6. rész: Antennák, kábelek, kombinátorok és elosztók

Tartalomjegyzék:

1. 6.01 Antennák

2. 6.02 Antenna impedancia

3. 6.03 Dipól, félhullámú antenna

4. 6.04 Összehajtott dipól, félhullámú antenna

5. 6.05 Negyedhullámú antenna

6. 6.06 Impedancia-illesztő tekercs

7. 6.07 Yagi antenna

8. 6.08 Pflaunder, cápauszony és hasonló antennák

9. 6.09 Az antenna hangolása

10. 6.10 Az antenna elhelyezése

11. 6.11 Erősítők

12. 6.12 Kábelek

13. 6.13 Passzív elosztó

14. 6.14 Aktív elosztók

15. 6.15 RF kombinátorok/mátrixok

16. 6.16 RF over Fiber (RFoF)

17. 6.17 Zaj

6.01 Antennák

Az antenna kiválasztása és kezelése döntő fontosságú a vezeték nélküli rendszerek teljesítménye szempontjából.

Az antenna hatékonysága érdekében annak mérete legalább a tényleges hullámhossz 1/10-ének kell lennie. Azonban csak akkor válik igazán hatékonnyá, ha (az elvtől függően) mérete valamivel kisebb – körülbelül 0,9–0,94-szerese – a hullámhossz negyedének vagy felének.

Az adóantenna elektromágneses mezőjének van egy elektromos és egy mágneses komponense. Az elektromos komponens az antennával megegyező irányú, míg a mágneses komponens az antennára merőleges. A közvetlen mező (visszaverődés nélküli mező) optimális átviteléhez az adó és a vevő antennáinak megegyező irányúaknak kell lenniük. Sok visszaverődést mutató mezőben ez az orientáció nem annyira fontos. Az UHF sávok beltéri használata esetén ezért nem döntő, hogy a vevőantennák ugyanolyan orientációjúak-e, vagy közvetlenül az adó felé mutatnak-e, mert a legtöbb esetben visszaverődött mezőt vesznek. Kültéren (visszaverődés nélküli közvetlen mezőben) a különbség 90 foknál csak 3 dB.

6.01. ábra. Az antenna árama és feszültsége a hullámhossztól függ.

6.02 Antenna impedancia

Az antennák, attól függően, hogy teljes hullámúak, félhullámúak vagy negyedhullámúak, a beállított frekvenciákon jellegzetes impedanciával rendelkeznek. Az adó kimeneti fokozata és az adóantenna egymáshoz kell, hogy illeszkedjenek az optimális teljesítményeloszlás érdekében. Tegyük fel, hogy az antenna nem rendelkezik a kérdéses frekvenciához megfelelő

hosszúsággal (jellemzően túl rövid). Ebben az esetben szükség lehet a nem megfelelő illeszkedés kompenzálására, például egy tekercs beiktatásával az antennába. Ez a megközelítés különösen hasznos a vezeték nélküli kézi mikrofonok esetében, ahol az optimális hosszúságú antenna könnyen lehet, hogy gyakorlatilag túl hosszú (lásd később).

A vezeték nélküli rendszerek külső antennái általában 50 Ohm impedanciát igyekeznek elérni.

6.03 Dipól, félhullámú antenna

A dipólként tervezett félhullámú antenna ideális esetben 73,6 Ohm karakterisztikus impedanciával (sugárzási ellenállással) rendelkezik a rezonanciafrekvencia táplálási pontján. Azonban, mint más antennák esetében is, a tényleges impedancia eltérő lesz, általában magasabb, a csatlakozók, kábelek, rögzítés stb. hatása miatt.

Az antenna vastagsága is fontos tényező. Minél vastagabb az antenna, annál szélesebb sávú (szélesebb frekvenciatartományt fed le).

6.04 Összehajtott dipól, félhullámú antenna

Az összehajtott dipól alakú félhullámú antenna jellemző impedanciája körülbelül 300 Ohm. Ha aszimmetrikus kábelt használnak, akkor általában transzformátort csatlakoztatnak a kettő közé. 2:1 átalakítási arányú transzformátort használnak, amely 4:1 impedanciaátalakítást eredményez. A 300 Ohm ezután 75 Ohmra alakul át, ami az adóhoz/vevőhöz való csatlakozáshoz jellemző impedancia.

6.02. ábra. Összehajtott dipól, félhullámú antenna transzformátorral.

6.05 Negyedhullámú antenna

A negyedhullámú antennát általában féldipólként tervezik, azaz egyik vége a földsíkhoz kapcsolódik. Például lehet egy valódi földsíkos antenna egy függőleges elemmel (maga az antenna) és három ferde elemmel (a földsík). A földelő sík fémfelületekből is kialakítható. Ez általában a néhány vevőkészülékhez mellékelt teleszkópos antennák esetében fordul elő. Itt többé-kevésbé maga a vevőkészülék képezi a földelő síkot.

6.06. ábra. Földsíkos antenna.

6.06 Impedancia-illesztő tekercs

Mint korábban említettük, előfordulhat, hogy egy túl rövid antennához tekercset kell hozzáadni a megfelelő impedancia és így az optimális teljesítménykezelés elérése érdekében.

A tekercsantennák általában kritikusak a frekvencia hangolás szempontjából. Ezért ezeket az antennákat mindig a felhasználásukhoz szükséges specifikus frekvencia szerint kell megrendelni.

A megfelelő felszerelés például egy vezeték nélküli kézi mikrofonra is kritikus fontosságú. Ha a felszerelés nem megfelelő, akkor oldalsávok, azaz a továbbítási frekvencia feletti és alatti harmonikus frekvenciák léphetnek fel, amelyek interferenciát okozhatnak más csatornákon.

Az antennát nem szabad megérinteni, mivel mind az antenna (mind az általa generált elektromágneses mező) könnyen sérülhet az érintéstől.

6.07 Yagi antenna

Irányított antennák használata lehet szükséges például nagy távolságú adás/vétel esetén.

A Yagi antenna egy irányított antenna, amely egy hajtogatott dipólból, egy irányítóból és egy reflektorból áll. A dipól és az irányító/reflektor közötti távolság körülbelül a hullámhossz 1/10-e. Gyakran több irányító is található egy Yagi antennán. A tengelyirányú erősítés körülbelül 6 dB.

6.07. ábra. Yagi antenna.

6.08 Pflaunder, cápauszony és hasonló antennák

Ezek szintén irányított antennák. A minimális szög általában 120-130°, ahol az érzékenység körülbelül 12 dB-lel alacsonyabb, mint a tengely irányában. 180°-nál az érzékenység általában -10 dB. Az antennák hangolhatók és adó- és vevőantennaként egyaránt használhatók.

6.08. ábra: Irányított antennák: Wisycom Active szélessávú, cápauszony és Pflaunder antennák.

6.09 Az antenna hangolása

Az adóantennákat általában a lehető legjobban optimalizálják, biztosítva, hogy azok a megfelelő frekvenciákra legyenek hangolva.

A vevőantennákat általában úgy tervezik, hogy szélesebb sávúak legyenek, így ugyanazon antenna (antennák) jelét antennaelosztók segítségével több vevőre lehet elosztani.

6.10 Az antenna elhelyezése

A vevőantennákat általában az adóantennák közvetlen látómezőjében kell elhelyezni, és egyformán (függőlegesen) kell orientálni. Beltéri használat esetén azonban ez nem igazán kritikus.

A diversity antennákat legalább 1/4 hullámhossz távolságra kell elhelyezni.

Az adóantennák és a vevőantennák között mindig legalább 4 méter távolságnak kell lennie. Hasonlóképpen, két adóantennát sem szabad túl közel helyezni egymáshoz. Minden esetben interferencia lép fel, ami rossz hangminőséget, zajt és torzítást eredményez.

A vevőantennákat úgy kell felszerelni, hogy tiszta látómezőjük legyen az adókhoz. Például, ha az adókat olyan területeken használják, ahol a hallgatók közel állnak egymáshoz, akkor azokat a fejmagasság fölé kell emelni. Ezenkívül egy, a diversity vételhez (és hasonlóhoz) szolgáló antenna készletet fixen fel kell szerelni a helyiségben, hogy legalább egy antenna jó vételi feltételekkel rendelkezzen az adó helyéhez közel. Ha a vevőantennát a színpad elé szerelik, ügyelni kell arra, hogy az adó általában a színész/előadó előtt legyen elhelyezve, azaz egy zsebben vagy hasonló helyen, előre néző helyzetben.

A televízióstúdiókban és hasonló helyeken a földsíkos antennákat nem szabad túl közel helyezni a világításhoz, amely gyakran földelt. Szükség esetén az antennát fejjel lefelé is felszerelhetjük, úgy, hogy az antenna földelő síkja a mennyezet felé nézzen.

Ha az antennákat emberekre szereljük, igyekezzünk 5 cm távolságot tartani a testtől. A túl közeli felszerelés miatt a sugárzási teljesítmény 99%-a elveszhet az eltérő irányítás miatt. Különösen kerülendő, hogy az antenna izzadságtól nedves legyen. Magát az adót is vízálló tasakba kell helyezni. Az eltérő irányításon kívül a test is árnyékolhatja a mezőt.

Az antennákat és a kábeleket mindig a specifikációknak megfelelően kell csatlakoztatni, azaz a megfelelő csatlakozókkal, rögzítéssel stb. Ellenkező esetben a rendszer hatékonysága csökken, mert a kábel (nem megfelelő) antennaként kezd működni.

6.11 Erősítők

Az erősítő az antenna jelének erősítő fokozata. Az erősítő nem tudja megkülönböztetni, hogy a jel zaj, vagy az adó jele. Ezért nincs értelme erősítőt használni, amíg az nem feltétlenül szükséges. Az erősítők általában csak a kábelveszteség kompenzálására szolgálnak, és lehetőség szerint 0 dB-en kell hagyni őket.

A gyakorlatban a legnagyobb szükséges erősítés 18 dB.

6.12 Kábelek

A kábeleket az impedancia és a csillapítás alapján választják ki. A vezeték és az árnyékolás egy kondenzátort alkot, amely bizonyos mértékben rövidre zárja a jelet. Ezért a vastagabb kábeleknél a legkisebb a csillapítás, ami a terepen nehézségeket okozhat. Ez okból kerüljük a szükségesnél hosszabb kábeleket. A legjobb, ha a vevőt az antenna közelében helyezzük el, és az AF jelet inkább a hosszú vezetékekben vezetjük.

Az optimális átvitel érdekében válasszunk olyan kábelt, amelynek impedanciája megfelel az antennának és az adónak vagy vevőnek.

6.09. ábra 50 Ohmos kábelek vesztesége 100 méterenként.

6.13 Passzív elosztó

A splitter olyan eszköz, amely például egy antenna jelet több vevő között oszt el. Mivel impedanciaillesztés szükséges, a passzív elosztóban mindig elkerülhetetlen veszteség keletkezik, a kimenetek számától függően.
A veszteség: 
1:2 - 4 dB, 
1:3 - 6 dB, 
1:4 - 8 dB, 
1:6 - l0 dB.

6.14 Aktív elosztók

Ha nagyobb csatornaszámra van szükség, általában aktív elosztót kell alkalmazni a jel veszteségmentes megőrzéséhez, amint azt fentebb leírtuk. Számos megoldás áll rendelkezésre, de meg kell vizsgálni, hogy mennyire lineárisak, mivel ez kritikus paraméter az RF jelek kezelése során. Minden nemlineáris jel torzítást okoz, ami rontja az RF jelek vételét. Ezenkívül meg kell győződni arról, hogy az aktív elosztó lefed minden frekvenciát, amelyet a vevőkészülékek támogatnak. Ha olyan vezeték nélküli rendszerrel rendelkezünk, amely ezen a frekvencián kívül is működik, akkor sok lehetséges átviteli csatornát veszítünk. Ugyanez vonatkozik a beépített antenna kaszkád lehetőségekkel rendelkező csúcskategóriás vevőkészülékekre is. Meg kell győződnie arról, hogy a gyártó hány egység kaszkádba kapcsolását javasolja (sok esetben csak egyet), és hogy milyen a jel a kimeneten, mivel az zajt

és/vagy kevésbé optimális jelerősséget eredményezhet. Ezenkívül a legtöbb kaszkádkimenet nem szélessávú, hanem az adott vevő által lefedett keskenysávú frekvenciákra korlátozódik. Ez azt jelenti, hogy két különböző sávú vevő kimenetét nem lehet keverni és illeszteni, mivel azok nem fedik egymást.

6.15 RF kombinátorok/mátrixok

Nagyobb telepítések esetén előfordulhat, hogy több, különálló helyeken elhelyezett antennát kell kombinálni. Tipikus alkalmazások lehetnek például egy produkciós központ, ahol a vezérlőteremnek egyszerre több stúdióval kell együttműködnie, vagy egy színház, ahol időnként össze kell kapcsolni a főszínpadot, a folyosót, vagy az előcsarnokot. Emellett egy híradós- vagy közvetítőkocsi is profitálhat a különböző RF-területek szabad kezelésének lehetőségéből. Ilyen esetben kombinátor/mátrix megoldás lehet a segítség. A rugalmasság és a szélessávú működés lehetősége megkönnyíti a vezeték nélküli audió infrastruktúra telepítését, és optimalizálja a teljes beruházási költséget (azaz a vezeték nélküli mikrofonokhoz hasonló erőforrások megosztását).

6.16 RF over Fiber (RFoF)

Az antenna jelek hagyományos kábelekkel történő nagy távolságra való továbbítása nem optimális. Túl sok jel veszhet el. Ehelyett az RF over fiber (rádiófrekvencia optikai kábelen) elosztás kifejezetten erre a célra lett kifejlesztve. A technológia neve Course Wavelength Division Multiplexing (CWDM). Egy kapcsolódó technológia a Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM). Mind a CWDM, mind a DWDM olyan technológiák, amelyeket optikai hálózatokban használnak több jel különböző hullámhosszúságú fénnyel történő továbbítására egyetlen optikai kábel szálon keresztül.

6.17 Zaj

Számos tényező okozhat zajt a vétel során. Először is, ez azt jelezheti, hogy a vett jel túl gyenge, mert az adó és a vevő antennái túl messze vannak egymástól, az antennák nem látják egymást, vagy fáziseltérés lép fel. Ha a jelben „zajcsóvák” vannak, az általában azt jelenti, hogy az adó modulációja túl gyenge. Ezért az adó LF gain-jét növelni kell. A zajt az antennakábel elektromágneses sugárzása is okozhatja, pl. ha hosszú kábelek együtt futnak egy kábelcsatornában világítási kábelekkel, relékkel vagy más elektromosan zajos berendezésekkel. Ez jó ok arra, hogy kerüljük a hosszú antennakábeleket. Ha az antenna kábelt zajos környezetben kell vezetni, akkor vas vízcső belseje kellő védelmet nyújthat. A cső egyik végét földeljük le. A kábel és a cső között nem lehet elektromos kapcsolat.
A mai készülékek környezetében a zaj gyakori forrása a LED-képernyő, a LED-es világítótest és más, ugyanazt a spektrumot használó automatizált rendszerek.