اتصال کوتاه

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:

.

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.

.

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).

.

.

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

.