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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA ¿Antena o amplificador? Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas VHF Este material es útil para aquellos que quieren gastar dinero para mejorar la calidad de la comunicación con la máxima eficiencia, analiza varias formas de alcanzar los decibelios que todos necesitan y brinda una estimación de los costos para obtenerlos. No todos, pero muchos radioaficionados, tarde o temprano se enfrentan al problema de mejorar la calidad de la comunicación. En este caso, surgen muchas preguntas, pero las principales, por regla general, son solo dos: ¿comprar un amplificador lineal potente o mejorar el sistema de antena? Ambos pueden clasificarse como filosóficos en muchos aspectos. Bueno, intentaremos considerarlos en detalle desde el punto de vista de los costos de material y la ergonomía, es decir. - mejorar las cualidades de los consumidores del sistema de radio y, en base a estas reflexiones, intentaremos dar consejos que algunos de ustedes incluso pueden intentar utilizar. En los últimos años, ha habido una tendencia constante en el mundo a reducir la potencia de los transmisores, donde existe tal posibilidad. Esto se debe a la introducción de una nueva dirección en el desarrollo de la tecnología moderna: el ahorro de energía, que permite ahorrar reservas minerales que se agotan constantemente y que, a su vez, se utilizan para producir energía eléctrica, y las declaraciones cada vez más fuertes de los "verdes" sobre los peligros de cualquier emisión de radio. Estos hechos, por supuesto, no son decisivos a la hora de elegir una forma de mejorar la eficiencia de las comunicaciones para millones de radioaficionados en todo el mundo. Ellos (incluidos nosotros) siempre quieren ir más lejos, más, más poderosos, ¡incluso si tienen que vestirse con batas de baño de plomo! Alguien necesita el primer DXCC, alguien necesita 9V WAZ, ¡y así hasta el infinito! ¡La acumulación de premios que nos glorifican a nosotros mismos, para algunos, se convierte en la meta de la vida #1! Con la edad, se convierte en un hábito y es imposible dejarlo. Cuando un operador de radio quiere destacarse del resto, lo primero que se le ocurre es fabricar un amplificador inusualmente potente. Sin embargo, tras una consideración detallada del problema, los hechos indican que la instalación de un amplificador lineal demasiado potente para aumentar el nivel de la señal emitida está lejos de ser la solución óptima.Uno de estos hechos es la relación precio/calidad del resultado obtenido. Pues bien, en nuestro país el problema del precio del placer sigue siendo, quizás, el principal en esta materia. Antes de seguir considerando el tema, haremos una pequeña digresión para familiarizarnos brevemente con un determinado dispositivo: el llamado S-meter, diseñado para evaluar la intensidad de la señal en la escala S, respectivamente. Todos los transceptores fabricados industrialmente están equipados con un dispositivo de este tipo. La escala de este dispositivo no es lineal y el precio de división de escala corresponde a un cambio de señal de 6 dB. Por tanto, 1 punto corresponde a 6 dB. Las lecturas del medidor S de cualquier transceptor no pueden considerarse absolutamente precisas y, a veces, incluso aproximadas (no debemos olvidar que en KB el nivel de una señal proveniente del aire generalmente NO SE PUEDE comparar con la que llegó ANTES Debido a la naturaleza aleatoria de su camino desde el emisor al receptor, es aún más difícil hacer esto en modo SSB, ya que la amplitud de la señal cambia debido a los cambios en el nivel de voz del operador). Estas lecturas sólo son adecuadas para realizar un análisis cualitativo del grado de aumento de la potencia radiada del dispositivo transmisor. Ahora hagamos un ejercicio práctico. Intentemos aumentar gradualmente la potencia de salida del transmisor y observemos cuánto cambian las lecturas del medidor S en el receptor de su corresponsal y construyamos un gráfico que refleje los costos de compra del amplificador correspondiente. Se sabe que para aumentar la intensidad de la señal en el lado receptor en 3 dB, es necesario aumentar DOS VECES la potencia del amplificador de la estación transmisora. Tenga en cuenta que 3 dB corresponde sólo a la mitad de una división de la escala S-metro, es decir, exactamente medio punto! En consecuencia, para aumentar la intensidad de la señal en el lado receptor en solo un punto en la escala del medidor S, ¡es necesario aumentar la potencia del transmisor CUATRO veces! Usando una aritmética tan simple, puede calcular el grado de aumento en la potencia de la señal de salida de su corresponsal en función de las lecturas del medidor S. En la fig. La Figura 1 muestra tres escalas de un S-meter con lecturas correspondientes a diferentes potencias del amplificador del corresponsal, ilustrando esta regla.
Así, utilizar un amplificador de 1 kW en lugar de uno de 100 vatios provocará un aumento de la señal en el receptor de su corresponsal de unos 10 dB (1.5 puntos en el medidor S), lo que sin duda es un acontecimiento muy notable para el operador, pero que se convierte en Se nota aún más cuando se comprende que hay que pagar unos 1500 dólares por este placer. Esto es lo que cuesta un amplificador de kilovatios de baja calidad. Comprar un amplificador con una potencia de 1,5 kW (¡solo 500 W más potente!) costará alrededor de $2500 (se dan ejemplos a continuación), y en el medidor S verá un aumento en las lecturas de 0.5 puntos. Aquí estamos hablando del costo promedio de los amplificadores KB industriales para fines de aficionados, excluyendo las embarcaciones y dispositivos domésticos Kulibin del Ministerio de Defensa. Una conclusión interesante: en este caso, la diferencia entre 5-6 y 5-8 costará alrededor de $2500. Sin embargo, los costos de los radioaficionados que han elegido este camino particular para mejorar sus logros no se limitan a los costos de un amplificador. Por ejemplo: en los casos en que el amplificador no disponga de circuito sintonizable de salida, es necesario utilizar un sintonizador de antena. El costo de los sintonizadores disponibles comercialmente diseñados para 300 vatios de potencia tiene un promedio de $500. Y, por supuesto, no te olvides del pago de la luz. Un amplificador con una potencia de salida de 500 vatios consume aproximadamente 1000 vatios de la red eléctrica. Esta proporción también se mantiene en otras capacidades. Por ejemplo, el GU-78 amado por muchos a 4 kW en la antena consume alrededor de 8 kW de la red. Y los transmisores industriales de banda ancha como "BRIG" (1 kW), "FLAME" (10 kW) y similares, funcionan con una eficiencia de solo alrededor del 30 %; luego considérelo usted mismo. Al calcular, también tenga en cuenta el hecho de que este equipo es una fuente de interferencia para otros dispositivos electrónicos en funcionamiento. En primer lugar, por supuesto, la televisión. Los amplificadores de potencia crean muchos, por decirlo suavemente, inconvenientes para los fanáticos de las interminables series de televisión, que, les guste o no, deben tenerse en cuenta. Con muchos problemas asociados con la interferencia de TV, varios tipos de filtros ayudarán a enfrentarlos. También cuestan dinero. (Más recientemente, la empresa REMO de Saratov dominó la producción de algunos de ellos. Más baratos y mejores que los importados ...) Pero, si la estación está ubicada en un área rural, entonces la falta de electricidad generalmente no permitirá que se haga ni siquiera un largo "a-a-a-a-le, uno, dos, tres ...". En casas rurales de madera y casas de "nuevos rusos" uno de los problemas más importantes es la seguridad contra incendios. Los extintores y la calidad del cableado serán un dolor de cabeza constante. Como resultado, se acumulará una cantidad considerable. Estos son solo los aspectos principales asociados con el uso de un amplificador potente. Y ahora echemos un vistazo más de cerca a otra oportunidad para mejorar la calidad de la comunicación: el uso de un sistema de antena eficiente. A qué debe prestar atención en este caso: primero. Debe entenderse que: los amplificadores solo amplifican la señal del transmisor y, a diferencia de las antenas, no hacen nada para mejorar la recepción. segundo. Una propiedad extremadamente importante de una antena es la capacidad de reducir el nivel de una señal de interferencia aprovechando sus propiedades direccionales. Al girar la antena, es posible lograr su dirección óptima, correspondiente a la recepción de la señal de la más alta calidad, es decir, mejorar la relación señal-ruido es el parámetro más importante en la comunicación por radio. El costo de una antena que proporcione un aumento similar en el nivel de señal para la transmisión será un orden de magnitud menor que el costo de un amplificador potente. Como ya se mencionó, aumentar la potencia del amplificador de salida en 6 dB (solo 1 punto en el medidor S de su corresponsal), es decir CUATRO veces con aproximadamente 100 W (potencia de transceptor estándar), cuesta: QRO HF-1000 (600 W) - $2690, Ameritron AL-80 V (850 W REP) - $1350, Ameritron 811 V (600 W REP) - 1050 $, Command Technologies HF-1250 (800 W) - 3250 $ (se dan los precios de las empresas de Moscú). Durante la preparación de este material no fue posible encontrar amplificadores específicos de 400 vatios. Es interesante que el mismo aumento (unos 6 dB) respecto al tan popular “cable largo” de 84 metros lo tiene, por ejemplo, una antena Yagi convencional de 4 elementos o cuadradas similares. Y el uso de antenas más serias proporciona una ganancia aún mayor. El coste de estas antenas de fabricantes nacionales oscila entre 100 y 400 dólares aproximadamente, dependiendo del alcance y el grado de complejidad de la propia antena. Damos precios muy medios, pero incluso ellos hablan elocuentemente por sí solos. Además, hay que tener en cuenta que una antena polarizada horizontalmente situada sobre el suelo tiene una ganancia de aproximadamente 5-6 dB más que en el espacio libre (el valor exacto depende de los parámetros del suelo). Este factor debe tenerse en cuenta al considerar la eficiencia de amplificadores y antenas. Un aumento de potencia de 1 kW a 4 kW (¡nuevamente, solo 1 punto en el medidor S!) le costará entre 4 y 9 dólares: (QRO 3 KDX (2.8 kW), Henry 3 k ULTRA (ZkW), HF-2500E ( 2.5 kilovatios)). Una ilustración visual de esto se muestra en la fig. 2.
En el eje horizontal están los valores de ganancia de las antenas ubicadas a una altura de 22 metros sobre el suelo real, expresados en dBi (para obtener detalles sobre la ganancia, consulte la página 4 del catálogo BREEZE Invierno 2001). Aquí se trazan los valores de la potencia de la señal que emite la antena, siempre que la potencia de salida del transmisor (transceptor) sea de 100 W. En este caso, este valor se toma como origen de coordenadas. La ganancia y la potencia se representan en el mismo eje para ayudar a demostrar la diferencia en los costos de amplificación de señal entre amplificadores y antenas. En el eje vertical está marcado el precio que tendrás que pagar por todo lo que esté impreso en el eje horizontal. Los datos se presentan en forma de gráficos para antenas en las bandas de 7, 14, 21 y 28 MHz y una pila de dos antenas en la banda de 14 MHz. Así, los gráficos muestran cuál es el precio medio actual en Moscú por la ganancia recibida por determinadas antenas. Por ejemplo, la figura muestra que se puede comprar una antena de 14 MHz con una ganancia de 16 dBi (5 elementos YAGI) por 750 dólares. Los puntos indican amplificadores de potencia que se pueden comprar hoy en día en empresas de Moscú. En este caso, los amplificadores se encuentran en una posición más favorable en relación a las antenas, ya que los valores de la potencia emitida al aire corresponden al funcionamiento del amplificador sobre un dipolo de media onda ubicado a una altura de 22 m. Tomemos, por ejemplo, el amplificador ALPHA-87 A. Con 100 vatios en la entrada, su potencia de salida es de 1.5 kW, lo que corresponde a una amplificación de aproximadamente 12 dB (15 veces). Si este amplificador estuviera conectado a un emisor isotrópico, entonces lo trazaríamos en nuestro dibujo en el eje vertical correspondiente al valor de 12 dB. Sin embargo, en nuestro caso, todos los amplificadores funcionan en un dipolo de media onda, por lo que necesitamos agregar 2.15 dB (la diferencia de ganancia entre el radiador isotrópico y el dipolo) y una adición de aproximadamente 5 dB debido a la influencia del suelo. Total: casi 19 dB, como se muestra en la figura. Si una señal de 100 W se amplifica 19 dB, el resultado será casi 8000 W. La misma ganancia de 19 dBi (es decir, relativa a un emisor isotrópico) tiene una pila de solo dos antenas. ¡Es significativo que el precio por la misma ganancia difiere casi 6 veces! Aún más indicativo es el coste del mismo aumento de ganancia para amplificadores y annnn. Recordemos: un aumento de potencia de 3 dB (por ejemplo, de QRO-1000 a QRO-2500) costará casi 2000 dólares, mientras que el mismo aumento de 3 dB para antenas grandes de 7 MHz costará sólo 300-400 dólares. La figura no muestra amplificadores de producción industrial más potentes, ya que su precio supera los valores que se muestran en el eje vertical y, por lo tanto, están disponibles para unidades de radioaficionados domésticos, por lo que su aparición en Rusia puede considerarse una excepción. Al mismo tiempo, no se avergüence por el hecho de que estamos comparando antenas de banda única con amplificadores que funcionan en todas las bandas, porque si tiene una antena para una sola banda, al comprar un amplificador, podrá " amplifica" todas las demás bandas en las que no puedes trabajar. El gráfico muestra cuánto puede ahorrar instalando la antena adecuada, mientras proporciona el mismo resultado en el medidor S de su corresponsal. Entre otras cosas, tiene la oportunidad de mejorar suavemente el rendimiento del sistema de antena mediante la creación de pilas de antenas. Combinando correctamente solo dos antenas en una pila, puede mejorar inmediatamente la recepción (en el mejor de los casos) dos veces, es decir. en 3 dB. En la práctica, todo resulta mucho más misterioso: al cambiar mutuamente las antenas de pila y sus fases de alimentación en varias combinaciones (¡hoy en día esto se hace con dispositivos diminutos!), se puede cambiar el patrón de radiación en el plano vertical de todo el sistema de antena, eligiendo la opción más adecuada en cada momento. En nuestro país hay muy pocas antenas de HF de este tipo, y había pocos reproductores de VHF que las utilizaran, y cada vez son menos. Pero en el mundo las ventajas de un diseño de sistema de antena de este tipo se conocen desde hace mucho tiempo. Consideremos, por ejemplo, la pila OH8OS, compuesta por 6 antenas de 6 elementos cada una para un alcance de 20 metros (tres pisos de 2 cada una), sobre un mástil de 60 metros de altura y un peso de 1.5 toneladas, que tiene una ganancia de unos 25 dBi. ! En otras palabras, ¡esto equivale a conectar un amplificador de 100 kilovatios a un transceptor de 30 vatios! O la antena de W5UN, la principal "lunar" del planeta. Su diseño consta de 32 antenas de 17 elementos. ¡El ancho del lóbulo de la antena en el plano E es de sólo 3.7° y la ganancia es de 32 dBi (1585 veces la potencia)! ¡Este diseño es rotado por dos camiones y toma aproximadamente 7 minutos completar una rotación completa! ¡Las estructuras KS1XX, NCOP, W3LPL, W6KPC son estructuras fantásticas! Por supuesto, estos diseños de antena alucinantes son inaccesibles para la mayoría de los radioaficionados comunes, sin embargo, los diseños más simples, que consisten en 2 pisos de antenas multibanda modernas, están al alcance de muchos. Es importante tener en cuenta que al aumentar la potencia del amplificador de salida su precio aumenta exponencialmente, y la mejora de los parámetros de la antena (incluso teniendo en cuenta el costo del conjunto mástil-reductor) viene dada por mucho menos esfuerzo y costo. Por lo tanto, la modernización del sistema de antena es la forma más óptima de aumentar la eficiencia de todo el sistema de radio, lo que permite no solo mejorar significativamente la calidad de la comunicación por radio, sino también minimizar los costos de material. Además, mejorar los parámetros de la antena le permite deshacerse de todas las deficiencias descritas anteriormente, asociadas con el uso de un potente amplificador de señal lineal de alta frecuencia. En nuestra opinión, es posible designar 5 categorías condicionales de equipamiento de estaciones de aficionados, donde la transición a cada subsiguiente, manteniendo los logros anteriores, le permite sentir un salto cualitativo real en los resultados del trabajo. primero la inicial viene determinada por el siguiente conjunto: - 100 watts y un cable largo o una antena de látigo multibanda. El segundo: Utilice un amplificador con una potencia de salida de aproximadamente 1 kW. Третья: Instale una antena direccional giratoria. Cuarto: aumentar la potencia de salida hasta 3-4 kW. Y el último quinto: Instale pilas de antena. En esta etapa, puede relajarse y hasta la jubilación (¡o durante ella!) Trabajar descuidadamente en el aire. ¡Tu éxito está garantizado! La decisión final sobre cómo mejorar la eficiencia de su planta es siempre suya. Información importante: en el territorio de Rusia, en licencias de la primera (¡la más alta!) categoría para KB (excluyendo 160 m), ¡se permite una potencia de salida de 200 vatios! Recomendamos que el dinero destinado a la segunda y cuarta categoría se dirija directamente a la quinta (¡Hola!). Concluimos este artículo con una útil tabla. Después de estudiarlo cuidadosamente, puede sacar conclusiones interesantes, tales como: ¿cuántas veces (aproximadamente) su corresponsal aumentó la potencia de salida de su RA cuando su medidor S mostró una diferencia de 4 puntos (4 puntos son 24 dB o 250 veces la potencia...), aunque asegura que tiene una ZxGU-50. O cuántas veces se “amplificará” su señal cuando conecte una antena con una ganancia de 5 dBd en lugar de un “cable largo” (5 dB = 3.1 veces la potencia).
Autores: A. Dubinin (RZ3GE), A. Kalashnikov (RW3AMC); Publicación: krasnodar.online.ru/hamradio
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