"Topení" - koncové stupně pro CB aneb Nevěřte všemu, co se o nich říká

Cílem tohoto článku je vnést trochu světla do výkonů, kterými disponují CB výkonové zesilovače. Hned na začátku chci upozornit, že k dále popisovaným závěrům jsem došel sám a tudíž nemusí být stoprocentně správné. Ale informace, které se mi dostali do rukou, ať už je to učivo ze školy nebo několik odborných článků a katalogů, jsou, myslím, dostatečnou podporou.

O co jde: jde o výkony: znáte to. Kolega vám nabídne CB zesilovač, je na něm napsáno 120 W. Vy ho vezmete a na vašem PSV-Wattmetru naměříte výstupních 80 W při 4 W FM. Co to ? Aby vás kolega uklidnil, řekne vám, že 120 W je v "sajdbendu" a má od vás pokoj. Vy jste spokojení, protože i když náhodou SSB máte, zkouškou zjistíte, že vám ručička Wattmetru lítá až za roh, takže na těch 120 W možná něco je. Bohužel, tak to není.

Za prvé, první věc, která nesouhlasí již se zmíněnými 120 W, je katalogový list od výkonového tranzistoru. Pro příklad uvedu parametry tranzistoru MRF 455, který je asi v téhle výkonové řadě nejobvyklejší:

kde U_ce - max. napětí na přechodu C-E, napájecí napětí (V)
I_c - max. povolený proud kolektoru (A)
P_tot - max. ztrátový výkon tranzistoru ( to jest to, co hřeje ) (W)
G - zisk tranzistoru (dB)
F - tyto údaje platí pro frekvenci ... (MHz)
F_t - max. použitelný kmitočet pro zesílení rovno 1 (MHz)
P_out - max. dosažitelný výkon pro frekvenci F (to, co leze do antény) (W)

Už vlastně výrobce "topení" ví, že blafuje. Takže dejme tomu, že dostaneme z konce maximálně 80 W. Když se ale podíváte na další katalogový údaj, a sice zisk, zjistíte, že při 4 W na vstupu stejně 80 W na výstupu nedosáhnete. Protože pokud 4 W zesílíte o 12 dB, dostanete výsledek 67 W. Takže už jsme někde na polovině původních 120 W. Optimální buzení by v tomto případě bylo okolo 7 W, aby se dosáhlo teoretického maxima a pokryly se všechny ztráty.

Dalším faktorem, který ovlivňuje výkon tranzistoru, je jeho teplota. Ta malá hliníková krabička prostě trvale nemůže uchladit 80 W. No, možná v mrazu, tam asi tranzistor nepřelejzá přes kritické hodnoty. Výrobce udává, že teplota pouzdra tranzistoru by neměla přesáhnout 50 stupňů. Při tomto stavu je chladič tak o 10 stupňů chladnější. Takže když už nemůžete na svém "topení" udržet ruku, vězte, že tranzistor se pěkně potí a je zralej na odchod do věčných lovišť. No, to jsem asi přehnal, ale na životnosti mu to rozhodně nepřidá. Každopádně, vřele doporučuju pořídit ventilátor a přišroubovat ho na žebra. Je to asi nejlevnější řešení a zajistí poměrně účinné chlazení.

Další věc je, že vaše "topítko" postrádá jakýkoliv výstupní filtr. Já vím, no a co, stejně způsobuje jen další útlum výkonu. No jo, ale vzhledem k tomu, že tranzistor pracuje ve třídě C, tak na něm dochází k značnému harmonickému zkreslení. Druhá harmonická je potlačena o pouhých 12 dB, třetí o 18 dB. Takže výkon, který na těchto kmitočtech vyzáříte, je 5 W, resp. 1,25 W. Takže dost na to, aby vás bylo slyšet desítky kilometrů daleko z nějaké větší kóty. Proto dávám další doporučení, postavte si výstupní filtr. Pokusím se ho nějak vyzkoušet, návrh mám, takže se časem objeví i tady.

Takový ideální 80 W zesilovač by měl vypadat asi takto: Velké pasivní chlazení, ovládání signálem PTT ze stanice, plynule regulovaný výstupní výkon, zabudovaný PSV metr s reflektometrickou ochranou a výstupní filtr s potlačením druhé harmonické alespoň o 30 dB. Problém je, že by byl asi tak 3 x dražsší než ty konce, které se běžně prodávají.

Z celého článku vyplívá, že konstrukce CB zesilovačů pro FM je nějak pochybená. Je tady dost velký prostor pro vlastní úpravy. A to jsem ještě nenapsal to, o čem jsem původně psát chtěl. Totiž o zesilovačích pro SSB. Původně se to mělo vejít sem, ale bylo by toho dohromady dost. Kdyby se chtěl někdo dozvědět o téhle problematice trochu víc, doporučuju si sehnat sborník KLÍNOVEC 87. Tam je problematika koncových stupňů perfektně rozebrána. A nebojte se, co platí na amatérských pásmech, platí na CB taky.

SSB - vznik signálu s jedním postranním pásmem

Tento článek je určen technicky vyspělejším čtenářům. Vysvětluje vznik signálu SSB ve vysílači. Ze zkušenosti vím, že princip amplitudové a kmitočtové modulace (AM a FM) je dostatečně známý, ale právě SSB je zahaleno rouškou tajemství.

To, že SSB vychází z AM, to většina uživatelů SSB staniček tuší. Pro přenos řeči jsou důležité kmitočty od 300 Hz do asi 2400 Hz. Klasická AM modulace je vlastně směšování dvou kmitočtů, nosného a hovorového. Takto to vypadá v kmitočtovém spektru:

Produktem směšování jsou dvě postranní pásma a sice dolní ( 9000 kHz - 2400 kHz = 8997.6 kHz ) a horní ( 9000 kHz + 2400 kHz = 9002.4 kHz ) a nosný kmitočet 9000 kHz. Šířka pásma je ( 9002.4 kHz - 8997.6 kHz = ) 4.8 kHz, téměř 5 kHz. Koncový stupeň TRXu tedy při zaklíčování vysílá nosný kmitočet. Jakmile začneme mluvit, objeví se obě postranní pásma a PA u TRXu je vysílá také.

Pro přenos informace ( řeči ) však nosný kmitočet není potřebný. Pokud ho odfiltrujeme, zůstanou nám obě postranní pásma, která však jsou závislá na modulování, tzn. na řeči operátora. Pokud nemluvíme, nic se nevysílá. Pokud promluvíme, výstupní výkon a kmitočet vysílače je závislý na charakteru řeči. Křičíme - li, je výkon velký, šeptáme - li, je malý. To je řečeno samozřejmě zjednodušeně, v TRXu jsou další obvody, které toto omezují, ale pro pochopení principu je to nejvýstižnější. U AM vysílačů se obvykle výstupní výkon rozděluje takto: nosný kmitočet 50 %, postranní pásma po 25 %. Odstraněním nosné tedy ušetříme 50 % výkonového zatížení PA.

Pokud se zamyslíme, zjistíme že obě postranní pásma nesou stejnou informaci, ale jsou navzájem inverzní ( otočené - u dolního pásma zastupuje vyšší hovorový kmitočet nižší vysílaný kmitočet, u horního je to obráceně ). Pokud tedy jedno z postranních pásem odřízneme, nic se nestane. Ušetříme dalších 25 % výkonu, ale kvalita informace zůstane zachována. Zmenšíme tak i šířku pásma na 2.4 kHz a celkem ušetříme 75 % výkonu, nutného k přenosu. Toto tvrzení berte s rezervou, ve skutečnosti je to jinak, nicméně dokazuje, že modulace s jedním postranním pásmem je z energetického hlediska podstatně výhodnější nežli FM a AM.

Dále se pokusím nastínit jednotlivé kroky vzniku SSB ve vysílači. SSB signál je v TRXu vyráběn ve většině případů na kmitočtu 9 MHz, který se potom směšuje s kmitočtem, jejichž součet nebo rozdíl je kmitočtem vysílače ( např. pro pásmo 28 MHz - 9 MHz + 19 MHz = 28 Mhz ). Takže máme oscilátor 9 MHz. Jeho signál je přiveden na tzv. balanční modulátor. Jeho princip je následující. Představte si kmitočtově závislý můstek, který je v rovnováze právě při kmitočtu 9 MHz. Nulový indikátor má nulovou výchylku. Přivedením hovorového kmitočtu do můstku dojde k jeho rozvážení a nulový indikátor se pohne. Tímto krokem jsme vlastně odřízli nosný kmitočet, který můstkem neprojde, ale obě postranní pásma ano. Potlačení nosné má být alespoň 40 dB. Získali jsme tedy signál s potlačenou nosnou a s dvěma postranními pásmy ( DSB - Dual Side Band ). Dalším krokem je filtrace jednoho z pásem, které se provádí jednoduše filtrem, který propustí buď horní ( 9000.3 - 9002.4 kHz ) nebo dolní ( 8997.6 - 8999.7 kHz ). Tyto filtry jsou elektronicky přepínány. Tím vybíráme právě USB ( Upper Side Band - horní p. p. ) nebo LSB ( Lower Side Band - dolní p. p. ).

To je vlastně všechno. Princip není nijak složitý, horší je to s konstrukční stránkou, ale o tom až někdy příště. Na závěr ještě jedna kalkulace. Dejme tomu, že máme akumulátor o kapacitě 10 Ah. Odběr staničky na příjem je zanedbatelný, počítejme nulový. Na vysílání FM 4 W je odběr řekněme 1 A. Při "portejblu" nebo expedici mluvíme asi stejnou dobu jako posloucháme, tzn. poměr RX / TX 1:1. Průměrný odběr z akumulátoru je tedy 0.5 A. Teoreticky bychom měli s akumulátorem vydržet 20 hodin. Pokud ovšem použijeme SSB modulaci, kde je výstupní výkon závislý na charakteru řeči, jsme na tom energeticky lépe. Řekněme, že poměr promodulování je také 1:1. Tím získáme průměrný vysílací proud 0.5 A. Se stejným akumulátorem tedy teoreticky vydržíme 40 hodin.

Tento článek byl pro někoho možná trochu nudný, nicméně doufám, že se někdo dozvěděl nové věci a že už na CB neuslyším, že při podmínkách (Es) je možné "sajdbendem" udělat slovensko, ale FM-kou ne a bude se dotyčná osoba s vámi vášnivě hádat ( pro nevěřící - mám SR potvrzenou QSL lístkem - i na CB ).

Malá korektura: U počítání teoretické délky vysílání jsem dost nejasně formuloval poměry u SSB. Takže znovu: poměr RX/TX 1:1. Poměr modulace u SSB TX 1:1. Tím získáme poloviční průměrný vysílací proud, tj. 0,5 A. Potom bude celkový odebíraný proud z aku 0,25 A. Proto vydržíme s akumulátorem teoreticky dvakrát déle.

Využití kabelů s odlišnou impedancí na CB

Zde se pokusím vysvětlit, jak využít koaxiální kabely s impedancí 75 Ohmů, případně i jinou. Důvodem, proč použít 75 - ohmové kabely, je jejich cena a vlastnosti.

Výrobce komunikačních zařízení dnes ve většině případů volí impedanci 50 Ohm, protože tato hodnota je kompromisem mezi několika různými stavy. Např. pro nejmenší ohřev kabelu je vhodná impedance 30 Ohm, pro nejmenší útlum 78 Ohm, pro největší přeskokové napětí 60 Ohm. To, že výrobce zvolil 50 Ohmů, nám ale nezabraňuje využití kabelů 75 - ohmových. Jedinou podmínkou je, aby bylo používané kmitočtové spektrum úzké, což splňuje většina radiamatérských pásem včetně CB.

Využitím kabelů s vyšší impedancí zkvalitníme i energetický přenos systému, protože právě tyto koaxy mají při stejných fyzických rozměrech obyčejně menší útlum. Jako příklad můžu uvést kabel RG 62, jehož útlum je přibližně stejný, jako známý RG 213. Impedance RG 62 je 90 Ohmů.

Způsobů, jak použít např. RG 62 je více. Popíšu zde ale jenom jeden, protože se mi zdá nejsnažší.

Rezonanční vedení.

Délka kabelu, která odpovídá celým násobkům půlvln na daném kabelu, se chová tak, že vstupní impedance se beze změny převede na výstup kabelu, tzn. např. máme kabel 90 Ohm v odpovídající délce a na vstup připojíme anténu 50 Ohmů. Na jeho opačném konci naměříme oněch 50 Ohmů. Vysílač tady v tomto případě pracuje do ideální zátěže a PSV bude 1:1, čímž jsem dosáhli cíle.

Délku kabelu zjistíme takto:

Vypočítáme si délku vlny (lambda) na používaném kmitočtu:

		l = 300 / f			[ m ; MHz ]
		l = 300 / 27,2
		l = 11,029 m

Délka vlny (lambda) tedy je 11,029 m. Půlvlna je polovičkou lambda, tedy 5,5147 m.

Tím jsme získali délku vlny ve vzduchu. Protože se ale vf energie šíří v kabelu pomaleji, musíme tuto hodnotu vynásobit tkzv. činitelem zkrácení použitého kabelu ( k ). Činitel zkrácení je ale závislý na typu dielektrika kabelu ( dielektrikum = izolant mezi středním vodičem a opletením ). Nejběžnějsí činitele zkrácení jsou:

		pevný PE ( průhledný plast )       k = 0,66
		pěnový PE ( bílý "mech" )          k = 0,81

Po výpočtu dostaneme:

		D = l * k
		D = 5,5147 * 0,66
		D = 3,640 m

Toto je skutečná délka kabelu s impedancí např. 75 Ohmů, kterou můžeme využít na CB, stejně tak jako její celé násobky, tzn. 7,28 m, 10,92 m atd. V tomto případě je jedno, jakou má použitý koax impedanci.

Ještě můj konkrétní případ. S Vilíkem jsme dostali kabel RG 62 v délkách 15 a 10,5 m a chtěli jsme ho využít na CB. Z tabulek jsem zjistil, že má impedanci 90 Ohmů a útlum jako RG 213. Nejdřív jsem na jeden konec kabelu přidělal PL konektor a druhý konec jsem připájel na umělou zátěž. Zjistil jsem, že PSV je horší na vyšších kmitočtech, takže jsem kabel postupně zkracoval, až bylo PSV na povolených 80 - ti kanálech rovno max. 1,1:1. Zapájel jsem druhý konektor a kabel byl na světě. Jeho délka byla z 15 m 13,5 m. Pro délku 10,5 m vyšla rezonanční délka kabelu 9 m.

Kdybyste náhodou chtěli využít také RG 62, potom vězte, že firma Allamat ho prodává za 5 Kč za metr. Takže za 30 Kč získáte 6 m kvalitního kabelu, za což byste nekoupili ani metr RG 213, který je s RG 62 téměř shodný.

Nenechte se oblbovat aneb Jak je to se ziskem antény

Inspirace pro tenhle článek vzešla, jakmile jsem spatřil leták jisté nejmenované firmy, nabízející mobilní anténu na CB s fantastickým ziskem 9 dB. Budu se trochu probírat teorií, takže pokud by vás to nudilo, klidně to překočte a přečtěte si třeba vtipy.

Dotaz: Co je to zisk ?

Odpověď: Parametrem zisk se rozumí taková vlastnost antény, kdy se porovnává svorkové napětí ze vztažné antény s anténou neznámou. Jako vztažná anténa se v amatérské praxi používá půlvlnný, uprostřed napájený dipól. Dále se také používá tzv. "izotropní zářič", což je ideální, matematicky podložená anténa, která má kulovou vyzařovací charakteristiku, tj. září do všech směrů stejně (nahoru, dolů, doprava, doleva, prostě všude). Je ovšem tak ideální, že neexistuje, ale výrobci rádi udávají zisk, vztahující se právě k ní. Půlvlnný dipól, s maximálním vyzařováním v rovinně kolmé k ose dipólu, má zisk oproti "izotropu" přibližně 2 dB.

Dotaz: Co je dB ?

Odpověď: Decibel ( dB ) je poměrová logaritmická jednotka, tzn. vyjadřuje poměr mezi dvěmi hodnotami napětí nebo proudu. Vypočítá se jako:

Příklad: Mějme napětí U1 = 10 V, U2 = 5 V. O kolik dB je napětí U1 vetší než U2 ?

Řešení:

		x = 20 * log U2 / U1
		x = 20 * log 10 / 5
		x = 20 * log 2
		x = 20 * 0,3
		x = 6

Napětí U1 je větší o 6 dB.

Poměr mezi dvěma výkony se počítá podle vzorce:

Zjednodušeně lze říci, že "10" krát proto, že výkon P se skládá z napětí i proudu ( P = U * I ). Takže výše uvedený příklad potom vyjde 3 dB ( za předpokladu počítání s výkony, samozřejmě ).

Zde je malý problém. V anténní praxi se obvykle bavíme o svorkovém napětí, ale dB počítáme pro výkon. Jedná se o zvyk. Mluvíme o napětí, ale jedná se o výkon. Je to šílené, ale berte to tak.

Dotaz: Co je dBi a dBd ?

Odpověď: Zisk, vztahovaný k izotropním zářiči se označuje dBi, pokud je vztažený k dipólu, značí se dBd. To je dost důležité, protože seriózní výrobce udává obě hodnoty. Pokud tedy máme anténu s udávaným ziskem 3 dBd, má anténa dvakrát větší svorkové napětí nežli půlvlnný dipól. Jestliže je ovšem udaný zisk 3 dBi, svorkové napětí oproti dipólu je větší pouze asi 1,1 x. Proč by tedy výrobce u své 3 dBd antény udával 3 dBd, když si může oprávněně přičíst 2 dB a získá tím 5 dBi, což na reklamě vypadá nesporně lépe. Budiž. Není to klamání spotřebitele.

Dotaz: Jaký může mít běžná CB anténa zisk ?

Odpověď: Do běžných CB antén zahrnuji dle GP jednoprvkové vertikální antény a to buď v provedení domovním, mobilním nebo "ručním".

Dotaz: Je možné mít anténu s větším ziskem ?

Odpověď: Ano, pokud si dáte na střechu 30 m ( metrů ) dlouhou anténu. Existují anténní řady, skládající se z několika dipólů 1/2 nad sebou, dohromady tvoří jeden celek. Zisk se potom pohybuje okolo 6 až 9 dBd. Nazývají se také kolineární řady. Prakticky realizovatelné jsou ovšem až na kmitočtech VKV, kam CB nepatří.

Dotaz: A co anténa 7/8 ?

Odpověď: Nevím. Nikde v literatuře jsem nenašel o této anténě zmínku, dokonce ani v cizí. Mám podezření, že se jedná o výplod českých nezaměstnaných mozků, ale můžu se plést. Faktem je, že za určitých podmínek chodí lépe než 5/8, ale to je asi dáno její délkou ( okolo 10 m ). Pokud tedy někdo víte a znáte princip 7/8, napište mi, rád se poučím.