.

Dnešní výklad by měl sloužít jako varování mládeži - učte se cizí jazyky - čím více tím lépe. Takže žíl byl jistý pan Shintaro Uda, který ve 20 letech 20 století experimentoval s "anténními řadami" půlvlnných dipólů. Přitom zjistil - co se nám zdá elementární - že totiž fázově posunuté signály z více dipólů spolu interferují a tím v určitých směrech kolem anténní soustavy vznikají interferenční maxima a v jiných částech prostoru vznikají interferenční minima. To by nebylo nic převratného, ale pan UDA zjistil, že pokud se některé dipóly udělají schválně delší než 1/2 vlnové délky a jiné se udělají schválně kratší a umístí se na vhodnou vzdálenost od sebe - stačí napájet signálem jen jeden z nich - zářič a ty ostatní si svůj podíl signálu získají "nakmitáním" ze zářiče.

Celá soustava pak funguje tak, že drát / prvek / element antény, který je delší než půlka vlny odráží vlny smerem k zářiči - a my mu říkáme "reflektor". Zatímco drát / prvek / element antény, který je kratší než půlka vlny posílá interferencí "vlnění dále dopředu" a proto mu říkáme "direktor".

Teď přijde rozuzlení pohádky - proč je třeba umět minimálně anglicky. Pan Uda, předvedl svouji směrovou anténu svému šéfovi, který uměl anglicky. Ten se shodou okolností jmenoval Hidetsuku Yagi - a světe div se anténám tohoto typu se od té doby říká anténa typu YAGI neboli YAGINA. Takže slávu sklidil pan Yagi, protože uměl anglicky, a napsal o těchto anténách článek do Amerického časopisu. Pan Uda sklidil alespoň dobrý pocit, že nezjištně pomohl rozvoji radiotechniky.....

Moji čtenářové teď patrně očekávají zázračně jednoduchý vzoreček, pomocí kterého vypočtou Yagi anténu zázračně dobrých parametrů - přátelé musím vás zklamat. Dnes se antény Yagi nejčastěji počítají v anténních simulátorech ( a i tam se spíše jenom upřesňují vlastnosti předem navržených konstrukcí ). Před érou anténních simulátorů se antény Yagi navrhovaly metodou "neustálým poprcáváním k dokonalosti" - tedy někdo vzal nějaký již existující design, a ten nepatrně měnil až jeho vlastnosti byly lepší než u předlohy.

Aby to nevypadalo, že po 90 letech nevíme o anténách typu "Uda" nic - dovolím si poznamenat pár zásad, podle kterých poznáte s jakou "Udinou" máte čest.

OK takže vezměme si dva extrémy "vidlácká yagina" a "soutěžní yagina" pro radioamatéry. Vidlácká yagina má reflektory o desítky procen delší než polovina vlnové délky, direktory má o desítky procent kratší a celkem blízko u sebe ( třeba desetina vlnové délky). Když budeme z vidlácké chtít udělat soutěžní anténu - budeme reflektory zkracovat až se dostaneme těsně nad 1/2 délky vlny. direktory budeme prodlužovat až se dostaneme těsně pod 1/2 délky vlny a vzdálenost prvků budeme zvětšovat až se dostaneme těsně pod 1/4 délky vlny.

Co se stane když "optimalizaci" antény přeženeme - pokud například prvky od sebe vzdálíme příliš - najednou PINK - vzájemná indukce mezi zářičem, reflektory a direktory přestane fungovat a síla signálu z takové antény najednou prudce poklesne.

Je těžké anténu neustále přestavovat, ale můžeme vzít anténu a pouštět do ní různé frekvnece - tím dosáhneme změny poměru rozměr prvku / vlnová délka - a pokud se podíváte na závislost zisku antény na frekvenci - uvidíte, že mám pravdu - pro rostoucí frekvence zisk antény pomalu roste až najednou PINK "vazba" mezi prvky se najednou poruší a zisk prudce klesá - viz graf nahoře.

Vyplývá z toho něco pro nás vidláky '? Řekl bych 3 věci :

Pro dnešek mě inspirace opustila - zbývají už jenom dvě věci. HRRR do mně v diskusi, očekávám milion příspěvků - jaké to radím neinformované veřejnosti blbosti.

Na samý závěr už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám : Zmizela vám drátěná ramínka na outfity ? Kontrolovala jste balkon a střechu - jestli se neproměnila v "direktory" nebo "reflektory" ??

Antény jsou jako chemie - téma, které vám vystačí na několik životů, proto doufám, že současný vidlácký váklad ukončíme nejpozději do 99. dílu, abychom od stovky mohli probírat zase něco jiného. Pořád se motáme v otázce dipólů a monopólů a patrně se ještě nějakou dobu motat budeme. Od začátku se tímto seriálem vine "vidlácká WIFI anténa", kterou jsem kdysi zamontoval do starého routeru, která měla podobu 30 mm dlouhého zvonkového drátku. Už je jasné, že tato anténa byla čtvrtvlnný dipól nad zemní rovinou a že zemní rovinu neboli "ground plane" v tomto případě tvořily zemnící vrstvy uvnitř plošného spoje routeru, vzhledem k rozměru desky routeru, která byla asi 15x8 cm dokonce docela slušně velikou.

Je samozřejmě otázka, co dělat, podkud se nějaká "zemnící rovina" - deska plošných spojů, plechová střecha auta, parapet na okně, zábradlí na balkóně - právě nenabízí. Pozorní čtenářové si povšimli zmínky o tom, že "opravdoví radioamatéři" zakopávají kolem "vertikálů" do zěmě dráty aby zlepšili "zemnící vlastnosti matičky Země". Tedy nešly by kolem antény taky umístit dráty, které by tvořily zemnící rovinu ?

Jasně že ano. A teď si představte následující myšlenkový experiment - představte si, že kolem čtvrtvlnného diopólu máme nekonečnou vodivou rovinu, kterou rozdělníme na nekonečné množství tenkých drátečků mířících od paty dipólu paprskovitě na všechny strany. Pak začneme drátečky ohýbat směrem dolů - až nám splynou v jediný vodič směřující směrem k zemi a to je - světe div se - půlvlnný dipól. Tedy takto se odvozuje "příbuzenský vztah" mezi čtvtvlnným a a půlvlnným dipólem

Přitom dochází k jisté pozoruhodné vlastnosti - všimněte si, že čtvrtvlnný dipól má impedanci 36 ohmů zatímco půvlnný dipól má impedanci 73 ohmů - je tedy jasné, že ohýbáním drátečků - kterým se v radioamatérské terminologii říká "protiváhy" - se mění impedance antény - ERGO nepochybně lze najíd bod, kde impedance antény je přesně 50 ohmů. Tento bod kdy je impedance "přesně" 50 ohmů je v bodě, kdy "protiváhy" jsou ohnuty "přibližně" 45 stupňů směrem k zemi. Tedy pokud nemáte v routeru zemní rovinu, nebo potřebujete anténku vyvést někam do výšky, kde zemní rovinu nelze rozumně předpokládat - klidně můžete vyrobit něco jako na obrázku.

Anténám tohoto typu bratři anglosassové říkají rovnou "groud plane" antena. a k její konstrukci bych měl několik poznámek. Podstatná je přesná délka svislého zářiče - nikoliv délka protiváh. Délka zářiče se spočte klasicky jako

kde C je pochopitelně rychlost světla a f je pochopitelně frekvence vlny. To, že protiváhy jsou skloněné k zemi má výhodu, v tom, že i těsně nad zemí tato anténa vyzařuje přísně horizontálně, proto ji milují radioamatéři pro pásma, kde díky vlnové délce ( v desítkách metrů) je těžké umístit anténu dostatečně vysoko nad terén.

Antény tohoto typu, stejně jako všechny dipóly ale mají zásadní zákeřnost - a o je to, že drátek, který ční někde vysoko do povětří nad střechou je BEZ JAKÉHOKOLIV UZEMNĚNÍ spojen rovnou s radiostanicí !!. Proto například "drátové antény", které se používají pro vysílání odněkud z lesa - se na strom často věší tak, že uzemněná protiváha se pověsí nahoru a neuzemněný "zářič" se nechá viset směrem k zemi - to samozřejmě trochu zhorší vlastnosti dipólu - ale lepší než zničit stanici při bouřce i pěkně daleko.

OK - tedy jak uzemnit takovou anténu - pro domácí WIFI se na to vykašlete, ale pokud budete stavět anténu pro scanner letadel nad barákem - je vhodné zářič spojit se zemí pomocí VF tlumivky. Existuje i možnost, které bratři aglosassové bohatě využívají - spojit zářič se zemí pomocí čtrvlnného úseku zkratovaného koaxu, který funguje jako zádrž pro přijímané frekvence, ale volně pouští všechny ostatní včetně statické elektřiny "do země" - čtvrtvlnné zkratovací vedení dokonce lze použít jako jednu z protiváh - takže "estetická dokonalost" groudnplane antény není narušena.

Pokračujeme dále v otázkách - kolik má mít anténa protiváh - čím více tím lépe, nicméně existuje anténa pro CB radiostanice zvaná - balkónovka - která má jedinou protíváhu pod úhlem 45 stupňů směrem z balkónu ven. Antény ground plane, které nemají protiváhy kolem celého kruhu se považují za "směrové antény" - ovšem jejich "směrovost" neznaměná, že ve směru protiváhy vysílají výrazně lépe, ale spíše naopak - ve směru bez protiváh vysílají výrazně hůře.

Pokud vás antény zaujaly a máte zájem (musíte) bastlit v této oblasti - doporučuju následující velmi inspirativní a rozumně pojaté stránky. Opět jsem si myslel, že probereme daleko více - opět jsem zklamal sebe i čtenáře, proto dnes už zbývá jenom rada paní Kubáčové novomanželkám : Rozumíte svému manželovi ? Víte třeba, co znamená, když do vysílačky řekne "protiváha mě nepustí do hospody" ?

Nejprve vzkaz od jednoho z čtenářů ZDE jsou články o anténách - velice instruktivní a typicky inženýrsky napsané - samé reaktance, kapacitance, induktance, impedance, admitance..... Nedá se nic dělat - je kosa a je kombajn a k jedné z těch věcí jenom vidlácky dospět nelze.

Takře přepínáme opět na level lehkého primitivismu - dnes probereme čtvrtvlnný dipól neboli pro hnidopichy čtvrtvlnnou anétnu nad nekonečnou vodivou plochou. Čtvrtvlnný dipól je tak důležitá anténa, že se vyskytuje naprosto všude. Dokonce pokud jsem v prvním díle psal, že bych rád, abyste se naučili vyrobit anténu pro jakoukoliv frekvenci - klidně bych mohl napsat toto :

Ustřihněte drát délky 0,95 * C / 4F a strčte ten drát do BNC konektoru vysílačky. A pak už bych mohl psát - že úkol je splněn. C je pochopitelně rychlost světla a F frekvence vysílání.

Jako obvykle je kolem této antény mnoho zajímavého - tedy například kde sehnat "dokonalou zemní rovinu" - tedy nekonečně velkou dokonale vodivou a dokonale uzemněnou plochu, která nám bude dělat "druhou polovinu" antény. Radioamatéři, kteří takové antény ( v jejich terminologii jsou to "vertikály") používají na to mají dvě finty - buď vodivost země kolem antény zvýší tím, že po zemi roztahají uzemněné dráty, nebo daleko romantičtěší varianta - postaví anténu na pláži tropického ostrova kde patu antény zalévá slaná voda z móóře. Stejně tak to dělají námořníci, kde kovová loď a slaná voda kolem dělá zázraky. U aut - plechová střecha taky pro VKV docela vyhoví.

Pak ale máme daleko méně idylické situace - koupíme si WIFI router a z něj trčí dvě atnény "jako bič" - už jsem psal že WIFI má čtvrtvlnný dipól délky 31 mm - co je ve zbytku 15 cm dlouhé antény ? Vůbec bych se nestyděl říci že NIC - a občasná pitva nefungujícího laciného čínského routeru mi to jen potvrzuje. Pak ale existuje i poctivá možnost - nemusíme mít jednou 1/4 lambda, ale jakýkoliv násobek typu (1/4 + N/2) * Lambda - tedy 1/4 vlnový 3/4 vlonový, 5/4 vlnový a další dipóly - pokud máme více takových dipólů nad sebou - začíná mít atnéna výraznější směrové účinky v rovině kolmé na osu drátu - o to méně ale vysílá mimo tuto rovinu.

Anténa typu (1/4 + N/2) * Lambda má jeden problém - je tolikrát citlivější na přesnoud délku drátku kolikrát je v ní obsaženo N půlvlnných úseků. Anténě takové konstrukce jsou velice blízké tzv "kolineáry" - tedy více půlvlnných dipólů nad sebou. Našel jsem rozkošný návod na 2,4 GHz kolineár, kde nahoře figuruje i můj oblíbený 31 mm "ocásek".

Samozřejmě vzniká otázka - pokud taková anténa leze z vysílačky nebo z routeru "kde bere zemní rovinu" - a odpověď na tuto otázku je "Bůh ví a čínský výrobce raději mlčí". Rozhodně doporoučuju vyzkoušet malou fintu - pokud máte vysílačku s anténou připojenou konektorem - vemte 1/4 lambda drátu a krokodýlek - spájejte jej dohromady a pak přicvakněte krokodýlek na zemní obal BVC konektrou. Mimochodem ten "krokodýlek" je lépe koupit větší - ideální je na nabíjení autobaterií. Pokud připojíte k vysílačce tuto "externí protiváhu" příjmové i vysílací vlastnosti se často zázračně zlepší. Jeden z důvodů proč můj legendární router z 1 dílu fungoval s 30 mm drátkem lépe než s původní anténou bylo, protože anténa lezla z routeru ven mimo protiváhu, zatímco drátek uvnitř připájený přímo na "pad" koncového tranzistoru byl nad zemní rovinou plošného spoje.

Pak je jiná situace - koupíte si CB radiostanici vysílající na 27 MHz a ona má "pendrek" délky 20 cm. Přítom prostým výpočtem lambda/4 zjistíte, že čtvrtvlnný dipól je 2,6 metrů - co je tohle za podvod ? je jasné, že anténa, která je dramaticky kratší než ideální dipól musí mít výrazný kapacitní charakter - abyste ji tedy "dostali do rezonance" je jasné, že někde uvnitř musí být kompenzační indukčnost - často v podobě cívky v patě antény, nebo v polovině její délky. Někdy je na cívku potřeba tolik drátu, že vlastě celá anténa je drát smotaný do spirály. Staré škodovky 120 mely blahé paměti autoanténu, kde cívka v patě byla vidět a byla dokonce jako "pružící element".

Takhle dělají "pendreky" poctiví výrobci - méně poctiví na to jdou jinak - prostě na konec drátku uvnitř penreku napájejí odpor - hodnoty "někde mezi" 50 ohmy a 1Kohmem výsledkem je, že kousek drátku "trošku vysílá" ale většina energie vysílače se páli v odporu. Varovným poznávacím znamením takových antén, je, že výrobce se často chlubí extrémní širokopásmovostí - pokud uvídíte, že anténa má vysílat od 100 do 180 MHz - je to totéž jako by tam bylo napsáno prýýýč !!! Anténám tohoto typu říkali staří radioamatéři "typ: dobře tě vidím, ale špatně tě slyším".

Dostáváme se k otázce jak dobře vysílá "poctivý pendrek" - bohužel je smutným pravidlem, že fyzika se nedá obelstít - tedy výkon antény klesá s druhou mocninou poměru mezi její fyzickou délkou a Lambda/4. Takže ani poctivý "úzkopásmový" pendrek není nic moc -pokud je výrazně kratší než délka vlny.

Na samý závěr probereme ještě oblíbené vysílačky PMR - které jsou k sehnání za 399 "ve slevě v Lídlu" a přitom pásmo 446 MHz je "hodnotná frekvence" ideální pro vysílání na "přímou viditelnost" - tedy abyste nemuseli křičet na druhý konec lesa nebo na druhý konec haly na robotickém dni. Tyto antény mají ideální délku antény Lambda/4 = 160 mm - přesto mají pendrečky délky kolem 3 cm -tedy i tyto antény jsou "zkrácené" i když by být nemusely, protože 160 mm ohebnou anténku by každý uživatel snesl. Nicméně předpisy nařizují aby anténa byla "pevně spojena s radiostanicí" i přesto se dá "vydrbat se systémem" - vemte tlustší drát a omotejte anténku závit vedle závitu a pak to co "čouhá z antény ven" zastřihněte na 160 mm od takto navinuté "cívky". U takové antény je dokonce lepší udělat ji jako 3/4 Lambda - tedy zastřihnout na 480 mm. Celá finta pak funguje tak, že cívka uvnitř pendreku s cívkou, kterou jste kolem něj namotali tvoří VF transformátor a to co jste nechali čouhat nad cívkou je pak "nová anténa". Samozřejmě že tato konstrukce je hrubě vidlácká - nikde například není zaručeno, že naše cívka má impedanci 50 ohnů, ale i přesto se příjmové i vysílací vlastnosti PMR často zázračně zlepší.

Pro dnešek konec - zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám - když se teď manžel zabývá "pendreky" máte už latexový kostým policistky a jehlové kozačky ?

Možná jsem už zmiňoval tu komickou historku, že v dobách, kdy Robotický den býval ještě v klubu Metro - pomáhal jsem klukům z Hobbyrobotu hlídat stánek s výstavkou a zároveň jsem vystavoval v rohu jejich stolu své roboty. Tu přistoupil muž v nápadně huňatém běloskvoucím roláku o několik čísel větším než bylo nutno a začal mi velice ostře vysvětlovat, že moji roboti jsou naprosto špatně postavení a on mě za to bude žalovat. Velice mě to překvapilo, protože jsem své roboty nikomu neprodával a v té době jsem jejich konstrukci ani nikde nezveřejňoval, tak jsem si ověřil, že skutečně myslí mé robotoy nikoliv výrobky Hobbyrobotu - a pak jsem jej odpálkoval známou hláškou ze třetího dílu "Básníků" : "Pane já nejsem nikde organizován, a proto si mohu roboty stavět jak chci !!" ( ve filmu je "malovat zámek jak chci") - od té doby tvrdím, že elektro je obor tajemný, plný černé magie, lákající kontroverzní postavy s tendencí k magickému myšlení, a minulý díl o anténách a zejména diskuse pod ním mi to jenom potvrzuje. Přesto bych rád pokračoval ve vidláckém stylu - jak udělat jednoduchou anténu s minimem vybavení - vektorový analyzátor a "vejvar z netopejra" v to počítaje. Proto se dnes budeme zabývat něčím nekontroverzním - a to uváděním mých omylů a nedostatků z minulých dílů a na pravou míru. Tedy :

Otázka č1. : Jak dlouhý je "půlvlnný dipól" - zní tak trochu jako jestli je těžší kilo olova, nebo kilo peří, ale je na místě.

Tedy vlnová délka každého vlnění ( ve vakuu) je

kde C je rychlost světla tedy 3*10⁸ m/sec a f je frekvence vlnění.

Pro půlvlnný diól samozřejmě vezmeme polovinu této délky - ale to není všechno - vtip je v tom, že radiovlny se dráty nešíří rychlostí světla, ale pomaleji - pro běžné tenké dráty platí "zkracovací koeficient" přibližně 0,95 tedy půlvlnný dipól ze zvonkového drátu bude o 5% kratší než vypočtená délka vlny.

Ještě zajímavější je to pro koaxiální kabely - pro "nejobyčejněnší vidlácký koax" RG 58 je zkracovací koeficient 0,66, nejobyčejnější koaxy pro televizní antény mají obvykle zkracovací koeficient 0,85 - tedy VF vlny jim jdou jen 66% nebo 85% rychlosti světla. Koaxiály používané radioamatéry mívají zkracovací koeficient 0,6 - 0,9 - MUSÍ to být uvedeno v datasheetu kabelu - jestli není - obskurní dráty - NEKUPOVAT !!

Otázka č.2 co když se při výpočtech a případné výrobě půlvlnného dipólu spletete a délka nebude sedět s frekvencí ?

Minule jsme říkali, že dipól je svérázný LC obvod. takže pokud je "drátu více" než odpovídá délce vlny - tedy anténa je delší než vlnová délka - chová se anténa jako indukčnost, pokud je anténa kratší než délka vlny - chová se jako kapacita.

Otázka č 3. 73 / 50 ohmů - jistě jste si minule všimli, že jsem psal, že reálný odpor ideálně naladěného půlvlnného dipólu je 73 ohmů , přesto jsme pořád mluvili o tom, že vysílačky mají výstupní odpor 50 ohmů - a dokonce jstem trvrdil, že na rozhraních impedancí dochází k odrazu signálu - což je nežádoucí. Tahleta oblast - tedy "volba jmenovité impedance" je trochu obestřená "černou magií" - borci, kteří se ve vlnění opravdu vyznají a umí počítat Maxwellovy rovnice spočetli, že nejmenší ztráty při příjmu mají antény s impedancí 77 ohmů - proto zařízezní zaměřená na příjem (televizory) pracují s nominální impedancí 75 omů. Při vysílání mají největší "elektrickou pevnost" - tedy snesou největší výkon než se prorazí - koaxíální kabely s impedancí 30 ohmů - protože radiostanice musí přijímat i vysílat - máme kompromis ( 77 + 30 ) / 2 = 53,5 alias 50 ohmů.

Mimo to je i druhý důvod pro impedanci 50 ohmů - kromě půlvlnného dipólu existují i "čtvrtvlnné dipóly" - což je polovina dipólu nad ( teoreticky ) nekonečnou vodivou a uzemněnou plochou. V takovém případě je dipól tvořen zářičem a jeho "odrazem" ve vodivé ploše - takový dipól má poloviční impedanci tedy 36 omů - takže aby se z něj dalo vysílat je lepší mít kompromistní impedanci 50 ohmů.

Mimochodem - čtvrtvlnný dipól je absolutně nejjednodušší "vidlácká anténa" - automobilové antény nad kovovou střechou auta jsou právě toto. "Pendreky" vysílaček jsou taky to samé - jen někdy trochu smotané do cívky a izolované gumou (aby nekopaly při vysílání) a konec koců - můj "WIFI drátek" z prvního dílu je taky to samé.

Otázka č. 4 co se stane když vysílám do antény která má jinou impedanci než vysílačka. Už jsme to probírali - tako to jenom dovedeme k dokonalosti - dojde k odrazu části signálu zpět - tím se stane toto - v kabelu k vysílačce máme dvě vlnění - jedno jde od vysílačky k anténě, druhé je odražené od antény zpět k vysílačce. Interferencí těchto dvou POSTUPNÝCH VLNĚNÍ vzikne v koaxu STOJATÉ VLNĚNÍ. Tedy radioamatéři sledují poměr napětí dopředné a odrařené vlny a říjí tomu PSV - tedy poměr stojatých vln - neboli bratři aglosassové tomu říkají SWR - standing wave ratio.

To se vypočte jako Z1 / Z0 - větší impedance lomeno menší. Za "slušnou anténu" se považuje anténa, která má SWR pod 2 - tedy její impedance pro 50 ohmové rádio je 25- 100 ohmů. Důvod proč tomu tak je, je že napětí odražené vlny se počítá jako (Z1-Z0) / (Z1+Z0) a pro SWR=2,0 dosahuje 30% - což lze přežít - i moderní vysílačky takové přetížení koncového stupně většinou snášejí dlouhodobě a bez problémů.

Dnes už jsem zcela vyřízený - proto zbývá už jen rada paní Kubáčové novomanželkám - pokud jste si vzala radioamatéra - možná, že jej vzruší červené spodní prádlo, ale pokud ukážete na střechu na anténu a prohlásíte "to je trapovaná tříelementová yagina pro horní KV pásma " - a bude to pravda - muž vám podlehne i v bavlněných bombarďácích.