A RÁDIÓAMATŐR

Írta: Magyar Rádióamatőr Szövetség. Beküldve: ELŐADÁSSOROZAT 1-72. rész

A RÁDIÓAMATŐR

ELŐADÁSSOROZAT 1–72. rész
2010–2015.
(Negyedik, bővített kiadás)

Szerző: Zentai Tibor HA2MN
Lektor és szerkesztő: Papp József

Letöltés:
pdf download

Az adó- és vevőantenna elve

Írta: HA2MN. Beküldve: ELŐADÁSSOROZAT 1-72. rész

Az adó- és vevőantenna elve

(A rádióamatőr - 6. rész)

Mint azt az előző részben megígértük, továbbra is maradunk a kedvenc drótdarabunknál. Jogosan merül fel a kérdés, hogy ha a rádióamatőr hobbiról értekezünk, miért ragadunk le e témánál, hiszen ott vannak a rádiók, melyek valaha az analóg elektronika, ma már inkább a számítástechnika csodáit képviselik. Nos, hiába lenne csodarádiónk, mert ha nem létezne a kedvenc drótdarabunk, semmire nem jutnánk. Teljes mértékben igaz, hogy a vezeték nélküli távközlés világában barangolunk, azért egy kis szabadtérben kifeszített drótra, vastagabb formájában fémrúdra mindig szükség lesz ahhoz, hogy a rádiócsodák működjenek.

Amikor egy két végén kifeszített drótot megpengetünk, a drót jobbra, balra heves kilengésbe kezd és valamiféle hangot is megfigyelhetünk. Ezt a kilengést mechanikus rezgésnek nevezzük. A rezgés a pengetés hatására először igen nagy, s ha várunk, idővel megszűnik, azaz csillapodik. Egy idő eltelte után pedig a drótdarab felveszi a nyugalmi állapotát. Ezt a fajta rezgést csillapított rezgésnek hívjuk. Ha a pengetést nem hagyjuk abba, akkor a drótdarab mindaddig rezeg, amíg a pengetést be nem szüntetjük. Ezt a fajta rezgést most önkényesen nevezzük el csillapítatlan rezgésnek. Ekkor ugyanis pengetés által a drótdarabbal folyamatosan energiát közlünk, azaz folyamatos rezgésre kényszerítjük. Vagyis nem hagyjuk, hogy a drótdarab nyugalomba jusson.

Még egy érdekes megfigyelést tehetünk: ha rövid a két végén rögzített drótdarab, a rezgése szapora, míg a hosszú drótdarab esetén a rezgése lomha lesz. Azaz az első esetben magas hangot, míg az utóbbi esetben mély hangot hallunk.

Ezen az elven működnek a húros hangszerek.

A drótdarabot azonban elektromos árammal is meg tudjuk pengetni (adóantenna), továbbá minden elektromos vezetőt az elektromágneses hullámok folyamatosan megpengetnek (ez a vevőantenna). Tehát ha valahol látunk egy drótdarabot, az bizonyosan meg van pengetve a minket körbevevő elektromágneses hullámok sokasága által.

A drótdarabra kényszerített elektromos megpengetés eredménye nem mechanikus rezgés, hanem elektromágneses tér keletkezése. A vevőantenna esetében pedig az elektromágneses terek a vevőantennában elektromos feszültséget indukálnak, amelyet igen érzékeny műszerrel mérni is képesek vagyunk. A rádióvevő például egy ilyen műszernek tekinthető, amely nem csak mérni képes az elektromágneses terek által az antennában indukált picike feszültséget, hanem képes arra is, hogy a sok millió forrásból (rádióadóktól) származó jelek közül kiválassza azt az egyet, amelyet hallgatni akarunk (ezt a képességet nevezzük szelektálásnak). A kiválasztott picike jelet azután a rádióvevő képes felerősíteni és füllel hallható hanggá átalakítani.

Noha a pengetés módja szerint elkülönítettük az adó és a vevőantennát, valójában kedvenc drótdarabunk mindkét feladatot egymagában képes ellátni. A gyakorlatban egy antennával tudjuk üzemeltetni a rádió adóvevőnket; adáskor a rádiónkból érkező elektromos jel pengeti az antennát, vételkor pedig a távoli elektromágneses terek pengetik azt. Meg kell jegyezni azonban, hogy ez kompromisszumos megoldás, ugyanis valójában az antennákat elméletileg el kell különíteni adó és vevőantennákra. Az adóantennával szemben az a követelmény, hogy a belevezetett elektromos energia minél nagyobb részét alakítsa át elektromágneses energiává, a vevőantennával szemben pedig az a követelmény, hogy a távoli forrású elektromágneses térből minél nagyobb elektromos jelet produkáljon. Az adóantenna e feladatnak nem tesz eleget, az ideális jelbefogáshoz (vételhez) más elvű antennát kell építeni.

A következő részben tovább vizsgáljuk az elektromosan megpengetett drótdarabunk tulajdonságait.

Elektronáramlás

Írta: HA2MN. Beküldve: ELŐADÁSSOROZAT 1-72. rész

Elektronáramlás

(A rádióamatőr - 7. rész)

Az előző részt azzal fejeztük be, hogy tovább vizsgáljuk az elektromosan megpengetett drótdarab tulajdonságait.

Mindenekelőtt az a kérdés vetődik fel, hogy a drótdarab miért pengethető meg elektromosan, s a szárítókötél vajon miért nem? A drótdarab mindig fémből készül, a közönséges szárítókötél viszont általában valamilyen műanyagból, kenderkötélből. Mint köztudott, a fémek vezetik az elektromos áramot, a közönséges műanyagok, a szárított növényi rostok viszont nem. Vajon mi ennek az oka, vajon mi történik, vajon hogyan zajlik ez a láthatatlan folyamat az elektromos vezetők belsejében, s vajon mitől nem áramvezetők a szigetelők?

Magyarázatunk egyszerű lesz, kivételes tulajdonságokkal, jelenségekkel most nem foglalkozunk. Anyag alatt a földünket alkotó kémia elemeket és az azokból képződött vegyületeket értjük a továbbiakban.

Elektromos áramnak nevezzük az elektronok áramlását.

Vannak anyagok, amelyekben, normál állapotban, valamilyen külső hatás következtében minden körülmények között, minden irányban létrehozható az elektronok áramlása. Ezeket vezetőknek hívjuk. E kategóriába tartozik a kedvenc drótdarabunk is.

Vannak olyan anyagok, amelyekben csak egyirányú elektronáramlás valósítható meg, azaz az elektronok mozgatása képszerűen szólva - mondjuk balról jobbra vagy lentről felfele idézhető elő valamilyen külső hatással. Ezek az anyagok tehát az egyik irányban vezetők, a másik irányban viszont szigetelők. Nevük félvezető.

Az anyagok nagy többségénél normál állapotban, normál külső hatások nem tudják az elektronokat áramlásra kényszeríteni, ezért ezeket az anyagokat szigetelőnek nevezzük.

Az ismert világegyetemet alkotó anyag különféle elemekből és azok vegyülékéből, azaz kémiai vegyületekből áll. Vannak olyan anyagállapotok is, amelyekben a különféle elemek összekeverednek, de kémiai úton nem kapcsolódnak egymáshoz. Ezek egyik tipikus példája a fémek esetében az ötvözetek, ahol különféle elemi fémeket olvasztunk össze, hogy egy új, valamilyen szempontból kedvezőbb tulajdonságú fémet kapjunk. A fém alkotóelemei az atomok nem kapcsolódnak kémiai úton egymáshoz, csupán keverednek.

Az elemek felépítése a következő. Az atommagot, amely a pozitív töltésű protonból és a semleges neutronból áll, elektronpályák veszik körül. Ezeken a pályákon különféle számú negatív töltésű elektron kering, mint a nap körül a bolygók. A fémeknél a legkülső pályán összesen egy elektron kering. Ez az elektron valamilyen külső hatással könnyen kibillenthető a pályájáról, ennek következtében kilöki a szomszédos atom külső elektronját annak pályájáról és annak helyén kering tovább. Ez a hatás fénysebességgel terjedő elektron pályaváltást idéz elő az egész anyagban. Ha e folyamatot távolról nézzük, úgy látjuk, hogy az elektronok áramlanak a fémben. Valóban így van - maguk az elektronok áramlanak, azonban igen lassan, hozzávetőlegesen centimétereket másodpercenként. Viszont a lökdösődés által keletkezett hatás továbbterjedési sebessége fénysebességű.

A legjobban úgy érthetjük meg ezt a jelenséget, ha egy hosszú vályúban billiárdgolyókból kialakítunk egy szorosan összezárt sort. Ha a sor elején álló golyót egy picit meglökjük, a sor utolsó golyója is azonnal elmozdul, noha a sorban lévő összes golyó csak egy nagyon picit mozdult előre.

Ezzel a példával pontosan le is írtuk az elektronáramlás folyamatát. Még annyit, hogy az elektronok folyamatos áramlása akkor tud létrejönni, ha az első atom kilökött elektronja valahonnan pótolható. A következő részben meg fogjuk nézni, hogy honnan, és folytatjuk az anyagok, közöttük a kedvenc drótdarabunk elektromos tulajdonságainak elemzését.

Rezonanciagörbe

Írta: HA2MN. Beküldve: ELŐADÁSSOROZAT 1-72. rész

Rezonanciagörbe

(A rádióamatőr - 44. rész)

Az előző részekben megismerkedtünk a soros és párhuzamos rezgőkörökkel. Arra azonban még nem kaptunk magyarázatot, hogy miért nevezzük rezgőkörnek a kondenzátor-tekercs-ellenállás alkatrész-kombinációt. Emlékeztetőül idézzük fel, hogy egy rezgőkör akkor van rezonanciafrekvencián, amikor egy adott frekvencián a rezgőkörbe épített kondenzátor és tekercs reaktanciája pontosan megegyezik egymással. A körben lévő ellenállásnak szerepe nincs a rezonanciafrekvencia befolyásolásában, s mint később látni fogjuk, a kör aktuális ellenállása csak a rezgőkör tulajdonságain ront. Ez az ellenállás akkor is jelen van, ha a körbe egyáltalán nem teszünk valódi ellenállást - ezért ezt az ellenállást a rezgőkör veszteségi ellenállásának nevezzük.

Vizsgáljuk meg azt az esetet, amikor egy párhuzamos rezgőkörre egy pillanatig egyenfeszültséget kapcsolunk. Az egyenfeszültség ne legyen túl nagy, mert a tekercset leégeti, ha nagy az átfolyó áram.

A rákapcsoláskor a kondenzátor elkezd feltöltődni (emlékezzünk: induló állapotban a kondenzátor rövidzár, az induktivitás szakadás), s ahogy a kondenzátoron nő a feszültség, azaz egyre több elektromos töltést tárol, az induktivitás kezdi felépíteni a maga körüli mágneses teret. Gyorsan kapcsoljuk le az egyenfeszültséget a rezgőkörről, s ezt követően úgy találjuk, hogy elektromos energia maradt a rezgőkörben, mind a kondenzátorban megmaradt töltések, mind az induktivitás által felépített mágneses tér által. Ekkor kialakul egy olyan állapot, amikor a kondenzátor és a tekercs között a töltések elkezdenek ide-oda áramlani. Ez az áramlás a rezgőkör kapcsain szinuszos feszültségváltozás formájában észlelhető és frekvenciája pontosan megfelel annak a frekvenciának, ahol az induktív és kapacitív reaktancia megegyezik egymással.

Ez az állapot mindaddig fennmarad, amíg a körben található veszteségi ellenállás fel nem emészti a körben rekedt energiát. Tehát ha egy rezgőkörre pillanatnyi egyenfeszültséget kapcsolunk, a rezgőkörön az egyenfeszültség lekapcsolását követően szinuszos váltakozó feszültséget mérhetünk, amelynek frekvenciája megegyezik a rezgőkör rezonanciafrekvenciájával, nagysága pedig folyamatosan csökken a veszteségi ellenállás miatt. Ezt a rezgést csillapított rezgésnek nevezzük.

Amennyiben az elveszett energiát valamilyen módon pótoljuk, a rezgés folyamatosan fennmarad. Ezen az elven működnek a rezgéskeltők, más néven az oszcillátorok, amelyekkel később foglalkozunk.

Korábban már megvizsgáltuk, hogy ha egy párhuzamos rezgőkörre változó frekvenciájú feszültséget kapcsolunk, a rezonanciafrekvenciánál sokkal kisebb és nagyobb frekvenciákon a rezgőkör a feszültséget nagymértékben csökkenti, azaz közelítőleg rövidzárnak tekinthetjük a rezgőkört. A rezonanciafrekvencia közelében meredeken nő a feszültség, rezonanciafrekvencián eléri a csúcsát, majd ismét meredek csökkenésbe kezd a frekvencia további kismértékű növelésének eredményeként. A feszültség és a frekvencia változás összefüggéseit ábrázoló adatokat görbeként felrajzolva kapjuk meg a rezonanciagörbét. Párhuzamos rezgőkörök esetében a görbe olyan benyomást kelt, mintha egy harang lenne, csak a csúcsa sokkal meg nyújtotta bb, mint egy normális kinézetű harangnak. Soros rezgőkör esetén ez a görbe pontosan fordítottja az előzőnek, s kinézete olyan, mint egy csúcsára fordított harang.

A következő részben körbejárjuk azt, hogy a rezonanciagörbe kinézetét milyen módon befolyásolja a rezgőkör veszteségi ellenállása. Az építendő detektoros rádiónk szempontjából egyáltalán nem mindegy, hogy milyen jóságú (kiemelkedő csúcsú) rezgőkört alkalmazunk. A rádióamatőr ugyanis mindig a tökéletességre törekszik, amely állapot ügyes megoldásokkal sokszor jól megközelíthető.

Soros rezgőkör

Írta: HA2MN. Beküldve: ELŐADÁSSOROZAT 1-72. rész

Soros rezgőkör

(A rádióamatőr - 42. rész)

Az előző részben vizsgálat tárgyává tettük a passzív rádióalkatrészekből (ellenállás, induktivitás, kondenzátor) kialakított áramkörök viselkedését a szinuszos váltakozó áramok esetében. Megállapítottuk, hogy a reaktanciát képviselő alkatrészek (induktivitás és kondenzátor) miatt minden frekvencián más és más ohmban mért, impedanciának nevezett ellenállást mutat az áramkör. Az impedancia tehát a frekvencia függvényében változik.

Vegyük ismét elő a sorosan kapcsolt ellenállásból, induktivitásból és a kondenzátorból álló áramkört. Vizsgáljuk meg, hogyan alakul az impedanciaviszony a frekvencia változtatásával, azaz a frekvencia függvényében.

Emlékeztetőül elevenítsük fel a reaktanciák számítási metodikáját; az induktiv reaktancia

XL= ω*L, a kapacitív rektancia XC=1/ω*C képlettel számítható. A körfrekvencia képlete ω=2*π*f. A reaktancia értéket ohmban kapjuk meg, amely minden frekvencián más és más eredményt ad.

Az előző részben kifejtettük, hogy az ellenállást, induktivitás és kondenzátort tartalmazó soros kör (a továbbiakban soros RLC kör) impedanciája úgy számítható ki, hogy az induktív reaktanciából ki kell vonni a kapacitív reaktanciát, majd az eredményül kapott reaktanciát négyzetre kell emelni (azaz önmagával kell megszorozni) és hozzá kell adni az ellenállás négyzetéhez. A kapott értékből négyzetgyököt kell vonni ahhoz, hogy megkapjuk a három sorbakapcsolt alkatrész által képviselt impedanciát ohmban.

Vizsgáljunk meg, hogy egy adott kis frekvencián hogyan alakul az impedancia. Az ellenállás értéke adott, az induktív reaktancia kicsi, a kapacitív viszont nagy, emiatt a soros kör impedanciája nagy lesz, és kapacitív jelleget mutat. Növelve a frekvenciát az induktív reaktancia nő, a kapacitív viszont csökken. Ennek eredményeképpen az impedancia az egyre nagyobb frekvencián egyre kisebb lesz, tehát csökken.

Egy bizonyos frekvencián elérjük azt az állapotot, amikor az induktív reaktancia megegyezik a kapacitívval, azaz az induktív reaktanciából kivonva a kapacitívat nullát kapunk eredményül. Ez azt jelenti, hogy azon a bizonyos frekvencián a soros RLC körből eltűnnek a reaktáns elemek és az impedancia megegyezik az ellenállás értékével. Ezt a bizonyos frekvenciát rezonanciafrekvenciának nevezzük.

Ha tovább növeljük a frekvenciát, az induktív reaktancia egyre nő, a kapacitív viszont egyre csökken, emiatt a kör impedanciája ismét növekedni kezd, és induktív jelleget mutat.

Amennyiben megvizsgáljuk a soros RLC kör impedancia és frekvencia viszonyait, azaz az impedancia alakulását a frekvencia függvényében, következő megállapításokat tehetjük: Végtelen kis frekvencián, azaz egyenáramon a kör végtelen nagy ellenállást mutat, vagyis szakadásnak    tekinthető.

Rezonanciafrekvencián a kör impedanciája megegyezik az ellenállással, azaz az átfolyó áramot csak az ellenállás korlátozza. Ha kivesszük az ellenállást és csak soros LC körként vizsgáljuk a helyzetet, az impedancia nulla, azaz a soros LC kör beiktatása rezonanciafrekvencián rövidzárat, más értelmezésben teljes átvezetést jelent. Végtelen nagy frekvencián az impedancia is végtelen nagy lesz ismét. A soros LC kört soros rezgőkörnek nevezzük.

00