Úvaha kolem fázového posunu při napájení soustavy dvou antén - pásmo 70 cm

Zejména u antén Yagi pro vyšší pásma často svádíme neúspěchy nebo nedosažení parametrů soustavy na jejich fázování. V článku zde jsem vyslovil hypotézu, že příčinou je spíš napájení antén, konfigurace napáječe a jejich okolí. Proto své úvahy doplňuji o modelování soustavy dvou antén, u kterých jsou antény napájené s fázovým posunem. Viz dále.

Vznik fázového posunutí

U stejných antén nám vznikne fázové posunutí (základní příčiny) buď:
- mechanickým posunutím antén v ose ráhna nebo
- rozdílnou elektrickou délkou napáječe

V případě, že jsme konstruovali každou z antén yagi podle zásad slušného designu, nenamodelujeme a ani nenaměříme mezi příčinami a důsledky fázového posunutí žádného rozdílu.

Mimo tzv. základních příčin posunutí nám vlastnosti antén ovlivňuje jejich okolí (zejména napájení - viz odkaz v úvodu), sousední antény, apod. Protože jsem se konstrukci UHF antén věnoval někdy před 25 léty a v posledním roce, nepovažuji se za erudovaného odborníka a musím si vypomáhat modelováním a četnými experimenty. Za kruciální příčiny vlastností stacku však považuji řešení okolí každé antény, konfiguraci vyvedení napáječe a provedení symetrizace (nevěřili byste, jak zásadní vliv měl u některých antén např. sym. rukáv - ale to je jiné téma).

Hodnoty a příklady

U soustavy, kde dojde k mechanickému přesunutí jedné antény, např. podle obrázku zde:

dojde k deformaci výsledného vyzařovacího diagramu:

Aby nám "ujela ruka" o 6 centimetrů, měli bychom se považovat za naprosté mastíky (diletanty) a raději dělat něco jiného, než montáž UHF antén. Nicméně, zisk soustavy se nám nezhorší ani o desetinu dB, stejně tak F/B. Možná bychom si všimli "šilhání" soustavy, ale i o tom pochybuji. Na místě je tedy otázka, zda to tak opravdu je. Zde budu pod tíhou několika pokusů jen suše konstatovat: ano.

Prohřešky v napájení, tj. vliv rozdílností použitých koaxiálních napáječů, zejména jejich délek

Bohužel, ani na tuto příčinu se nám pravděpodobně nepovede svést důsledky špatného chování soustavy. V dalším grafu jsou diagramy vyzařování (far field pattern) dvou stejných antén, které jsou napájené s fázovým posunem 0°, 45°, 90°, 135° a 180°:

Netuším, zda vás šokuje, že prohřešek ve fázování s hodnotou 45° asi v praxi nepoznáte, protože zisk a F/B u ideální soustavy a nedokonale fázované soustavy se liší je v desetinách dB. Na hodnotě VSWR to samozřejmě nepoznáte, to může být i lepší, než u ideální soustavy. Jediným příznakem je úhlové posunutí maxima vyzařování a potlačení sidelobes.

Ještě víc šokující je zjištění, že i napájení s fázovým posunem 90° nám na zisku ztratí jen 0.3 dB a na F/B do 3 dB. Mimochodem, fázový zisk 90° se používá pro napájení soustavy kruhově (elipticky) polarizovaných soustav antén. Takovou soustavu byste získali při uvedeném fázovém posunu tak, že byste jednu anténu namontovali ve vertikální a druhou v horizontální polarizaci. Šilhání soustavy při tak velkém posunu je však už zjevné. Proto v dalších článcích věnuji právě poloze maxim a minim ve vyzařovacích diagramech určitou pozornost.

Další antény v okolí

U antén, které byly konfigurovány do horizontální soustavy v optimální vzdálenosti pro rozšířený poměr F/B nelze zjistit žádný rozdíl v zisku antény a ani pro rozšířený F/B se parametr neliší o víc než desetiny dB.

Důležitá poznámka: Pojem rozšířený F/B není pravděpodobně v anténářském žargónu zaveden. Na internetu jsem viděl, že občas někdo používá termíny:
"činitel zpětného příjmu", "předozadní poměr", či "boční vyzařování". Nemám nic proti použití kteréhokoliv z uvedených termínů, pokud nám vlastnosti antény popíší v potřebné míře. U příjmů nejslabších signálů, za které v praxi považuji spektrum přijímané při provozu EME, se mi však nejeví jako vhodný ani jeden z parametrů. A na internetu jsem zjistil, že se až tak nepoužívají. Pro řešení designu antén a jejich montáže do soustav jsou rozhodující jejich vyzařovací diagramy. Po několika úvahách jsem začal používat pojem rozšířený poměr F/B.

1. Za směr dopředný (Front) považuji vyzařování hlavního paprsku, tj. tzv. mainlobe.
2. Za směr zadní (Back) pak považuji vyzařování mimo hlavní paprsek. Tedy vše, co je vyzařováno postranními i zadními paprsky (sidelobes).

Rozšířený F/B se mi velice osvědčil hlavně při rychlém řešení optimalizačních úloh, např. vzdál. u stacku, při rychlém ověření a porovnání vlastností antén, apod. Osvědčilo se mi to hlavně z toho důvodu, že optimalizační kritéria jsou jednoduchá, zřejmá i jednoduše nastavitelná. Řešení úloh zpravidla snadno a rychle konverguje.

Pro velice precizní práci nám nic nebrání, abychom si zpětné vyzařování (zpětný příjem) antény rozdělili do více sektorů prostorových úhlů a nastavili si odpovídající kritéria. Jenže zrovna u EME příjmu je problémem i vhodná volba kritérií, hi ....Snadno se nám stane, že vliv některých sidelobes silně přeceníme a naopak, jiné paprsky nám znehodnotí slaboučký signál zbytečným QRM.