curba-excelFiind pusi in situatia de a cupla emitatorul la o antena de impedanta necunoscuta, poate nu odata v-ati intrebat "oare cat de multa putere s-ar pierde in cazul in care sarcina e diferita de 50 ohmi ?"... Ei bine, exact despre chestia asta vreau sa scriu cateva vorbe in cele ce urmeaza. (nr.citiri: 2732)

Am intalnit de multe ori printre colegii de breasla, dorinta de a obtine o adaptare perfecta intre emitator si sarcina de la iesirea acestuia (in speta, antena). Se mentioneaza in literatura de specialitate ca in cazul adaptarii perfecte, se obtine maximum de transfer al puterii dinspre emitator spre sistemul radiant (antena) - afirmatie perfect valabila. In dorinta de a obtine o adaptare perfecta, de multe ori radioamatorul se chinuieste inutil. Demonstratia acestei afirmatii o veti intelege din cele mai jos prezentate.

NOTA: Situatia prezentata este simplificata prin analizarea fenomenelor ce se petrec strict intre o sursa de semnal (generator) si o sarcina nereactiva conectata la iesire. Abordarea este suficienta pentru a oferi o imagine clara asupra celor ce se intampla in astfel de cazuri.  Ca remarca - in realitate, intre emitator si antena exista si linia de transmisie. Prin proprietatile intrinseci, aceasta modifica impedanta vazuta dinspre antena, dar fenomenele respective nu fac obiectul prezentului articol. Pentru simplificare, e suficient sa mentionez ca odata obtinuta adaptare la capatul dinspre emitator al liniei de transmisie (folosind de exemplu, un transmatch), se obtine practic rezonanta intregului sistem radiant (compensarea componentei reactive si deci, transferul maxim de putere). Stiu ca unii nu vor fi de acord cu aceasta afirmatie; pentru a veni in intampinarea unor astfel de comentarii, voi reveni cu un articol separat.

Pentru a fi mai clar, am realizat pentru inceput o simulare in LTSpice, folosind un circuit electric extrem de simplu: o sursa de alimentare V1 (cu rezistenta interna de 50 ohmi, simulata prin R2) si o rezistenta de sarcina R1, conectata la capetele sursei. 

circuit1

Pentru demonstratia de aici, nu e nevoie sa lucram cu RF, asadar in simulator, am pornit considerand puterea de 100W, oferita de majoritatea transceiverelor contemporane pe o sarcina de 50 ohmi pur rezistiva. Pentru a obtine o simulare corecta, am setat sursa V1 in DC, la valoarea de 141.43V, iar tabel excelrezistorul de sarcina R1, l-am variat intre 5 si 500 ohmi, din 5 in 5 ohmi. Rezultatul obtinut se poate observa in imaginea de mai jos:

curba-spice

Axa verticala reprezinta valorile puterii, exprimate in [W]. Pe axa orizontala, este notata valoarea rezistorului de sarcina. 

Astfel, se poate observa clar faptul ca maximul de putere se obtine cand rezistorul de sarcina are valoarea de 50 ohmi. O demonstratie asemanatoare am mai realizat folosind tabelul Excel din partea stanga, care a generat un grafic similar cu cel obtinut in simularea cu LTSpice:

curba-excel







Marimile reprezentate pe cele doua axe sunt aceleasi ca si la graficul LTSpice de mai sus. Si in cazul graficului Excel, se vede bine ca varful "clopotului" (puterea maxima) apare cand sarcina are valoarea de 50 ohmi. 

Desigur, privind valorile din tabel, se poate observa ca pentru o valoare a rezistorului de sarcina de 30 sau de 85 ohmi, puterea obtinuta va fi de aprox. 93.5 W. Am incadrat cu verde deschis zona dintre cele doua extreme plasate la aprox. 10% din valoarea standard de 50 ohmi a unei sarcini artificiale obisnuite. 

In acest moment, puteti sa realizati ca nu merita sa va chinuiti sa obtineti adaptarea perfecta, intrucat pierderile de putere pentru o variatie de +35/-20 ohmi fata de standardul de 50 ohmi, se incadreaza intr-un cuantum de 10%... ceea ce nu e deloc atat de grav precum e posibil sa va fi imaginat inainte. Hi !

 

NOTA: Sunt sigur ca unii se vor intreba de ce am folosit in simulare valoarea de 141.43V pentru sursa de alimentare (DC). Demonstratia se bazeaza pe formulele derivate din legea lui Ohm.  

Se stie ca P = U2 / R = U*I = R*I2, de unde rezulta ca P1 = R1*I2. Din legea lui Ohm, se stie ca I = U/R = V1 / (R1+R2). Rezulta ca P1 = R1 * (V1/(R1+R2))2. Maximul de putere se obtine cand valoarea rezistentei interne R2 a sursei de alimentare (generatorul) este egala cu valoarea rezistorului de sarcina R1 - in cazul de fata, 50 ohmi. Pentru a continua, trebuie sa alegem o valoare anume pentru putere; in cazul de fata, am ales ca Pmax = 100W. 

Calculam tensiunea pe care sursa trebuie sa o asigure pentru a obtine P(R1) = 100W: 

U = SQRT(P*R) [in general] 

U(R1) = SQRT(P1*R) = SQRT(100*50) = 70.7V

OBS1: Se observa ca intre V1(ideala) si R1(sarcina), se produce o divizare cu 2 a tensiuinii (numai la transfer maxim de putere), intre R2 (rezistena interna) si R1 (sarcina). Aceasta inseamna ca tensiunea determinata pe R1 pentru a obtine 100W, va trebui dublata la bornele sursei V1

Tinand cont de cele mentionate la OBS1), tensiunea U(V1) va trebui sa fie dubla. De aici rezulta ca U(V1)= 2 * 70.7V = 141.42V.

OBS2: Trebuie sa reamintesc aici relatia dintre tensiunea efectiva (Uef), amplitudine (Ua) si tensiunea de varf (Uvv):

Uef = 0.707 * Ua

unde Ua = Uvv/2

Incepatorii sa nu uite ca tensiunea masurata cu osciloscopul este varf-la-varf (Uvv). Mentionez asta deoarece in foarte multe cazuri se foloseste acest tip de masuratoare, dar nu se coroboreaza corect relatiile dintre Uef si Uvv .

Si spre final, mai e nevoie de o mentiune: nu uitati ca pentru a creste cu 1 punct S pe scala S-metrului corespondentului, ar trebui sa mariti puterea de 4x. Si de asemenea, nu uitati ca datorita caracteristicii logaritmice pe care aparatul auditiv uman o detine, cresterea cu 1 punct S este greu perceputa peste S9. Amintiti-va ca indicatiile S-metrului sunt relative si depind de sistemul electronic al receptorului. Asadar, nu priviti S-metrul ca pe o referinta absoluta a indicatiilor de nivel. Veti avea uneori surpriza ca doua aparate diferite, conectate la aceasi antena, ar putea afisa niveluri S diferite. 

Castigarea bataliei pentru fiecare fractiune de decibel, poate fi in schimb un exercitiu util pentru a infrange atenuarea sistemelor de alimentare ale antenei (linie de transmisie + balun). Asta, mai ales in cazul echipamentelor QRP. 

Inchei aici, in speranta ca mica mea demonstratie va va scuti de eforturi inutile atunci cand vreti sa adaptati o antena la emitatorul folosit. 

________

73! de Cezar, YO3FHM

 


Ultima actualizare (Joi, 31 Martie 2016 07:03)