Rádiótechnika
Tartalomjegyzék:
6. Rádiótechnika
6.1. Mit hogyan mérjek?
6.2. Moduláció
6.3. Collins-körök kialakítása
6.4. Rádió vételtechnika
6. Rádiótechnika
Ebben a menüpontban próbálom csoportosítani az amatőröknek szánt rádiótechnikai ismereteket, de ne számítsunk "tudományos értekezésekre". Irdatlan mennyiségű rádióamatőr irodalom található meg a könyvtárakban és az interneten. Csak hát az amatőrök egy része lusta, másfelől hiányos matematikai és fizikai előképzettséggel rendelkeznek, vagy egyenesen egészen más képzettségük vannak, ami nem kapcsolódik a természettudományos ismeretekhez.
Mindenesetre elképesztő tudatlansággal lehet találkozni már sokszor az éterben is. Tudomásul kell venni, hogy megváltozott a világ, sajnos részben nem előnyére. Nekem nagyon kínos hallgatni az éterben elhangzó "orbitális" csacskaságokat, de legtöbbször az jár pórul, aki szóvá teszi az elhangzottak helytelenségét.
Aki valamilyen konstrukciós tevékenységet akar folytatni, annak elsődleges feladata a minimálisan szükséges műszerek beszerzése, ill. az azokkal történő mérések, az elméleti és gyakorlati ismeretek elsajátítása. Kiváló hazai rádióamatőr irodalom áll rendelkezésre. Aki nem csak az időt járt múlatni az iskolába, netán tanult is, annak a szakirodalom sokat tud segíteni.
6.1. Mit hogyan mérjek?
A mérés legfontosabb szempontjai
A kérdés igen nehéz. A méréshez kell mérendő mennyiség, mérőeszköz és a mérés elvégzéséhez szükséges szakismeretek. Tudnom kell, hogy mit mérek, a műszer digitális, vagy analóg módon jelzi-e ki a mért mennyiséget? Az ezzel foglalkozó szakiskolákban a méréstechnika külön oktatott tantárgy.
Az iskolákban vannak kifejezetten a méréstechnikát szolgáló laboratóriumok, amelyekben megtalálhatók a méréshez szükséges műszerek is. Megtanítják a diákokkal, hogy a műszert hogy fogja meg, hová kell csatlakoztatni, hogyan kell a műszert nullázni, hitelesíteni, kalibrálni. A mérés folyamatának igen szigorú "koreográfiája" van, amelyet be kell tartani. Ellenkező esetben nem csak a mérés eredménye lesz hamis, hanem tönkremehet a mért berendezés, a mérőeszköz és nem ritkán a mérést végző személyt is érhetik sérülések, akár halálos baleset is.
A mérések legtöbbjét a műhelyasztalon el lehet végezni, de vannak olyan mérési módszerek, amelyeket csak elzárt mérőszobákban lehet megnyugtatóan elvégezni. Gondoljunk csak az akusztikai mérésekre, amelyekhez az ún. "süketszobákat" használják, hogy minél kevesebb nem odaillő zaj kerüljön a mérőmikrofonok membránjára...
Nem akarok itt konkrét mérésekkel példálódzni, ma már az interneten szinte minden megtalálható ("a Google a barátunk"). De a figyelmes mérés előkészítés, a műszerek, a csatlakozó kábelek, a mérési pontok kialakítása nagyon fontos dolog. A legújabb, emiatt méregdrága műszereket nem is említve - a mérést mindig a legnagyobb méréshatárt beállító fokozatban kezdjük. Ha egy berendezésre szigorúan meg van határozva, hogy mekkora feszültség, mekkora áram kapcsolható a bemenetére, azt semmiképpen ne lépjük túl, mert bizony előfordulhat, hogy a készülékbe "beköltöznek az indiánok"...
Fontos a jó kontaktus a műszer és a mérőpontok között, ha kell, kizárólag árnyékolt kábeleket használjunk. Gyorsan változó mennyiségek mérése digitális kijelzésű műszerrel nagyon bizonytalan - ezért egy amatőr műszertárából nem hiányozhatnak a régi, megbízható, lengőtekercses Depréz-rendszerű műszerek sem. "Ifjú titánoktól" kaptam már olyan gúnyos megjegyzést, hogy "mit akar ez az öreg f.... itt azokkal a háború előtti műszerekkel?"...aztán nemsokára laposkúszásban jöttek esdekelni, hogy magyarázzam már el nekik, hogy miért mértek "digitális szuper műszereikkel" hülyeségeket? (nekem az a sejtésem, hogy az analóg műszerektől nem azért irtóznak, mert azok "háború előttiek", hanem mert azok skálájának leolvasása és a méréshatárokkal való összevetése okozhat gondot a "digitális" nemzedéknek, HI) Lásd a tolómérő nóniusz skálájának "értelmezése", de ne is menjünk messzire: a logarléc - amelyeken a mi nemzedékünk felnőtt - és még számolni is tudtunk velük.
Az amatőr a műszereit úgy helyezi el a műhelyében, hogy azok ergonómiai szempontból "kézre álljanak", logikus sorrendben összekapcsolhatók legyenek. A falon ott kell lógni a megfelelő mérőkábeleknek, lehetőleg többféle kivitelben, csatlakozásokkal, árnyékolásokkal. A "krokodilcsipesz" és a "banándugó" sem mentek ki a divatból - bármennyire is "kőkorszaki izék". A munkaasztal és a "műszerfal" közel legyenek egymáshoz, ne legyen a légtérben "kanócrengeteg" - mindent megfelelő kábelvezetőkön, függesztőkön kell a mérési pontokig eljuttatni.
Persze, aki mérni akar valamit, annak a minimális elméleti ismeretekkel sem árt rendelkeznie - gondolok itt az Ohm-törvényre, a Kirchoff-törvényre, az elektrotechnika skaláris- és vektormennyiségeinek az értelmezéseire - ellenkező esetben sok lesz a kudarc és a mellékhatás - és hiába kérdezzük meg "orvosunkat, gyógyszerészünket". Sokaknak alapvető gondjaik vannak a mértékegységekkel, azok tört (deci, centi, milli-, mikro-, nano-, piko-) és a többszörösök (hekto-, kilo-, mega-) értékeinek értelmezésével, nagyságrendjével. Aztán ott a decibel [dB] értelmezése. Egyeseknek fogalmuk sincs arról, hogy a decibel logaritmikus mennyiség...
Összegezve: mielőtt mérünk valamit, nem árt felfrissíteni ez irányú ismereteinket.
Egy mérés nem mérés. Azaz: a méréseket többször is meg kell ismételni és csak akkor szabad elfogadni a leolvasott eredményeket, ha azok értékei ugyanazok, vagy közel esnek egymáshoz.
6.2. Moduláció
A rádióamatőr adások egyik fontos követelménye, hogy a kisugárzott jeleket - legyenek azok morse-adásmóddal szaggatott folyamatos színuszjelek (CW - continue wawe) - akár amplitúdóban (AM, SSB) - vagy frekvenciában modulált vivővel (FM) kisugárzott adások - az ellenállomás megfelelő térerővel, érthetően venni tudja. Minden más ennek van alárendelve.
Valamikor az amatőrök saját maguk építették adókészülékeiket - még abban az időben is, amikor már hozzá lehetett jutni világháborús katonai vevőkészülékekhez is - mert nem voltak olyan rádiógyártó üzemek, amelyek felvállalták volna a kifejezetten rádióamatőrök igényeinek megfelelő berendezések tervezését és gyártását. Természetesen, az amatőrök rádióberendezéseinek hangja annyi féle volt, ahány rádió volt, egyik ilyen, a másik olyan.
Az idő elteltével a hivatalos telekommunikációs berendezéseket gyártó polgári és katonai cégek is elkezdték ontani a számtalan típus- és teljesítmény választékban kifejlesztett berendezéseket - ami gyökeresen alakította át az amatőr rádiózás műszaki bázisát. Elértünk oda, hogy a hatalmas szellemi kapacitásokat felemésztő konstrukciók már-már a kezelhetetlenségig korszerűsödtek, amivel az amatőrök nagy része már nem tud mit kezdeni, nem tudja kihasználni a készülékek műszaki "tudását" - különösen, amióta a rádióamatőr felkészítés szervezettsége megszűnt, elsorvadtak a rádióklubok, az általános műszaki kultúra ellaposodott, a készülékeknek nem csak a gyártása, hanem a működtetése is komputerizálódott. Ez önmagában nem is lenne baj, sőt...
De az emberi tényező sokban már nem tudja követni a fejlődést.
Más kérdés a berendezések karbantartása, javíttatása - ez már kőkemény anyagi kérdés.
Mégis, vannak azért az amatőrök számára olyan területek, amelyeken még érhet el sikereket, alkothat.
Rá is kanyarodom e kis bevezető után a moduláció problémájára. A moduláció a nagyfrekvenciás vivőhullám befolyásolása oly módon, hogy az megfelelő információkat tartalmazzon - bárki is veszi le a jeleket - ugyanazt vegye, hallja, lássa - mint a többi amatőrállomás.
A moduláció műszaki paramétereinek szigorúan meghatározott, szabványosított összetevői vannak, amelyet minden gyártónak be kell tartania ahhoz, hogy a berendezés megfeleljen az ITU előírásainak. Ez maradéktalanul nyilván csak a gyári berendezésektől várható el - egy amatőr által készített "rig" nem biztos, hogy mindenben szabványos - de meglepő módon, nagyon sokan készítenek olyan TCVR-t, amely sokszor semmivel nem rosszabb, mint egy gyári készülék - természetesen most elsősorban a vétellel és a modulációval kapcsolatos paraméterekre gondolok.
A modulációval kapcsolatban az alábbi fontos feltételek meglétét kell elérni:
a). A berendezés mikrofonerősítőjének bemenete illeszkedjen impedanciában a mikrofon impedanciájához. Erről nagyon sokan elfeledkeznek, vagy eszükbe sem jut, hogy milyen sok probléma forrása lehet.
b). A mikrofonerősítő átviteli frekvencia-menete alkalmazkodjon az adott üzemmód műszaki követelményeihez. AM adásban (habár ezt már csak elvétve használják - 4...5 kHz "széles" szűrőt használnak amatőr viszonylatban, amíg az FM modulációnál 8 - 10 kHz az átvitt hangfrekvenciás frekvencia menet. Viszont SSB üzemmódban nagyon fontos, hogy 300 Hz...3 kHz között(!!!) legyen az átvitel - ugyanis a régebbi szűrők 3 kHz átvitele helyett újabban már 2,7 - 2,4 - sőt 1,8 kHz széles szűrőket alkalmaznak - emiatt felesleges az erősítő átvitelét szélesebbre állítani. A rövidhullámú sávok szélességi és átviteli paraméterek nem a Hi-Fi átvitel kategóriájába esnek. A különféle "ekvalizeres" szerkentyűk nem szakszerű beállítása azt eredményezi, hogy a méregdrága gyári készülékek hangja esetenként olyan rossz lehet, hogy az már a bosszantó kategóriába tartozik...
Nagyon fontos, hogy az oldalsáv vivők frekvenciája "ne mászkáljon", pontosan, szimmetrikusan(!) legyen beállítva az adott kvarcfilter center-frekvenciájához viszonyítva. A nem megfelelő pozíciójú vivőfrekvenciák nagymértékben befolyásolják a vett moduláció hangszínét - ugyanakkor eltolják az adási frekvenciát is (néha az ellenállomásra való ráállás sem sikerül pontosan) - hiába pontos a VFO, vagy a szintézer. Mielőtt elkezdjük "piszkálni" a modulációt, feltétlenül ellenőrizzük a BFO-t is!
c). Sem a mikrofonerősítő, sem a meghajtó- és/vagy a végfokozat NE TORZÍTSON! A torz átvitelű erősítés a legszebb modulációs tónust is agyoncsapja. Bármiféle modulációs korrekció elvégzése csak akkor vezethet eredményre, ha az erősítők a saját dinamika tartományukban nem torzítanak - ill. legfeljebb 10% lineáris torzítás mérhető. Ehhez megfelelő jelgenerátor és moduláció mérő műszerek szükségeltetnek. Ne feledjük, az SSB átvitel nem HiFi! Akik kezdetben URH felhasználók voltak, gyakran esnek abba a hibába, hogy az FM átvitel viszonylag jó hangminőségét keresik az SSB adásokban is. Nem fogják megtalálni! Az FM átvitel alig érzékeny pl. a légköri zavarokra, míg az amplitúdó modulált adások általában erős zajkörnyezetben vehetők, a sztatikus légköri jelenségek által keltett elektromágneses zavarok - főleg nyári időszakban - okszor lehetetlenné teszik az ellenállomás vételét. SSB adásnál (lévén az is amplitúdó moduláció) nem löket van, hanem modulációs mélység. Az előbbit [± Δf kHz], az utóbbit [%]-ban adjuk meg.
d). SSB átvitelnél feltétlenül fontos a vivőelnyomás és a kiegyenlítés beállítása. Ha a moduláló jel túlvezérli a balanszmodulátort, akkor nemlineáris torzítások keletkeznek, amiket már nem lehet "kézben" tartani. Ezt szintén nagyon nehéz műszerek hiányában "saccperkábé" módszerekkel beállítani.
e). A torzítás nélküli üzem mellett az is fontos, hogy az egyes fokozatokban ne legyenek gerjedések. A gerjedések frekvenciái nem mindig hallhatók füllel, lévén azok általában magasabb frekvenciájúak, ill. többszörösen keresztbe modulált gerjedésekkel is találkoztam, amelyeket szintén csak műszerekkel, elsősorban oszcilloszkóppal lehet észrevenni.
f). A megfelelő átvitelű, érzékenységű és impedanciájú mikrofon a jó moduláció első meghatározó tényezője. A mikrofon jele vezérelje ki az erősítőt, rendelkezzen az erősítő az adott mikrofonhoz erősítés tartalékkal. A készülékekhez a gyárilag mellékelt mikrofon általában a legmegfelelőbb. Sajnos, a másod- és harmadkézen gazdát cserélő rádiók tartozékaiból általában "eltűnik" a mikrofon - ennek magyarázata messzire vezethet... Ilyenkor mindig valamilyen jobb minőségű CB-rádiókhoz adott mikrofont szoktam ajánlani - vagy magam is hozzá rendelni - mert a CB-rádiók modulációs környezete nagyrészt megegyezik a rádióamatőröknél használatos berendezések jellemzőivel. Arra kell ügyelni, hogy 5-600 Ω-os mikrofonokat ne használjunk olyan rádiókhoz, amelyek pl. 50 kΩ impedanciát igényelnek (vagy fordítva) - mert vagy a rádió, vagy a mikrofon söntöli le egymást, aminek elégtelen meghajtási jelszint és eltorzult frekvenciamenet lesz az eredménye. Gondolom, az magától értetődő, hogy a mikrofon membránja ép legyen, ne legyen deformált, ne szoruljon be, a dinamikus mikrofonok membránján ne legyenek mágnesezhető fémrészecskék, repedések, lyukak, a mikrofoncella előtt ép legyen a szivacs, vagy szövet előtét. Fontos, hogy a mikrofonkábel árnyékolása hatásos legyen és ne alakuljon ki az ún. Lecher-hurok a mikrofon áramkörben. Egyes mikrofonok érzékenyek a szórt mágneses terekre (tápegység, trafók, fénycsőelektronikák zavaró jelei) - ami nagymértékben rontja a moduláció minőségét. Ha kell, vagy a mikrofonba beépítve, vagy a mikrofon csatlakozó közvetlen közelébe be kell építeni olyan alkatrészeket, amelyek az adó nagyfrekvenciás tere által gerjesztett zavarok bejutását megakadályozzák a mikrofon áramkörökbe. Ilyenkor mondják viccesen, hogy "beköltözött a medve a rádiódba"...
Végül fel szeretném hívni a figyelmet, hogy a hallás biofizikai adottsága és képessége az élőlényeknek. Mindenkinek másmilyen a fülhallása. Van, aki "sentinel" érzékenységű füllel van megáldva, van aki süket, mint az ólajtó, de az illető foglalkozásából eredő esetleges halláskárosodás és frekvenciamenet-változás egyénileg is befolyásolhatja a hallást. A fül hallás-dinamikája logaritmikus, a hangszín érzékelése lineáris - a kettő nem keverendő össze. Más frekvenciamenete van az élő beszédnek, más a hangszerek által keltett zenének. Aki jellemezni akarja mások modulációját, próbáljon meg a minimális szakszerűségi követelmények szerint jellemzést adni, mert azon túl, hogy gyakran „orbitális” marhaságokat lehet e tekintetben hallani - félre is vezetheti az amatőrtársat. Akkor tekintsük a modulációnkkal kapcsolatos véleményeket objektívnek, ha legalább három vélemény közel esik egymáshoz.
6.3. Az elektroncsöves RH-végerősítők Collins-körének kialakítása
A Collins-szűrő egy olyan aluláteresztő jellegű áramkör, amely két kondenzátorból (C1 és C2), valamint egy tekercsből (L0) áll - amelyek a kapcsolási rajzon a görög Pi (Π) betűt formázzák. Ha jól megfigyeljük, akkor belátható, hogy a három alkatrész olyan párhuzamos rezgőkört alkot, amelynek rezonanciafrekvenciáját az L0 tekercs, valamint a C1 és C2 kondenzátorok eredő soros-párhuzamos kapacitása határozza meg. A látszat ellenére ez nem egy egyszerű aluláteresztő szűrő, mert az f0 üzemi rezonancia frekvencián egy erős kiemelést kell mutatnia ahhoz, hogy ez a három tag egyben impedanciatranszformálást is végezhessen.
Ehhez az szükséges, hogy, mint párhuzamos rezgőkörnek határozott értékű jósági tényezője kell hogy legyen, míg, mint aluláteresztőnek a jósági tényezője.(Q) közel egységnyi, azaz nem rezonáns a rendszer. Ez kb. azt jelenti, hogy ez egy "hangolt" aluláteresztő szűrő, amelynek frekvencia szerinti átviteli karakterisztikája egyáltalán nem egyenes és jellegzetes maximumot mutat az f0 rezonanciafrekvencián.
Ennek ellenére a harmonikus frekvenciákon már nem elhanyagolható mértékű csillapítással rendelkezik. Félvezetős végfokozatoknál nem hangolt Collins-köröket használunk, mert a körfrekvenciákra vonatkoztatott kimeneti terhelő impedanciák annyira magasak, ill. alacsonyak lehetnek, ami a félvezetős végfokozatok kis disszipációs tartalékát meghaladják - emiatt a févezetők tönkremehetnek. A félvezetős erősítők sávonként kis átfedésű LPF-szűrőket tartalmaznak - (Low Pass Filter - aluláteresztő szűrő).
Collins-körrel működő rövidhullámú végfokozatok kihangolása
A Collins-kör, (nevezik Π-körnek is) - az adóberendezés utolsó aktív fokozata - a végfokozathoz közvetlenül kapcsolódó passzív áramkör - amelynek feladata a végcső (végcsövek) által felerősített nagyfrekvenciás teljesítménynek az antennára való juttatása, illesztése és a felharmonikusok lehető legjobb elnyomása. Emiatt nem árt tisztában lenni a végfokozatban és a Collins-körben fennálló elektrofizikai folyamatokkal. Nem akarok e helyütt matematikai összefüggésekbe bonyolódni, ezzel kapcsolatban ajánlom HA5CFJ, HA5KJ és dr. Hetényi László ide vonatkozó elméleti kifejtését - a rádiós szakirodalomban megtalálhatók.
Annyit megjegyzek, hogy a megfelelő Collins-kör jósága Q = 10...20 között van - a gyakorlatban Q = 12 - 15 körül szokott lenni. Ez az áthangolt sávszélességből és az L/C viszonyokból adódik.
A Collins-kör gyakorlati megközelítése egy rádióamatőr számára akkor válik "élessé", ha elektroncsöves végfokozattal rendelkező TCVR-jét antennára kapcsolja. Ha az antenna megfelelő felépítésű, elektromosan a "paramétereinél van" - akkor többnyire ez elegendő a Collins-körnek az antennára való közvetlen leillesztésre. A berendezésen a PLATE (anód) és a LOAD (antenna, terhelés) feliratú gombok beállításával lehet a végfokozatot az adott antennára hangolni - a DRIVER (amely közös hatású a preszelekcióval) gomb a meghajtó fokozat rezonancia-illesztését szolgálja - végső soron kihat a Collins-körre is, emiatt nem szabad kihagyni a hangolás folyamatából. Ez a három kezelőszerv a legújabb keletű rádióamatőröket már kellőképpen el szokta rettenteni a Collins-kört tartalmazó rádióktól - inkább a szélessávú, tranzisztoros készülékeket preferálják, amelyek ugyan csak egy gomb forgatását igénylik, de a szélessávú bemenő fokozatok (ezeket nem hangolják) vételi oldalon már sok gondot okozhatnak (főleg a régebbi, olcsóbb készülékek esetében) Azonban adás oldalon igen veszélyes a félvezetős végfokozathoz a nem "tökéletesen" illeszkedő antenna - ami végül is antennaillesztő berendezést tesz szükségessé! Ez végső soron "helyettesíti" a Collins-kört. Akkor pedig ott van legalább három kezelőszerv - s máris újra ott vagyunk a három forgató gombnál. A frekvencia jelentősebb mértékű elhangolásánál és sávváltásnál ugyanúgy le kell hangolnunk az antennát, mint az elektroncsöves végfokozatú berendezéseknél. A félvezetős berendezéseknél sokkal kevesebb az ún. disszipációs tartalék (a végfok-antenna impedancia arány általában 1:2) alig több, mint a legnagyobb bemenő teljesítmény, addig az elektroncsöveknél típustól és beállítástól függően ez az arány az anód-impedancia és az antenna impedancia között 1:20....1:40 között mozog - ami a rosszabb SWR következtében visszavert teljesítményt is arányosan osztja vissza az elektroncsőnek. Ezt a csövek disszipációs tartaléka legtöbbnyire még elbírja - feltéve ha nem full-ra van járatva az adott végfok. Amíg egy kényesebb félvezetős rádiónál már 1:2 SWR-nél "megszólal" a visszaszabályozás, addig az elektroncsöves készülékek a túlhajtási szint alatt üzemeltetve sokszor 1:3 SWR-t is elviselnek károsodás nélkül. Persze, azért ezzel ne éljünk vissza!
A Collins-kör előtti végerősítő csövek tápfeszültsége a berendezésben jelen lévő legnagyobb üzemi feszültség (a magasabb feszültségekkel előzőleg nem foglalkozó amatőrt könnyen baleset érheti, ha óvatlanul matat a készülékben). A javításokat, alkatrészcseréket feltétlenül kikapcsolt beerendezésnél és kisütött elektrolit kondenzátorokkal szabad végezni! Természetesen, hangolás, beállítás csak bekapcsolt állapotban végezhető, de nagyon ügyeljünk, hogy hová nyúlunk! A szigetelt szerszámok használata kötelező! Típustól, konstrukciótól függően +500...1000V a tápfeszültség (külön végfokozatoknál több kV is lehet!) és a legnagyobb átereszthető áram 200...350mA között szokott lenni. (A bemenő impedancia is magas, 1...10 kΩ között van, cső típustól és a darabszámtól függően. A Collins-kör tulajdonképpen ezt a magas impedanciát illeszti az antennák szokásos 50...100 Ω impedanciájához). Ez a végfokozatba bemenő teljesítményt nézve 100...350W teljesítményt jelent, amit a lineáris erősítőknél megkövetelt munkaponti egyenesen, 50%-os hatásfokot feltételezve - 50...150W kimenő nagyfrekvenciás teljesítményt eredményez - leillesztett antenna esetében. Hitelesen csak műantenna csatlakoztatásával lehet megállapítani egy adott végfokozat valós (effektív) teljesítményét, ami csak abban az esetben fogadható el antennán szemlélve, ha az antenna az adott frekvencián paramétereiben megegyezik a műantennával. Mivel az antennák kialakítása és telepítési körülményei egymást befolyásolják, a tiszta ohmos terhelés helyett kapacitív és induktív (vektoriális) tényezők is jelen vannak, azaz induktív és kapacitív reaktanciák befolyásolják az antenna paramétereit - ennek következményeképpen a kisugárzott valós teljesítményét. Műantenna hiányában az amatőr sokszor kénytelen csak a használatos antennára kihangolni - ami felvet néhány komoly problémát. A kihangolást gyorsan, csökkentett teljesítménnyel és lehetőleg más, éppen ott forgalmazó állomások zavarása nélkül kell elvégezni.
Az elektroncső a 100% bevitt energiát 50%-ban kiadja magából (lineáris üzemet feltételezve), a fennmaradó 50% az anódokon hő formájában eldisszipál. Nagyobb teljesítményű végfokozatoknál mesterséges (forszírozott) léghűtést kell alkalmazni, hogy el lehessen kerülni a cső és a környezete hőtől való károsodását.
A Collins-kör lehangolásának lépései:
1. Hangoljuk a készülékünket a kívánt frekvencia közvetlen közelébe. Rendkívüli módon figyeljünk arra, hogy nem álltunk-e rá véletlenül éppen forgalmazó állomásra(!!!)
2. A PRES/DRIVER gombbal álljunk a legnagyobb vételi térerőre, amelyet az "S" mérőn érzékelhetünk. Figyelem! A PRES/DRIV gomb állása vételkor és adáskor kissé eltérhet egymástól, ezért a hangolás első lépése adás kihangoláskor a PRES/DRIV gomb maximális értékre való állítása - függetlenül attól, hogy a használni kívánt frekvenciára való ráálláskor előzőleg már a legnagyobb "S"-értékre állítottuk a szelektort.
3. A készüléknek megfelelő TUNE pozícióban kapcsoljunk adásra. Ez lehet CW-üzemmódban a morse-billentyű lenyomása, vagy SSB üzemmódban a beépített hanggenerátor jele. A kijelző műszer Ic állásban a nyugalmi alapáram legfeljebb 1,5...2-szeresét mutassa! Az antennát a LOAD gombbal hangoljuk le úgy, hogy a kijelző műszer P.O. állásában maximális kitérést mutasson. A műszer Ic állásba való visszakapcsolása után a PLATE gombbal álljunk minimális (!!!) anódáramra. Hangolás után már növelhetjük a cső áramát a meghajtás növelésével, amit vagy a CARRIER gombbal (CW-üzemmód) vagy a MIC.GAIN gombbal (SSB-üzemmód) állásban lehet eszközölni - de a kihangolásnál ne legyen magas anódáram, mert a végcsövek károsodhatnak! Aki tisztában van a Collins-kör bemenő tagját jelentő elektroncsöves erősítő működésével, az tudja, hogy az elektroncső magas impedanciája miatt ún. "feszültség-rezonanciát" mutat, azaz akkor megy át rajta a legnagyobb teljesítmény (ami el is hagyja a csövet) - ha feszültség-rezonancia áll fenn. Aki maximális áramra rezonáltatja a csövet, csodálkozik, hogy a csőanód hamarosan vörösen izzik (ezt felszerelt burkolat esetén nem is nagyon lehet észrevenni, csak legfeljebb furcsa szagot és pattogást lehet észlelni), s ha az operátor sokáig folytatja ezen "áldásos" tevékenységét, az üvegbúra megolvad, a csőben uralkodó vákum beszívja a ballont - ráadásul a cső elektródái a deformáció következtében zárlatba mehetnek. (De sok ilyen 6JS6C elektroncsövet láttam az MHSZ klubokban annak idején - a kellő kioktatás és felügyelet nélkül "operálók" keze nyomán...)
Ezek után az adóberendezés üzemkész. A meghajtáskor finoman növelhetjük a teljesítmény, mindaddig, amíg a végcsövekre megadott áram értéket el nem érjük. Tudni kell, hogy a legnagyobb teljesítményt az FM és az SSTV adások veszik igénybe, itt az időtényező 100% - ennél fogva a berendezés maximális teljesítményét nem szabad 70-75 %-nél jobban igénybe venni. A távíró és az SSB üzem teljesítményét "csúcsokban" megjegyzéssel kell definiálni, mert ott változik a moduláció mélysége (távíró üzemmódban pedig alacsonyabb a kitöltési tényező)
Belém nyilall a fájdalom, amikor valaki "pontosan 100 W a teljesítményem", vagy 87,5 W a teljesítményem" és hasonló ostobságokat tesz "közkinccsé".
6.3/1. A Collins-kör méretezéséhez kitűnő segédlet ez a nomogramm - más típusú csővek esetében a paramétereket értelem szerűen be kell helyettesíteni.
6.4. Rádió vételtechnika
Megpróbálok a lehető legegyszerűbben, mellőzve a magasabb matematikai fogalmakat, mert akit mélységében érdekel a téma, az rengeteg anyagot talál az interneten. Ettől függetlenül a minimális ismeretekre szükség van, mert ezek hiányában nem mindig lehet megérteni a rádiótechnikai fogalmakat. Most is csak emlegetni tudom a volt MHSz-klubok hiányát, mert ott többé-kevésbé megfelelően felkészítették az amatőröket. Aki "megbukott" a házi vizsgán, az nem mehetett KPM vizsgára, "évet kellett neki ismételni". Aztán a ránk szabadult fene nagy demokráciában "állampolgári jogon" lehetett rádióengedélyt szerezni, a vizsgák elvesztették azt a minimális késztető erőt is, amik azért csak ösztönözték valahogy a jelölteket - az eredmény sajnos lesújtó. Nem elég az, hogy: "én nagyon szeretek rádiózni", meg "nem tudok a rádiózás nélkül élni"...lózungok - mert azon kívül, hogy sztereotíp mondathalmazokat ismételgetnek a kitartóbbak éveken át - üres fecsegéssé silányul a rádióamatőr összeköttetés.
Még az antennákról úgy-ahogy tudnak néhányan értelmes, valós dolgokat mondani - mert látszik, hogy saját maguk próbáltak antennákat készíteni. Aztán a hullámterjedéssel kapcsolatosan már előjönnek az orbitális ostobaságok is. Nem értem, nem lehetne utána nézni a közismert rádióamatőr szakirodalomban annyira, hogy legalább a fogalmakat helyesen használják?
Hiányoznak azok az amatőrök, akik az éterben néha jól "helyretették" a hiányos tudásról tanúskodó rádióamatőröket, voltak akik kissé érdes modorral, mások végtelen türelemmel próbálták elmagyrázni a problémák megoldását. Sajnos, már a legtöbbjük "odaát" van. Ma is vannak még nagytudású, középiskolai és egyetemi tanár rádióamatőrök, de az éterben ennek ellenére ritkán hallani tudós ihletésű beszégetéseket. No, de ez a téma messzire vezet, majd más alkalommal és más helyen megpróbálom célirányosan kizárólag az én véleményemet kihangsúlyozva folytatni a témát.
6.4.1. A hullámterjedés, mint a rádiózás fizikai alapja.
A téma sok elméleti és gyakorlati tényen alapul, kezdőknek az ide vonatkozó irodalmat kell alaposan tanulmányozni. Aztán sokat kell forgalmazni az éterben, mert a gyakorlati tapasztalatok ott igazolják vissza az elméletet. Ajánlom a még most is az alapműnek számító "Karl Rothammel: Antennakönyv" c. munkáját, mely összefoglalja az ide vonatkozó tudnivalókat. A rádiótechnika, a technológia szédületes tempóban fejlődtek, de a hullámterjedés elméleti alapjai ugyanazok maradtak, mint azelőtt.
Annyit kell dióhéjban tudni, hogy a rádióhullámok elektromágneses rezgések, amelyek a térben a fénysebességgel megegyező sebességgel terjednek. A rádióhullámokat antennák bocsátják ki az adóberendezésben előállított nagyfrekvenciás villamos áram segítségével, és az antennák fogják fel a térben haladó elektromágneses hullámokat és alakítják át villamos árammá, amit a vevőberendezés dolgoz fel.
A rádióösszeköttetés azon a technikai-technológiai folyamatsoron alapul, hogy a rádióadó végfokozatából a tápvonalon át az antennára kivezetett rádiófrekvenciás váltakozó áram az antennán váltakozó elektromágneses teret alakít ki, amely minden periódusban "leszakad" az antennáról és a fény sebességével (297 000 000 m/s) távolodik. A keletkezett rádióhullámok körkörösen, vagy irányítva (nyalábban) is haladhatnak. Az antenna típusától függően - függőleges, vagy vízszintes polarizáció alakul ki. Magasabb frekvenciákon a spirális (helix) körpolarizáció is használatos.
Természetesen, az adott frekvenciára hangolt, és megfelelő polarizációban elhelyezett vevőantenna adja a legnagyobb villamos jelet.
Vételkor az elektromágneses hullámok útjában elhelyezkedő vezetéken (antenna) váltakozó áramú nagyfrekvenciás villamos feszültség alakul ki, amely függ a térerőtől (V/m), a polaritástól (H-V) és az antenna nyereségétől.
A rádióhullámok frekvenciája az egészen kis másodpercenkénti rezgésszámtól a nagyon magas - a fény rezgésszámához közelítő spektrumban változhatnak. A nagyfrekvenciás rezgésnek van frekvenciája [f] a másodperc alatt történő rezgésszámot értjük alatta, mértékegysége a hertz [Hz]. Angolszász irodalomban még használják a [c/s] a ciklus megnevezést is. A rádiófrekvenciás hullámok 1 sec alatt közel 300 000 000 métert tesznek meg. A rezgés lefolyásakor a haladó hullám 1 periódusa alatt megtett utat hullámhossznak nevezzük, mértékegysége a méter [m, dm, cm, mm, mikron, angström], Jele a [λ].
A rádiófrekvenciás rezgés két komponensből áll. Az egyik az elektromos hullám komponens, amely többnyire szabályos színusz hullámformát mutat, a másik komponens a mágneses hullám komponens, amely szintén színuszos hullámforma. A két mennyiség síkja és fázisa a vektorgeometriában 90° szöget zár be.
Az elektromágneses hullámokat antennák segítségével bocsátjuk ki a térbe, (amit éternek, angolul AIR-nak nevezünk) - illetve az antennák segítségével fogjuk fel. Az elektromos komponenset minden jól vezető fém huzal, rúd, stb. leveszi, és gyenge villamos árammá alakítja. A mágneses komponenst a ferrit anyagokból készített antennák és a zárt, nagy jóságú hurokantennák tudják feldolgozni. Léteznek olyan megoldások is, hogy van külön vevőantenna és van külön csak adásra használt antenna. De többnyire a hivatalos és amatőr állomások is ugyanazt az antennát használják adásra és vételre egyaránt.
6.4.2. Az antennák formája, kialakítása, nyeresége és illesztése, mint problémák.
Itt megint mellőzni szeretném a részletes "antenna sziporkázást" - mert én nem tartom magam egy antenna zseninek, de már hallottam olyanról, aki ezt magáról fennen hirdeti - viszont ennek ellenére nem az ő sem...
Néhány antennát a fennállásom alatt már elkövettem, de már magával az antennákkal való foglalkozás "egész amatőrt" kíván, sok anyagot, sok időt - ezzel együtt rengeteg próbálkozást jelent, aminek nagy része bizony többnyire kudarccal végződik. Az antenna típusának kiválasztása többnyire a telepítési környezet által lehetővé tett lehetőségek szerint történhet. Amelyik antenna nem fér el, azt oda nem szabad telepíteni! Lényeges, hogy huzal vagy térbeli szerkezetű-e a kinézett antenna? Lemásolunk már irodalomból kiollózott kész típust, vagy magunk méretezzük az amatőr irodalomban megtalálható matematikai formulákkal. Azonban ne feledjük: "az ördög a részletekben lakozik"...
Az antennák természetesen nem a földön telepítendők, hanem magasan. Na, ez egy nagyon kritikus probléma, mert a többség nem rendelkezik olyan telepítési lehetőségekkel, ahol ideális megoldást tudna biztosítani az antennái számára. Rendkívüli gátló tényező, ha olyan helyen lakik, ahol csak a tetőre szerelhetne antaennát, de hát azt a jogszabályok, a lakóházakat üzemeltetők, tulajdonosok erősen korlátozzák, vagy kifejezetten tiltják.
A másik probléma, ha a helyszűke miatt át kellene vezetni az antennát a szomszédok területére, de ez cseppet sem könnyebb dolog, mint a társasházak tetején antennát létesíteni. Az ebből eredő károkat az amatőrnek kell megtéríteni, sőt számolhat az önkormányzat részéről bírságra, vagy feljelentésre is.
Az antennákat, illetve tartószerkezeteit csak olyan kivitelben szabad saját telekre is telepíteni, ha azok leszakadás, dőlés, vagy vihar általi károsodás következtében a szomszéd ingatlanokat, és a testi épséget nem veszélyeztetik.
Külön fejezet a villámok elleni védekezés, erre más helyen majd még visszatérek.
Aki arra "vetemedik", hogy mindezek ellenére mégis antennát telepít, az tájékozódjon a vonatkozó jogszabályokban, ill. az antenna szakirodalomban. És nem utoljára: az interneten, pl. a "Youtube" csatornákon temérdek videó látható az antennák építésével és telepítésével kapcsolatban.
Néhány fontos dolog, ami körül elég szétszórt fogalomzavar tapasztalható. A legelső a "mumus", hogy "rossz az antennám SWR-je". Fájdalommal, megtört szívvel tudatom, hogy az antennának minden ellenkező híresztelés ellenére nincs SWR-je.
Ellenben rendelkezik méretekkel, rezonancia frekvenciával, sávszélességgel és talpponti impedanciával. Az SWR érték (Standing Wave Ratio) az antenna és a levezető kábel illesztésének az arányszáma.
Az állóhullámok az antenna tápvonalán akkor alakulnak ki, amikor a tápkábel impedanciája nem egyezik meg az antenna talpponti impedanciájával. Minél nagyobb az impedanciák eltérése, annál rosszabb az SWR érték.
A helyes, kis SWR értékkel rendelkező antenna kialakításának az első lépése a helyes méretezés - a rezonancia frekvencia sávon belüli helyes kialakítása érdekében. Ma már rendelkezésre állnak korszerű műszerek, amelyekkel megmérhető az antenna impedancia, a rezonancia frekvencia, a kapacitív és induktív reaktanciák. Ekkor lehetőség van a tápkábelt és az antennát illesztő transzformátorokkal ellátni, amelyek illesztik az antennát a tápkábelhez.
Megint csak az ide vonatkozó temérdek irodalmat, videót és a tapasztaltabb amatőrökkel való konzultációkat ajánlom.
A megfelelő illesztő transzformátor nem csak az impedanciákat illeszti egymáshoz, hanem az aszimmetrikus és szimmetrikus viszonyokat is. (balun - unun)
6.4.3 A rádióvevők bemeneti fokozatainak kialakítása
Aki emlékszik a valamikori kristálydetektoros vevőkre, azoknak a hangja csodaszép volt. Mivel nem tartalmazott erősítőket, amik néha jelentősen torzítanak - a nagy impedanciás fejhallgatókkal hallgatva - rendkívül szép zenei hangokat produkált a kis készülék, csendes éjjeleken gyakran hallgattam különféle rádióállomások adásait. Egy dolog azonban nem volt erősségük a detektoros rádióknak: ez pedig a szelektivitás gyenge minősége volt.
A szelektivitást a hangolt rezgőkörök és a csatolások variálásával többé-kevésbé sikerült javítani - azonban csökkent a kiválasztott jelek erőssége, ezzel együtt a detektált burkológörbe amplitúdója is. Közben, a műsorszórók számának ugrásszerű növekedése újra-és újra kaotikus áthallásokat produkált a műsorok vételében. Mivel az akkori közép- és hosszúhullámú rádiózás a polgári hírközlés alapszükségletévé vált - a rádiófejlesztők hatalmas műszaki fejlesztésekbe fogtak. Az elektroncsövek elterjedésével megnőtt a szelektív körök lecsökkent szintjének újra felerősítése. Azonban a vevők elég bonyolult kezelést igényeltek, amit az akkori technikai színvonal mellett a rádióhallgatók zöme nem tudott elsajátítani. Szükség volt legfeljebb 3 kezelőszervet tartalmazó, érzékeny, szelektív, jó hangminőségű rádióvevők nagy tömegben való gyártása, amit az ipar a 2. világháború kezdetéig már kiforrott megoldásokkal meg is valósított.
6.4.4 Preszelektorok
A klasszikus, máig a lehető legjobb rádiótechnikai műszaki megoldás az ún. klasszikus, hangolható preszelektorok kialakítása. A csatolt körök elméletében úttörőmunkát végzett Csebisev és Butterworth - egymástól függetlenül. A sávszűrők lényege az, hogy két, esetleg három, az adott sávra a sávszélesség és a körjóság optimális értékeinek figyelembevételével olyan induktív, vagy kapacitív rezgőköröket készítenek, amelyeket egy szögfázisban hangolt mechanikával együtt futva hangolták a rezgőköröket. Így viszonylag keskeny áteresztési sávok keletkeznek, amelyek jelentős csillapítást eredményeznek más frekvenciákra. Azonban a saját, kiemelt sávjukban is keletkezik csillapítás, ami a jel megfelelő erősítésével kiküszöbölhető.
Az egyes rezgőkörök között laza, vagy szoros csatolással lehet a sávszélességet növelni, vagy csökkenteni - az egész áthangolt tartományban.
A preszelekciónak igen nagy műszaki jelentősége van. Megakadályozza a venni nem kivánt jelek káros szinten való bejutását a keverőbe, ami megkönnyíti az azt követő, immár a középfrekvenciás sávokon történő további szelektivitást eredményező fokozatok működését. Ha nem kerül bele a "szemét" a keverőbe, akkor nem kell utána különféle költséges és bonyolult eljárásokkal kiszűrni a nemkívánatos jeleket.
Amíg nem voltak elterjedve a kristályszűrők, addig a többszöri konverzióval csökkentették a relatív sávszélességet. A kristályszűrők megjelenésével az egyszeri konverzió alkalmazásával is többé-kevésbé jó oldalszelektivitást sikerült biztosítani.
A félvezetők megjelenésével, valamint a rádió áramköröknek a számítástechnikának való alárendelése következtében bonyolult, több sávot tartalmazó rádiók jöttek létre, jelentős méretcsökkenés mellett. Már az elektroncsöves rádiók után elterjedt, a félvezetős rádiókban alkalmazott szélessávú bemenő fokozatok is jelentős szelektivitás romlást, nagyjellel kapcsolatos elégtelen túlvezérlődéseket mutattak, nem beszélve a szélessávú BPF-ek kapcsolódiódákkal való átkapcsolását, annak az összes meghibásodásával együtt. De ott még az induktivitások mérete legalább nagyobb volt, így a körjóságok úgy-ahogy léteztek. De a miniatürizálással beépülő, ún. mikroinduktivitások, sőt, SMD induktivitások (!!!) megjelenésével a szelektivitásnak is búcsút inthettünk.
6.4.4/1 Egy jól felépített analóg vevő blokkvázlata
A legtöbb analóg vevőberendezés felépítése sokban hasonló, legyen szó elektroncsöves készülékről, vagy félvezetős megoldásról. A preszelektor vételnél egy hangolható sáváteresztő szűrő, amely adás üzemmódban driver (meghajtó) funkciót tölt be. Ennek megfelelően nem SMD alkatrészekkel kell felépíteni, mert a rezgőköri jóság, sávszélesség és a szelektivitás katasztrofális lesz. Ezeket a köröket célszerű "emberszabású" alkatrészekből kialakítani, sávonként és körönként fém serlegekben elhelyezett rezgőkörökkel, ill. az utóbbi időben elterjedt toroid vasmagokra tekercselt rezgőkörökkel. Kerüljük a kapcsoló diódás sávszűrő átkapcsolásokat, mert érzékenyek a sztatikus behatásokra, ill. nagy jeleknél AM "mű-jeleket" produkál a vevő, és össze-vissza kontrolálatlanul "fütyül", akárhová tekerjük a VFO-t, mindenütt műsorszórók jeleit hallhatjuk, amit nem tudunk "kiirtani". A legjobb megoldás a miniatűr tokozott relék használata, ill. az "ősrégi" yaxley-tárcsákkal történő sáv átkapcsolás.
A preszelektor első két csatolt köre egymással passzív kapcsolatban van (adáskor is a passzív körökkel hajtjuk meg az adó előerősítőt) - a passzív körök után szükség esetén előerősítő fokozatot iktahatunk be - ami a bemenő körökkel azonos felépítésű, azokkal együtt hangolt rezgőkört. Az előerősítő kikapcsolható - amely nagy jeleknél hasznos lehet.
Számtalan kapcsolás terjedt el világszerte, ha elég jól beleássuk magunkat a témába, rendelkezünk megfelelő műszerezettséggel és alkatrészekkel, magunk is felépíthetünk egy jó vevőt. Azonban nem egyszerű dolog, sok bukfenc vár a kísérletező amatőrre.
6.4.5. A középfrekvenciás erősítő fokozat (KF) kialakítása
Ehhez azonban ismerkedjünk meg a "szuperheterodin" fogalmával.
A szuperheterodin vevőkészülékek, a „szupervevők”, amelyek működése jó minőségű, állandó frekvenciára hangolt szűrőkörön alapult, amelyek frekvenciájára, az ún. "középfrekvenciára" a rádió első fokozata keverte le a jelet a bejövő vett jel és a helyi, az ún. "lokáloszcillátor" segítségével. Ebből következtethető, hogy a lokáloszcillátor a KF-frekvencia távolságával párhuzamosan és együttfutásban hangolandó. Ha a lokáloszcillátor frekvenciája a vett frekvenciájától a KF-frekvenciával alacsonyabb, akkor "alsó keverésről" beszélhetünk. Ha a lokáloszcillátor frekvenciája magasabb a vett jel frekvenciájánál, akkor "felső keverés" valósul meg.
A keverőfokozatok bonyolultabb matematikai elemzése vektoriálisan ábrázolható, akit érdekel rengeteg irodalmat talál a neten és a könyvtárakban.
Annyit kell megjegyezni, hogy a keveréskor a két frekvencia összege és külünbsége is megjelenik, amit egymás "tükörfrekvenciájának" nevezünk,
A KF-erősítő, hangolt L-C sávszűrők (tekercs és kondenzátor páthuzamos kapcsolása), ill. ma már alapkövetelményként számító kristályszűrők (kvarc, vagy mechanikus rezonátorok) több egymást követő erősítő fokozatának a részei. Tulajdonképpen a KF-erősítő valósítja meg a kikevert, számunkra érdekes KF-jel erősítését, elnyomja a nem kívánt keverési "termékeket".
Amíg nem voltak elterjedve a kvarc- és mechanikus sávszűrők, addig a KF-frekvenciát további KF-frekvenciákra keverték át, amit "transzponálásnak", ill. "konverziónak" neveznek. A transzponálásokra elsősorban a relatív sávszélesség elérése miatt volt szükség. Jól kialakított, megfelelő Q-val rendelkező rezgőkörök és kristályszűrők alkalmazásával véleményem szerint a többszörös konverzió felesleges, sokszor a zaj növekszik, nem érünk el kiemelkedő javulást a nemkívánatos jelek elnyomása terén.