Een afgestemde antenne vermindert problemen en verhoogt de efficiëntie

Een goed afgestelde FM-zendantenne is essentieel voor een goede werking van uw uitzendsysteem, maar minder dan 25 procent van de ingenieurs stelt hun FM-antennes af op basis van mijn 40 jaar observatie.

Als u dit niet doet, kan dit het multipad verhogen, de dekking verminderen, de luidheid en de geluidskwaliteit beïnvloeden, de SCA-overspraak verhogen, resulteren in het opwarmen van componenten (wat het falen van het antennesysteem kan veroorzaken) en een heleboel andere nasties.

Waarom doen ingenieurs dit niet?

Vaak realiseren ze zich niet dat ze het moeten of weten ze niet hoe ze de taak moeten uitvoeren. Velen zijn ook van mening dat alles goed gaat omdat het gereflecteerde vermogen van hun zender laag is; maar dit is niet noodzakelijk zo.

Veel, zo niet de meeste, weerspiegelden vermogensmonsterspanning, wat betekent dat ze alleen nauwkeurig zijn als hun monster zich precies op een spanningsmaximum (stroomminimum) in het systeem bevindt; anders lezen ze abnormaal laag.

Een andere reden waarom de methode van gereflecteerd vermogen slecht is, is omdat het alleen het gereflecteerde vermogen op de hoofddrager leest - en onthoud dat FM niet alleen de hoofddrager is; er zijn veel zijbanden, dus de antennemeting moet over het hele FM-kanaal worden geveegd.

Ik heb ooit voor een FM-station op de grote markt gewerkt dat meer dan 20 jaar op een buiszender draaide. Het toonde nul gereflecteerd vermogen op zijn meter. Ze waren van plan de zender te vervangen door een halfgeleidereenheid, die ze kochten en naar behoren testten onder een blinde belasting.

Het liep een halve dag prima bij de vereiste TPO van 8,800 watt. Ik had de hoofdingenieur gewaarschuwd dat hij de antenne moest laten vegen voordat hij de zender installeerde. Dat deed hij niet, en toen we de nieuwe zender op de antenne plaatsten, klapte hij terug tot 600 watt!

Een zwaai van de antenne liet zien waarom: de antenne resoneerde met een frequentie van 2.2 MHz hoger dan hun frequentie, en met hun frequentie hadden ze een genormaliseerd retourverlies van –15 dB, wat overeenkomt met een VSWR van ongeveer 1.43: 1. Bedenk dat hun oude buiszender de hele tijd dat deze in gebruik was geen gereflecteerd vermogen vertoonde. Nadat de antenne in het veld was afgesteld (we hebben het genormaliseerde retourverlies teruggebracht tot –28 dB, wat ongeveer een VSWR van 1.08: 1 betekent), kwam de nieuwe zender op zijn volle vermogen van 8,800 watt en toonde slechts 12 watt gereflecteerd vermogen.

Maar daar stopt het verhaal niet. Terwijl ik die ochtend op weg naar huis luisterde, hoorde ik de producer, in de ether met de DJ, zeggen: "Engineering moet iets goeds hebben gedaan - tijdens mijn rit naar binnen, het signaal brak hier, hier en hier" uit elkaar " , en vanmorgen bleef het glashelder! ' Dit station genereerde al meer dan 20 jaar multipad; het was nu weg.

Om ervoor te zorgen dat een FM-antenne presteert op het niveau waarvoor hij is ontworpen, moet hij worden afgestemd op een genormaliseerd retourverlies van –25 dB of beter (gelijk aan een VSWR van ongeveer 1.11: 1) over de volledige 200 van het station kHz-kanaal (als het station bijvoorbeeld een licentie heeft voor 100.7 MHz, loopt het kanaal van 100.6 tot 100.8 MHz).

Er zijn verschillende manieren om dit te doen.

Het gemakkelijkst is om een spectrumanalysator en een trackinggenerator te gebruiken. De generator is ingesteld om over het kanaal te vegen, gekalibreerd in een open en kortsluiting en aangesloten op de transmissielijn van de antenne. Vervolgens wordt het retourverlies in dB van de antenne weergegeven.

Retourverlies is letterlijk het vermogensniveau (in dB) dat wordt teruggekaatst langs de transmissielijn vanaf de antenne. Als de generator 0 dBm de lijn opstuurt en de analyser een retourverlies van 25 dB vertoont, is het aan de analysator geretourneerde vermogen –25 dBm.

Realiseer je dat omdat de transmissielijn ook verlies heeft, het retourvluchtverlies van de lijn moet worden opgeteld bij het nummer om het werkelijke retourverlies te bepalen. Dit is wat ik bedoel met genormaliseerd retourverlies.

Afb. 1: Een vak van een vertaalantenne zoals beschreven in de tekst. Je stemt het af door de moer op de vier armen los te draaien en vervolgens een staaf in en uit te schuiven aan de punt van elk bay-element.

Courtesy ERI Laten we voor de duidelijkheid aannemen dat de transmissielijn precies 3 dB verlies heeft (50 procent). Als de volggenerator 0 dBm uitzendt, is het vermogen dat bij de antenne aankomt –3 dBm. De antenne reflecteert dan het vermogen terug langs de lijn, die weer wordt verzwakt met 3 dB tijdens zijn terugreis naar de grond.

Dit betekent dat een retourverlies van –25 dB betekent dat het daadwerkelijke retourverlies van de antenne –19 dB is (–25 plus 6). Het lijnverlies zorgt ervoor dat dingen er beter uitzien dan ze in werkelijkheid zijn. Retourverlies kan ook worden gebruikt om het werkelijke lijnverlies te meten - open gewoon de lijn bij de antenne, kijk naar het retourverlies bij de drager en deel door twee (vanwege de betrokken retourvlucht).

Ik was onlangs betrokken bij het vervangen van de antenne bij een FM-vertaler voor een Philadelphia AM-station. De FM-antenne is bovenop de AM-toren gemonteerd. De richtantenne die we hebben geïnstalleerd, is gemaakt door een grote antenneleverancier. Het wordt afgestemd door de lengte van de elementen te veranderen: een moer losdraaien en een staaf in en uit schuiven aan de punt van elk compartimentelement (zie Fig. 1).

Het was een vrij arbeidsintensieve operatie met de antenne met twee bays die we hebben (acht totale aanpassingen). Andere FM-antennes worden afgesteld door hun baai-afstemband te verplaatsen of door de bijpassende transformator aan de onderkant van de antenne aan te passen.

Fig.2: Initiële analyseplot van de nieuw geïnstalleerde, maar niet afgestemde antenne.

Fig.3: De niet-genormaliseerde plot na veldafstemming van de antenne.

Fig.4: De niet-genormaliseerde meting van het retourverlies voorbij de AM-isocoupler.

We zijn begonnen met het eerst meten van het (retour) retourverlies van de lijn met ontkoppelde antenne. Het verlies was –3.1 dB. Dit vertelde ons twee dingen: dat om onze metingen te normaliseren we 3.1 dB moesten optellen bij de meting die we daadwerkelijk zagen, en dat het eenrichtingsverlies van de lijn ongeveer 1.5 dB was. Dit nummer hebben we nodig om het zendvermogen in te stellen en ook om de vergunningaanvraag op te zetten.

Nadat de antenne was geïnstalleerd, hebben we onze eerste (ongestemde) meting uitgevoerd. Het analyseresultaat is te zien in Fig.2.

Het midden van het scherm is de draagfrequentie van 105.7 MHz. Bij deze frequentie is het retourverlies –13 dB, niet erg goed. Door het lijnverlies van 3.1 dB hierin op te tellen, krijgen we een genormaliseerd retourverlies van ongeveer –10 dB, wat overeenkomt met een VSWR van ongeveer 1.8: 1. Deze meegeleverde antenne zal helemaal niet goed presteren en zou waarschijnlijk 5 tot 8 watt gereflecteerd vermogen hebben op de zender

De niet-genormaliseerde plot na veldafstemming van de antenne wordt getoond in Fig. 3. De lengtes van de elementen werden met een inch verkort. De genormaliseerde aflezing op de drager is –36.9 dB. Merk ook op dat de antenne eigenlijk een beetje laag is afgesteld.

De elementen hadden idealiter nog een centimeter kunnen worden verminderd, maar het begon te regenen en we wilden de bemanning van de toren halen. Dit zijn nog steeds uitzonderlijke prestaties; over het FM-kanaal is het genormaliseerde retourverlies –26.9 of beter (ongeveer 1.095: 1 VSWR)! Let ook op de twee tweede aangrenzende stations op 105.3 en 106.1 nabij de toppen van de "V".

Fig. 4 toont de niet-genormaliseerde meting van het retourverlies voorbij de AM-isocoupler. De isocoupler is nodig om de FM-stroom over de basisisolator van deze "hete" AM-toren te koppelen. De isocoupler heeft 0.5 dB verlies, dus het round trip loss bedraagt nu 4 dB. Dit betekent dat het genormaliseerde retourverlies bij de drager nu –31.5 dB bedraagt. Over het FM-kanaal is dit –25 dB worst case (bovenkant van kanaal = 105.8 MHz). Dit is nog steeds beter dan 1.11: 1 VSWR). We zullen waarschijnlijk de torenbemanning terug hebben om de antenne in de toekomst optimaal af te stemmen.

Hoe laat je je antenne afstemmen?

De beste manier is om een consultant in te huren die over de juiste apparatuur en kennis beschikt. Veel lokale consultants kunnen dit doen. Natuurlijk moet hij aanwezig zijn terwijl de torenmensen daar zijn. In ons geval moesten we ook de basisweerstand en reactantie van de AM-ondersteuningstoren opnieuw meten en het afstemnetwerk van het AM-station aanpassen aan de zender (50 ohm).

Om beide te doen, kostte mijn adviseur me iets minder dan $ 500 - goed besteed geld, vooral als het wordt afgeschreven over de tijd dat de antenne in gebruik is.

Ten slotte toonde de zender 345 watt voorwaarts vermogen en nul watt gereflecteerd vermogen. De signaalrapporten zijn uitstekend - solide signaal met heel weinig multipath in de hele stad, inclusief het centrum van Philadelphia, en geweldig klinkende audio (vooral de bas - herinneren eraan dat de lage frequenties de meeste bandbreedte in FM innemen).

Ik hoop dat dit artikel nuttig voor je is geweest. Zorg er alsjeblieft altijd voor dat je je FM-antenne afstemt.

Kijk ook eens naar:

Hoe maak je een krachtige Homemade FM-antenne maken

Hoe een FM-signaal van de antenne naar ontvangers te splitsen

Hoe maak je het eenvoudige DIY FM-dipoolantenneontwerp

How om een zelfgemaakte FM stereo antenne te bouwen

Als u een FM / TV-zender wilt aanschaffen voor omroepdiensten, neem dan gerust contact met ons op via e-mail: [e-mail beveiligd].

Vorige:Inleiding tot Ultra-Wideband (UWB) -technologie

Vervolg:Zijn er verschillen in amplitudemodulatie (AM), frequentiemodulatie (FM) radiogolven?