Υπολογισμός Διπόλου Κεραίας σε Οποιαδήποτε Συχνότητα για Εκπομπή.

Αρχικά θα θέλαμε να εκφράσουμε ένα μεγάλο ευχαριστώ στους εκλεκτούς συναδέλφους ραδιοερασιτέχνες για τα σχόλια και τις παρατηρήσεις τους στο προφίλ μου στο F/B για το θέμα της παρούσας ανάρτησης. Έχουν ληφθεί υπόψη όλα όσα γράφηκαν, έγιναν προσθήκες και διευκρινήσεις καθώς επίσης και η σχετική τεκμηρίωση του θέματος. Έτσι είναι μία ομαδική δουλειά.

Έχουμε απλοποιήσει τους υπολογισμούς για διευκόλυνση των νέων συναδέλφων χωρίς να χάνει από την επιστημολογία του... [Click στις φωτο για μεγέθυνση και ενδιαφέρον έχουν τα Link που έχουν συμπεριληφθεί στην ανάρτηση αυτή].

Ραδιοερασιτέχνης σημαίνει πολλά... μεταξύ των οποίων συγκαταλέγονται ο αλληλοσεβασμός η αλληλοβοήθεια, η αλληλεγγύη, οι κατασκευές, οι επισκευές, οι μετρήσεις, οι δοκιμές, ο χειρισμός υψηλής τεχνολογίας μηχανημάτων-υπολογιστών, και η έρευνα. 

Όλα αυτά επιτυγχάνονται με την εφαρμογή της μεθοδολογίας STEM. Η μεθοδολογία αυτή σαν όνομα είναι άγνωστη στους ραδιοερασιτέχνες όμως σαν πρακτική είναι ιδιαίτερα γνωστή. 
Ας προχωρήσουμε όμως στο θέμα μας !!!

Ο τύπος που υπολογίζει το μήκος κύματος μίας συχνότητας, ως γνωστόν, είναι: 
λ= 300:F (F=συχνότητα σε MHz και λ=μήκος κύματος) το αποτέλεσμα είναι σε μέτρα. 

Το 300 είναι το αποτέλεσμα της απλοποίησης της ταχύτητας του φωτός (300.000 Km/sec), με τον παρανομαστή που είναι σε Khz. Έτσι μπορούμε να εισαγάγουμε στον τύπο κατευθείαν την συχνότητα σε Mhz. 

Η ταχύτητα αυτή αναφέρεται στο κενό και κατά προσέγγιση. Επί της πράξης λαμβάνεται λίγο μικρότερη. Η παραδοχή αυτή δεν επηρεάζει τους υπολογισμούς μας ιδιαίτερα, ειδικά στα βραχέα όπου το μήκος κύματος είναι μεγάλο. 

Ο τύπος υπολογισμού του ολικού μήκους διπόλου είναι : 

Ολικό Μήκος Διπόλου =>   L = 150 : F  (αποτέλεσμα σε μέτρα)

(F = συχνότητα σε MHz,   L = ολικό μήκος διπόλου).

Για μεγαλύτερη ευκολία στην εύρεση του κάθε σκέλους του διπόλου χρησιμοποιούμε τη σχέση: 
L = 75 : F (F= συχνότητα σε MHz) 

Απλό παράδειγμα εύρεσης μήκους σκέλους διπόλου για τους 28,5 MHz: 

75 : 28,5 = 2,63 μέτρα. Το 2,63 πρέπει να το πολλαπλασιάσουμε με το συντελεστή βράχυνσης (velocity factor) ο οποίος κυμαίνεται γύρω στο 0,95 για σύρματα διαμέτρου 2 mm. Επομένως 2,63 x 0,95 = 2,5 μέτρα θα είναι το κάθε σκέλος του διπόλου. όμως κόβουμε 20 εκατοστά περίπου το σύρμα και το τυλίγουμε γύρω από τον εαυτό του όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Έτσι έχουμε τη δυνατότητα να ξετυλίξουμε ή να τυλίξουμε το άκρο όσο χρειάζεται ώστε να έχουμε στάσιμα 1:1. Η γέφυρα είναι ο απαραίτητος σύντροφος και βοηθός μας στην κατασκευή αυτή. 

Έτσι λοιπόν για τους 28,5 μεγακύκλους το κάθε σκέλος του διπόλου θα πρέπει να είναι (ιδεατά - θεωρητικά) και κατά μέγιστο από 2,50 μέτρα περίπου.  [Το αποτέλεσμα είναι πάντα σε μέτρα.]

Το πάχος του σύρματος επηρεάζει ελάχιστα το μήκος που υπολογίσαμε. Έτσι για πολύ χοντρά σύρματα ελαττώνεται ελάχιστα το μήκος του σύρματος. Η γέφυρα στασίμων είναι αυτή που θα μας δείξει πόσο πρέπει να ελαττώσουμε ή να μακρύνουμε τον αγωγό (σύρμα) μικρομετρικά για να συντονίσει στην επιθυμητή συχνότητα με 1:1. 

ΠΡΟΣΟΧΗ !!! Για να απλοποιήσουμε τους υπολογισμούς μας μπορούμε να μην λάβουμε υπόψη μας σκοπίμως το συντελεστή βράχυνσης (velocity factor) του αγωγού ο οποίος εξαρτάται από τον τύπο του σύρματος που χρησιμοποιούμε.  

Είναι ένας σταθερός συντελεστής (συμβολίζεται διεθνώς με το V) και επεμβαίνει στον αριθμητή του τύπου.

Ελαττώνει το μήκος του διπόλου ανάλογα με το μέταλλο του αγωγού και το πάχος αυτού. Ακόμη και η θερμοκρασία του περιβάλλοντος αυξομειώνει αυτόν τον συντελεστή γιατί αλλάζει η διάμετρος του αγωγού με τη θερμοκρασία λόγω συστολών και διαστολών. Αυτά όμως είναι θεωρητικές λεπτομέρειες.

Ο τύπος με την παρουσία του συντελεστή αυτού διαμορφώνεται ως: 
L = (150xV):F.  
[Πολλαπλασιάζουμε το 150 με το συντελεστή βράχυνσης και διαιρούμε το αποτέλεσμα με τη συχνότητα].

Οι τιμές του συντελεστή κυμαίνονται από 0,92 έως 0,98 ανάλογα με τον τύπο του σύρματος. 

Επαναλαμβάνουμε ότι κόβουμε λίγο μεγαλύτερα τα σύρματα για να μπορέσουμε να συντονίσουμε τα δίπολα στην επιθυμητή συχνότητα με ακρίβεια όπως υποδεικνύεται στην ανάρτηση: 

http://sv1ahh.blogspot.com/2013/09/blog-post.html

Για να μην μας προβληματίζει αυτό μπορούμε να κόψουμε το δίπολο στο μήκος που υπολογίσαμε χωρίς τον συντελεστή αυτόν και να τυλίξουμε τα άκρα του σαν πηνίο γύρω από τα σκέλη όπως αναφέρεται στο παραπάνω link και φαίνεται στην φωτογραφία. 

Τυλίγουμε και ξετυλίγουμε κατ' εντολή της γέφυρας στασίμων στη συχνότητα που θέλουμε να το συντονίσουμε. Όσο ξετυλίγουμε η συχνότητα συντονισμού κατεβαίνει προς τα μεσαία. Όσο τυλίγουμε ανεβαίνει προς τους 30 μεγάκυκλους. Προσέχουμε να έχουμε το ίδιο μήκος και στα δύο σκέλη για να μην παρουσιαστούν στάσιμα στην περίπτωση που υπάρχει διαφορετικό μήκος σε αυτά.

Αν δεν θέλουμε να ταλαιπωρηθούμε με τον velocity factor, ώστε να απλοποιηθούν οι υπολογισμοί μας, τότε ένας τύπος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί είναι 144/F. 
Διαιρούμε το 144 που έχει προκύψει από το 150 επί τον συντελεστή velocity factor (150x0,96=144) και διαιρούμε το αποτέλεσμα με την συχνότητα σε MHz. Έτσι βρίσκουμε κατ' ευθείαν το ολικό μήκος του διπόλου. 

Παράδειγμα:
144/28,5=5,05 μέτρα. Αυτό είναι το  συνολικό μήκος του διπόλου μας. 
Στη συνέχεια διαιρούμε με το 2 για να βρεθεί το μήκος του κάθε σκέλους του διπόλου.

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ !!! Πάντα "κόβουμε" τα σύρματα των διπόλων λίγο μακρύτερα για να δεθούν τα άκρα τους και το κέντρο αυτών στους μονωτήρες ή στο balun1:1 αν χρησιμοποιηθεί.  Προτιμάμε το μονόκλωνο σύρμα για ευκολία να τυλίξουμε το άκρο. Λαμβάνουμε υπό όψη όμως ότι το πολύκλωνο δίνει καλλίτερη απόδοση.
Αν ληφθεί στους υπολογισμούς μας ο συντελεστής «velocity factor»  ίσος με 0,96 τότε οι υπολογισμοί μας δεν απέχουν πολύ από τους απλοποιημένους υπολογισμούς που κάναμε χωρίς τη συμμετοχή του συντελεστή. Το αποτέλεσμα θα είναι  5 εκατοστά μικρότερο το ολικό μήκος του διπόλου.

ΩΦΕΛΙΜΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑ:  
Οτιδήποτε υπάρχει στον περιβάλλοντα χώρο της κεραίας (διπόλου) επηρεάζει αρνητικά το μήκος τους. Το ύψος τοποθέτησης είναι ένας παράγοντας που επηρεάζει το μήκος. Βέβαια αυτά είναι θεωρητικές λεπτομέρειες. Η γέφυρα στασίμων είναι ο καλλίτερος καθοδηγητής για την εύρεση επακριβώς του μήκους στην επιθυμητή συχνότητα. 

Παράδειγμα για την μπάντα των FM, και συγκεκριμένα  για το μέσο αυτής στους 100 MHz.

Με τους υπολογισμούς που παρουσιάζονται θεωρητικά στο άρθρο αυτό (ιδεατά) χωρίς να λάβουμε υπόψη μας το συντελεστή «velocity factor» βγαίνει 75 cm το κάθε σκέλος. [150/100=1,5 m δηλαδή 150cm συνολικό μήκος ολόκληρου του διπόλου.

Όμως αν λάβουμε υπόψη μας και το συντελεστή (0,96), τότε έχουμε: 

(150x0,96) : 100 = 144 cm συνολικά το μήκος διπόλου. Το κάθε σκέλος θα είναι από 72 cm.

Όμως επηρεάζει και το πάχος του σωλήνα αλουμινίου που θα χρησιμοποιηθεί, όσο πιο χοντρός τόσο πιο κοντό το δίπολο.

"Έρχεται" λοιπόν η γέφυρα στασίμων και μας δίνει μικρομετρική λύση στο κόψιμο ή το μεγάλωμα του διπόλου... 

Ενδιαφέρον έχει η σελίδα με εκτενή αναφορά στο συντελεστή βράχυνσης: 

https://yialiat-electronics.webnode.gr/ypologismos-mikoys-dipoloy/

Επειδή υπήρξαν πολλά εποικοδομητικά σχόλια κάτω από την ανάρτηση αυτή που έγινε στο f/b για τη σταθερά "velocity factor" επανερχόμενος παραπέμπω τους αναγνώστες στη διεύθυνση της ιστοσελίδας της μεγαλύτερης κοινότητας αγωγών της Νότιας Αυστραλίας : 

https://air-stream.org/technical/calculating-length-antenna/
που λεπτομερώς αναφέρει : 

Calculating the length of an Antenna

To calculate the wavelength of an Antenna the formula for Wavelength is the Speed of Light ~299,792,458 metres per second divided by the frequency in Hertz. However, because electricity travels slower through some materials than others, there is a need to reduce the speed of light by the Velocity of Propagation also commonly known as the Velocity Factor for example a piece of copper wire has a Velocity Factor of 0.951.

Consequently the formula of a full wave antenna at 2.447GHz (Channel 8) using copper wire is:

(299,792,458 x 0.951) / 2,4470,000,000 = 112mm

A Half Wave antenna would then be 56mm and a Quarter Wave antenna would be 28mm

Please note: This is only a guide to home made antenna building, when looking around the Internet you’ll find many variations to this calculation due of a number of reasons ranging from rounding down/up or ways to match the impedance of the antenna with the feed line.

For example feed lines for Transmitters and Transceivers are 50 Ohms so too Wireless LAN equipment. However a half wave dipole is 72 Ohms and a quarter mono pole is 30 Ohms but for maximum efficiency both feed line and antenna must be the same impedance. Consequently there are many tricks employed to achieve a match and no doubt antenna design is a very complex area, but you’ll be surprised of what can be done with a little experimentation, specially as the equipment used in Wireless LAN is very low-powered and therefor the risks of equipment damage and interference is minimal and so well worth having a go.

Πολλά 73 de SV1AHH.