SuperminarenandClaude Sonnet 5.5
f7fa8cfbc1
- Sections and slides rewritten in Swedish; German law and institutions replaced by Swedish/CEPT/ITU equivalents (PTS, SSA, PTSFS 2025:1, SSMFS 2008:18), unverified statements marked "% TODO VERIFY" - New toc: INSTEG, HAREC, UPPGRADERING; section idents are Swedish (see ident-map.tsv) - Exam-question tags, BNetzA question pool, solutions and the German SWL course removed - Static pages, snippets, applets, READMEs and image alt-texts translated - TikZ labels translated; SVG drawings regenerated (drawing 689 still fails to build upstream: it references a missing photo) - Changed from the original: not endorsed by DARC e.V., SSA or PTS Co-Authored-By: Claude Sonnet 5.5 <noreply@anthropic.com>
9.0 KiB
I Instegscertifikatet har vi redan lärt känna några antennformer. I HAREC ska vi nu gå igenom egenskaperna hos de olika antennerna mer i detalj. Mittmatade dipoler är symmetriska antenner. Med en symmetrisk antenn menar vi en antenn som i idealfallet vid drift har samma spänning mot jord, bortsett från tecknet, vid båda polerna (t.ex. matningspunkterna för varje dipolhalva). Det gäller dipoler inklusive vikt dipol, och även yagiantenner som bygger på dem. En groundplane-antenn har däremot idealt sett jordpotential (alltså spänningen noll mot jord) i anslutningspunkten för radialerna och räknas därför inte som symmetrisk antenn.
Även för kablar för signalöverföring, t.ex. antennens matarledning, skiljer man mellan *symmetriska och osymmetriska kablar*. Också här avser symmetrin de spänningar mot jord som idealt sett råder. I en koaxialkabel bör strömmarna visserligen vara symmetriska, men bara innerledaren för spänning mot jord. Koaxialkablar hör därför till de osymmetriska matarledningarna. Som vi kommer att lära oss senare bör sådana osymmetriska matarledningar bara anslutas till en symmetrisk antenn via ett så kallat symmetreringsdon (balun).En populär antennkonstruktion är en tråd som totalt är ungefär en våglängd lång och formad som en cirkel, en kvadrat, en triangel eller liknande. Man talar då om så kallade helvågs-slingantenner. På grund av sin enkla uppbyggnad mycket populär är den så kallade delta loop-antennen, som har formen av en triangel, likt den stora grekiska bokstaven delta (Δ).
[picture:311:e_delta_loop:Exempel på en delta loop-antenn] Den exakta *formen* spelar ingen roll hos helvågsslingantenner, så länge trådlängden motsvarar ungefär en våglängd. Beroende på formen kan dock matningsresistansen skilja sig något, och antennvinsten bli något bättre eller sämre.Från helvågsslingantennerna ska man skilja de så kallade magnetiska ringantennerna (magnetic loops), som har mycket mindre dimensioner i förhållande till våglängden och skapar ett magnetiskt närfält (jfr figur [ref:e_mag_loop]).
[picture:977:e_mag_loop:Exempel på en magnetic loop-antenn] Även om sådana magnetiska ringantenner i princip också lämpar sig för sändning är det svårt att uppnå hög *verkningsgrad*. Verkningsgrader mellan $\qty{1}{\percent}$ och $\qty{10}{\percent}$ är vanliga hos magnetantenner vid sändning. Ändå kan magnetic loops ha fördelar jämfört med andra antenner: Förutom den kompakta konstruktionen störs de ofta mindre av elektriskt ledande eller dämpande föremål i närfältet, t.ex. väggar eller takpannor vid montering inomhus eller under ett tak.Ändmatade antenner matas från ena änden. Oftast är deras längd en halv våglängd. Man talar då också om en ändmatad halvvågsdipol (engelska: end fed half wave, EFHW). En sådan antenn kräver en i förhållande till strömmen betydligt högre spänning, som kan åstadkommas med ett lämpligt anpassningsdon, t.ex. en Fuchs-krets. Ändmatade halvvågsdipoler som anpassas med en Fuchs-krets kallas följaktligen Fuchs-antenn.
[picture:310:e_fuchsantenne:Exempel på en Fuchs-antenn] Fuchs-kretsen respektive Fuchs-antennen är uppkallad efter *Dr. Josef Fuchs* (amatörradioanropssignaler OE1JF, UO1JF och EAAA), som lät patentera den år 1927. Också en ändmatad antenn behöver en *motvikt*, t.ex. i form av en $\lambda / 4$-tråd eller någon annan form av HF-jordning. Strömmarna vid matningspunkten är dock betydligt mindre hos EFHW, varför även en sämre jordning kan räcka, t.ex. en kort trådända på bara en tiondels eller till och med en tjugondels våglängd. Ibland fungerar till och med bara matarledningens skärm eller andra metallelement (som egentligen har andra syften) som jordning.Ändmatade halvvågsdipoler ska inte förväxlas med ändmatade långtrådsantenner, där längden ligger klart över en våglängd. Förväxlingen beror på att ändmatade halvvågsdipoler ofta också används på högre frekvenser, varigenom de för de frekvenserna i praktiken blir långtrådsantenner.
En antenns riktverkan kan åskådliggöras i ett så kallat strålningsdiagram. Där ritas för ett plan vinsten, fältstyrkan eller strålningseffekten upp i varje riktning. Ju längre från mittpunkten kurvan ligger, desto större är vinsten respektive desto högre är fältstyrkan och strålningseffekten i fjärrfältet. Om ingen skala med vinklar används ritar man ofta också in antennens mekaniska placering i samma diagram, för att tydliggöra vilken riktning i diagrammet som motsvarar vilken riktning i förhållande till antennen.
En dipol strålar inte, som man felaktigt kan tro, i trådens riktning, utan vinkelrätt mot den. Betraktat i ett plan och uppritat som strålningsdiagram får man motsvarande lober (t.ex. åt vänster och höger) vid sidan av dipolen (jfr figur [ref:e_dipol_strahlungsdiagramm]). En lodrätt hängd dipol strålar alltså t.ex. åt vänster och höger samt framåt och bakåt. Eftersom strålningsdiagrammet bara visar ett plan ser man t.ex. bara en lob för strålningen åt vänster och en lob för strålningen åt höger. Beroende på skalan kan dessa lober se cirkelformade ut.
[picture:1045:e_dipol_strahlungsdiagramm:Exempel på dipolens strålning] En i tvärsnitt *cirkelformad lob* får man med en skala som är linjär mot fältstyrkan när man betraktar en kraftigt förkortad dipol (hertzsk dipol). En halvvågsdipol har egentligen en något högre vinst, motsvarande en något smalare lob. Strålningsdiagram med cirkelformade lober stämmer alltså bara approximativt. Med en skala som vore linjär mot strålningseffekten i respektive riktning skulle loben bli ännu smalare.Tack vare den strålningskaraktäristik som är vinkelrät mot dipolen kan en vertikalt monterad halvvågsdipol ge en låg strålningsvinkel, vilket kan vara önskvärt t.ex. vid DX-trafik, men också vid förbindelser via direkt våg eller markvåg.
[photo:316:e_vertikaldipol:Vertikal $\frac{\lambda}{2}$-dipol]Ett specialfall av en vertikalantenn är den mot jord (eller en fordonskaross) matade $\frac{5}{8}\lambda$-antennen (jfr figur [ref:e_fuenf_achtel]). Här är längden, omräknat \qty{0,625}{\lambda}, vald av ett särskilt skäl. Strålaren är mekaniskt ungefär 2,5 gånger så lång som hos en vanlig $\frac{\lambda}{4}$-groundplane (\qty{0,25}{\lambda}). Den större strålarlängden förändrar det vertikala strålningsdiagrammet till det bättre, som figur [ref:a_5_8_lambda_strahlung] visar: Mer av den utstrålade effekten samlas mot horisonten, mindre strålas uppåt eller nedåt. Det ger vid markbundna förbindelser med samma effekt vanligtvis längre räckvidd. En strålarlängd på ungefär \frac{5}{8} \lambda är optimal för den här effekten: Förlängs strålaren ytterligare går åter mer effekt förlorad uppåt och nedåt.
Även en groundplane-antenn strålar vinkelrätt mot strålaren (inte mot radialerna). Eftersom strålningsdiagrammet ofta visar groundplane-antennen uppifrån får man en nästan rundstrålande antenn med nästan samma vinst åt alla väderstreck (jfr figur [ref:e_ground_plane_abstrahlung]). Radialerna har bara liten inverkan och kan ”buckla” strålningsdiagrammet något, vilket motsvarar en något avvikande vinst i vissa riktningar.
[picture:1046:e_ground_plane_abstrahlung:Strålning från groundplane-antenn] Även om strålningsdiagrammet för en groundplane-antenn med radialer är något *”bucklat”* är avvikelsen i teorin mycket mindre än vad som ofta framställs. En groundplane-antenn är därför i själva verket en nästan ideal rundstrålande antenn i planet.Riktantenner (t.ex. yagiantennen) kännetecknas av att vinsten i en riktning är klart högre än i andra riktningar, som figur [ref:e_richtantenne_abstrahlung] visar.
[picture:1047:e_richtantenne_abstrahlung:Strålning från riktantenn]På högre frekvenser, t.ex. i UHF-området eller däröver, används även hornantenner eller parabolantenner (jfr [ref:e_parabolantenne]). På kretskort i mindre apparater finns dessutom patchantenner. Alla dessa antennformer är ovanliga på kortvåg, eftersom de skulle bli ohanterligt stora. För kortvåg återstår därför långtrådsantenn, yagiantenn, dipolantenn, Windom-antenn och delta loop-antenn.
[picture:850:e_parabolantenne:Parabolantenn]Sperrtopfantennen (mantelvågsantennen) består av en \lambda / 4 lång ”hylsa” som fungerar som symmetreringsdon respektive mantelvågsspärr. Både en sådan hylsa och en korsyagi skulle, liksom parabolreflektorer, bli ohanterligt stora i $\qty{80}{\meter}$-bandet.