Цей матеріал корисний для тих, хто хотів би витратити гроші для поліпшення якості зв'язку з максимальною ефективністю, В ньому розглянуті різні способи досягнення так необхідні всім децибел і наведена оцінка витрат для їх одержання.
Не всі, але багато радіоаматори, рано чи пізно стикаються з проблемою поліпшення якості зв'язку. Питань при цьому виникає багато, але основних, як правило, всього два: купувати потужний лінійний підсилювач або покращувати антенну систему? І той і інший багато в чому можна віднести до розряду філософських. Ну а ми спробуємо детально розглянути їх з точки зору матеріальних витрат і ергономіки, тобто - поліпшення споживчих якостей радіосистеми і, на основі цих міркувань спробуємо дати поради, якими деякі з вас можуть навіть спробувати.
В останні роки в світі спостерігається стійка тенденція до зменшення потужності передавачів там, де така можливість існує. Це обумовлено впровадженням нового напрями розвитку сучасної техніки - енергозбереження, що дозволяє економити постійно виснажуються запаси корисних копалин, які в свою чергу, використовуються для виробництва електричної енергії, що все більш гучними заявами "зелених" про шкоду будь-якого радіовипромінювання. Ці факти, природно, не є визначальними при виборі способу поліпшення ефективності зв'язку для мільйонів радіоаматорів у всьому світі. Їм (у т. ч. нам весь час хочеться далі-більше-могутніше, навіть якщо при цьому доведеться одягнутися в свинцеві халати! Комусь потрібен перший DXCC, комусь 9В WAZ, і так до нескінченності! Накопичення нагород, прославляють нас самих, для деяких стає метою життя №1! З віком це перетворюється в звичку, і зупинитися вже неможливо.
Перше, що радистові приходить в голову при бажанні виділитися серед інших - це виготовити надзвичайно потужний підсилювач. Однак при детальному розгляді задачі факти вказують на те, що встановлення надмірно потужного лінійного підсилювача для збільшення рівня випромінюваного сигналу є далеко не оптимальним рішенням.. Одним з таких фактів є співвідношення ціна/якість досягнутого результату. Ну а в нашій країні проблема ціни задоволення поки залишається в цьому питанні, мабуть, головною.
Перед подальшим розглядом питання зробимо невеликий відступ для короткого ознайомлення з якимсь приладом: т. зв. - S-метром, призначеним для оцінки сили сигналу S-шкалою відповідно. Таким приладом забезпечені всі промислово випускаються трансивери. Шкала цього приладу є нелінійною, а ціна поділок його шкали відповідає зміні сигналу на 6 дБ. Таким чином, 1 бал відповідає 6 дБ. Показання S-метра будь-якого трансивера не можна розглядати як абсолютно точні і, часом, навіть як приблизні (не можна забувати, що на KB рівень сигналу приходить з ефіру взагалі не МОЖНА порівнювати з тим, хто прийшов РАНІШЕ з-за випадкового характеру його шляху від випромінювача до приймача, ще складніше це зробити в режимі SSB, т. к. амплітуда сигналу змінюється за зміни рівня голосу оператора). Ці свідчення годяться лише для проведення якісного аналізу ступеня збільшення випромінюваної потужності передавального пристрою.
Тепер проведемо якесь практичне заняття. Спробуємо поступово збільшувати вихідну потужність передавача і спостерігати наскільки змінюються показання S-метра на приймачі вашого кореспондента і побудуємо графік, в якому відображаються витрати на придбання відповідного підсилювача. Відомо, що для збільшення сили сигналу на приймаючій стороні на 3 дБ необхідно збільшити потужність підсилювача передавальної станції У ДВА РАЗИ! Зауважимо, що 3 дБ відповідають тільки одного половині поділки шкали S-метра, тобто рівно пів-бала!
Відповідно, для збільшення сили сигналу на приймаючій стороні всього на один бал за шкалою S-метра необхідно збільшити потужність передавача вже в ЧОТИРИ рази! Використовуючи таку просту арифметику можна підрахувати ступінь збільшення потужності вихідного сигналу кореспондента виходячи з показань S-метра. На рис. 1 показані три шкали S-метра з показаннями, відповідними різним потужностей підсилювача кореспондента ілюструють це правило.
Таким чином, застосування підсилювача потужністю 1 кВт замість 100-ватного викличе збільшення сигналу на приймачі вашого кореспондента приблизно на 10 дБ (1.5 бала за S-метру), що, безумовно, є досить помітною подією для оператора, але стає ще більш помітним, коли розумієш, що платити за це задоволення припадає близько 1500$. Саме стільки коштує кіловатний підсилювач невисокої якості. Купівля підсилювача потужністю 1,5 кВт (всього на 500 Вт могутніше!) обійдеться вже в суму близько 2500 $ (приклади наведено нижче), а на S-метрі ви побачите збільшення показань на 0.5 бала. Тут мова йде про середній вартості промислових KB підсилювачів для аматорських цілей, крім вироби вітчизняних кулібіних та пристрої Міністерства оборони.
Цікавий висновок: у цьому випадку різниця між 5-6 і 5-8 буде коштувати близько 2500$. Однак витрати радіоаматорів, що вибрали саме цей шлях для покращення своїх досягнень, не обмежуються витратами на підсилювач. Наприклад: у випадках, коли підсилювач не має вихідного керованого контуру, необхідно використовувати антенний тюнер. Вартість випускаються промисловістю тюнерів, розрахованих на потужність 300 Вт, складає в середньому 500$. Ну і, звичайно, не варто забувати про плату за електроенергію. Підсилювач, вихідна потужність якого складає 500 Вт, споживає приблизно 1000 Вт з мережі. Така пропорція зберігається і при інших потужностях. Наприклад, улюблена багатьма ГУ-78 при 4 кВт в антені споживає з мережі вже близько 8 кВт. А промислові широкосмугові передавачі типу "БРИГ" (1кВт), "ПОЛУМ'Я" (10 кВт) і подібні їм, працюють з ККД близько 30% - далі рахуйте самі. При підрахунках врахуйте також і те, що ця апаратура є джерелом перешкод іншим працюючим електронних пристроїв. В першу чергу - звичайно, телебаченню. Підсилювачі потужності створюють багато, м'яко кажучи, незручностей для любителів нескінченних телесеріалів, з якими хочеш не хочеш - доводиться рахуватися. З багатьма проблемами, пов'язаними з перешкодами телебаченню допоможуть впоратися різного роду фільтри. Вони теж коштують грошей. (Зовсім недавно випуск деяких їх них освоєно саратовської компанією REMO. Дешевше і краще, ніж імпортні...)
Але, якщо станція знаходиться в сільській місцевості, то брак електроенергії взагалі не дасть зробити навіть довгого "а-а-а-а-а-ле, раз, два, три...". У дерев'яних сільських будинках і будинках "нових росіян" одна з найважливіших проблем - пожежобезпечність. Вогнегасники та якість проведення стануть постійним головним болем. У підсумку набіжить чимала сума. Це тільки основні аспекти, пов'язані з використанням потужного підсилювача.
А зараз розглянемо детальніше іншу можливість поліпшення якості зв'язку: використання ефективної антеною системи. На що необхідно звернути увагу в цьому випадку:
Перше. Необхідно розуміти, що:
підсилювачі підсилюють тільки сигнал передавача і, на відміну від антен, нічого не роблять для поліпшення прийому.
Друга. Вкрай важливою властивістю антени є можливість зменшувати рівень заважаючого сигналу за рахунок використання її спрямованих властивостей. Обертаючи антену, можна домагатися оптимального її напрями, відповідного найбільш якісного прийому сигналу, тобто покращувати відношення сигнал/шум - найважливіший параметр в радіозв'язку.
Вартість антени, що забезпечує аналогічний приріст рівня сигналу на передачу, буде на порядок менше, ніж вартість потужного підсилювача. Як вже говорилося, збільшення потужності вихідного підсилювача на 6 дБ (всього 1 бал на S-метрі вашого кореспондента), тобто в ЧОТИРИ рази приблизно зі 100 Вт (потужність стандартного трансивера), варто: QRO HF-1000 (600 Вт)-2690$, Ameritron AL-80 В (850 Вт РЕР)-1350$, Ameritron 811 (600 Вт РЕР)-1050 $, Command Technologies HF-1250 (800 Вт)-3250$ (ціни наведено московських компаній). Конкретно 400-ватних підсилювачів при підготовці цього матеріалу знайти не вдалося. Цікаво, що той же приріст (близько 6 дБ) по відношенню до настільки популярного в народі "довгого проводу" 84 метра має, наприклад, звичайна 4-х елементна антена Яги або аналогічні квадрати. А застосування більш серйозних антен забезпечує ще більше посилення відповідно. Вартість таких антен вітчизняних виробників складає приблизно від 100 до 400$, в залежності від діапазону і ступеня складності власне антени. Ми наводимо дуже усереднені ціни, але навіть вони красномовно говорять самі за себе. Крім того, необхідно мати на увазі, що антена з горизонтальною поляризацією розташована над землею має посилення приблизно на 5-6 дБ більше, ніж у вільному просторі (точне значення залежить від параметрів землі). Цей фактор необхідно враховувати при розгляді ефективності підсилювачів і антен. Приріст потужності від 1 кВт до 4 кВт (знову всього 1 бал на S-метр!) обійдеться вам вже в 4-9 тис. $: (QRO 3 KDX (2.8 кВт), Henry 3 k ULTRA (ЗкВт), HF-2500E (2.5 кВт)).
Візуальна ілюстрація цього наведена на рис. 2.
На горизонтальній осі відкладені значення підсилення антен, розташованих на висоті 22 метри над реальною землею виражені в дбі (докладно про посилення див. стор 4 каталогу "БРИЗ Зима 2001"). Тут же нанесені значення потужності сигналу, яку випромінює антена за умови, що вихідна потужність передавача (трансивера) складає 100 Вт. При цьому за початок координат прийнято саме це значення. Посилення і потужність нанесені на одну і ту ж вісь для того, щоб можна було наочно продемонструвати різницю в ціні посилення сигналу для підсилювачів і антен. На вертикальну вісь нанесена ціна, яку вам доведеться заплатити за все те, що нанесено на горизонтальну. У вигляді графіків представлені дані для антен діапазонів 7, 14, 21 і 28 МГц і стека з двох антен діапазону 14 МГц. Таким чином, графіки показують, яка сьогодні середня московська ціна за посилення, що отримується тими чи іншими антенами. Наприклад, з малюнка видно, що антену діапазону 14 МГц з посиленням 16 дбі (5 елементів YAGI), можна придбати за 750 $. Точками відзначені підсилювачі потужності, які можна придбати сьогодні в московських компаніях.
При цьому підсилювачі знаходяться у більш вигідному, по відношенню до антен, положенні, оскільки значення випромінюється в ефір потужності відповідають роботі підсилювача на напівхвильовий диполь, розташований на висоті 22 м. Візьмемо, приміром, підсилювач ALPHA-87 А. При 100 ватах на вході вихідна потужність його складає 1.5 кВт, що відповідає посиленню приблизно 12 дБ (15 разів) Якщо б цей підсилювач був підключений до изотропному випромінювача, то ми б нанесли його на наш малюнок на вертикальну вісь, відповідну значенню 12 дБ. Однак у нашому випадку всі підсилювачі працюють на напівхвильовий диполь, тому нам необхідно додати 2.15 дБ (різниця в посиленні між ізотропним випромінювачем і диполем) і добавку приблизно в 5 дБ, що виникає за рахунок впливу землі. Разом - майже 19 дБ, що і показано на малюнку. Якщо сигнал потужністю 100 Вт посилити 19 дБ вийде майже 8000 Вт. Таке ж посилення в 19 дбі (тобто відносно ізотропного випромінювача) має стек всього з двох антен. Показово те, що ціна за одне і те ж посилення різниться майже в 6 разів! Ще більш показовим виглядає вартість однакового приросту підсилення підсилювачів і для анетнн. Нагадаємо: збільшення потужності на 3 дБ (наприклад, з QRO-1000 до QRO-2500) буде коштувати майже 2000 $, в той час як ті ж 3 дБ приросту для великих антен діапазону 7 МГц обійдеться всього в 300-400$.
На малюнку не показані більш потужні підсилювачі, що випускаються промислово, оскільки їх ціна перевищує значення, показані на вертикальній осі і саме з цієї причини доступні одиницям вітчизняних радіоаматорів, так що їх поява в Росії можна вважати винятком.
При цьому нехай вас не бентежить те, що ми порівнюємо однодиапазонные антени з підсилювачами, що працюють на всіх діапазонах, адже якщо у вас є антена тільки на один діапазон, то, купуючи підсилювач, ви "в навантаження" отримаєте можливість "підсилювати" і всі інші діапазони, працювати на яких не зможете.
З графіка видно, яку суму можна заощадити, встановивши відповідну антену, при цьому забезпечивши той же результат на S-метрі вашого кореспондента.
Крім усього іншого у вас є можливість плавно поліпшувати показники антеною системи, створюючи стека антен. Грамотно об'єднавши в стек всього дві антени, можна поліпшити прийом відразу (в кращому випадку) у два рази, тобто на 3 дБ. На практиці все виходить куди більш загадковіше: перемикаючи взаємно антени стека і фази їх харчування в різних комбінаціях (зараз це роблять крихітні пристрої!) можна змінювати діаграму спрямованості у вертикальній площині всієї антеною системи, вибираючи найбільш підходящий в даний момент варіант. У нашій країні таких антен на KB вкрай мало, а УКХ-істів, які використовують такі антени було мало, і стає все менше і менше. А от у світі переваги такої конструкції антеною системи відомі давно. Чого вартий, наприклад, стек OH8OS, що складається з 6 антен з 6 елементів на діапазон 20 метрів (три поверхи по 2), на щоглі висотою 60 метрів і вагою 1.5 тонни, яка має близько 25 посилення дбі! Іншими словами це рівносильно підключенню до 100-ватному трансиверу 30 киловаттного підсилювача!
Чи антена W5UN - головного "місячника" планети. Його конструкція складається з 32-х до 17-ти елементних антен. Ширина пелюстки антени в площині Е всього 3.7°, а посилення становить 32 дбі (1585 раз по потужності)! Обертається така конструкція двома вантажівками, причому, для здійснення повного обороту потрібно приблизно 7 хвилин!
Конструкції КС1ХХ, NCOP, W3LPL, W6KPC - фантастичні споруди! Звичайно, ці запаморочливі конструкції антен недоступні більшості звичайних радіоаматорів, однак більш прості конструкції, що складаються з 2-х поверхів сучасних багатодіапазонних антен під силу багатьом. Важливо враховувати, що при збільшенні потужності вихідного підсилювача збільшення його ціни відбувається у геометричній прогресії, а поліпшення параметрів антен (навіть враховуючи вартість набору щогла-редуктор) дається значно меншими силами і витратами.
Таким чином модернізація антеною системи є найбільш оптимальним способом підвищення ефективності всієї радіосистеми, що дозволяє не тільки істотно поліпшити якість радіозв'язку, але і мінімізувати матеріальні витрати. Також поліпшення параметрів антени дозволяє позбавитися від всіх недоліків, описаних вище, супутніх застосуванню потужного лінійного високочастотного підсилювача сигналу.
На наш погляд можна позначити 5 умовних категорій оснащення аматорських станцій, де перехід у кожну наступну, при збереженні попередніх досягнень, дозволяє відчути реальний якісний стрибок у результатах роботи.
Перша початкова визначається наступним набором: - 100 ватів і довгий дріт або многодиапазонная штирьова антена.
Друга: застосування підсилювача з вихідною потужністю близько 1 кВт.
Третя: установка обертається спрямованої антени.
Четверта: збільшення вихідної потужності до 3-4 кВт. І остання,
П'ята: установка стека антен. На цьому етапі можна відпочити, і до пенсії (або протягом її!) безтурботно працювати в ефірі. Успіх вам забезпечений!
Остаточне рішення щодо вибору способу підвищення ефективності роботи вашої станції завжди залишається за вами.
Важлива довідка: на території Росії в ліцензіях першої (вищої!) категорії KB (виключаючи 160 м) дозволена вихідна потужність 200 ватт!
Ми рекомендуємо гроші, призначені для другої і четвертої категорії, направляти відразу в п'яту (Hi!).
На закінчення статті ми наводимо корисну таблицю. Уважно вивчивши її, можна зробити цікаві висновки, як то: у скільки разів (приблизно) ваш кореспондент збільшив вихідну потужність свого РА, коли ваш S-метр показав різницю у 4 бали 4 бали - це 24 дБ або 250 разів по потужності...), хоча він запевняє вас, що у нього ЗхГУ-50. Або у скільки разів "посилиться" ваш сигнал при підключенні антени з посиленням 5 дБд замість "довгого проводу" (5 дБ=3.1 рази по потужності).
Автори: А.с Дубінін (RZ3GE), А. Калашников (RW3AMC); Публікація: krasnodar.online.ru/hamradio, www.cxem.net