Temat transformatorów magnetycznych, który był poruszany w ŚR 4/04, spotkał się z dużym zainteresowaniem Czytelników. Były m.in. pytania dotyczące możliwości nabycia w kraju takich transformatorów. Ponieważ w ostatnim czasie, dzięki uprzejmości firmy ELFA, redakcja otrzymała do testów transformator holenderskiej firmy RF-System o oznaczeniu MLB, zaistniała znakomita okazja, aby zaprezentować możliwości tego wynalazku.
MLB to specjalny, magnetyczny transformator (balun) dla długich anten drutowych (Longwire - LW), który umożliwia dołączenie do odbiornika dowolnej anteny z drutu za pośrednictwem kabla koncentrycznego, bez potrzeby stosowania dostrajacza antenowego (skrzynki antenowej). Zamiast bezpośredniego dołączania nieekranowanego drutu do odbiornika, MLB pozwala na standardowe zasilanie odbiornika kablem koncentrycznym 50W. Chroni to przed wpływami elektromagnetycznych zakłóceń i szumu, pochodzących od instalacji domowych.
Dalszą zaletą stosowania MLB jest poprawienie poziomu sygnału, gdyż zazwyczaj wysokoimpedancyjna antena długodrutowa nie jest dopasowana do wejścia odbiornika o impedancji 50W. Antena długodrutowa ma impedancję od kilkuset do kilku tysięcy omów i w wyniku złego dopasowania występują straty na skutek odbicia odbieranego sygnału. MLB transformuje w swoim opatentowanym układzie wysoką impedancję wejścia na niską impedancję wyjścia. Dopasowanie jest uzyskiwane w szerokim zakresie częstotliwości, praktycznie od 100kHz do 40MHz, przy zafalowaniu ą 2dB i bez wytwarzania produktów intermodulacyjnych.
Kolejną zaletą jest utworzenie galwanicznego połączenia anteny długodrutowej z ekranem kabla koncentrycznego, który następnie może być w odbiorniku połączony z uziemieniem. Umożliwia to odpływ ładunków elektrostatycznych, indukowanych w antenie długodrutowej, do ziemi. Zmniejsza to zakłócenia wywołane przez ładunki elektrostatyczne indukowane w antenie podczas przechodzenia chmur nad anteną.
Antena długodrutowa, dla optymalnego odbierania w zakresie 0,1...40MHz, może mieć długość 10...40m. Jak wykazały testy opisane w dalszej części, najlepsze wyniki uzyskuje się przy antenie długości 12m lub 20m, przy których to długościach można się liczyć z dodatkowym zyskiem około 2dB.
MLB jest urządzeniem kompaktowym, wodoszczelnym. Wewnątrz znajduje się opatentowany transformator ze sprzężeniem magnetycznym.
Sposób podłączenia jest bardzo prosty: koniec anteny długodrutowej mocuje się pod radełkowaną nakrętką w MLB. Sama antena jest podwieszona możliwie wysoko na drugim końcu za pośrednictwem linki z tworzywa syntetycznego (perlon, włókno poliwęglanowe itp.). Do gniazda koncentrycznego (SO 239) w MLB dołącza się wtyk koncentryczny PL-259 z kablem koncentrycznym 50W. Naciąg anteny długodrutowej nie może być przenoszony na MLB. W tym celu koniec anteny przed MLB powinien być połączony z linką z tworzywa syntetycznego, przyczepionej do drugiego punktu zawieszenia anteny.
Jako kabel koncentryczny można stosować popularny kabel RG 58/CU. Lepszym jest bardziej elastyczny i podwójnie ekranowany kabel koncentryczny AIRCELL 7, dla którego są przewidziane odpowiednio dostosowane wtyki PL.
Dla dobrego i bezpiecznego odprowadzania ładunków elektrostatycznych odbiornik musi być dołączony do dobrego uziemienia.
MLB pozwala na podłączenie kabla koncentrycznego do różnego rodzaju anten drutowych, nie tylko LW, ale także Windom.
Sercem MLB jest specjalny transformator impedancji ze sprzężeniem magnetycznym, który zamienia kawałek drutu o długości 6...20m w szerokopasmową antenę odbiorczą bez potrzeby stosowania dostrajacza antenowego (skrzynki antenowej - tunera).
Zalety stosowania MLB
- Doprowadzenie sygnału do odbiornika kablem koncentrycznym powoduje znaczne zredukowanie zakłóceń od lamp fluorescencyjnych, ściemniaczy, termostatów i komputerów.
- Brak generacji jakichkolwiek produktów intermodulacyjnych (MLB jest urządzeniem pasywnym).
- Praca w szerokim zakresie pasma; zachowuje właściwości w zakresie 100kHz do 40MHz bez potrzeby stosowania dostrajacza antenowego.
- Poprawa poziomu sygnału w wyniku lepszego dopasowania do niskoomowego wejścia odbiornika.
- Redukcja szumów statycznych; sygnały z anteny drutowej są doprowadzane w MLB do odbiornika za pośrednictwem pola magnetycznego.
- Galwanicznie połączenie anteny z ziemią (indukowane ładunki odprowadzane są do ziemi i nie grożą uszkodzeniem wrażliwych układów wejściowych odbiornika).
Test praktyczny
Podczas testów MBL firmy RF-System potwierdziło się, że najlepiej spełnia on zadanie przy zastosowaniu anteny "długi drut" o długości 12 do 20m. Oczywiście jeśli miejsce pozwala, to można wykorzystać antenę dłuższą. Daje to wtedy lepszy odbiór na falach średnich i długich, lecz poprawa na falach krótkich (3 do 22MHz) będzie nieznaczna. Przy długościach ponad 20m odbiór powyżej 22MHz nieco się pogarsza. Przy mniejszych długościach warunki odbioru na falach średnich i długich nieco się pogorszą, lecz poprawią się warunki odbioru powyżej 22MHz. Zależność ta jest pokazana na wykresie (rys. 1).
Podczas testów stwierdzono, że antena LW z MLB dostarcza do odbiornika każdy sygnał w zakresie częstotliwości od 100Hz do 30MHz. W wyniku dużej skuteczności MLB niektóre sygnały mogą być bardzo silne. Nie są wyjątkiem sygnały w paśmie średniofalowym na poziomie 10-50mV (do S9 + 60dB), podobnie w paśmie 49m. Praktycznie żaden odbiornik nie może przyjąć sygnałów o takiej sile bez zakłóceń intermodulacyjnych i/lub efektów przesterowania. Efekty te mogą być słyszane jako silny poziom szumów tła i/lub zniekształcenie sygnału. Najłatwiejszym sposobem na sprawdzenie, czy odbiornik nie jest przeciążony, jest przeprowadzenie nasłuchu w modzie AM w zakresach 1,9 do 2,8MHz i 14,1 do 14,7MHz. Jeśli na tych zakresach częstotliwości daje się usłyszeć stacje radiofoniczne, często zniekształcone, to oznacza, że odbiornik otrzymuje za dużo sygnałów. Zaradzić temu można wprowadzając tłumik. Większość odbiorników jest wyposażonych w tłumik -10 lub -20dB (przycisk DX-Local w urządzeniach przenośnych). W wyniku nieliniowości przy przeciążeniu i lokalnych produktach interferencji, zastosowanie tłumika może bardzo pomóc. Na przykład przy zastosowaniu tłumika 10dB siła sygnału spadnie o około 1,5 w skali S-metra, lecz produkty intermodulacyjne zmaleją o 30dB (30 razy, czyli S5). Mimo że brzmi to dziwnie, tłumik w takim przypadku daje znaczne polepszenie odbioru.
Jeśli odbiornik nie ma odpowiedniego tłumika na wejściu, to można skorzystać z tłumika antenowego RF Systems SP-2. Daje on tłumienia 0dB, -6dB, -10dB, -20dB,
-30dB i -40dB. Pozwala to na optymalne nastawienie poziomu sygnału. SP2 posiada także filtr tłumienia fal średnich, przydatny przy odbiorze dalekich stacji na falach KF i długich (jeśli w pobliżu pracuje silna lokalna stacja średniofalowa). SP2 pozwala na dołączenie dwóch odbiorników do jednaj anteny.
Dipole, anteny z pułapkami (trapami), takie jak W3DZZ, a także G5RV, dają dobry odbiór na jednym lub kilku pasmach częstotliwości. Ale między tymi pasmami częstotliwości impedancja anteny różni się znacznie od impedancji odbiornika, dając w efekcie złe warunki odbioru. Te "luki czułości" nie występują przy zastosowaniu anteny długodrutowej z MLB. Specjalny transformator impedancji wewnątrz MLB dopasowuje dużą impedancję pojemnościową krótkiej anteny LW na małą impedancję kabla koncentrycznego i na wejściu odbiornika. Impedancja indukcyjna transformatora dopasowującego zmienia się odwrotnie do zmiany pojemnościowej impedancji anteny, dając w wyniku maksymalne przenoszenie sygnału, praktycznie niezależne od częstotliwości. Oznacza to, że krótka antena LW (do 20 metrów) będzie miała z grubsza taką samą czułość na wszystkich częstotliwościach, bez stosowania dostrajacza antenowego.
Uwagi konstrukcyjne
Jak wiemy, przy częstotliwościach poniżej 30MHz tak zwany "efekt naskórkowy" nie ma znaczenia. Z tego też powodu pod względem elektrycznym w zasadzie każdy rodzaj drutu może być brany pod uwagę. Ponieważ jednak stal będzie się szybko utleniała i rdzewiała - powinno się jej unikać. W sprzedaży znajduje się specjalna lica antenowa RF-Systems o długościach 25, 42 i 100 metrów z 30 skręconych drucików z miedzi beztlenowej, pokrytych warstwą poliuretanu odpornego na UV i zanieczyszczenia powietrza. Jeśli antena ma być niewidoczna (dla spełnienia zastrzeżeń gospodarza lub sąsiadów), to można użyć pełnego drutu ze stali nierdzewnej, grubości 0,8mm, stosowanego przy spawaniu argonowym. Oczywiście nie należy stosować drutu specjalnego z rdzeniem (do spawania gazowego), lecz rodzaj pełny.
Łatwo dostępny drut miedziany o przekroju około 2,5mm2 i pokryty PCV (drut do domowych instalacji elektrycznych) także nadaje się na antenę, lecz należy pamiętać, że ma on tendencję do wyciągania się. Ponadto drut taki, jeśli dużo porusza się na wietrze, utwardza się i może pęknąć. Również ptaki mogą nie spostrzec cienkiego drutu (można zawiesić kilka kawałków ostrzegawczej folii aluminiowej).
Niewątpliwie anteny "długi drut" muszą być izolowane od miejsca zamocowania! Do tego celu należy stosować izolatory jajkowe (np. RF-System), lecz można także zastosować kawałek rury plastikowej stosowanej w instalacjach domowych. Odpowiednie są rury o średnicy 32mm. W przypadku przymocowania anteny do ściany, komina lub drzewa, należy stosować linki nylonowe (dostępne w sklepach gospodarstwa domowego). Grubość linki 4mm jest wystarczająca. Linkę należy co roku sprawdzać, gdyż może ona utracić wytrzymałość pod wpływem promieniowania UV.
Wysokość anteny LW jest ważna. Lepiej jest zrobić ją krótszą, lecz wysoko umieszczoną niż odwrotnie. Powodem tego jest to, że anteny, które znajdują się na wysokości 1/4 długości fali lub niżej, będą bardziej czułe na sygnały przychodzące pod dostatecznie wysokim kątem. Oznacza to zazwyczaj sygnały jednoskokowe (one-hop) z odległości do 2000km. Transmisje z większej odległości przybywają pod znacznie niższym kątem w stosunku do powierzchni ziemi, często równolegle do niej. Anteny drutowe są bardziej czułe na takie sygnały, gdy znajdują się na wysokości większej niż 1/4 fali nad ziemią.
Dla pasma tropikalnego 60m (5MHz) oznacza to, że pożądana jest wysokość anteny co najmniej 15m na ziemią lub 10m, jeśli jest się zainteresowanym głównie 20m pasmem amatorskim (14MHz). Bardzo celowym jest zawieszenie anteny LW pod kątem około 30° w stosunku do ziemi. Uzyskuje się wtedy charakterystykę anteny bardziej dookolną, zakłócenia lokalne są zredukowane, a antena staje się czułą na sygnały z polaryzacją poziomą i pionową. Lepsze wyniki uzyskuje się, jeśli MLB jest dołączone do wyższego końca anteny. Jeśli sposób mocowania anteny, pokazany na rysunku, nie może być zastosowany, to należy eksperymentować we własnym zakresie, lecz należy pamiętać o tym, aby antena była możliwie jak najwyżej, zawsze na zewnątrz obszaru zakłócającego, otaczającego budynek (5m od ściany, 1 m nad dachem).
Na kablu po obu stronach należy zamontować wtyki PL 259. Złącza PL 259/SO 239 nie są wodoszczelne. Najprostszym sposobem uszczelnienia jest zastosowanie tulejki ochronnej RS-1 od RF-System. Tulejkę taką nakłada się na kabel przed zamontowaniem PL 259. Po zamontowaniu wtyku i skręceniu go z gniazdem SO 239 w MLB całość połączenia pokrywa się wazeliną lub specjalnym smarem morskim MR7. Następnie tulejkę nasuwa się na złącze aż do powierzchni MLB. W razie potrzeby tulejkę można swobodnie zesunąć. Można także owinąć złącze i początek kabla taśmą gumową samoutwardzającą się.
Uszczelnienie jest bardzo ważne, gdyż w przeciwnym przypadku kabel naciągnie wilgoć w siatkę ekranu, powodując znaczny wzrost strat i zły styk.
Kabel koncentryczny, prowadzący do MBL, którego ekran jest podłączony przez wtyk PL 259 do chassis odbiornika, musi być dołączony do uziemienia.
Uziemienie i zabezpieczenie od wyładowań atmosferycznych
W praktyce często stosuje się przewód zerowy sieci, lecz jest on zanieczyszczony interferencjami. Często stwierdza się lepsze wyniki, gdy będzie zastosowane oddzielne podłączenie od odbiornika do uziemienia. Jest to także znacznie bezpieczniejsze, gdyż ładunki statyczne mogą odpływać bezpośrednio do ziemi, zamiast przez złożony układ sieci domowej. W starych domach rura wodna stanowiła doskonałe uziemienie (do czasu, kiedy wprowadzono rury PCV).
Uziemienie można także wykonać samemu we własnym zakresie.
Miedziane pręty uziemiające są bardzo dobrym rozwiązaniem, lecz można także stosować rury stalowe, pokryte galwanicznie, o długości co najmniej 1,5m. Rurę należy wbić do ziemi i podłączyć do niej przewód uziemiający o średnicy co najmniej 4mm. Drugi koniec przewodu trzeba dołączyć do zacisku GND w odbiorniku komunikacyjnym. Zapewni to łatwy odpływ ładunków elektrostatycznych do ziemi. Jeśli tego się nie zrobi, metalowa obudowa odbiornika, kabel koncentryczny do anteny i kabel sieciowy będą tworzyły rodzaj "sztucznej anteny", a wtedy każde urządzenie elektryczne w domu może być źródłem zakłóceń, pogarszając stosunek sygnału do szumu. Jeśli absolutnie nie ma możliwości wykonania własnego uziemienia, wtedy pozostaje założyć oddzielny pojedynczy przewód między zaciskiem uziemienia odbiornika i zaciskiem zerującym przy liczniku energii elektrycznej.
Przy założeniu, że instalacja uziemiająca została wykonana właściwie, MBL pozwoli na odprowadzenie ładunków do ziemi bez uszkodzenia odbiornika. Jednakże nie może być on zabezpieczony w przypadku bezpośredniego uderzenia pioruna. Jeśli burza jest w bezpośredniej odległości, należy odłączyć antenę od odbiornika. Najlepiej byłoby wtedy uszczelnić wtyk antenowy na końcu kabla, a kabel wyrzucić za okno.

Zdzisław Bieńkowski SP6LB 

Pełny tekst artykułu na stronach magazynu