Piše: Božidar Pasariæ Elektronika za mlade– 13. nastavakradioclubkastilac.hr/wp-content/uploads/2017/03/13-17elektronika... · elektronske cijevi. Katode tih cijevi u ... i mrežne

www.hamradio.hr 7Radio HRS – 2/2006

elektronika za mlade

broju ovoga èasopisa opisao 9A2RQ na17. stranici (sl. 4.). U tom stupnju imamodvije funkcije: rezonanciju (ostvarenutitrajnim krugu LC) i demodulaciju (ostva-renu kristalnom diodom KD). Na izlazuimamo signal niske frekvencije, tj. zvuk uslušalicama.

Pojaèanje je jedna od najèešæih inajvažnijih funkcija elektronièkih ureðaja.Ono može biti naponsko pojaèanje ilistrujno pojaèanje (npr. u predpojaèali-ma), te ukupno pojaèanje snage (npr. uizlaznom stupnju odašiljaèa ili zvuènogpojaèala). Osim toga, ta pojaèala mogubiti za visoku frekvenciju (VF pojaèalo) iliza nisku frekvenciju (NF pojaèalo).

osnovnu frekvenciju i za frekvencijulokalnog oscilatora) i jedan izlaz zameðufrekvenciju.

Postoje i druge funkcije, iako rjeðe,npr. ogranièavanje razine signala (limi-ter), namjerno izoblièenje signala (ele-ktrièna gitara, množila frekvencije),prilagodba impedancije, opskrba stu-pnjeva odgovarajuæim istosmjernimnaponom, itd. To se veæinom odnosi naklasiènu, tj. analognu elektroniku, odno-sno radiotehniku, jer su ureðaji za digi-talnu elektroniku drukèije graðeni. Nasl. 1. vidimo blok-shemu jednostavnogodašiljaèa za telegrafiju (CW). Oscilatorje kristalni, što znaèi da je vrlo stabilne

Elektronika za mlade – 13. nastavakPiše: Božidar Pasariæ, 9A2HL

Slika 1.

3.3. Osnovno poznavanjefunkcija ispravljaèa, pojaèala,detektora i oscilatora

Blok-sheme elektronièkih ureðajaVeæ smo u uvodu rekli da ovu seriju

pišemo prema Programu za polaganjeradioamaterskoga "P" ispita, koji pred-viða tek osnovno poznavanje elektro-tehnièkih pojmova. Kako se radi samoo funkciji, a ne i o elektriènoj shemi, tu æenam pomoæi tzv. blok-shema navedenihsklopova. Naime, svaki složeniji elektro-nièki ili radiotehnièki ureðaj sastoji se odnekoliko stupnjeva koji su meðusobnofunkcionalno povezani. Kod složenijihureðaja, npr. televizora ili SSB-odaši-ljaèa, èesto se služimo blok-shemomkoja ima nekoliko povezanih pravoku-tnika koji oznaèuju pojedine stupnjeve injihove meðusobne veze. U svakomestupnju ostvaruje se odgovarajuæa pre-rada elektriènog signala, kako bismo nakraju dobili ono što nam treba. Svakitakav stupanj ima svoj ulaz (engl. input)i izlaz (output). Mi ne moramo znati kakoje stupanj spojen, ali moramo znati štoon radi. Znaèi da on može za nas biti i"crna kutija". Npr. ako vidimo da u jednuzgradu ulaze bolesni ljudi, a poslijenekog vremena iz nje izlaze zdravi, znatæemo da se radi o bolnici, pa makar omedicini ne znali ništa, niti kako ih lijeèeu toj zgradi.

U radiotehnici ne postoji beskrajanbroj moguæih funkcija, veæ je taj brojogranièen, a njihovom kombinacijommožemo naèiniti razne ureðaje. U tabl.1. nabrojali smo šest najèešæih. To su:modulacija, rezonancija, demodulacija,pojaèanje signala, povratna veza i mije-šanje frekvencija. U pojedinom stupnjumože biti ujedinjeno i više funkcija. No,idemo redom.

Modulacija je postupak kojim u VFnoseæu frekvenciju "utiskujemo" onajsignal koji želimo bežièno prenijeti(zvuèni, video, digitalni). Postoje raznevrste modulacije: amplitudna (AM),frekvencijska (FM), impulsna itd. Izvodise u modulacijskom stupnju odašiljaèa.

Rezonancija je svojstvo titrajnogkruga (ili piezoelektrièkoga kristala) daneku frekvenciju izdiže (ili potiskuje).Time se postiže selektivnost prijamnika.

Demodulacija je postupak suprotanmodulaciji. Njome u prijamniku "skida-mo" modulacijski signal koji nam jebežièno donio modulirani signal visokefrekvencije. Demodulacijski stupaj je npr.detektorski prijamnik, što ga je u prošlom

Povratna veza se ostvaruje tako dase dio signala iz izlaza pojaèala vodinazad na njegov ulaz. Ta veza može bitipozitivna (u fazi) ili negativna (u protu-fazi). Pozitivna povratna veza omoguæu-je rad oscilatora, dok negativna povratnaveza može stabilizirati rad pojaèala,smanjiti njegovo izoblièenje ili automa-tski regulirati njegovo pojaèanje. Uoscilatoru imamo ujedinjene tri funkcije:rezonanciju, pojaèanje i pozitivnu povrat-nu vezu. Postoje desetci tipova oscila-tora, ali svaki od njih mora imati titrajnikrug ili piezoelektrièki kristal (koji odre-ðuju frekvenciju), tranzistor ili elektron-sku cijev (koji daju pojaèanje) i pozitivnupovratnu vezu iz izlaza na ulaz (kojanadoknaðuje gubitke i tako podržava os-cilacije).

Miješanje frekvencija je važna funkci-ja, jer nam omoguæuje izradu super-heterodinskog prijamnika, koji je danasgotovo jedini tip prijamnika. Miješanjemdvaju signala razlièitih frekvencija dobi-vamo njihov zbroj i razliku, signal meðu-frekvencije, tzv. meðufrekvenciju, koji seonda može dalje pojaèavati i obraðivati.Stupanj za miješanje ima dva ulaza, za

frekvencije, ali se ona ne može mijenjati.Iza njega je stupanj za udvostruèenjefrekvencije (množilo frekvencije) kojompobuðujemo izlazno pojaèalo. Ono jespojeno na odgovarajuæu rezonantnuantenu. Iz potrošnje izlaznog stupnjamožemo zakljuèiti da se radi o odaši-ljaèu snage reda vrijednosti 100 W.

IspravljaèiU poèetcima razvoja radiotehnike

elektriènu energiju za rad prijamnikadavale su baterije: u trgovini ste moglikupiti prilièno glomaznu i skupu tzv."anodnu bateriju" napona 125 V, koja jedavala istosmjerni anodni napon zaelektronske cijevi. Katode tih cijevi upravilu su se žarile strujom iz olovnogaakumulatora, napona 4 V, koji ste redo-vno morali nositi na punjenje. Dolaskomu kuæe elektroenergetske mreže s izmje-niènom elektriènom strujom, pojavili suse ispravljaèi koji izmjeniènu strujufrekvencije 50 Hz pretvaraju u istosmje-rnu. Kao elektrièni ventil služila je elek-tronska cijev dioda, zvana "ispravlja-èica". Danas taj posao obavljaju poluvo-dièke diode. Izmjeniènu struju nije

www.hamradio.hr8 Radio HRS – 2/2006


dovoljno ispraviti, veæ ju poslije togatreba i "ispeglati", kako se u zvuèniku nebi èulo brujanje. To èine kondenzatorivelikog kapaciteta, najèešæe elektrolitski,i mrežne prigušnice koje imaju malenotpor za istosmjernu, a velik otpor zaizmjeniènu struju. Tu je još i transforma-tor koji izmjenièni napon od 230 Vpretvara u odgovarajuæi napon potrebanza rad tog ureðaja. Ispravljanje može bitijednostrano (poluvalno) i dvostrano(punovalno). Na sl. 2. vidimo jednostra-no ispravljanje. Kod dvostranoga ispra-vljanja i pozitivni i negativni poluval

izmjeniène struje usmjeravaju se uistome smjeru. Tu je onda potrebandvostruki sekundarni namotaj na trans-formatoru i dvije diode, ili tzv. Graetzovspoj s èetiri diode. Današnji ispravljaèièesto imaju i spoj za stabilizacijunapona, što se postiže Zenerovim dioda-ma, ili posebnim elementima za stabili-zaciju napona. (Koga to više zanima,naæi æe potpuno objašnjenje u tek izišlojknjizi Radiokomunikacije (Zadro, Štancl,Botica, Marin; str. 114, toèka 3.3.)

Danas smo upoznali sljedeæe pojmove:- blok-shemu elektronièkih ureðaja,- glavne funkcije elektronièkih sklopova:

modulaciju, rezonanciju,demodulaciju, pojaèanje,povratnu vezu i miješanje,

- ispravljaè kao najèešæi izvor zanapajanje elektronièkih ureðaja.

U sljedeæem nastavku govorit æemoo osnovnom poznavanju funkcijeprijamnika i blok-shemijednostavnog prijamnika.

Pojam Funkcija Èime se ostvaruje

1. MODULACIJA "utiskivanja" modulacijske frekvencije elektronske cijevi, tranzistori, diode(u odašiljaèu) u val nositelj

2. REZONANCIJA selektivnost, isticanje ili potiskivanje titrajni krugovi, piezoelektrièki kristali,odreðene frekvencije keramièki ili mehanièki filtri

3. DEMODULACIJA "rekonstrukcija" modulacijske frekvencije diode, tranzistori, elektronske cijevi(u prijamniku) iz modulirane VF struje

4. POJAÈANJE naponsko ili strujno pojaèanje, tranzistori, elektronske cijevipojaèanje snage NF ili VF signala

5. POVRATNA VEZA a) pozitivna povratna veza - nastanak oscilacija zavojnice, kondenzatori, otpornicib) negativna povratna veza - smanjenje izoblièenja,

automatska regulacija, stabilniji rad pojaèala

6. MIJEŠANJE FREKVENCIJA interferencija (miješanje signala), tranzistori, diode, elektronske cijevidobivanje meðufrekvencije

Slika 2.

Tablica 1. Glavne funkcije radiotehnièkih sklopova



Elektronika za mlade – 14. nastavakElectronics for the Young Ones – Part 14

Piše: Božidar Pasariæ, 9A2HL

4. PrijamniciRadioamaterima-operatorima glavni

je cilj održavanje bežiènih veza s dru-gim radioamaterima. Stoga ih najvišezanimaju prijamnici i odašiljaèi, koje sunekada sami izraðivali, dok se danasu pravilu kupuju tvornièki proizvodi.Osnovne funkcije prijamnika upoznalismo uglavnom u prošlom nastavku, adanas æemo ukratko opisati naèelnustrukturu nekoliko vrsta prijamnika.

4.1. Osnovno poznavanje funkcijaprijamnika

Prvu elektronsku cijev koja je moglapojaèavati, njen izumitelj Lee de Forestnazvao je audionom (lat. audire, èuti).Meðutim, uskoro je nazvana triodom,dok je audion poslije toga ostao nazivomvrste radioprijamnika. Audion, kao spoj,obilježio je prvih dvadesetak godinarazvoja radiotehnike, kako u radiodifuzi-jskim (tada se to nazivalo radifonijom),tako i u komunikacijskim profesionalnimi radioamaterskim prijamnicima. Odlikujega jednostavnost, velika osjetljivost, zaono vrijeme dobra selektivnost, stabi-lnost frekvencije, kao i moguænost pri-manja amplitudne modulacije (AM) inemodulirane telegrafije (CW). Zato jedo 1930-ih godina bio "srce" radiodifu-zijskih prijamnika na srednjem i dugomvalu, kada ga je poèeo zamjenjivatisuperheterodinski prijamnik.

Shemu klasiènoga audiona vidimo nasl. 1. Trioda pojaèava VF signal koji stižeiz antene na njenu prvu rešetku prekotitrajnoga kruga L1C1 i kondenzatoraod 500 pF. Izabrani pojaèani VF signalna anodi ne može poæi desno, jer ga utome sprjeèava VF prigušnica, veæ kreæelijevo preko zavojnice za povratnuspregu Lr, koja je induktivno spregnutas titrajnim krugom na ulazu. Tako seVF signal višekratno pojaèava "u krug",a ujedno se poveæava i selektivnost togprijamnika. Jakost povratne spregenamješta se promjenljivim kondenzato-rom Cr od 250 pF. Ako njegovu osovinuokrenemo previše udesno i tako pove-æamo kapacitet, cijeli spoj poèinje titrati.Pretvorit æe se u oscilator, dakle, malenodašiljaè na frekvenciji titrajnoga krugaL1C1. Za prijam radiodifuzijskih postaja(AM) kondenzator Cr treba postaviti tikpred osciliranje, a za prijam nemoduli-rane telegrafije (CW) ga treba namjestitina sam poèetak osciliranja. Kombinacijarešetka-katoda u triodi ponaša se kaodioda, pa na tome mjestu dolazi i do

demodulacije VF signala. Pojaèananiska frekvencija javlja se zatim na anoditriode, ali ne može poæi lijevo jer Cr imaza nju prevelik otpor, veæ preko VFprigušnice ide desno, na visokoomskeslušalice (1 do 4 kΩ). Postoje ozbiljnistruènjaci koji tvrde da tko u životu nijespojio i iskušao audion ne može steæipravi osjeæaj za radiotehniku.Danas se audion može naèinitii pomoæu tranzistora, osobitoFET-a, koji je vrlo slièan triodi.O tome æemo govoriti nekomdrugom prilikom.

4.2. Blok-shema jednostavnihprijamnika

Prijamnici s audionom ili dru-gom vrstom demodulatora nazi-vaju se direktnim prijamnicima jersu svi titrajni krugovi u njemunamješteni neposredno nafrekvenciju koju primamo. Nasl. 2. vidimo blok-shemu takvogprijamnika s èetiri stupnja, kojegaèine: VF pretpojaèalo, audion,NF pretpojaèalo i NF izlazno

pojaèalo. Nekada se takav prijamnikoznaèavao kao 1-V-2 (prema njem.Vergleicher, detektor, demodulator), tj.jedan stupanj VF pretpojaèanja, audioni dva stupnja NF pojaèanja.

Kratkovalni prijamnik 0-V-1 s dvijecijevi iz tridesetih godina prošloga stolje-æa prikazan je na sl. 3.

Slika 1. – Povijesni audionski prijamnik s diodom, kakav su radioamaterigradili sve do 1960-ih godina, do pojave tranzistora na tržištu

Slika 2. – Blok-shema direktnog prijamnika, tipa 1-V-2

Slika 3. – Izgled prijamnika s dvjema cijevima, tipa 0-V-1,kakav se rabio 1920-ih i 1930-ih godina,

dakle u poèetcima radiodifuzije u nas



Takvim prijamnikom radioamateri suodržavali veze s cijelim svijetom. U toje vrijeme direktne prijamnike poèeozamjenjivati superheterodinski prija-mnik, zbog svoje veæe selektivnosti iosjetljivosti na slabe signale. Blok-shemu takvog jednostavnog super-heterodinskoga prijamnika vidimo nasl. 4. Na ulazu ima stupanj za miješanje,u koji ulaze dva signali, ona iz antene(frekvencije fu), i onaj iz pomoænog,tzv. lokalnog oscilatora (fosc). Miješanjemtih dvaju signala nastaje signal meðu-frekvencije (frekvencije jednake razlicitih dviju frekvencija), koji se dalje poja-èava i demodulira. Superheterodinskiprijamnik riješio je problem selekti-vnosti. Naime, veæa selektivnostpostiže se veæim brojem titrajnihkrugova. Kako u direktnih prijamnikaovi moraju biti promjenljivi, javila sepotreba za sve veæim brojem promje-nljivih kondenzatora na istoj osovini,èije je titrajne krugove bilo sve težeugaðati. (Praktiènu granicu predstavljaoje trostruki promjenljivi kondenzator,što još nije bilo dovoljno.) Kako jemeðufrekvencija kao rezultat miješenjau superheterodinskom prijamniku uvijekista, broj nepromjenljivih titrajnih kru-gova u sljedeæim stupnjevima mogaoje biti mnogo veæi. Normirana meðu-frekvencija radiodifuzijskih prijamnika upravilu je oko 460 kHz, pa se tako izra-ðuju i tzv. meðufrekvencijski transforma-tori. Nedostatak superheterodinskogaprijamnika su tzv. zrcalne ili simetriènefrekvencije. Naime, kako je rezultatmiješanja i razlika i zbroj dviju frekve-ncija, uvijek postoje dvije frekvencije naulazu koje æe takav prijamnik primiti.Jednu od njih, onu simetriènu, trebaukloniti, što se postiže kvalitetnim titra-jnim krugovima na ulazu u prijamnik, ai odabranom višom meðufrekvencijom.

Krajem tridesetih godina dvadeseto-ga stoljeæa poèeli su se javljati tvornièkiprijamnici namijenjeni radioamaterima,osobito u Americi, dok se poslije Drugogsvjetskog rata njihov broj naglo poveæao.Komunikacijski superheterodinski prija-mnik SX-100, nekada èuvene tvrtkeHallicrafters, tada san mnogih radioa-matera, prikazan je na sl. 5.

Postoji i treæa vrsta prijamnika, aizmislili su je radioamateri prije tridese-tak godina. To su tzv. DCR-prijamnici(prema engl. Direct Conversion Rece-ivers, prijamnici s neposrednim miješa-njem). Kod njih kao rezultat miješanjaodmah nastaje niskofrekvencijski signalu podruèju èujnih frekvencija. Pogodnisu za prijam nemodulirane telegrafije(CW), te SSB i DSB signala (sl. 6.).Kod takvog prijamnika lokalni oscilatorradi vrlo blizu ulazne frekvencije. Npr.,ako je ulazna frekvencija 7 000 kHz,lokalni oscilator radi na 6 999 kHz,tako da je rezultat miješanja signalfrekvencije 1 kHz. To je niska frekve-

ncija, koja se dalje pojaèava i vodi uslušalice. Najpoznatiji spoj takvog pri-jamnika je onaj s dvjema antiparalelnospojenim diodama ruskoga amateraVladimira Polyakova. Takav je prijamnikvrlo otporan na prejake signale, a ilokalni oscilator mu radi na dvostrukonižoj frekvenciji, što daje veæu stabilnostfrekvencije. Može ga lako naèiniti ipoèetnik.

Danas smo upoznali sljedeæe pojmove:- audion s pozitivnom povratnom

spregom,- blok-shemu direktnog prijamnika,- blok-shemu superheterodinskog

prijamnika,- meðufrekvenciju,- simetriène ili zrcalne frekvencije,- blok-shemu prijamnika s neposrednim

miješanjem (DCR).

U sljedeæem nastavku govorit æemoo osnovnim funkcijama iblok-shemama odašiljaèa.

Slika 6. – Blok-shema prijamnika s neposrednim miješanjem

Slika 4. – Blok-shema superheterodinskoga prijamnika za srednji val

Slika 5. – Telekomunikacijski prijamnik SX-100 amerièketvrtke Hallicrafters iz 1960-ih godina





5. Odašiljaèi

5.1. Osnovno poznavanje funkcijaodašiljaèa

5.2. Blok-sheme odašiljaèaKada je njemaèki fizièar Heinrich

Hertz 1888. godine pokusom dokazaoMaxwellovu teorijsku pretpostavku daradiovalovi zaista postoje, ubrzo sepostavilo pitanje kako ih proizvoditi, kojiim je domet i kako ih iskoristiti. Prviupotrebljiv izvor radiovalova bilo jeiskrište visokonaponskog induktoraspojeno neposredno na antenu i uze-mljenje. Ono što je taj izvor proizvodiobio je, prema današnjim mjerilima,golem oblak smetnji, a u ono vrijemebežièni naèin komunikacije Morseovimznakovima.

Neprigušeni val – CWKanaðanin Reginald Fessenden

inzistirao na tome da bi trebaloproizvesti neprigušeni val (CW, premaengl. continuous wave), tj. jednu jedinuneprigušenu frekvenciju koju trebaodvesti u antenu. Veliki GulielmoMarconi ga je javno ismijao tvrdeæi da toneæe raditi, jer je za stvaranje radiova-lova navodno bitan tzv. uèinak pljuska(engl. splash effect), kao kada dlanompljesnemo po vodi, što može uèinitisamo elektrièna iskra. Ipak se pokazaloda je u pravu bio Fessenden, a neMarconi, i da antena lijepo pretvara si-nusoidalnu struju jedne jedine frekve-ncije u radiovalove. Štoviše, Fessendenje tu VF struju modulirao stavivši poveæiugljeni mikrofon u antenski vod, pa jena Badnjak 1906. god. ostvario prviradiodifuzijski program u povijesti –svirajuæi na violini, otpjevavši Svetu noæi èestitavši slušateljima Božiæ – naveliko zaprepaštenje radiotelegrafistana obližnjim brodovima koji još nisu uslušalicama èuli ljudski glas, veæ samozujanje Morseovih znakova. Napravasnage 1 kW kojom je proizvodio nepri-gušeni val zvala se magnetski alternator,jer elektronska cijev trioda tada još nijebila izumljena. U tome mu je velikupomoæ pružio švedski inženjer ErnstAlexanderson, zaposlenik poduzeæaGeneral Electric koje je izradilo alterna-tor (sl. 1.).

Izumom elektronske cijevi triode (Leede Forest, 1907. god.) tehnologija beži-ènih veza potpuno se promijenila. EdwinArmstrong uvodi 1912. pozitivnu povra-

tnu spregu i ubrzo primjeæuje, ako jeona malo jaèa, da se trioda pretvarau oscilator koji proizvodi jednu jedinufrekvenciju, i to dosta stabilnu, dakleonaj CW o kojemu je govorioFessenden.

Oscilator je srce svakog odaši-ljaèa jer on odreðuje na kojoj æefrekvenciji raditi. Kako su te oscilacijeu pravilu slabašne, one se još poja-èavaju u izlaznom stupnju odašiljaèa,koji tako odreðuje njegovu snagu.Poslije 1953. godine kada su dobilidozvole za rad, hrvatski su radioa-materi èesto izraðivali telegrafskeodašiljaèe od svega dvije cijevi –oscilatora (VFO, variable frequencyoscillator, oscilator promjenjivefrekvencije) i izlaznog pojaèala (PA– power amplifier, pojaèalo snage).Snaga im je bila oko trideset vataVF energije u anteni. Blok-shemuvidimo na slici 2.

Za rad fonijom (FONE), tj. govo-rom, trebao je još i modulator, a to jeNF pojaèalo s mikrofonom radi posti-zanja amplitudne modulacije (AM);slika 3.

Slika 1. – Konstruktor Ernst Alexanderson 1906. godinepromatra svoj najveæi alternator, težak nekoliko tona,

u radu. Željezni disk imao je u sebi nekoliko stotinarupa za presijecanje magnetskih silnica i vrtio sebrzinom od 150 okretaja u sekundi. Snaga stroja

bila je 200 kW, što je omoguæavalo prekooceanskeveze telegrafijom na vrlo dugim valovima za vrijeme

i poslije Prvoga svjetskog rata.

( )Bufer

Mikrofon

AM

Izlaznistupanj

Modulator

VFO Odvojni stupanj

Slika 3. – Za amplitudnu modulaciju (AM) potrebno je modulacijsko pojaèalo smikrofonom. Najèešæe se modulira VF signal u izlaznom stupnju (PA).

Kako bi se izbjegao povratni utjecaj izlaznog stupnja na oscilator,dobro je izmeðu njih umetnuti i odjelni stupanj (buffer).

Tipkalo

Oscilator(VFO)

Izlazno pojaèalo(PA)

CW

Slika 2. – Blok-shema telegrafskog (CW) odašiljaèa s dva stupnja – promjenjivimoscilatorom (VFO) i izlaznim pojaèalom (PA).

Tipkalo se nalazi u izlaznom stupnju kako bi se saèuvala stabilnost oscilatora.


je samo do visine od 4,5 kHz, što nije"hi-fi", ali zadovoljava. Za oba boènapojasa to iznosi 9 kHz. Stoga svakaradiodifuzijska postaja na srednjem valuzauzima pojas širine od 9 kHz, pa nacijelome srednjovalnom podruèju, kojeje danas široko 1 100 kHz, ima mjestaza svega 122 postaje. Na uskim amater-skim podruèjima, gdje se prenosi samogovor, može se "proæi" i s tri kiloherca,što znaèi pojas od 6 kHz AM signala, alinikako i manje od toga, jer tada glaszvuèi "kao iz baève". Tako je na fonijskimdijelovima amaterskih podruèja dolazilodo velikih gužvi i interferentnih zvižduka,što je jako otežavalo rad amplitudnommodulacijom.

Modulacija jednim boènim pojasom –SSB

S druge strane, teorija je govorila daje za prijenos razumljive informacijedovoljan jedan boèni pojas, tako da sunoseæa frekvencija i drugi boèni pojaszapravo suvišni i mogu se ukinuti. To biznaèilo da se s 25% VF energije možepostiæi isti rezultat kao i s punom snagomAM-signala, a zauzeti pojas je za polauži. Otuda i naziv SSB (single side band,jedan boèni pojas). Još 1915. godineJohn Carson zatražio je patentno pravona tu ideju. Poslije mnogih natezanja,taj patent je i dobio 1923. godine. Idejaje bila dobra, ali ispred svoga vremena,


Poznato je da je stabilnost oscilatoraveæa kada radi na nižoj frekvenciji. Zatoje dobro da on radi npr. na 3,5 MHz, a zarad na 7 MHz ta frekvencija se udvo-struèuje. Stoga se izmeðu oscilatora iizlaznog stupnja ubacuje još jedan stu-panj – množilo frekvencije – a može ihbiti i više (sl. 4.). Na taj naèin jednimpažljivo izraðenim oscilatorom možemopokriti nekoliko amaterskih podruèja.

Godine 1927. radioamateri su dobilinov element za postizanje veæe stabilno-sti frekvencije oscilatora. To je bio kristalkremena (kvarca) i još nekih minerala.Prikladno izrezan i izbrušen, on se po-naša kao vrlo kvalitetan serijski titrajnikrug, pa takoðer omoguæuje i izraduvrlo selektivnih filtara za prijamnike.Poslije 1927. godine veæina amaterskihodašiljaèa imala je oscilatore s krista-lom, koji je davao kristalno èist i stabilanton telegrafskog signala. U ono vrijemebila je velika èast primiti raport T9X uamaterskoj vezi. Nažalost, frekvencijakristala ne može se mijenjati.

Amplitudna modulacija – AMKada su održavali veze govorom

(FONE), radioamateri su se prije Dru-goga svjetskog rata služili iskljuèivoamplitudnom modulacijom, kao i radio-difuzijske postaje. Tehnologija amplitu-dne modulacije nije bila previše složena,pa su amateri mogli izraðivati svoje vlas-tite amplitudno modulirane odašiljaèe.

Godine 1914. bilo je matematièkidokazano da amplitudno moduliraniVF signal, osim tzv. noseæe frekvencijeu sredini, ima sa svake strane po jedanboèni pojas. Oni su zrcalno jednaki(sl. 5.).

Od ukupne VF snage u anteni u pra-vilu 50% otpada na noseæu frekvenciju,a 25% na "donji" i 25% na "gornji" boènipojas. Prema dogovoru, za potreberadiodifuzije prenose se niske frekvenci-

jer tada još nije postojala elektronièkatehnologija koja bi ju mogla uspješnoostvariti. Za SSB je posebno bila zainte-resirana poštanska služba, kako bi timemogla poveæati broj govornih kanala, pasu mnogi pokusi bili uèinjeni u Bellovimlaboratorijima. Tako je 1927. godine bilauspostavljena prva SSB radiotelefonskaveza preko Atlantika, na noseæoj frekve-nciji od 52 kHz. Tako su elegantno riješiliproblem nedovoljne snage odašiljaèa iuske rezonantne karakteristike odašilja-èke antene. Provjereno pravilo kaže: "Priistoj snazi SSB signal èuje se tri putadalje od AM signala."

SSB je sporo ulazio u amaterske ko-munikacije. Tek u rujnu 1933. godine uradioamaterskom èasopisu R/9, koji jeizlazio u Los Angelesu, M. Moore,W6DEI, poèeo je objavljivati èlanak utri nastavka SSB odašiljaè za radioa-materske veze. Èlanak nije pobudioveæu pozornost, jer je SSB odašiljaèmnogo složeniji od AM odašiljaèa, a iprijamnik treba donekle preraditi.Trebalo je prièekati sve do 1947. kadasu se stvari konaèno pokrenule. Danasje SSB modulacija iskljuèiv naèin radafonijom na amaterskim kratkovalnimpodruèjima, kao i djelomice na UKV-u(uz FM, frekvencijsku modulaciju). KodSSB modulacije možemo birati izmeðudonjeg boènog pojasa (LSB, lower sideband) i gornjeg boènog pojasa (USB,

f0 noseæa frekvencija

f0

LSB

LSB

USB

USB

AM

SSB

f0 i USB su poništeni

f

f

6 kHza)

b)

Slika 5. – Amplitudno modulirani signal uznoseæufrekvenciju ima i dva boèna pojasa:

"donji" (LSB) i "gornji" (USB).Kod SSB modulacije noseæa frekvencija

i jedan boèni pojas su poništeni,što znaèi uštedu od 75% ukupne snage

odašiljaèa i za polovicu uži pojas.

3,5 MHz 7 MHz

7 MHz

Tipkalo

Mnoilo

frekvencije ( 2)VFO

3,5 MHzPA

Slika 4. – Kako bi oscilator radio što stabilnije, on treba raditi na što nižoj frekvenciji.Za dobivanje viših frekvencija umeæe se množilo frekvencije

(FD, frequency doubler) koje udvostruèuje frekvenciju.

f0

LSB USB

SSB SSB

Pobudnistupanj

Mikrofon

VFOBalansni

modulatorSSBfiltarDSB

PA

NFpojaèalo

NF

AM

Slika 6. – Blok-shema SSB odašiljaèa: VF napon iz VFO-a vodi se u balansnimodulator gdje se najprije ostvaruje klasièna amplitudna modulacija,

a zatim se uklanja noseæa frekvencija. Takav signal zatim prolazi krozoštar SSB filtar s kristalima koji uklanja jedan od dva boèna pojasa.

Preostali boèni pojas se zatim pojaèava u pobudnom stupnju (driveru) ivodi u izlazni stupanj. SSB modulacija je podvrsta amplitudne modulacije.

(Osim filtarske postoji i fazna metoda dobivanja SSB signala.)DSB (double side band) su dva boèna pojasa bez noseæega signala.

upper side band). Prema dogovoru, LSBse upotrebljava na podruèjima od 3,5 i7 MHz, a USB na preostalim višim ama-terskim podruèjima. Granica je 10 MHz.Osim toga, pri radu s prijamnikompotrebno je vrlo precizno ugoditi lokalnioscilator (BFO koji obnavlja noseæufrekvenciju) jer u suprotnom glas zvuèiizoblièeno. Zato SSB modulacija nijenaroèito pogodna za prijenos glazbe,veæ samo govora. Blok shemu SSBodašiljaèa vidimo na sl. 6.

Frekvencijska modulacija – FMJoš jedna vrsta modulacije koju

danas rabe radioamateri je frekvenci-jska modulacija (FM). Kod te modulacijeNF signalom mijenjamo frekvencijuoscilatora lijevo i desno oko neke sre-dnje vrijednosti. Rabi se na UKV podru-èju i za radiodifuzne FM postaje (88 do108 MHz), kao i za prijenos zvuka natelevizijskim kanalima. Njezina znaèajkaje velika kvaliteta reprodukcije zvuka.Njezinim tvorcem je isti onaj EdmundArmstrong koji je 1933. godine izumiopovratnu spregu i superheterodinskiprijamnik (sl. 7.).

Buduæi da financijski kapital uložen uAM radiodifuziju nije tada bio osobitozainteresiran za FM, Armstrong je razo-èaran (i napušten od supruge) 1954. u64. godini života poèinio samoubojstvoskoèivši s 13. kata. Veliki izumitelji upravilu nisu sretni ljudi.

Danas smo upoznali sljedeæe pojmove:- oscilator u prijamniku ili odašiljaèu

(VFO),- piezoelektrièni kristal kremena,

- množilo frekvencije (FD),- odjelni stupanj (buffer),- pobudni stupanj (driver),- izlazni stupanj odašiljaèa (PA),- neprigušeni VF signal (CW),- amplitudnu modulaciju (AM),- SSB modulaciju,- donji boèni pojas (LSB),- gornji boèni pojas (USB),- frekvencijsku modulaciju (FM).

U sljedeæem nastavku govorit æemo oantenama.


Mikrofon

Pobudnistupanj

VFO

FM

Izlaznistupanj

FM modulator

Slika 7. – Kod frekvencijske modulacije (FM) frekvencija vala nositelja mijenja se uritmu niske frekvencije oko neke srednje vrijednosti. Modulira se oscilator,

a kao modulator najèešæe služi varikap dioda(dioda koja mijenja svoj kapacitet pod utjecajem NF napona).

-

For Evaluation Only.Copyright (c) by Foxit Software Company, 2004 - 2007Edited by Foxit PDF Editor





6. Antene

6.1. Poluvalni dipolAko pogledamo u latinski rjeènik, vidjet

æemo da rijeè "antena" znaèi "jedrenica".To je dugaèka, koso postavljena motkana jarbolu na kojoj visi trokutasto, tzv.rimsko jedro. U radiotehnici antena služida visokofrekventne struje pretvori uradiovalove, ili obratno. U prvome sluèa-ju radi se o odašiljaèkoj anteni, a u dru-gome – o prijamnoj. Teoretski i praktiènonema razlike izmeðu odašiljaèke i prija-mne antene i svaka antena može oba-vljati obje funkcije. Ipak, kada se radi oodašiljaèkoj anteni, uvjeti za njenuizradu mnogo su stroži, kako bi se posti-glo najveæe moguæe zraèenje.

Kod izraèuna odašiljaèke antenenajvažniji podatak je frekvencija f,odnosno valna duljina λ (oznaèava segrè. slovom lambda), na kojoj æe onaraditi. Te su dvije velièine povezanepreko brzine rasprostiranja radiovalova(brzine svjetlosti) u praznini,

c0 ≈ 3 × 108 m/s = 300 000 km/s,jednadžbom

f · λ = c0.Prema tome, viša frekvencija znaèi

kraæu valnu duljinu, i obratno.Prilagoðena jednadžba za izraèunavanjevalne duljine u metrima iz frekvencije umegahercima glasi

Npr., ako æemo raditi na srednjojfrekvenciji od 145 MHz, valna duljina je

Osnovni tip antene u radiotehnici jepoluvalni dipol (sl. 1.), dakle, zraèiloduljine jednake polovici valne duljine. Toznaèi da æe u ovom sluèaju njegova dulji-na biti približno 207 cm : 2 = 103,5 cm.Kažemo približno zato što ta duljina

kteristiènim otporom takoðer od 50 Ω.Takvom se prilagodbom impedancijepostiže najbolji prijenos energije uantenu. On se izražava omjerom naponastojnih valova u dovodu, tzv. SWR-fakto-rom (prema engl. standing wave ratio).Onaj dio energije koji nije izraèen, refle-ktira se nazad u antenu i stvara stojnevalove u dovodu, što uzrokuje gubitke.Idealni SWR je 1:1, što znaèi da je svaenergija poslana u antenu ujedno iizraèena. Prilagodba je slabija što je lije-va znamenka veæa. U praksi se toleriraSWR do 3:1 (što znaèi da æe se izraèitisamo 75% poslane snage), poslije èegamoramo bolje prilagoditi antenu. Instru-ment za mjerenje omjera stojnih valovanaziva se SWR-metrom, a ukljuèuje seserijski u antenski dovod izmeðu odaši-ljaèa i antene, veæinom na izlazu odaši-ljaèa.

Sljedeæi podatci o anteni su njenapolarizacija i dijagram zraèenja. Ako jedipol položen vodoravno, kažemo da sunjegovi radiovalovi horizontalno polari-zirani (promatra se polarizacija elektri-ènog polja E). Ako ih pokušamo primatidrugim dipolom koji stoji okomito, vidjetæemo da to ne ide, jer je taj dipol verti-kalno polariziran. (Ta je razlika na UHFpodruèju toliko oštra, da kod satelitskihprijamnika dvije TV postaje rade na istojfrekvenciji, ali meðusobno ne smetaju.Jedan signal je horizontano (H), dok jedrugi vertikalno (V) polariziran.)

Ne zraèe sve antene jednako u svimsmjerovima. Poluvalni dipol najboljezraèi u smjeru okomito na dipol, dokuzduž dipola uopæe ne zraèi (sl. 3.).

dipola donekle ovisi i o debljini žice ilicijevi, o visini iznad zemlje, o kapacitetunjegovih krajeva, kao i o okolnome sred-stvu. Osim toga, struja u dipolu putujenešto sporije nego radioval u praznini(praktièki i u zraku), pa æemo dobivenuduljinu "popraviti" množenjem s tzv.faktorom skraæenja, koji je za tanke vodi-èe oko 0,95. Dakle, za izradu dipola tre-bat æe nam bakrena ili aluminijska cijevduljine L = 103,5 cm × 0,95 ≈ 98,3 cm.

Dipol (prema lat., dvopol) ima dvakraka, lijevi i desni. Prikljuèci za dipolnalaze se veæinom u sredini. U našemsluèaju svaki krak je dugaèak 98,3 cm : 2= 49,15 cm. To je tzv. rezonantni dipol zasrednju frekvenciju od 145 MHz."Srednju" znaèi da u radu možemo maloodstupati prema gore ili dolje (npr. od144 MHz do 146 MHz).

Kada je dipol rezonantan, tj. ugoðen naodreðenu frekvenciju, u anteni nastajustojni valovi i ona najbolje zraèi. Raspo-red je napona i struje u anteni grafièkiprikazan na slici 2. Vidimo da je naponnajviši na njezinim krajevima, dok je stru-ja najjaèa u sredini. Kako u rezonanciji

antena pokazuje èisti radni ("omski")otpor, napon i struja su u fazi, a prikljuèniotpor (ulaznu impedanciju) dipola izraèu-nat æemo prema Ohmovu zakonu:(napon na prikljuècima x-x), podijeljensa strujom kroz te prikljuèke. Prikljuèniotpor poluvalnog dipola je 50…75 Ω,pa su i sve sastavnice za antene(kablovi, prikljuènice i dr.) danas normi-rani na 50 Ω.

Iz elektrotehnike znamo da najveæusnagu iz nekog trošila dobivamo kada jeotpor trošila jednak unutrašnjem otporuizvora. Zato danas svi tvornièki odašiljaèiza radioamatere na izlaznoj antenskojprikljuènici imaju unutrašnji otpor od50 Ω, dok se i svi koaksijalni kabeliza prikljuèak do antene izraðuju s kara-

300m

/ MHzf

300m = 2,07 m = 207 cm.

145

Slika 1. – Poluvalni dipol napajan u sredini; x-x sutoèke napajanja

Slika 2. – Raspored napona i struje uzduž polu-valnoga dipola

Slika 3. – Dijagram zraèenja poluvalnoga dipola unjegovoj ravnini


a s prednje jedan ili više direktora (sl. 5.).Reflektor je oko 5% dulji od radijatora idjeluje induktivno, dok je direktor 5%kraæi od radijatora, pa djeluje kapaci-tivno. Dijagram zraèenja Yagijeve anteneod èetiri elementa prikazan je na sl. 6.S tim u vezi moramo spomenuti i dobitantene (engl. gain). Ne radi se o apso-lutnom pojaèanju zraèenja, veæ o rela-tivnom pojaèanju zraèenja u najpovoljni-jem smjeru na raèun onih smjerovaprema kojima antena slabije zraèi. Zausporedbu služi poluvalni dipol za koje-ga se smatra da ima dobit od 0 dB(tj. pojaèanje jedan). To se oznaèava,istina neispravno, malim slovom d izaznaka decibela. Na primjer, Yagijevaantena s èetiri elementa ima tipiènu dobitod 6 dBd, tj. èetiri puta više u odnosu napoluvalni dipol. Za rad Yagijeve antenevažan je i razmak izmeðu elemenata, pase tu treba pridržavati provjerenihpodataka.

Zbog parazitskih elemenata prikljuèniotpor Yagijeve antene je znatno manji od

50 Ω. Zato se ona napaja preko prila-godnog transformatora, npr. "delta" ili"gama" (sl. 7.). Na kratkom valu upotre-bljava se VF transformator (tzv. balun)koji se u pravilu mota na toroidnoj jezgri,a kojim se prilagoðava impedancija, ali inesimetrièni dovod na simetrièni dipol.


Vidimo da kod poluvalnog dipola taj dija-gram zraèenja u ravnini zraèila ima oblikosmice: zraèenje je najjaèe naprijed inazad okomito na dipol. Radioamateri toznaju, pa paze kako æe okrenuti iprièvrstiti dipol na krovu.

6.2. Yagi-Udina antenaVjerojatno nema radioamatera koji ne

poznaje Yagijevu antenu. Služi i za pri-jam televizijskog programa, pa je onadanas valjda najpoznatiji tip usmjereneantene na svijetu. To je zapravo dipol snekoliko dodatnih, tzv. parazitskih ele-menata koji nisu meðusobno elektriènopovezani, osim preko elektromagne-tskog polja. Pojaèanje antene ovisi obroju parazitskih elemenata, pa kod 20elemenata može dosegnuti i 20 decibela(tj. 100 puta) u odnosu na obièni dipol –uz vrlo uzak kut zraèenja.

Iduæi ispred svog vremena, izumili suje 1926. godine japanski sveuèilišniprofesor Hidetsugu Yagi (sl. 4.) i njegovpomoænik Shintaro Uda, pa bismo je

zapravo trebali nazivati Yagi-Udinomantenom, iako se obièno naziva samoYagijevom antenom (engl. Yagiantenne). Istraživanja su provodili navalnoj duljini od 4,4 m (tj. frekvenciji oko68 MHz) i na 2,6 m (tj. 115 MHz). U onovrijeme ta antena nije izazvala veæupozornost, ali su je Amerikanci, na velikoiznenaðenje Japanaca, primjenjivali kaoradarsku antenu za vrijeme Drugogasvjetskog rata na Pacifiku. Poslijerata, zahvaljujuæi njezinoj sve veæojpopularnosti zbog širenja televizije,poèeli su je upotrebljavati i radioama-teri na ultrakratkom, kao i na kratkomvalu (za 14 MHz, 21 MHz i 28 MHz), inazvali ju i beam (engl., snop). Stupna kojemu je uèvršæen po potrebi seokreæe, ruèno ili elektromotorom, pase može usmjeriti prema bilo kojojstrani svijeta. Dobivši mnoga prizna-nja, i prof. Yagi i Uda umrli su iste,1976. godine – Yagi u 90-oj, a Uda u80-oj godini života.

Yagijeva antena ima poluvalni dipolkoji služi kao aktivni element, zraèiloili radijator, a s njegove stražnjestrane ima pasivni dipol, tzv. reflektor,

6.3. Vertikalna antenaU praksi je vertikalna (ili štapna) ante-

na najèešæe èetvrtvalna. Nastala je odvertikalnog dipola, kojemu je donji krakzamijenjen uzemljenjem, pa je taj elektri-èna zrcalna slika gornjega kraka (sl. 8.).Kako bi se smanjili gubici, uzemljenjemora biti savršeno (što nije lako postiæi).Mnogi srednjovalni odašiljaèi imajuèetvrtvalne antene koje vidimo kao

visoke metalne stupove koji na dnu ležena èvrstom izolatoru. Zbog što boljeguzemljenja, u zemlju oko antene plitkose ukopava veæi broj (16, 32 itd.) radija-lnih èetvrtvalnih bakrenih vodièa, kojidjeluju kao tzv. protuteg.

Na višim frekvencijama (u radioama-terskoj praksi su to frekvencije više od14 MHz) dobro je rješenje i tzv. antena s

Slika 5. – Izgled Yagijeve antene

Slika 6. – Dijagram zraèenja Yagijeve antene uravnini njezinih elemenata

Sllika 8. – Èetvrtvalna vertikalna antena iznaddobro vodljive podloge

Slika 7. – Prilagodba dovoda na dipol:a) prilagodba nesimetriènoga dovoda na simetrièni dipol, tzv. gama-transformatorom,b) razlièitih impedancija tzv. delta-transformatorom

Slika 4. – Profesor Hidetsugu Yagi(1886 – 1976.), konstruktor

po njemu nazvane Yagijeve antene


ravnom podlogom (engl. ground plane,pa je kratica GP) koja kao protuteg imana dnu vodljivu ravninu (npr. tlo, metalnuploèu, krov automobila ili sl.) Ta se ravni-na èesto ostvaruje pomoæu nekolikoèetvrtvalnih štapova ili žica. Njihovim senagibom prema zraèilu prilagoðujeimpedancija antene, pa se nastoji postiæipribližio 50 Ω (sl. 9.).

Važno je svojstvo vertikalne anteneda zraèi kružno, tj. jednako u svim smje-rovima u vodoravnoj ravnini. Iz tog razlo-ga je prikladna za repetitore, vozila upokretu, na brodovima i za amaterski radna kratkim valovima (ako se veæ nismoodluèili za beam).

Danas smo upoznali sljedeæe pojmove:- poluvalni dipol,- rezonantnu antenu,- faktor skraæenja,

- stojne valove,- prilagodbu impedancije,- polarizaciju antene,- dijagram zraèenja,- Yagijevu antenu

(reflektor, radijator, direktor),- dobit antene,- prilagodni transformator, - protuteg,- vertikalnu GP antenu.

Sljedeæi put govorit æemo orasprostiranju radiovalova.

Ispravak: Molimo èitatelje daisprave u prošlom nastavku, str. 16posljednju reèenicu u 1. stupcu,koja treba glasiti: Edvin Armstrongizumio je povratnu vezu 1912.,superheterodinski prijamnik 1918.,a frekvencijsku modulaciju 1933.godine.

antene

Slika 9. Èetvrtvalna vertikalna antena s radijalimakoji nadomještaju podlogu



Neovisno od Kennellyja, svega dvamjeseca poslije, jednako je teoretskotumaèenje objavio je i engleski fizièari matematièar Oliver Heaviside (sl. 2.).Po njima je taj atmosferski sloj i nazvanKennelly-Heavisideovim slojem. Danastaj sloj nazivamo ionosferskim E-slojem.

Kennelly je još bitan jer je prvi primi-jenio kompleksni raèun za proraèunpojava u krugu izmjeniènih struja, i toobjavio u radu Impedancija. Time jeotvorio novo poglavlje u analizi izmjeni-ènih struja. Heaviside je pak zaslužan


Elektronika za mlade – 17. nastavakElectronics for the Young Ones - Part 17

Piše: mr. sc. Božidar Pasariæ, 9A2HL

7. Rasprostiranje radiovalovaPri kraju 19. stoljeæa radijske su se

veze održavale na dugim valovima, kojesu proizvodili odašiljaèi s iskrištem.Znajuæi da se radi o elektromagnetskimvalovima, struènjaci su smatrali da se ovišire iskljuèivo pravocrtno. Domet radi-jskih veza u ono vrijeme bio je 40-akkilometara, što se uglavnom podudaralos tom teoretskim predviðanjima. G.Marconi je 1901. god. uspio prekoAtlantika, iz Engleske u Ameriku,bežièno prenijeti telegrafski znak slova"S" na udaljenosti od 3 400 km, iako nijemogao objasniti kako su radiovalovisvladali zaobljenost Zemlje. Postalo jejasno da za to treba potražiti i teoretskotumaèenje. Ponudio ga je veæ 1902. god.amerièki elektroinženjer Arthur Kennely(sl. 1.), koji je pretpostavio da se uZemljinoj atmosferi na visini od oko100 km nalazi sloj ioniziranih plinova,koji poput zrcala odbija radiovalovenazad prema površini Zemlje. Taj je ion-izirani dio Zemljine atmosfere nazvanionosferom.

Appleton je ubrzo ustanovio da jeionosfera složen i promjenjiv sustav, i daje njezino ponašanje vrlo teško svestina neka jednostavna pravila. Kada je29. lipnja 1927. bila potpuna pomrèinaSunca, primijetio je da je F-sloj naglooslabio. Mogao je zakljuèiti da Sunèevazraèenja ioniziraju sloj i da odbijanjeradiovalova uzrokuju slobodni elektroni.Prouèavajuæi polarnu svjetlost dokazaoje da Zemljino magnetsko polje takoðerutjeèe na odbijajuæa svojstva ionosfere.Prvi je objasnio pojavu koja je nazvanafedingom (engl. fading, slabljenje, izblje-ðivanje), pojavu da kratkovalni signal namjestu prijama stalno mijenja svojujakost. Radi se o tome da on stiže dva-ma putovima, pa se signali povremenozbrajaju, a povremeno meðusobnooslabljuju. Appleton je inaèe bio neæakCharlesa Wheatstonea, konstruktoramjernoga mosta za mjerenje otpora,nazvanoga Wheatstoneovim mostom.

7.1. Ionosferski slojeviZahvaljujuæi uglavnom Appletonu,

danas imamo prilièno jasnu sliku iono-sfere i njena ponašanja (sl. 4.). Ionosferase sastoji od nekoliko ioniziranih, tj.elektrièno nabijenih slojeva u gornjimdijelovima Zemljine atmosfere. Donja jojje granica na visini od 50 km, a gornja ido 500 km, gdje se veæ miješa s magne-tosferom i Van Alenovim pojasevima vrlojakoga ionizirajuæeg zraèenja. Stupanjionizacije i visina ioniziranih slojevamijenjaju se ovisno o dobu dana ili noæite o godišnjim dobima. Na njih utjeèu

što je Maxwellove jednadžbe za cjelovitotumaèenje elektromagnetskih pojava,nakon nekoliko godina naporna radasveo na èetiri osnovne. Tih je jednadžbiizvorno bilo dvadesetak, izraženihteškim matematièkim "jezikom", pa ihgotovo nitko nije razumio. Dakle,Maxwellove jednadžbe kakve se danasuèe i primjenjuju u elektromagnetizmu,zapravo su Heavisideove jednadžbe.Zaslužan je i za druge matematièkemetode koje je uveo u teoriju izmjeniènihstruja.

U tumaèenju rasprostiranja (propa-gacije) radiovalova postoji i treæa osoba,koja se rijetko spominje. To je engleskifizièar Edward Appleton (sl. 3.), dobitnikNobelove nagrade za fiziku 1947. god.On je 1924. god. poèeo usmjerenimantenama sustavno mjeriti jakostpristiglih radiovalova iz raznih smjerovaionosfere, te je tako dokazao toènostKennellyjeve i Heavisideove teorije. Zato mu je poslužila BBC-ova radijskapostaja Bournemouth, a mjerenja jeizvodio u Cambridgeu i Oxfordu, paèak i u Norveškoj. Ubrzo je ustanovio daje, osim Kennelly-Heavisideova sloja,koji je na visini od oko 100 km, iznadnjega na visini od oko 250 km postojijoš jedan sloj koji odbija kratke valovenazad prema Zemljinoj površini. To jetzv. Appletonov sloj, koji danas naziva-mo ionosferskim F-slojem. Appleton seslužio zapravo radarskim postupcima(iako radar tada još nije postojao), šaljuæiradiovalove u impulsima i ritmièki mije-njajuæi njihovu frekvenciju. Odbijenesignale je u slijedeæim godinama proma-trao i na osciloskopu. Tako je usputubrzao konstrukciju radara u Drugomsvjetskom ratu.

Slika 1. – Arthur Kennelly (1861 - 1949.)

Slika 2. – Oliver Heaviside (1850 - 1925.)

Slika 3. – Edward Appleton (1892 - 1965.)


ultraljubièasta i druga zraèenja saSunca, kao i broj pjega na Suncu. Štoje veæi broj pjega, to su i uvjeti širenjaradiovalova povoljniji. Maksimum pjegaredovno se javlja svakih jedanaestgodina, iako se danas još ne zna zašto.To je tzv. jedanaestgodišnji ciklusSunèeve aktivnosti.

D-sloj je najniži, nalazi se na visiniizmeðu 50 km i 90 km. Nastaje odmahpo izlasku Sunca i nestaje po njegovuzalasku. Po danu upija frekvencije nižeod 7 MHz, pa tako srednjovalne postajepo danu primamo iskljuèivo posredstvompovršinskih valova. Zato po danuamatersko 160-metarsko i 80-metarskopodruèje možemo rabiti samo za bliskeveze. Po noæi D-sloj nestaje, pa se sre-dnji valovi mogu odbijati od E-sloja kojije na visini od oko 100 km.

E-sloj se nalazi odmah iznad D-sloja,na visini 90 km do 150 km. Može odbijatifrekvencije samo niže od 5 MHz. Zatonaveèer èujemo mnoge srednjovalnepostaje, koje po danu nismo mogli èuti.Poslije zalaza Sunca E-sloj se polakogubi, a pred jutro potpuno nestaje.Povremeno se u E-sloju javljaju jaki ikratkotrajni oblaci elektrona koji omogu-æuju iznenadne daleke veze na metar-skim valovima, koje se dugo nisu mogleobjasniti. Takav iznenadni podsloj nazivase sporadiènim E-slojem ili Es-slojem(prema engl. sporadic, povremen) inajèešæe se javlja ljeti, ujutro ili naveèer.

F-slojevi se nalaze iznad E-sloja, navisinama iznad 200 km. To su dva sloja:F1-sloj na visini iznad oko 200 km, iF2-sloj na visini iznad oko 300 km. F1-slojje najaktivniji po danu. Oba slojaomoguæuju kratkovalne veze na velikimudaljenostima, praktièno oko cijeleZemaljske kugle. Viši, F2-sloj, djelujesnažnije od F1-sloja i najvažniji je sloj zaradioamatere. On može odbijati frekve-ncije i do 50 MHz za vrijeme maksimumaSunèevih pjega. Po noæi se ta dva sloja

ujedinjuju u jedins-tveni F-sloj, koji jenajzaslužniji za radio-amaterske DX-veze,na udaljenostima veæim od 3 000 km(sl. 5.).

U pravilu, ionosfera ne odbija ultrakra-tke valove frekvencija viših od 30 MHz, ioni odlaze u svemir. Zato se veze sasvemirskim sondama održavaju na vrlovisokim frekvencijama.

7.2. Površinski i prostorni valoviSvaka antena zraèi površinski i pros-

torni val (sl. 6.). Valovi koje smo dosadopisali bili su iskljuèivo prostorni.Analogijom sa svjetlosnim valovima, upoèecima radiotehnike struènjaci nisumogli zamisliti moguænost da elektroma-gnetski val slijedi zakrivljenost Zemlje.Ipak to se zaista dogaða, zahvaljujuæivodljivosti tla. Takav val se nazivapovršinskim valom. Kako tlo najèešæenije kvalitetan vodiè, površinski val dostabrzo oslabi. Najbolji vodiè je morskavoda, a najslabiji pustinjski pijesak. Osim

toga, što je frekvencija niža, to su i gubi-ci manji, što je bio jedan od razloga dasu u poèetku radiotehnike primjenjivaliiskljuèivo duge valove. Valove kraæihvalnih duljina od 200 metara smatralibeskorisnima, pa su ih prepustili za obu-ku radiotelegrafista i radioamaterima.

Slabljenje dugih valova ovisi i o njiho-voj polarizaciji. Najmanje slabe vertika-lno polarizirani valovi. Zato dugovalni isrednjovalni odašiljaèi u pravilu imajuvertikalne antene, koje odašilju pretežnovertikalno polarizirane valove. Radiodifu-zijski odašiljaè na dugome valu prikladanje za pokrivanje bliže ili dalje okoline,ovisno o snazi, a ima i prednost da sepodjednako rasprostire i danju i noæu.(Danas taj posao bolje obavljaju FM-po-staje na UKV podruèju.) Na dugovalnompodruèju i danas još rade neki odašiljaèivelikih snaga. Osim velike uloženesnage i iznimno dugaèke antene, nedo-


Slika 4. – Ionosfera i njezina èetiri sloja: D-sloj, E-sloj F1-sloj i F2-sloj,èija debljina i gustoæa ionizacije ovise o dobu dana i noæi,

o godišnjim dobima i broju pjega na Suncu

Slika 5. – Po noæi se F1-sloj i F2-sloj spajaju u jedinstven F-sloj,dok D-sloj po noæi nestaje

Slika 6. – Površinski i prostorni val, i preskoèeno podruèje,koje se razgovorno naziva mrtvom zonom

statak su dugovalnih veza velike atmos-ferske i industrijske smetnje na tim fre-kvencijama. Engleska dugovalna posta-ja Droitwich na 200 kHz dugo je služilau Europi i kao svima dostupna normatoène frekvencije.

Postoji još jedna pojava vezana uzpovršinski val, a to je mrtva zona (sl. 6.).To je ono kružno oko odašiljaèke antene,u kojemu se površinski val više ne èuje,dok prostorni val (odbijen od ionosfere)stiže na Zemlju tek na veæoj udaljenosti.Zato se dogaða da se na amaterskom

u normalnom stanju u donjem dijeluatmosfere, tzv. troposferi, temperaturaopada s visinom, pa su viši slojeviatmosfere hladniji od nižih. Meðutim,postoje stanja kada je to obratno, tj. kadasu viši slojevi topliji od nižih. To je stanjetemperaturnoga obrata, kada nastajeatmosferski sloj, tzv. valovod ili tunelkoji vodi valove odreðenih valnih duljina.To se osobito dogaða ljeti, kada sutemperature visoke, i to rano ujutro ilikasno popodne. Takav se naèin raspros-tiranja radiovalova naziva troposferskim

rasprostiranjem (sl. 7.). Takvim surasprostiranjem moguæe i daleke vezena frekvencijama 30…300 MHz.

Radioamateri tijekom održavanjaveza brzo nauèe u koje doba dana ilinoæi, i u koje godišnje doba, mogu ostva-riti veze na željenim udaljenostima.Npr., frekvencijsko podruèje od 3,5 MHzprikladno je noæu za veze unutarEurope, dok je podruèje od 14 MHzpravo DX-podruèje za veze s cijelimsvijetom.

U ovome poglavlju upoznali smo sljedeæepojmove:

- ionosferu,- ionosferske slojeve: D-sloj, E-sloj,

F1-sloj i F2-sloj,- sporadièni Es-sloj,- površinski val i prostorni val,- feding,- mrtvu zonu,- temperaturni obrat

(temperaturnu inverziju).

U slijedeæem nastavku govoritæemo o mjerenju.


Valna duljina Frekvencija Naèin rasprostiranjavrlo dugi valovi 3…30 kHz površinski valdugi valovi 30…300 kHz površinski valsrednji valovi 300…3 000 kHz površinski val i noæu E-slojkratki valovi 3…30 MHz E-sloj, F-slojvrlo kratki valovi 30…300 MHz do granice vidljivosti, Es-sloj, troposferomultrakratki valovi 300…3 000 MHz do granice vidljivosti

Tablica 1. – Rasprostiranje radiovalova

Slika 7. – Troposfersko rasprostiranje na frekvencijama višim od 30 MHz.Pojava traje kratko, od desetak minuta do nekoliko sati, a omoguæava

veze na udaljenostima nekoliko tisuæa kilometara.

podruèju 14 MHz ne èujepostaju udaljenu samo dvade-setak kilometara, dok se onaodlièno èuje na udaljenosti od1 000 km. U tablici 1. navedenisu naèini rasprostiranja radio-valova razlièitih frekvencija.

Na frekvencijama višim od30 MHz postoji još jednamoguænost rasprostiranjaradiovalova, a to je putemtemperaturnoga obrata ilitemperaturne inverzije. Naime,


Documents

Piše: Božidar Pasariæ Elektronika za mlade– 13. nastavakradioclubkastilac.hr/wp-content/uploads/2017/03/13-17elektronika... · elektronske cijevi. Katode tih cijevi u ... i mrežne