Radioteknik: Antennbandbredd och hur man löder koax-fläta

[MiaM]

För att röra till det så är det väl 75 ohm som gäller för radio om det är rundradio-FM-bandet (87½-108MHz) men på andra frekvenser 50 ohm som standard? Undrar varför det är så?

(På "stenåldern" så kördes det ibland med 60ohm på TV/FM-radio-prylar. Ni som varit med före kabeltv blev vanligt har säkert sett de där tv-uttagen som hade klart större "hål" än dagens uttag...).

[Mindmapper]

På stenåldern när jag var tonåring tiggde jag stumpar av bästa kvaliten av 60 ohms koax. De hade mitttråd av försilvrad 1 eller 1,2mm ledare. De var super för att linda spolar med högt Q-värde till mottagare och sändare.

Lite senare började jag även bygga en hel del antenner och försökte bli klok på hur man matchar dom, jag fick väl teorin att bli begriplig, men vill inte börja utvekla det eftersom det mesta ligger långt ner i hjärnvindlingarna. Men att begripa hur olika antenntyper är uppbyggda och strålar är en viktig beståndsdel i det hela. Att sedan förstå strömnoder, stående vågor, kvarts och halvvågstransformatorer och stubbar är nästa del. På den tiden använde man Smith chart för beräkningarna. En bra början på den tiden var ARRL-antenna book samt en del andra tunga böcker som jag glömt. För mig började sedan nästa steg och det var att verifera att teori och verklighet stämmer. Med baluner är det ganska enkelt att se att det fungerar. Med gammamatch och bazokas betydligt värre. En hel del av problemen kan vara att materialen man använder inte är UHF-mässiga. Nu för tiden är instrumenten mera överkomliga i pris så det är på så sätt enklare idag att hitta problemen. Ett tidsödande men givande experimenterande.

Att koppla in fasskift till turnstile är inte någon större konst och det finns beskrivet på många ställen.

Jadler: J-polen är en osymetrisk konstruktion och därigenom lätt att anpassa till matning med koax. Man ansluter bara koaxen på det avstånd i antennen som har koaxens karakteristiska impedans. Din GP kommer nog att fungera bra.

Jag håller med dig i ditt tänk att det är roligt att se hur bra överföring man kan få genom att ha vettiga antenner. Att använda brutal styrka genom att bara ösa på med effekt är ganska primitivt. Med en hel och vettigt utformad kedja blir det bra mycket mera sofistikerat.

[xxargs]

Smithchart är fortfarande en himla bra diagramform för att presentera en högst komplex historia - speciellt om den är interaktiv som i en nätverksanalysator - vilket är en extremt viktig instrument när man håller på med filter, transmissionslinjedelar och aktiva komponenter samt antenner.

Med nätverksanalysator (av tillräklig avancerad modell) så tar man också upp sk. S-parametrar för sitt aktuella mätobjekt och senare lyfta in det som en 'black box' i en RF-simuleringsmjukvara (den fria Vipec kommer man långt med) och därefter kan man i simulatorn prova olika strategier när det gäller matchningsförsök etc. , först med ideala komponenter som dessa simulatorer består men och därefter med för ändamålet komponeter som också har S-parametrar eller motsvarande Spice-modeller (som man får generera S-parametrar av i en Spice-simulator) för att se att resultatet ens i närheten liknar det som skapas med ideals komponenter.

Jag försäkrar att av värden från en filterberäkningsprogram med filterkurva som ser ut som man vill ha med teoretiska komponenter, med tänkte använda fysiska komponeter ofta ser helt förskräckligt eländig ut när man man plockar in S-parameter av dessa, där induktanserna har för låg Q-värde, för lågt satt resonanspunkt som gör induktansen betydligt lägre än den påstämplade värdet samt spridning i värde och samma sak med kondingar även om dessa i regel klarar sig bättre (har högre Q-värde)

På höga frekvenser så är inte konding en konding, drossel en drossel alla gånger, bara någonting halvtaskigt i funktion eller att dess resonanspunkt är i närheten av frekvensen man arbeta med och påstämplade värdet har väldigt lite med den verkliga värdet att göra - och över resonansfrekvensen så är en konding en dålig version av drossel och en drossel en dålig version av kondning samt ofta har höga förluster.

Att komma över en fungerande nätverksanalysator hp/agilent 8753 är den våta drömmen för den som håller på med RF-konstruktion som hobby - kompletterar man sedan med en bra spectrumanalysator, helst med trackinggenerator och två RF-signalgeneratorer så kan man komma väldigt lång i sitt RF-hobby utövande till i stort sett proffs/yrkesnivå om man vill.

RF är ett ämnesområde man aldrig kan bli fullärd i hur mycket man än läser in och utövar praktiskt

[grym]

bara en sak till, om man ska göra antenner till sådanna där små moduler, så är det vettigast att skippa koax, utan sätta modulen vid antennen , ingen anpassning till coaxens impendans och inga coaxförluster

det är ett Helt Annat läge att börja jobba ifrån

[jadler]

Grym: Det är så jag har löst mottagarbiten för tillfället, iofs med koax inbyggd i balunen. Mottagaren sitter i en enkel skärmlåda, F-kontakt, chassi-hona, uppåt. Dipolen har en F-hane lödd mot kanten av ett kvartsvågslångt kopparrör, koax i röret, skärm och mittledare fästa vid varsin kopparledare med 1½ mm2 area. När antennen är fastskruvad står mottagarpaketet ganska stadigt för sig själv på fönsterbrädan.

Annars är jag inte säker på hur jag skall lösa det om jag har en utomhusantenn. Sändare/mottagare vill jag skärma, men det känns kontraproduktivt att skärma hela antennen också. Signalen måste ta sig genom skärm till antenn. Kanske kan jag göra på samma sätt med antennkontakt på skärmbox och så nära antennelement som möjligt. Då återstår bara att ordna strömförsörjning och signalöverföring till lämplig instans. Gissar att ström och t.ex. RS485 över Cat5 skulle funka, frånsett att de rullar jag har inte är specade för utomhusbruk. Jag vet inte hur radiomodulerna arbetar vid vitt skilda temperaturer, så på sätt och vis känns det lugnare att ha dem inne, speciellt som jag inte är 100 % säker på att skärmboxarna är vattentäta (knappast IP-klassade).

En seriös lösning vore väl rejäla solceller och ackumulator vid radiodelen, kanske Xbee till och från huset, men det känns lite överdrivet just nu.

[Mindmapper]

Jadler> Annars är jag inte säker på hur jag skall lösa det om jag har en utomhusantenn. Sändare/mottagare vill jag skärma, men det känns kontraproduktivt att skärma hela antennen också. Signalen måste ta sig genom skärm till antenn.

Mystiska meningar! Endera missuppfattar jag vad du menar eller också har du missuppfattat skärmens inkoppling/funktion. Men då jag inte gärna vill tro att jag kan missuppfatta så går jag på den senare tesen. Skärmen är ju våran referens (allas gnd). Sändartransistorn ger ut en signal mellan gnd och ut. Efter en del filter så kopplar vi på mittledaren på koaxen signalen går sedan vidare ut till antenn. Om det är en gp eller annan osymmetrisk antenn kommer signalen att gå tillbaka via jordplan som är ansluten till skärmen. Jordplanet strålar inte utan det gör 1/4 vågselementet. Skärm är en jordad återledare som inte ska stråla utan föra tillbaka signalen till sändartransistorns gnd.

En symetrisk antenn strålar däremot hela antennen (utom antennbommen). För att den ska gå att ansluta till den jordade skärmen på antennkabeln måste du få till en balansering som balunen utför. Balunen tar alltså bort verkan utav skärmen och hela antennen kan stråla. Utan balun får du att skärmen kommer att sända ut signaler (eller vid mottagning tar skärmen emot signaler pga obalans mot gnd).

När du kopplar chassikontakten låter du skärmen på koaxen från sändaren/mottagaren gå till chassikontaktens jord (hölje). Den har också kontakt med lådan, så lådan blir skärmad av koaxens skärm. Därigenom blir hela lådan skärmad och signaler strålar ej ut/in via vare sig låda eller skärm (så länge du ansluter antenn rätt).

Vet ej om jag lyckades få det begripligt eller om jag missuppfattat det hela?
Tänk tvåpoler. What goes out must come back! Och tvärt om.

[jadler]

Mindmapper: Det var ett skämt (om att skärma hela antennen), så naiv är jag inte. Jag kan inte lova att jag förstår dig till 100 %, men som jag har förstått det behövs båda ledarna, i koaxialkabeln i form av mittledare och skärmfläta (som jag åtminstone bildligt tolkar som signal och jord för en obalanserad signal).

Min fundering angående gryms tanke var hur man helt skulle undvika koax och kontakter mellan radio och antenn och samtidigt kunna skärma radion. Det rimligaste för mig känns som att ha radiodelen skärmad, med signaljord kopplad till skärmbox och därmed även till kontaktens och koaxialkabelns skärm. Går det så kan jag koppla den skärmade radions kontakt direkt till antennens kontakt men då fortfarande föra över både jord och signal. Rätt tänkt?

En del av det jag tror mig ha förstått gällande "sleeve balun" är att den förebygger att signalen vandrar tillbaka längs skärmens utsida och istället "tvingas" ut i antennelementen.

[Mindmapper]

Är lite trög, var ej säker på skämtet. Anade smilisen!

Sluten krets gäller i transmissionsledningar också, precis som du säger. Strömmen måste båda vägarna, både fram och tillbaka.

Visst går det att koppla direkt! Bara du gör det UHF-mässigt, dvs inga lösa tampar och slingor. Utan signalledare och jord ska följa varandra så att det inte blir missanpassning någonstans.

Det du skriver om sleeve balun är karakteristiskt för alla baluner, men det syns mer eller mindre tydligt på de olika typerna av baluner. Men för att det ska fungera måste anpassningen både när det gäller symmetriomvandlingen och impedansmatchning vara rätt utförd.

[grym]

det där med modul direkt på antenn och skärming beror mycket på vilken sorts antenn man vill ha?

svårast är det med en rundstrålande, enklast med stor riktverkan

men det går ju att skärma modulen och ha antennen utanför, behöver bara ha ett lite för stort hål och gå ut med antennsignalen

att man sedan har hela rasket i en fukttät låda gör inget
eller gör man genomgången i teflon eller nylon

"bara" till att prova sig fram

ett annat antennallterntiv är etsade på kretskort, helt ok, för min del så köper jag sådanna, inte ens lönt att etsa själv

[xxargs]

Jadler: vilken impedans är det på ditt radiosystem? dvs det som står på utgången alternativt vilken kontakttyp.

Varför man inte skall blanda mellan 50 och 75 Ohm beror på att det bildas reflektion i varje övergång från 50 - 75 Ohm och vise versa. och hur mycket kan man räkna ut genom Prefl=((75 - 50)) / (75 + 59))^2 = 0.04 - dvs. 4% av effekten studsa i varje övergång vilket ger 10 * log10(0.04) = (-)13.9 dB i reflektionsförlust eller returnloss som det heter på utrikiska. Hur mycket övergången dämpar pga. sin reflektion kan man också räkna ut med Ptransm = (1 - 0.04) = 0.96 och tar man 10*log10(0.96) = -0.177 dB - dvs. knappt 0.2 dB förlust för varje kontaktövergång mellan 50 och 75 Ohm.

har du 50 Ohms utgång men ansluter 75 Ohm TV-koax till den på något sätt så studsar 4% av effekten direkt till slutsteget och tappar 0.2 dB i skarven vid sändning redan vid anslutningen, kanske inte så farligt men många bäckar små...


Värdet på returnloss (reflektionsdämpning) vill man ha så hög som möjlig och när man bygger system så siktar man på minst 20 dB på varje enskild övergång så att systemets totala reflektion med många övergångar inte överstiger 14-16 dB eller så.

Det viktigaste aspekten att man vill undvika övergångar mellan olika impedanser i kombinationer med olika kabellängder är förutom effektförlusten att reflexerna är inte osynliga och kan störa nyttosignalen (och i sändläge stressar slusteget med backeffekt) - den för allmänheten mest kända effekten av reflektioner är från analog-TV där spök och skuggbilder på bilden som beror på just reflektioner som har vandrat fram och tillbaka på kabeln mellan impedanshoppen och har fungerat som en korttidsminne av bildlinjen som precis passerade.

Om radiomodem blir störd eller inte av reflexen beror på hur mottagaren detektion är konstruerad samt tiderna mellan reflexerna (beroende av kabellängderna) gentemot symbolhastigheten och dess position i envelopen (ögat på TV-bilden blir definitivt störd av det trots att reflexens amplitud är låg som mindre än 1% av orginalsignalens effektnivå - reflexen bör dämpas mer än 40 dB (till en 1/10000 del) i en TV-bild för att den inte skall noteras - dvs. varje skarv/termniering måste ha bättre än 20 dB returnloss och att sätta in 50 Ohms BNC kontakt eller en sockerbit (inte ovanligt...) som skarv mitt på en längre 75 Ohm TV-kabel skulle definitivt synas i bilden ).

När det gäller kontakter i 50 Ohms-miljö så säger jag undvik mini-UHF (ser ut som en mini PL259), PL259 i sig (om möjligt så bör man byta ut dessa till tex. SMA resp. N-kontakter) samt BNC - det sistnämda glappar och dess returnloss åker jojo när kontakten vickas och vrids. Har man kört nätverksanalysator på objekt med BNC-kontakter så ogillar man BNC-kontakter tämligen kvickt då det hela tiden förstör mätningarna pga. sin glapphet. Ungefär lika roande som när man får halv-avbrott inne i sina mätkablar, oscilloskop-probar (efter många böjningar) under mätningsövningar eller i sladdböjen på sin weller-lödpenna när man skall löda...

Skall man satsa på kontakter i 50 Ohms miljö så är det SMA, N-kontakter främst. Gillar man grov kabel och stora kontakter så är det 7/16-kontakter. Skall man ha i och urplockningsbar RF-kompetent kontakt som ersättare av BNC så kanske man skall titta på QMA-kontakter - dock inte speciellt vänlig mot fingrarna när man skall dra ur dessa men har blivit standard hos bl.a Erikssons basstationer.

[jadler]

Än så länge tyvärr okänd impedans. Det är radiomoduler från Velleman, små prylar med 4 respektive 8 pinnar i SIL-konfiguration. Jag har skrivit till Velleman och frågat om impedansen men inte fått svar än.

Prefl=((75 - 50)) / (75 + 59))^2

förstår jag att skall vara Prefl=((75 - 50) / (75 + 50))^2, så jag kommenterar enbart för att klargöra för andra läsare.

I andra stycket skriver du att reflektionsförlust är synonymt med returnloss, men i fjärde stycket att returnloss är reflektionsdämpning. Vilket är det?

Om 4 % av signalen reflekteras borde väl återstående 96 % gå vidare efter övergången, så att Prefl och Ptransm är två sätt att uttrycka precis samma värde. För mig som till vardags använder dB som mått på ljudstyrka och hörselnedsättning känns 14 dB förlust som väldigt mycket, och 0,18 dB dämpning som väldigt lite. Betyder inte dina beräkningar att man vid en övergång mellan 50 och 75 Ω förlorar 0,18 dB på grund av reflektion, och att det även kan uttryckas som att 4 % av signalen reflekteras i övergången?

Kanske är jag trög eller oinsatt, men vad 14 dB är ett faktiskt mått på har jag denna arla morgon svårt att få grepp om. Vare sig det handlar om dämpning eller förlust har jag svårt att förstå att man skulle vilja ha den stor/hög som möjligt.

Jag tänker inte krångla till det för mig i verkligheten, men för att förstå den teoretiska bakgrunden fortsätter jag att resonera. Om jag av någon anledning vill eller måste använda signalledare(transmission line)/kabel med olika impedans, visst kan jag då minska problemen i form av förluster och reflexer genom en impedansanpassning, till exempel med en 1:1,5-balun i detta fall?

Tack, nu förstår jag verkligen varför jag skall låta bli BNC. Jag har F-don liggande sedan digital-TV-övergången men kommer att köpa N-kontakter istället för dessa tillämpningar. Just F-kontakterna är väl antagligen 75 Ω, så det blir bara till att byta ut dem när jag får hem N-don.

[xxargs]

Nu har jag varit borta ett antal dagar, därav sena svaret

Om det är standard radiomoduler så är det förmodligen avsett mot 50 Ohm (att hitta något annat i mätinstrumentväg är en dyr historia om man inte vill mixtra med transformatorer hela tiden - och det vill man helst inte göra i mätsammanhang...)

Ser ut som att jag gjorde en lapsus i försöken att skriva på svenska. Reflektionsförlust kan vara missledande om man tolkar det som transmission - men ett annat läge om man ser på responsen om man studerar beteendet på vad som händer i anslutningsporten (dvs. som S11 betraktat) så är det lättare att tolka rätt.

Du skall se min 'reflektionsförlust' som 'reflektionsdämpning' i tidigare inlägget (vill inte editera tidigare inlägget för att rätta detta då man spräcker tråden)

(om jag säger S11, S21,S12 och S22 - vet du vad som menas då ?)

Mycket riktigt är 4% reflekterad effekt inte särskilt mycket att bråka om - om du inte har andra komponenter som filter mm. passiva/reaktiva komponenter innan det når antennen.

Läget är annorlunda om man har filter tex lågpass/högpassdiplexer av lite högre ordning (som man kan har i lite större kombineringsnät för att koppla ihop ett antal olika tjänster) och efter filtret kanske en kontakt (säg 50/75 Ohm övergång) eller en antenn som inte är speciellt bra matchat (nu brukar antenner ofta inte ha så mycket bättre än 12 - 16 dB returdämpning)

I det läget kan kontaktens/antennns missmatch förstärkas när den passerar diplexern då den inte längre är terminerad mot de tänkta 50 Ohm (tex.) och passbandet blir ripplig, och i filtersammanhan så är den effekten som inte passerar - den reflekterar och innan man vet ordet av så kan 14 dB returdämpning helt plötslig vara på 6 eller 8 dB före filtret visad mot slutsteget - och lite högre/lägre frekvens så kan det bli ganska bra matchat etc. beroende på var i filterripplet man hamnar frekvensmässigt, och ju fler aktiva komponenter man har, ju större helsike blir det om man inte i grunden starta med komponenter som är så bra matchade som möjligt redan från början.