ΚΕΡΑΙΕΣ ΚΥΚΛΙΚΗΣ ΠΟΛΩΣΗΣ

---

   Οι επικοινωνίες με διαστημικά σκάφη, δορυφόρους κλπ. απαιτούν την χρήση Κυκλικής Πόλωσης. Το κυριότερο πλεονέκτημα της Κυκλικής Πόλωσης είναι ότι δεν επιρρεάζεται από τις ανακλάσεις, οι οποίες επιφέρουν πολλές φορές ανεπιθύμητη αλλαγή πόλωσης στην διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Συνεπώς, αποφεύγονται οι διακυμάνσεις του σήματος από τις αλλαγές φάσεως, συμπεριλαμβανομένων και των προσθαφαιρέσεων που εμφανίζονται από τα απευθείας και τα εξ' ανακλάσεως λαμβανόμενα σήματα. Αποτέλεσμα: υπάρχει πολύ λιγότερο έως ελάχιστο Fading και Flutter. Για να επιτευχθεί όμως αυτό, θα πρέπει σε μία ζεύξη και οι δύο πλευρές να χρησιμοποιούν Κυκλική πόλωση.

  Η χρήση της στην μία μόνο πλευρά της ζεύξης, έχει σαν αποτέλεσμα απώλεια σήματος της τάξεως των -3dB. Για να έχουμε λοιπόν τα καλύτερα δυνατά αποτελέσματα με την χρήση της κυκλικής Πόλωσης, είναι απαραίτητο να την χρησιμοποιούν όλοι οι σταθμοί. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει την σχέση που υπάρχει μεταξύ Οριζόντιας (Hotizontal), Κάθετης (Vertical), Δεξιόστροφης( RHCP - Right Hand Circular Polarization) και Αριστερόστροφης Πόλωσης ( LHCP - Left Hand Circular Polarization) και την απώλεια μεταξύ τους σε dB. Η Δεξιόστροφη (RHCP) αναφέρεται επίσης στα διάφορα βιβλία και σαν CW (ClockWise) Πόλωση και αντίστοιχα η Αριστερόστροφη (LHCP) σαν CCW (Counter ClockWise) πόλωση.

Είναι φανερό ότι η χειρότερη δυνατή συνθήκη εμφανίζεται στις λεγόμενες "αντίστροφες" πολώσεις, π.χ. όταν ο ένας σταθμός χρησιμοποιεί Κάθετη και ο άλλος Οριζόντια Πόλωση ή αντίστοιχα Δεξιόστροφη - Αριστερόστροφη, όπου η απώλεια αγγίζει ακόμα και τα -30dB.

Οι παρακάτω εικόνες δείχνουν με αρκετή σαφήνεια πως αναπτύσσεται το ηλεκτρομαγνητικό κύμα στις 4 αυτές περιπτώσεις πόλωσης.

Κάθετη Πόλωση
Οριζόντια Πόλωση
Αριστερόστροφη Πόλωση (LHCP)
Δεξιόστροφη Πόλωση (RHCP)

 Μία συνήθης ερώτηση μεταξύ των ραδιοερασιτεχνών είναι : "Πως μπορώ να επιτύχω σε μία κεραία "Κυκλική Πόλωση"?

Στην πράξη, οι ραδιοερασιτέχνες επιτυγχάνουν Κυκλική Πόλωση με δύο κυρίως μεθόδους:

 α) με Ελικοειδείς κεραίες
 β) με "σταυρωτές Κεραίες" (crossed-Yagis antennas).

Οι ελικοειδείς κεραίες προσφέρουν εύκολα την ζητούμενη Κυκλική Πόλωση, καθότι αυτό εξαρτάται από τον τρόπο κατασκευής της ίδιας της κεραίας. Πρακτικά, η ελικοειδής κεραία είναι ένα μεγάλο Πηνίο Αέρος, στηριγμένο κατάλληλα με μονωτικούς αποστάτες επάνω σ'ένα Βoom. Αν το τύλιγμα του πηνίου είναι δεξιόστροφο (ClockWise, CW) η κεραία δημιουργεί Δεξιόστροφη κυκλική Πόλωση και αντίστροφα. Η ελικοειδής κεραία είναι ότι απλούστερο από κατασκευαστικής πλευράς για να επιτύχουμε Κυκλική Πόλωση και έχει εξαιρετικά καλή συμπεριφορά, αλλά έχει κι' ένα σοβαρό μειονέκτημα:
αν η κεραία κατασκευασθεί για Δεξιόστροφη Πόλωση είναι πρακτικά αδύνατο αυτό ν'αντιστραφεί.

Κλασσική ελικοειδής κεραία: όπως φαίνεται η φορά του τυλίγματος είναι Δειξιόστροφη. Συνεπώς η κεραία αυτή παράγει Δεξιόστροφη Κυκλική Πόλωση (RHCP).

 Στην παρούσα σελίδα βασικά θα αναλυθεί η παραγωγή Κυκλικής Πόλωσης με "Σταυρωτές Κατευθυνόμενες κεραίες"(Cross-Yagis). Ο όρος "Σταυρωτές Κατευθυνόμενες κεραίες" (Cross-Yagis) υποδηλώνει δύο πανομοιότυπες κατευθυνόμενες κεραίες οι οποίες έχουν μεταξύ τους γωνία ίση με 90°, πχ. η μία είναι τοποθετημένη σε κάθετη Πόλωση και η άλλη σε Οριζόντια. Ακόμη συνηθίζεται να τοποθετούνται σε διάταξη "Χ", δηλ. η μία κεραία είναι υπό γωνία 45° και η άλλη 135° σε σχέση με το "Cross-Boom" (οριζόντιος άξονας). Η παρακάτω εικόνα δείχνει ένα τυπικό κεραιο-σύστημα με "Σταυρωτές κεραίες" (Cross-Yagis) σε διάταξη "X" για την κάλυψη των VHF & UHF που συνήθως απαιτούν οι περισσότεροι δορυφόροι "Χαμηλής τροχιάς" ( LEO Satellites).

  Αν όμως το CrossBoom είναι από μονωτικό υλικό (όπως ξύλο, PVC, polyester, ερταλόν κλπ), σ'αυτή την περίπτωση δεν υπάρχει κανένας σημαντικός επιρρεασμός μεταξύ του CrossBoom και της οριζόντιας κεραίας. Υπό την προυπόθεση αυτή είναι δυνατόν να τοποθετήσουμε τις 2 κεραίες σε διάταξη V-H, χωρίς πρόβλημα.
Από την άλλη πλευρά, η διάταξη V-H προσφέρει 1-2 μικρά πλεονεκτήματα. Για παράδειγμα, στην περίπτωση που θέλετε να κατασκευάσετε ένα σύστημα κεραίας με δυνατότητα αλλαγής πόλωσης μεταξύ Κάθετης (για κινητούς σταθμούς - mobiles), Οριζόντιας (για DXing) και Κυκλικής πόλωσης (Satellites), η διάταξη V-H απαιτεί μικρότερο αριθμό Coaxial Relays, αντίθετα με τη διάταξη "X" η οποία χρειάζεται περισσότερα Coaxial-relays και Phase-Stubs. Επίσης η διάταξη V-H στηρίζεται ευκολότερα στο Cross-Boom.
'Ομως η διάταξη "Χ" υπερτερεί σε δυσμενείς καιρικές συνθήκες (έντονη βροχόπτωση, χιόνι κλπ). Είναι γνωστό ότι στις Yagis με πολλά στοιχεία, τα παραμένοντα σταγονίδια ή το χιόνι επάνω στα στοιχεία της οριζόντιας κεραίας αλλοιώνουν τα χαρακτηριστικά της, ειδικά στις κεραίες UHF (ή SHF). Αυτό δεν συμβαίνει στην διάταξη "Χ", όπου οι κεραίες τοποθετούνται διαγώνια (υπό γωνία 45° & 135°), συνεπώς το νερό και το χιόνι δεν μπορεί να παραμείνει επάνω στα στοιχεία. Στη χώρα μας βέβαια, παρόμοιες συνθήκες σπάνια επικρατούν, αλλά σε άλλες χώρες (Β.Ευρώπη, B.Αμερική κλπ) είναι μία παράμετρος που πρέπει να ληφθεί πολύ σοβαρά υπόψιν.

  Πως συνδέονται μεταξύ τους οι "Σταυρωτές κεραίες" (crossed Yagi)?  παράλληλα?

  Ναι και ... 'Οχι ! Για να δημιουργηθεί η απαιτούμενη Κυκλική Πολικότητα σε μία διάταξη με "Σταυρωτές κεραίες", πρέπει να υφίστανται δύο απαραίτητες προυποθέσεις:

α) οι 2 κεραίες πρέπει να είναι ταιριασμένες (match) μεταξύ τους, όσον αφορά τις σύνθετες αντιστάσεις που παρουσιάζουν
β) απαιτείται να εισαχθεί μία "διαφορά φάσης" εν σειρά με την μία, έτσι ώστε να δημιουργηθεί Κυκλική Πόλωση (αναλυτικές λεπτομέρειες παρακάτω).

 Αναλύοντας την περίπτωση "α", είναι φανερό ότι αν συνδέσουμε δύο όμοιες κεραίες 50 Ω παράλληλα μεταξύ τους, η σύνθετη αντίσταση που θα προκύψει στον κοινό κόμβο σύνδεσης θα είναι 50/2 = 25 Ω.
  Αυτό σίγουρα δεν είναι ότι καλύτερο, διότι κάτω από τη συνθήκη αυτή θα υπάρχει κακό ταίριασμα (mismatch) με την γραμμή των 50 Ω, από τον κοινό κόμβο σύνδεσης των 2 κεραιών μέχρι τον πομποδέκτη, με λόγο στασίμων κυμάτων 2:1.
  Είναι λοιπόν φανερό, ότι χρειαζόμαστε κάποιον άλλο, καλύτερο τρόπο σύνδεσης των 2 κεραιών, έτσι ώστε στον κοινό κόμβο με την γραμμή μεταφοράς των 50 Ω να υπάρχει απόλυτο ταίριασμα (Matching) .
  Αν όμως η κάθε κεραία είχε σύνθετη αντίσταση ( Ζ ) όχι 50 αλλά 100 Ω, είναι φανερό ότι παραλληλίζοντας δύο σύνθετες αντιστάσεις των 100 Ω, στο κοινό κόμβο σύνδεσης θα είχαμε 100/2 = 50 ! Ακριβώς όση είναι η σύνθετη αντίσταση το Coaxial !

Στην πράξη, αυτό είναι πολύ εύκολο να γίνει χρησιμοποιώντας τα λεγόμενα "Matching Stubs" μεταξύ των 2 κεραιών και του κοινού σημείου σύνδεσης (κόμβου) με το ομοαξωνικό καλώδιο των 50 Ω, που κατεβαίνει μέχρι το Shack .

 Τι είναι το "Matching Stub" ?

   Το "Matching Stub" είναι ένα κομμάτι ομοαξωνικού καλωδίου ( Coaxial cable) με συγκεκριμμένο μήκος και σύνθετη αντίσταση ( Z ), το οποίο δρα σαν "μετασχηματιστής" συνθέτου αντιστάσεως μεταξύ 2 γνωστών αλλά άνισων συνθέτων αντιστάσεων ( Z1, Z2 ). Με την χρήση του γνωστού "ενός τετάρτου μήκους κύματος" μαθηματικού τύπου ("Quarter Wave" formula), μπορούμε να υπολογίσουμε το ενδιάμεσο "Z" ενός κομματιού ομοαξωνικού καλωδίου (), έτσι ώστε το κομμάτι αυτό να "ταιριάξει" (match) 2 διαφορετικές σύνθετες αντιστάσεις, αν παρεμβληθεί ανάμεσά τους.

Quarter Wave formula =  

Ναι, χρησιμοποιώντας τον παραπάνω τύπο ("Quarter-Wave" formula), μπορούμε να βρούμε τι ομοαξωνικό καλώδιο πρέπει να χρησιμοποιήσουμε, έτσι ώστε να ταιριάξουμε το "Ζ" της κεραίας (50 Ω) με το ζητούμενο σημείο τερματισμού που έχει Ζ = 100 Ω.

  Στην περίπτωση αυτή έχουμε:

Τα Z1 & Z2 είναι γνωστά. Η κεραία μας έχει Z1 = 50, το σημείο τερματισμού Z2 = 100 Ohms.... συνεπώς αντικαθιστώντας τις γνωστές τιμές στον τύπο θα έχουμε:

Z=Z1 * Z2 => Z=50 * 100 => Z=5000 => Z= 70.7 Ohms

Συνεπώς, η νέα "σύνθετη αντίσταση" (Ζ) που προέκυψε είναι 70.7 Ωμ

 OK, βρήκαμε μία νέα τιμή ίση με Z=70.7 Ω... τι πρέπει όμως να κάνω τώρα? πως χρησιμοποιείται αυτή η νέα "σύνθετη αντίσταση" στην σύνδεση των 2 κεραιών ?

   Όπως είπαμε προηγουμένως, χρησιμοποιώντας ένα κομμάτι καλωδίου με σύνθετη αντίσταση ( Z ) 70.7 Ω, είναι δυνατόν να "ταιριάξουμε" πλέον τη σύνθετη αντίσταση των 50 Ω που έχει η κεραία μας, με τα 100 Ω που θέλουμε να έχουμε στο σημείο τερματισμού. Αλλά, θα πρέπει να πάντα να έχουμε υπόψιν μας, ότι όταν μιλάμε για ομοαξωνικά καλώδια αναφερόμαστε πάντοτε στο "ηλεκτρικό μήκος κύματος" του καλωδίου.

 "Ηλεκτρικό Μήκος Κύματος" () πρακτικά σημαίνει, ένα κομμάτι καλώδιο (λ/4, λ/2 ή λ) του οποίου το τελικό μήκος έχει πολλαπλασιαθεί με το "συντελεστή βράχυνσης" (Velocity Factor, VF) του ομοαξωνικού καλωδίου. Αυτό είναι απαραίτητο να γίνει διότι, η ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτρικού ρεύματος σε μία γραμμή μεταφοράς (όπως είναι το καλώδιο) είναι μειωμένη σε σχέση με την ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο ελεύθερο χώρο. Το VF του κάθε ομοαξωνικού καλωδίου είναι γνωστό από τον κατασκευαστή του. Για παράδειγμα, τα πολύ γνωστά μας RG-8, RG-11 έχουν VF= 0.66.

 OK, βρήκαμε το Ζ... τώρα πως θα υπολογίσω το συνολικό μήκος και τον τύπο του καλωδίου που θα χρησιμοποιήσω για να ταιριάξω τα 50 με τα 100 Ω ?

   Ακολουθούμε την εξής μέθοδο:
1) διαλέγουμε το τύπο του Ομοαξωνικού καλωδίου. Βρήκαμε παραπάνω ότι πρέπει να έχει Ζ= 70.7 Ω. Όμως, στην πράξη ΔΕΝ υπάρχει καλώδιο με σύνθετη αντίσταση 70,7 Ω. Προσπαθούμε να βρούμε λοιπόν την πλησιέστερη τιμή που υπάρχει. Από τους σχετικούς καταλόγους καλωδίων βλέπουμε ότι, η πλησιέστερη τιμή είναι αυτή των 75Ω, που έχουν καλώδια σαν το RG11, RG59 κλπ. Αν θέλουμε να ακριβολογήσουμε, υπάρχει μία διαφορά μεταξύ 70,7 και 75 Ω, αλλά είναι τόσο μικρή (mismatch 75 / 70,7 = 1,06 ) που δεν επιδρά σχεδόν καθόλου. Πρακτικά, τα RG-11, RG-59 κάνουν πολύ καλά την δουλειά αυτή σαν "Matching Stubs", όταν θέλουμε να ταιριάξουμε σύνθετες αντιστάσεις 50 με 100 Ω. Υποθέτοντας λοιπόν ότι έχουμε διαλέξει το RG-11, βρίσκουμε από τους σχετικούς πίνακες ότι έχει VF = 0.66.

2) Υπολογίζουμε το ακριβές "Μήκος Κύματος" () της συχνότητας λειτουργίας. Ο τύπος είναι , όπου f η συχνότητα λειτουργίας σε MHZ. Για παράδειγμα, στη μπάντα των 2m, το μέσον της υποζώνης για δορυφόρους (145.8 - 146.0 MHz) είναι 145.9 MHZ, άρα ο τύπος θα είναι:

= 300 / 145.9 = 2.056 m

= 2.056 / 4 => = 0.514 m (ή 51.4 cm)

4) Τώρα πλέον γνωρίζουμε το μήκος του ) για τους 145.9 MHz.
Συνεπώς το "Ηλεκτρικό" μήκος () είναι:

* VF

= 0.339 m (ή 33.9 cm)

  OK μέχρις εδώ, μάθαμε πως μπορούμε να ταιριάξουμε μία σύνθετη αντίσταση των 50 Ω με μία άλλη των 100 Ω. Όμως, αυτό πως μπορεί να εφαρμοσθεί στην πράξη έτσι ώστε να συνδεθούν 2 όμοιες κεραίες 50 Ω με ένα καλώδιο επίσης 50 Ω ? ακόμα δεν έχω καταλάβει...

   Η σύνδεση 2 όμοιων κεραιών 50Ω, με μία κοινή κάθοδο (Coaxial) επίσης 50 Ω, ακολουθεί την παραπάνω μεθοδολογία με μία ελαφρώς διαφορετική προσέγγιση:

 Η κάθε κεραία είναι συνδεδεμένη σ'ένα κοινό κόμβο σύνδεσης, μέσω ενός τμήματος ομοαξωνικού καλωδίου 75 Ω, μήκους (Matching Stub). Με τον τρόπο αυτόν, το "Ζ" της κάθε κεραίας μετασχηματίζεται από τα 50 στα 100 Ω, ακριβώς όπως περιγράψαμε παραπάνω.

Συνεπώς, έχουμε δύο κεραίες που η κάθε μία παρουσιάζει στην άκρη του (ασύνδετου) καλωδίου της σύνθετη αντίσταση ( Ζ ) ίση με 100 Ω. Αν συνδέσουμε λοιπόν στο σημείο αυτό τα 2 ομοαξωνικά καλώδια παράλληλα, η νέα σύνθετη αντίσταση που προκύπτει είναι 100 / 2 = 50 Ω. Η εικόνα που ακολουθεί δείχνει πως ακριβώς είναι στην πράξη η όλη διάταξη. Στην εικόνα αριστερά, διακρίνεται καθαρά ότι οι άκρες του 75 Ω Coaxial συνδέονται προς τα δεξιά με τα 50 Ω, δηλ τις κεραίες. Στην αντίθετη (αριστερή) άκρη του κάθε Coaxial, η νέα σύνθετη αντίσταση που εμφανίζεται πλέον είναι 100 Ω. Αν οι δύο αυτές σύνθετες αντιστάσεις των 100 Ω συνδεθούν παράλληλα, η αντίσταση που θα προκύψει στο κομβικό σημείο θα είναι 50 Ω (100 / 2 = 50), συνεπώς η σύνθετη αντίσταση ταιριάζει απόλυτα με το ομοαξωνικό καλώδιο των 50 Ω (όπως RG-8, H100, AirCom κλπ) από το κοινό σημείο σύνδεσης των 2 κεραιών μέχρι το Shack.

Κλείνοντας το κεφάλαιο "Matching Stubs", θα πρέπει να επισημάνουμε ότι η σωστή κατασκευή τους είναι απόλυτα απαραίτητη και οι εικόνες παρακάτω δείχνουν με σαφήνεια πως πρέπει να προπαρασκευάζουμε τα κομμάτια των καλωδίων, έτσι ώστε να κατασκευάζουμε σωστά και αξιόπιστα "Matching Stub", για λειτουργία χωρίς προβλήματα. ().

...about Phase delay

Για να κατανοήσουμε την σχέση μεταξύ της Γραμμικής, Κυκλικής και Ελλειπτικής πόλωσης, είναι απαραίτητη λίγη θεωρία:

  Πως μπορεί να επιτευχθεί αυτή η "διαφορά φάσης 90° " στις crossed-Yagis?

Πρακτικά γίνεται με 2 τρόπους:

Αναλύοντας την καλούμενη "Ηλεκτρική μέθοδο", δεν θα επεκταθούμε στην παρούσα σελίδα σε θεωρητικές λεπτομέρειες που έχουν σχέση με την "Φάση", την "διαφορά φάσης" κλπ., θεωρίες που είναι αρκετά δύσκολες και απαιτούν εκτεταμένη μαθηματική ανάπτυξη αφ'ενός, αφ'ετέρου δεν είναι σκοπός του παρόντος άρθρου. Απλώς θα πρέπει να γνωρίζουμε την θεμελιώδη αρχή των "γραμμών μεταφοράς" που λέγει ότι:

οποιοδήποτε κομμάτι ομοαξωνικού καλωδίου (Coaxial cable) εμφανίζει μία καθυστέρηση φάσης ίση με 90°
(την οποία εδώ θα ονομάζουμε "Phasing Stub"). Αυτό το "ιδιαίτερο" χαρακτηριστικό εκμεταλλευόμαστε κατάλληλα, για την παραγωγή Κυκλικής πολικότητας.

Όπως μπορείτε να παρατηρήσετε, πρακτικά η διάταξη αυτή ακολουθεί την μέθοδο που περιγράψαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο με τα "Matching Stubs", για να "ταιριάξουν" μεταξύ τους οι 2 κεραίες των 50 Ω με το κύριο καλώδιο μεταφοράς (Coaxial), το οποίο επίσης είναι 50 Ω. Επιπρόσθετα όμως, σε "σειρά" με την μία από τις δύο κεραίες (ANT-2) υπάρχει το απαραίτητο "Phasing Stub" το οποίο εισάγει την "Διαφορά φάσης", έτσι ώστε η τροφοδοσία της ΑΝΤ2 (π.χ. η οριζόντια κεραία) να "καθυστερεί" κατά 90° (Phase-Delay) ως προς την τροφοδοσία της ΑΝΤ1 (π.χ. κάθετη κεραία). Με τον τρόπο αυτόν, ο συνδυασμός των 2 "Σταυρωτών" κεραιών (ΑΝΤ1-ΑΝΤ2) παράγει την επιθυμητή "Κυκλική Πόλωση".

  Η "σύνθετη αντίσταση" (Ζ) του "Phasing Stub" πόσα Ωμ πρέπει να είναι? 75 ή 50 ?

Είναι 50 Ωμ, διότι το κομμάτι αυτό (Coaxial) χρησιμεύει σαν "90° Phase - Stub", όχι σαν "Matcing-Stub". Δηλαδή "εισάγει" την απαραίτητη διαφορά φάσης, δεν ταιριάζει σύνθετες αντιστάσεις. Συνεπώς πρέπει να έχει ίδια σύνθετη αντίσταση με αυτήν της κεραίας. Επίσης δεν θα πρέπει να ξεχνούμε ότι κι' εδώ αναφερόμαστε σε τμήμα * VF, δηλ. "Ηλεκτρικό" ().

Ο υπολογισμός του μήκους που θα πρέπει να έχει και το "Phasing Stub", είναι ακριβώς ίδιος με αυτόν του "Matching Stub", όπως περιγράψαμε παραπάνω. Για παράδειγμα, για την δορυφορική υποζώνη των VHF (145.9 MHz), το συγκεκριμένο " 90° Phase-Stub" έχει συνολικό μήκος ίσο με 0.339 m. ( 33.9 cm). Όπως είπαμε και προηγουμένως, η βασική διαφορά από το "Matching Stub" είναι ότι η σύνθετη αντίστασή του είναι 50 Ωμ.
Ας το έχουμε λοιπόν υπόψιν μας αυτό το βασικό σημείο: χρησιμοποιούμε 50 Ω για "90° Phasing Stubs", 75 Ω για τα "Matching Stubs".

  OK... κατανοητό πως παράγεται η Κυκλική Πόλωση. 'Ομως, πως δημιουργούμε στην πράξη "κατ'επιλογή μας" Δεξιόστροφη (RHCP) ή Αριστερόστροφη ( LHCP) πόλωση από τις crossed-Yagis?

  Μπορούμε να προκαθορίσουμε στην πράξη αν η παραγόμενη πόλωση θα είναι "Δεξιόστροφη" ή "Αριστερόστροφη", από τον τρόπο σύνδεσης (τροφοδότησης) των 2 διπόλων. Η ακόλουθη εικόνα δείχνει με σαφήνεια πότε παράγεται Δεξιόστροφη ( RHCP) και πότε Αριστερόστροφη ( LHCP) πόλωση ( βλέποντας τα δίπολα από την πίσω πλευρά).

Το "+" προσδιορίζει την σύνδεση του κεντρικού αγωγού του κάθε Coaxial. Το σημείο "0" καθορίζει το δίπολο που τροφοδοτείται απευθείας ( Vertical Dipole, ANT.1) και το "1" το δίπολο που τροφοδοτείται με "Καθυστέρηση φάσης" (Horizontal Dipole, ANT.2), δηλ. τροφοδοτείται από το τμήμα που υπάρχει "εν σειρά" το Phasing Stub.
Για την αντιστροφή της πολικότητας, απαιτείται απλώς η αλλαγή της "εισαγόμενης καθυστέρησης φάσης", συνδέοντας τον κεντρικό αγωγό του Coaxial εναλλακτικά με το αριστερό ή με το δεξί τμήμα του οριζόντιου διπόλου, έτσι ώστε να αλλάζουμε την παραγόμενη πολικότητα μεταξύ "Δεξιόστροφης" (RHCP) & "Αριστερόστροφης" (LHCP).

  ...ναι αλλά, στην αριστερή εικόνα για παράδειγμα, ξεκινώντας από το επάνω μέρος του κάθετου διπόλου και προχωρώντας προς το αριστερό μέρος του οριζόντιου διπόλου, η φορά είναι αριστερόστροφη ! Γιατί λέμε ότι παράγεται δεξιόστροφη πόλωση ?

  Καλή παρατήρηση αλλά, η κεραία ακτινοβολεί προς το μέρος των κατευθυντήρων, δηλ. την αντίθετη πλευρά απ'ότι δείχνει η εικόνα (γραφει "rear view"). Αν λοιπόν "κοιτάξουμε" την κεραία από μπροστά, η "κοχλίωση" είναι αντίθετη απ'ότι φαίνεται από το πίσω μέρος των διπόλων.
  Πάντα η κυκλική πολικότητα ορίζεται σαν "αριστερόστροφη" (LHCP) ή "δεξιόστροφη" (RHCP) βλέποντας την κεραία από μπροστά, δηλ. από το μέρος που ακτινοβολεί. Με απλά λόγια, η κεραία και ο παρατηρητής είναι "πρόσωπο με πρόσωπο".

  Μοιάζει να είναι αρκετά απλό ! Είναι στην πράξη τόσο εύκολο ?

  Θεωρητικά ναί, πρακτικά όμως η μέθοδος αυτή παρουσιάζει προβλήματα.
Για παράδειγμα, τα δίπολα στις κεραίες δεν είναι πάντα ένα "ιδανικό" ωμικό φορτίο 50 Ωμ, το οποίο αποτελείται από αντιστάσεις άνθρακος όπως είναι π.χ. ένα Dummy Load.
Οι κεραίες έχουν 50 Ω "Σύνθετη αντίσταση" ( Ζ ), η οποία παρουσιάζει "resistance" και "reactance". Ανάλογα λοιπόν με την χωρητική ή αυτεπαγωγική συμπεριφορά (-j +j) που εμφανίζει το τροφοδοτούμενο δίπολο μίας Yagi-κεραίας, το "Phasing-Stub" που έχουμε προσθέσει σε σειρά με την τροφοδοσία της κεραίας για την "καθυστέρηση φάσης", μερικές φορές αλλάζει σημαντικά την διανομή ισχύος (Power-splitting) μεταξύ των δύο κεραιών, καθότι πλέον τα 2 στελέχη από τα δίπολα μέχρι τον κοινό κόμβο ένωσης με το Coaxial που κατεβαίνει στο Shack, δεν είναι πλέον πανομοιότυπα και ισοσκελή (λόγω της παρεμβολής του Phasing-Stub).

Επίσης, το "Matching-Stub" μπορεί να επιρρεαστεί δυσμενώς από το "Phase Stub" και να χαλάσει η προσαρμογή. Ακόμη και κάποια ατέλεια που πιθανόν υπάρχει στα "Matching-Stubs" και το "Phase Stub", είναι πολλές φορές αιτία δυσλειτουργίας 2 κεραιών Cross-Yagis, διότι αν για οποιονδήποτε λόγο η διανομή ισχύος δεν είναι ισότιμη μεταξύ των 2 κεραιών, γίνεται αιτία προβλημάτων και τελικά οι Cross Yagis δεν παράγουν "Κυκλική" αλλά "Ελλειπτική Πόλωση" (θυμάστε τι λέγαμε στην θεωρια? εδώ μας προέκυψε!).
Το πρόβλημα παίρνει ακόμα μεγαλύτερες διαστάσεις από πολλούς ραδιοεραστέχνες, οι οποίοι πρακτικά δεν έχουν την απαραίτητη τεχνογνωσία να κατασκευάσουν "Stubs" με την απαραίτητη ακρίβεια. Για παράδειγμα, αν το "Phase-Stub" δεν είναι "κομμένο-ραμμένο" ακριβώς για την συχνότητα λειτουργίας ή είναι κακο-υπολογισμένο, τότε δεν εισάγει την σωστή διαφορά φάσης, με αποτέλεσμα να μην παράγεται η επιθυμητή Κυκλική πόλωση.
 Συμερασματικά λοιπόν, αν 2 cross-Yagis κεραίες έχουν άνιση διανομή τροφοδότησης ισχύος ή η διαφορά φάσης μεταξύ τους δεν είναι ακριβώς 90°, γεγονότα που μπορεί να προκληθούν από διάφορες αιτίες (μη ξεχνάτε και τον κο... Μέρφυ!), τότε πλέον οι "Σταυρωτές κεραίες" δεν παράγουν την επιθυμητή Κυκλική πόλωση (αλλά μάλλον Ελλειπτική).
 Το χειρότερο σενάριο μάλιστα είναι πως, πολλοί ραδιοερασιτέχνες αγνοούν πρακτικά τι είδους πολικότητα παράγεται από τις κεραίες τους, καθότι η επιβεβαίωση της Κυκλικής πολικότητας δεν είναι και η ευκολότερη υπόθεση! Υποθέτουν ότι έχουν κυκλική πόλωση... έχουν όμως?

Για τον λόγο αυτόν είναι προτιμότερο, ειδικά για αυτούς που δεν έχουν την απαραίτητη εμπειρία και τεχνογνωσία, να κατασκευάζουν τις "Σταυρωτές κεραίες" τους ακολουθώντας την μέθοδο που περιγράφεται στην συνέχεια .

 Στην αποκαλούμενη "Φυσική μέθοδο" ακολουθούμε μία εντελώς διαφορετική τεχνική. Προκειμένου ν'αποφύγουμε την χρήση του Phase-Stub, το οποίο αφ' ενός ήταν απολύτως απαραίτητο για την καθυστέρηση φάσης, αφ'ετέρου όμως προκαλούσε διάφορα ανεπιθύμητα φαινόμενα, καταφεύγουμε σε ένα άλλο τέχνασμα:

 μετατοπίζουμε την μία κεραία ως προς την άλλη απόσταση ίση με !

Πρόσθετα πλεονεκτήματα:
τα σημεία "σύνδεσης" των Coaxial καλωδίων μεταξύ των "Matching" & "Phasing Stubs" είναι πολύ λιγότερα (το "Phase Stub" δεν υπάρχει πλέον), κάτι το οποίο με απλά λόγια σημαίνει μικρότερος αριθμός connectors (ή σημείων σύνδεσης με κόλληση), γεγονός ιδιαίτερα σημαντικό στα UHF και τις υψηλότερες ακόμα συχνότητες όπου, οι απώλειες (Loss) αυξάνουν δραματικά με την χρήση πολλών Connectors, ακόμα κι αν γίνεται χρήση N-type.

Ο διαμοιρασμός μεταξύ των δύο κεραιών είναι ευκολότερος, μπορεί πλέον να γίνει με την χρήση ενός έτοιμου Splitter/Combiner (1 : 2 ) το οποίο εύκολα μπορεί να αγοραστεί (διατίθενται τέτοιου τύπου splitters στην αγορά). Με τον τρόπο αυτόν, είναι δυνατόν κάποιος ν'αποφύγει εντελώς τον υπολογισμό και την κατασκευή των "Matching Stubs" με Coaxial καλώδια.

Η απόσταση που απέχουν οι 2 κεραίες μεταξύ τους είναι ένας "φυσικός" αριθμός (=300/F και κατόπιν διαιρούμε /4, όπου F=συχνότητα λειτουργίας). Συνεπώς δεν είναι πλέον απαραίτητο να "μπερδευόμαστε" με τα "Velocity factors" των καλωδίων Coaxial και άλλους δυσνόητους για κάποιους υπολογισμούς με μαθηματικά, τετραγωνικές ρίζες κλπ. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας τον παραπάνω τύπο, η απόσταση που πρέπει να μετατοπίσουμε την μία από την άλλη κεραία () στην δορυφορική υποζώνη των VHF είναι:

=300/F => =300/145.9=> = 2.056m

=2.056/4=>= 0.514m (ή 51.4cm)

Για τα UHF αντίστοιχα : = 17.2 cm ( 435-436 MHz).

Τέλος, οι εικόνες που ακολουθούν δείχνουν πως παράγεται RHCP (δεξιόστροφη) ή LHCP (αριστερόστροφη) Κυκλική Πολικότητα, σε σχέση με τη σύνδεση του Coaxial στο οριζόντιο δίπολο.

Η παρακάτω εικόνα δείχνει την αντίθετη περίπτωση ("Αριστερόστροφη" πολικότητα). Εδώ ο κεντρικός αγωγός του Coaxial είναι συνδεδεμένος με το δεξί τμήμα του Οριζόντιου διπόλου.

---

Καλή διασκέδαση με τους δορυφόρους! Μάκης SV1BSX (Aπρίλης 2006)

SV1BSX © Copyright All rights reserved

Μόνο για ΠΡΟΣΩΠΙΚΗ ΧΡΗΣΗ. ΑΠΑΓΟΡΕΥΕΤΑΙ η αντιγραφή - αναδημοσίευση του κειμένου ή μέρους αυτού στον ημερήσιο, περιοδικό ή ηλεκτρονικό τύπο και το Internet χωρίς εξουσιοδότηση.