Όταν μιλάμε για τη λειτουργία ενός ραδιοερασιτεχνικού σταθμού στα βραχέα κύματα (HF), η κεραία είναι αναμφίβολα το πιο κρίσιμο εξάρτημα. Συχνά ακούμε για «θαυματουργές» κεραίες ή, αντίθετα, για απογοητευτικές επιδόσεις. Τι είναι όμως αυτό που καθορίζει την πραγματική απόδοση (efficiency) μιας κεραίας στα HF και πώς μπορούμε να τη μεγιστοποιήσουμε;
Σε αυτό το άρθρο θα αναλύσουμε τους βασικούς
παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση, πέρα από τον γνωστό σε όλους δείκτη
στάσιμων κυμάτων (SWR).
1. Απόδοση Κεραίας (Antenna Efficiency)
vs. Κέρδος (Gain)
Είναι σημαντικό να ξεκαθαρίσουμε δύο έννοιες
που συχνά συγχέονται:
Απόδοση
(η): Είναι ο λόγος της ακτινοβολούμενης ισχύος προς τη
συνολική ισχύ που τροφοδοτείται στην κεραία.
Κέρδος
(Gain): Εκφράζει την ικανότητα της κεραίας να
κατευθύνει την ακτινοβολούμενη ισχύ προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση (σε σχέση
με ένα ισοτροπικό ή δίπολο μισού μήκους κύματος).
Μια κεραία μπορεί να έχει τέλεια προσαρμογή
(SWR 1:1), αλλά πολύ χαμηλή απόδοση αν η περισσότερη ισχύς καταναλώνεται ως
θερμότητα σε απώλειες εδάφους ή πηνία προσαρμογής.
2.
Οι Κύριοι Παράγοντες που «Κλέβουν» Απόδοση
Α. Απώλειες Εδάφους (Ground
Losses)
Το έδαφος κάτω και γύρω από την κεραία παίζει
καθοριστικό ρόλο, ειδικά στις κάθετες κεραίες (verticals).
Στις κάθετες κεραίες Quarter-Wave (λ/4), το
έδαφος αποτελεί το «μισό» μέρος του συστήματος της κεραίας. Αν το σύστημα των
ραντιάλ (radials) δεν είναι επαρκές, η αντίσταση εδάφους (Rg)
αυξάνεται, απορροφώντας πολύτιμα Watt που μετατρέπονται σε θερμότητα αντί για
ραδιοκύματα.
Στις οριζόντιες κεραίες, το ύψος από το
έδαφος επηρεάζει τη γωνία ακτινοβολίας. Αν μια οριζόντια κεραία είναι πολύ
χαμηλά (λιγότερο από λ/4 από το έδαφος), μεγάλο μέρος της ισχύος ακτινοβολείται
κατευθείαν προς τα πάνω (NVIS) ή απορροφάται από το έδαφος.
Β.
Ωμικές Απώλειες και Πηνία Φόρτωσης (Loading Coils)
Όταν χρησιμοποιούμε μικρές κεραίες για τις
χαμηλές μπάντες (π.χ. 40m ή 80m), αναγκαζόμαστε να χρησιμοποιήσουμε πηνία φόρτωσης
για να τις συντονίσουμε. Κάθε πηνίο όμως εισάγει ωμική αντίσταση (RF
resistance). Όσο πιο μικρή είναι η κεραία σε σχέση με το μήκος κύματος, τόσο
μεγαλύτερες είναι οι απώλειες στο πηνίο και τόσο πέφτει η συνολική απόδοση.
Γ.
Απώλειες στις Γραμμές Μεταφοράς και τα Balun
Το SWR στην ίδια την κεραία μπορεί να
διαφέρει από αυτό που βλέπουμε στο shack μας. Υψηλό SWR στη γραμμή μεταφοράς (ομοαξονικό καλώδιο)
προκαλεί επιπλέον απώλειες (coax dieletric and copper losses), οι οποίες
αυξάνονται όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος του καλωδίου. Επίσης, ένα κακής
ποιότητας ή ακατάλληλο Balun/Unun μπορεί να υπερθερμανθεί, χάνοντας ισχύ.
3.
Πρακτικοί Τρόποι για τη Βελτίωση της Απόδοσης
Δώστε
Ύψος: Για οριζόντιες κεραίες (δίπολα, End-Fed, Delta Loops),
προσπαθήστε να τις σηκώσετε τουλάχιστον σε ύψος λ/2 για τη βασική μπάντα
λειτουργίας τους, ώστε να πετύχετε χαμηλή γωνία ακτινοβολίας για DX και
λιγότερες απώλειες.
Επενδύστε
στα Radial: Αν χρησιμοποιείτε κάθετη
κεραία, μην τα τσιγκουνεύεστε. Πολλά και σχετικά κοντά ραντιάλ είναι συχνά
προτιμότερα από λίγα και πολύ μακριά.
Προσοχή στις Γραμμές
Μεταφοράς:
Χρησιμοποιήστε ομοαξονικά καλώδια χαμηλών
απωλειών (ειδικά αν οι αποστάσεις είναι μεγάλες) και φροντίστε η προσαρμογή
(tuning) να γίνεται όσο το δυνατόν πιο κοντά στο σημείο τροφοδοσίας της
κεραίας.
Επιλογή
Υλικών: Χρησιμοποιήστε αγωγούς με καλή αγωγιμότητα
(χαλκός, αλουμίνιο) και αποφύγετε λεπτά σύρματα που αυξάνουν την ωμική
αντίσταση στα high-power σήματα. Προτιμούμε πολύκλωνα και ανάλογου πάχους με
την εκπεμπόμενη ισχύ.
Συμπέρασμα
Η ιδανική κεραία στα βραχέα είναι πάντα ένας
συμβιβασμός ανάμεσα στον διαθέσιμο χώρο, το κόστος και τη φυσική. Κατανοώντας
όμως ότι η απόδοση δεν είναι μόνο θέμα ενός «καλού SWR», μπορούμε να κάνουμε
τις σωστές παρεμβάσεις για να βεβαιωθούμε ότι και το τελευταίο Watt που βγαίνει
από τον πομποδέκτη μας θα βρει τον δρόμο του προς την ιονόσφαιρα.
73 de SV1AHH