Diagram záření leccos prozradí
Vyzařovací diagram (diagram záření) je grafické vyjádření směrových vlastností antény. Název vyzařovací se používá proto, že všechny antény se uvažují jako vysílací. Pro posouzení jejich vlastností je tato varianta vhodnější. Jelikož je anténa zařízení reciproké, pak se stejné vlastnosti týkají i antény použité jako přijímací.
Každá anténa je charakterizována dvěma vyzařovacími diagramy. Oba znázorňují vlastnosti antény v jedné rovině záření, a to v rovině horizontální a vertikální. Součet diagramů pak poskytuje prostorové vyjádření vlastností antény. Podle názvů obou dílčích diagramů záření by se mohlo zdát, že každý z nich má význam jen pro užití antény v dané polarizaci. To je ovšem omyl.
Bez ohledu na pracovní rovinu antény je pro vyjádření jejích vlastností nutný kompletní prostorový diagram záření. Z něj je pak možné vyčíst zisk antény v rozsahu určitých úhlů, velikost rušivého příjmu ze zadního směru a další důležité údaje. Data z diagramu ovšem platí pouze za předpokladu užití antény v ideálním bezodrazovém prostředí – tedy bez vlivu okolí. Nosné konstrukce antén, stožáry, výložníky, okolní antény, stavby, zemský povrch a další překážky způsobují deformace vyzařovacího diagramu. U přijímacích antén se pak ještě projevuje vliv nehomogenity elektromagnetického pole v místě příjmu.
(Ne)homogenita elektromagnetického pole
Nehomogenita pole se projevuje odrazy signálu, kolísáním síly pole apod. V uvedených případech je skutečný vyzařovací diagram antény od toho teoretického na hony vzdálený. Může se tak stát, že anténa s velkým teoretickým ziskem bude v praxi zcela nepoužitelná, protože nehomogenita pole v místě příjmu nedovolí využití jejích dobrých vlastností. V takovém případě je dobré vědět, že některé antény jsou na homogenitu pole více a jiné méně náročné.
Dlouhé Yagiho antény s velkým počtem prvků jsou příkladem velmi náročných antén, a jsou proto vhodné pouze do míst, kde není signál znehodnocený odrazy a úniky. Může být přitom ale velmi slabý. Pro náročné podmínky s velkým počtem odrazů je naopak vhodná „buzená patrová soustava“, tzv. „matrace“. I tady ale platí, že není anténa jako anténa.
V praxi se může snadno stát, že špičková třicetiprvková anténa typu Yagi naladěná na požadovaný kanál bude mít v reálných podmínkách mnohem menší zisk než malá „matrace“. Toto je důvodem, proč se často zlobím na tazatele, kteří chtějí vědět, jakou anténu si pořídit, ale už neřeknou kam a do jakých podmínek! Nejspolehlivějším posouzením je samozřejmě měření na místě příjmu. Mám-li někomu poradit na dálku, pak potřebuji co nejvíce informací o místě samotném, příjmových podmínkách a vlivech, které tyto podmínky můžou měnit.
DigiZone.cz seznamuje čtenáře se základy digitalizace
Nenechte se oklamat papírovým ziskem antény
Považuji za důležité upozornit na fakt, že zisk antény a úhel vyzařování jsou dvě veličiny, jež spolu přímo souvisejí. Čím větší má anténa zisk, tím menší prostorový úhel ozařuje – a opačně. Není tedy možné vyrobit anténu s velkým ziskem a všesměrovým vyzařováním! Zisk antény se vždy vyjadřuje v decibelech (dB). Jednotka udává, kolikrát je anténa „výkonnější“ než anténa měrná.
V anténářské praxi se za měrnou anténu udává půlvlnný dipól. Často se však objevují případy, kdy výrobce vztáhne zisk antény k izotropnímu zářiči (a zamlčí to v dokumentaci), čímž „vylepší“ svoji anténu o zhruba 2–3 dB. Můžeme se proto setkat s případy, kdy mají dvě stejné nebo velmi podobné antény zcela rozdílný zisk.
Je to ale pouze optický klam. Faktické vlastnosti obou antén si jsou velice podobné a rozdíl v zisku zanedbatelný. Takovým případem je například kruhový dipól pro VKV. Výrobek z Kovoplastu Chlumec nad Cidlinou má zisk 0 dB, stejnojmenný polský produkt už má 2 dB „zisku“.
Stejnou ukázkou je firma Unikom Galanta, která také udává zisk vztažený k izotropnímu zářiči. Antény od Galanty vypadají proto na oko lépe než ty z chlumeckého Kovoplastu. Ve skutečnosti to není pravda a například anténa 2240 z Unikomu (dvaadvacetiprvková Yagi pro k36–40, 16,5 dB) má stejné vlastnosti jako S2039GL z Kovoplastu (dvacetiprvková Yagi pro k33–39, 13dB).
Podobných případů je v praxi velmi mnoho. Především zahraniční výrobci exoticky vypadajících antén udávají u svých výrobků naprosto nereálné parametry spoléhajíce se na to, že skutečná fakta zákazník není schopný zjistit!
Zesilovač často zkresluje reálný zisk
Naprosto zavádějícím parametrem je zisk u antén vybavených zesilovačem. Výrobce u nich totiž udává zisk antény jako součet faktického zisku antény se ziskem zesilovače. To je ale nepřijatelné a zavádějící!
Ze stejného pohledu by byl i kus drátu připojený na zesilovač 100 dB naprosto nedostižnou anténou. Omyl. Naprostý omyl! Už dříve jsem na DigiZone.cz napsal, že na svorkách každé antény se vyskytují dva druhy signálu – užitečný a rušivý. Užitečný signál je tím, který potřebujeme pro provoz svého zařízení. Rušivý signál znamená šum, který nám škodí. Na svorkách samotné antény je šum vždy jen na úrovni termického šumu, který je způsobený absolutní teplotou antény.
V případě, že výrobce za reálnou anténu připojí zesilovač, posílí oba signály a přidá navíc šum zesilovače. Vznikne situace, kdy na výstupu zesilovače je sice velmi silný signál, ovšem prakticky je zcela nepoužitelný. Jedná se téměř výhradně o šum! Mluvím o případech, kdy si laik nainstaluje anténu pro DVB-T, do svodu vloží pro jistotu hned dva zesilovače, aby zjistil, že ač má signál 100procentní „sílu“, jeho kvalita je nulová! 100 procent šumu, to není ani ťuk užitečného signálu.
Jak může méně někdy znamenat více
Při čtení řady článků a příspěvků mám pocit, že mnoho lidí si neumí anténu bez zesilovače vůbec představit. Anténa bez zesilovače jako by ani nebyla anténou. Všichni chtějí zesilovače, a to co nejvýkonnější. Ale výkonná musí být především anténa. Zesilovač nemusí být vůbec!
Síla signálu není hlavním parametrem určujícím příjem. Pro použitelnost signálu je klíčová jeho kvalita. O tom je snadné se přesvědčit. Mnozí přijímají signál DVB-T se 100procentní kvalitou, ačkoli je síla signálu z antény mnohdy menší než 50 procent. I za poloviční síly pracuje přitom set-top-box spolehlivě! Totéž platí i v případě příjmu analogové televize, kde je možné mít na vstupu TV signál s úrovní 80 dBuV. Obraz bude přitom zrnitý a plný duchů.
Vyzařovací diagram v praxi
V dnešní době se již s graficky vyjádřeným vyzařovacím diagramem příliš často nesetkáme. Naprostá většina výrobců udává u svých produktů pouze vyzařovací úhly, zisk a PSV. Je to docela škoda, protože grafické znázornění je přehlednější a poskytuje více údajů. Například úhel nulového příjmu. Sami se o tom můžete přesvědčit.
Intenzita elektromagnetického pole
Zisk antény má přímou souvislost s jejími rozměry. Musíme brát ale v úvahu relativní rozměry antény vztažené k délce přijímané vlny. Je proto jasné, že anténa pro k1 se ziskem 5 dB bude nesrovnatelně rozměrnější než anténa pro k60 se stejným ziskem. Délka vlny je u k1 zhruba šest metrů, v případě k60 pak pouze 38 centimetrů.
Zásadní rozdíl bude také ve výstupním napětí jednotlivých antén při stejné intenzitě elektromagnetického pole. Například při intenzitě pole 60 dBuV / m (1 mV / m) bude na půlvlnném dipólu k1 napětí 3mV (69,5 dBuV). V případě k60 to bude pouze 190 uV (45,5 dBuV). Pro správnou volbu antény je tedy potřeba brát v úvahu i nezbytný zisk ve vztahu k přijímanému kanálu. Jinak kýžené kvality signálu nedosáhneme.
Rušička místo antény?
Žádná anténa není pouhým „chuchvalcem“ drátů, ale soustavou rezonančních prvků. Jejich rozměry a vzájemné vzdálenosti i tvar mají přímý vliv na vlastnosti antény. Příjmová technika použitá mimo oblast své rezonance má zcela odlišné vlastnosti! Zisk, směrovost i impedance takové antény jsou pak většinou zcela nepoužitelné pro jakýkoliv příjem. Všechno špatné je ale k něčemu dobré. V kombinaci s anténním zesilovačem jste dostali do rukou dokonalou rušičku.
Příště o konstrukci antén.
ČLÁNKY DO MAILU