Obkreslovači všech zemí spojte se

Postupem času jsem se dobrala k několika GB rádioamatérské literatury, no a protože se mi opět udělalo zle a tudíž nějaká normální práce nepřipadá v úvahu, jala jsem se ten kentus prohrabovat. Tentokrát jsem popadla cosi amerického (abyste si nemysleli, že se navážím jen do Daneše) a hned ze začátku mne tam uchvátilo toto zapojení přijímače pro pásmo 40m:

Omlouvám se za rozlišení, ale takhle to připlulo. Kontrolní otázka soudruzi! Jakou má tohle vstupní impedanci na konektoru k anténě? 

Odpověď je jednoduchá — nikdo to neví, protože vstupní impedance závisí na poloze knoflíku RF Gain. Pokud bude tento na minimu a do vstupu tedy nepůjde vůbec nic, pak ten krám bude mít vstupní impedanci 500Ω. Ta je daná tím potenciometrem. Pokud bude běžec na opačné straně, bude těch slavných 500Ω paralelně k něčemu, co je dané vstupní propustí a signálovou cestou až po Q5, což se samozřejmě dá vypočítat, protože závěr je už teď jasný. Charakteristickou impedanci nějakého sehnatelného koaxiálního kabelu, čili 50Ω nebo 75Ω, to netrefí.

Trefit ji potřebuji ze dvou důvodu. Především, pokud je koaxiální vedení zatíženo charakteristickou impedancí, má při libovolné délce nezávislou transformaci impedance na kmitočtu, neb tato je vždy 1:1, čili se délka vedení projevuje pouze útlumem, ale nikoliv změnou impedance. Důležitější ale je, že v této konfiguraci ten kabel nejen nevyzařuje, ale z principu reciprocity také neposlouchá, jinými slovy nesbírá rušení. Čehož tady ovšem nejde dosáhnout.

V té propusti je mnoho podezřelých věcí, takže jsem se nakonec rozhodla ji simulovat. Anténa má viditelně nějaký koaxiální vstup, dnešní koaxiální kabely mají vstupní impedanci 50Ω nebo 75Ω, najdete i pozůstatky z počítačových sítí v podobě 93Ω kabelů, nicméně drtivá většina moderní elektroniky včetně rádioamatérských zařízení používá 50Ω systém. Otázkou je druhá strana té propusti. 

Tady udělám malou vsuvku. Kondenzátory jsou v tomto schématu udávané jak v pF tak v μF, přičemž musíte odhadnout v kterých jednotkách ten který zrovna je. Pro normální svět je to samozřejmě neakceptovatelné, ale v rádioamatérské branži je to naprosto obvyklé a nikdo se nad tím nepozastavuje. Ano, mám je opravdu strašně ráda, nicméně věřte, že to z mé strany není předpojatost, ale pouze zkušenosti, rádioamatérskou koncesi mám přes čtvrt století. Pokud tedy vidím kondenzátor značený .01, patrně to nebude 0.01pF, ale spíše 0.01μF, tedy 10nF. Tento kondenzátor je v serii, je obrovský, tudíž ho mohu ignorovat a uvažovat o tom jakoby to bylo propojené natvrdo. On tam v podstatě dělá pouze dc-block pro bias báze Q5.  470pF v bázi Q5 ale už ignorovat nemohu, nějaké parametry bude mít sám tranzistor. Rozhodla jsem se nahradit jej impedancí 300Ω. Pokud se zamyslíte nad jeho zapojením, ono to něco kolem těch 300Ω zhruba bude, pochopitelně to nebude čistě reálné, nicméně. Přistupme tedy k simulaci. Budu předpokládat, že RF-Gain je na maximu a anténa má impedanci 50Ω. V tento moment mohu paralelních 500Ω potenciometru radostně ignorovat, protože těch necelých 5Ω dolů, no, dobře, je 10%, ale to se v pohodě ztratí. Čili propust vidí ze vstupní strany 50Ω, z výstupní strany 300Ω a součástí propusti je 470p kondenzátor v bázi Q5. 

Celé to vypadá jako pěkně navržená propust, nojo, ale někde kolem 9MHz, kdežto přijímač je pro pásmo 40m, což jsou kmitočty 7000..7200kHz, nikoliv 9MHz. Asi chápete, že tady je něco hodně špatně. Pokud se podíváte do okolí 7MHz, pak zjistíte, že ono se tam překvapivě něco děje.

Teď tady udělám veliký myšlenkový skok, protože jednak nechci aby to bylo zbytečně dlouhé, současně si jej mohu díky zkušenostem dovolit. Před příchodem 50Ω systému rádioamatéři používali kdoví co, no a jednou z takových historických věcí byla anténa Windom. Tato anténa byla napájena jediným drátem proti zemi, což byla v době jejího vzniku obrovská výhoda a v dnešní době její smrt. Opravdu vám nedoporučuji tuto konstrukci hledat na internetu, tedy pokud nechcete ztratit poslední zbytky příčetnosti. Odkazy povedou na rádioamatérské stránky. Konstrukčně ta anténa není ničím zvláštní, jedná se o půlvlný horizontální zářič umístěný do 0.2λ výšky nad zem s napájením v ⅓. Podstatou tohoto na dnešní dobu poměrně šíleného napájení je impedance 450Ω (tedy teoreticky). To se právě bere v té ⅓ délky, uprostřed horizontálního půlvlného dipolu máte nulovou impedanci, na koncích zase nekonečnou. No a vedení z jednoho drátu taženého nějak prostorem má charakteristickou impedanci právě kolem těch 450Ω, jinak řečeno, můžete mít libovolně dlouhý svod, protože vedení zatížené svojí charakteristickou impedancí transformuje impedanci 1:1.  Pochopitelně vám to posune fází, ale to vás u jediného dipolu nemusí zajímat. Vypadá to geniálně a v době svého vzniku též bylo, protože v domech prakticky nebyly elektrické spotřebiče, které by produkovaly nějaké elektromagnetické pole vyšších kmitočtů než je ten klasický síťový, takže napájení proti zemi, která se v tento moment stávala jedním z vodičů a do antény zahrnula všechny zdroje rušení v širém okolí, skutečně nebylo problémem, no dnes již neplatí ta první část, ta přestala platit s prvním masověji prodávaným televizorem, čili někdy v 60. letech, což z té antény činí cosi nepoužitelného. Řešení samozřejmě existuje v podobě FD4, což je podobná myšlenka, kde zase horizontální dipol napájí mimo střed přes upravený balun tak, aby se na výstupu balunu dosáhlo impedance 50Ω. Tady je ještě poloha mimo střed optimalizovaná pro dosažení rezonance v non-warc rádioamatérských pásmech, která chodí v harmonických, nicméně FD4 konstrukčně není Windom a nemá s tou anténou prakticky nic společného, tedy krom toho, že patří do skupiny dipólů napájených mimo střed. Rádioamatéři vám ale budou tvrdit, že Windom a FD4 je totéž. 

Abych se ale vrátila k původní myšlence. Vznesme hypotésu. Cokdyž je vstup určený pro Windom? V tom případě by při RF-Gain v maximu vstup propusti viděl zhruba 250Ω (pro jednoduchost uvažuji, že Windom bude mít impedanci 500Ω a 500Ω potenciometr tedy půjde paralelně k ní a sežere polovinu výkonu). Jak se to projeví na vlastnostech filtru?

No a rázem jsme doma, máme krásnou propust na 7MHz, protože si ji netlumíme nízkou impedancí na vstupu. Můžeme se na to pochopitelně podívat i v detailu:

Zde prosím vidíte další krásu té konstrukce. Člověk, který počítal ten filtr, ho zjevně počítal se středem na 7000kHz, ač amatérské pásmo 40m bývalo od 7000kHz do 7100kHz, dnes končí na 7200kHz. Ale ona na začátku je vždycky telegrafie a ta je nejzajímavější. Toto mimochodem platí pro všechna krátkovlná pásma, platí to i pro VHF, ale v UHF se začnou dít věci, už v 70cm pásmu máte na začátku a konci převaděčové segmenty, protože převaděč musí mít kmitočtově uplink comožná nejdále od downlinku, tedy s ohledem na nákladnost a vyrobitelnost duplexeru. Nicméně i tak můžete za začátek pásma považovat 432MHz a pak je to v podstatě kopie pásma 144MHz včetně té telegrafie na začátku, přičemž budete předpokládat, že první a poslední 2MHz patří převaděčům, přičemž to, co zbývá uprostřed, zase pro změnu družicovce. 23cm toto schéma v podstatě používá také a nějak takhle to funguje prakticky až do konce. 

Čistě pro zajímavost. Jaký udělá posun na 1μH namísto 1.1μH?

No a rázem se nám tak trochu posunul střed. Tak trochu na 7.35MHz.

Už jsme si ukázali, že ta věc není navržena na funkci s 50Ω anténou, v podstatě vstupní propust přestává fungovat jako propust, ale stává se z ní útlumový článek, přesněji řečeno dolní propust s útlumem, samozřejmě se všemi důsledky. Budeme tedy předpokládat, že k zařízení máme připojenu Windomku a začneme stahovat RF-Gain. Pokud tento bude na minimu, bude propust vidět zkrat. Co bude propust dělat když uvidí řekněme 50Ω již víme z předchozí simulace, takže se podíváme ještě na 100Ω, abychom měli řekněme nějakou další mezipolohu. 

Tady ta propust začíná být poněkud mizernou, nicméně vidíte, že už víceméně nějak funguje. Můžeme nad tou věcí ale uvažovat dále. Pokud použiji velice zkrácenou anténu, řekněme nějakou vertikální tyčku, pár metrů drátu vyhozeného z okna s klíči na konci (tzv. klíčová anténa), či něco podobného, bude mít taková věc poměrně vysokou impedanci. Tohle používá třeba MiniWhip, kde se použije krátká tyčka následovaná aktivním impedančním konvertorem, opět nic záhadného. V takovém případě bude propust vidět 500Ω paralelního odporu potenciometru, který samozřejmě bude tlumit signál z antény v řádu desítek dB. 

Propust sama se ale dál chová jako propust, takže s tím řekněme vážný problém nemá. Jenomže tímto se dostávám k první špatné stránce té konstrukce. I s šílenou náhražkovou anténou se to bude chovat lépe, než s moderní správně navrženou anténou s 50Ω svodem, který jako jediný je imuní vůči rušení z blízkých zdrojů v domácnosti, ovšem pakliže na druhé straně dostane to, co mu náleží.

Prostým zatížením toho vstupu se způsobí, že zbývá jediny vrchol někde kolem 9.5MHz. Také jsem se zamyslela nad tím, kolik dalších parazitních vrcholů tam může být.

No a ukazuje se, že ony tam prakticky žádné další nejsou. Zbývá dodat jediné. Přenos a útlum odrazu je na všech screenshotech vykreslen lineárně. Z toho plyne, že ty obrovské velehory nad kterými jste dělali jéžišmarjá, jéžišikriste a občas i pane bože, jsou ve skutečnosti rozdíly v jednotkách dB, což se poslechově moc postihnout nedá. Nějaké +3dB, které nám přinese použití windomky se radostně zase ztratí na potenciometru od RF-Gainu, takže rozdíl bude jen v lehkém potlačení okolí přenášeného pásma, takže ono to nějak fungovat bude a řekněme, že to nebude úplně špatné, za největší problém osobně považuji, že ať uděláte cokoliv, bude vám poslouchat svod. Protože u Windomky je to vlastnost, no a u čehokoliv s 50Ω výstupem je to dané nepřizpůsobením. Snadno pozorovatelné chování je dolní propust s mezním kmitočtem 10MHz. Nicméně se na tom dá ukázat JAK vznikají rádioamatérské konstrukce. Oni prostě z něčeho z dob windomky popadli vstup, k tomu přilepili nějaký 500Ω potenciometr, protože to někde viděli, zbytek toho zapojení je variace na gilbertovu buňku, kde v závěru jako rozdílový zesilovač použijí LM386. Tahle prasečina, ovšem s NE602, se táhne rádioamatérskými konstrukcemi už dobře 30 let, stejně jako tohle zapojení filtru, stejně jako ten potenciometr.Místo toho, aby nějak příčetně navrhli přijímač, tak popadnou různé „odzkoušené“ konstrukce a nějak to lepí k sobě. A když jim potom ten Frankenstein alespoň trochu ožije, tak to někam vysypou jako úžasnou konstrukci. Solve et coagula et naser si kočičko. Ono prohledávání stackoverflow namísto programování viditelně není úplně nová myšlenka.

A pokud se vrátím k úplně první otázce, tj. jakou to má vstupní impedanci, tak na to se dá po simulacích poměrně snadno odpovědět. Bude to něco mezi 150-500Ω (max-min RF-Gain). Stačí se podívat na schmiťáky.