Dopasowanie anteny do linii fiderowej

Skoncentrowanie się na zagadnieniach związanych z wykonaniem izolacji masztu anteny usprawiedliwiały nie tylko związane z tym interesujące problemy techniczne, ale i aspekty ekonomiczne. Wystarczy nadmienić, że koszt izolacji, jak się okazało był porównywalny z kosztem megawatowego nadajnika, wynoszącym ok. 2,4-2,5 mln zł dew. a właściwy wybór rozwiązania tej izolacji, warunkujący przyszłą spokojną i bezawaryjną eksploatację tego tak ważnego pod każdym względem obiektu, równocześnie w istotny sposób wpływał na ogólny koszt przedsięwzięcia, a w szczególności na nakłady dewizowo dolarowe.

Nie od rzeczy będzie jednak poświęcić również parę słów naświetleniu zagadnień związanych z wyborem układu dopasowującego antenę do 120-omowej, pseudokoncentrycznej linii zasilającej w.cz. Wprawdzie koszt tych urządzeń nie dorównywał kosztowi izolacji masztu (był rzędu 150—300 tys. zł dew.), ale i tu oszczędności dewizowe były nie do pogardzenia.

W pierwszej fazie opracowań brano pod uwagę konwencjonalne rozwiązania szeregowego zasilania anteny na izolatorze podstawy masztu przez zamontowany w domku antenowym układ dopasowujący typu n przedstawiony na powyższym rysunku. Zawierał on oprócz podstawowych elementów równoległych w postaci dwóch baterii kondensatorów C, oraz elementu szeregowego w postaci cewki L, również układ pomocniczy zasilania oświetlenia przeszkodowego masztu .

Przy bardzo dużej mocy w.cz. (2 MW) szczególnie kondensatory okazują się elementem bardzo kosztownym. Ponadto obniżają one ogólną niezawodność pracy stacji, ponieważ stosowane w nich liczne kondensatory ceramiczne niestety stosunkowo często ulegają uszkodzeniu. To samo można powiedzieć o filtrze zaporowym dla energii w.cz. dość skomplikowanym i kosztownym przy mocy ok. 20 kW z sieci 220/380 V, 50 Hz niezbędnej dla oświetlenia masztu. Nie można również zapominać o poważnym zagrożeniu wszystkich tych elementów od strony masztu przez wyładowania elektryczności atmosferycznej w czasie burz. Maszt był tu bowiem elementem izolowanym w stosunku do ziemi.

Wprawdzie ładunki statyczne mogły powoli spływać poprzez elementy filtru obwodu zasilania oświetlenia przeszkodowego, jak również wzdłuż fidera przez elementy urządzenia sumującego moce w.cz. i obwodów wyjściowych nadajnika - nie miał zatem miejsca ten rodzaj zagrożenia, który nastręcza tyle kłopotów i kosztów w przypadku izolacji odciągów. Jednak w przypadku gwałtownego, bezpośredniego wyładowania piorunowego w maszt zarówno izolator podstawy masztu, jak i urządzenia domku antenowego, a poprzez linię zasilającą w.cz. również urządzenia nadawcze w budynku technicznym były narażone na uszkodzenia w stopniu zależnym od amplitudy oraz stromości czoła napięciowej fali udarowej i stopnia jej tłumienia po drodze. Jednym zabezpieczeniem był w tym przypadku iskiernik kulowy równoległy do izolatorów podstawy masztu, powtórzony ewentualnie w domku antenowym przed kondensatorem C. Jednak skuteczność tego rodzaju zabezpieczenia budziła szereg zastrzeżeń. Poza dokładnością wyregulowania iskierników i utrzymaniem właściwego ich stanu w czasie eksploatacji (np. gładkości powierzchni kulistych i ich czystości) zależała ona również od innych czynników związanych z fizycznymi wymiarami i konfiguracją wchodzących w grę połączeń przewodowych.

Dla fali udarowej zasadniczą rolę grają bowiem indukcyjności poszczególnych równoległych gałęzi. Zbyt duża reaktanacja przewodów gałęzi iskiernikowej wykonanej ze zbyt cienkiego, nadmiernie długiego lub niewłaściwie ukształtowanego przewodu niejednokrotnie już okazała się przyczyną uporczywie powtarzających się uszkodzeń chronionych elementów obwodów radiowych w czasie burz. Dla anteny RCN wzięto zatem pod uwagę taki system dopasowania i zasilania energią w.cz. i m.cz. masztu, który pozwalał uniknąć wielu wspomnianych wyżej wad konwencjonalnego rozwiązania.

Istota układu polegała na zastosowaniu zwartej linii o długości zbliżonej do ćwierci fali roboczej (hi Ť 400 m) utworzonej z rury stalowej, biegnącej w osi masztu, wspartej u dołu na izolatorze, mocowanej do konstrukcji masztu w odstępach dt Ť 10 m za pomocą odpowiednich izolatorów dystansowych i zaopatrzonej u góry w regulowany, przesuwany zwieracz .

Oczywiście linia ta mogła być również zbudowana poza masztem (np. nad powierzchnią ziemi promieniście lub łukowo), jeśli jej umieszczenie współosiowo z masztem okazało by się z innych względów utrudnione lub niepożądane. Uziemiając dolny koniec wewnętrznego przewodu tej linii do uziemienia roboczego za pomocą prostej rury o odpowiednio dużej średnicy — uzyskano się przede wszystkim galwaniczne uziemienie masztu o małej reaktancji dla napięć udarowych o częstotliwościach dostatecznie odległych od częstotliwości rezonansowej 227 kHz. Odpadło zatem większość trudnych problemów ochrony przepięciowej izolatora podstawy masztu i toru zasilającego antenę. Równocześnie z punktu widzenia częstotliwości roboczej antena nadal pozostała radiatorem izolowanym od ziemi. Jedynym problemem, na który należało zwrócić szczególną uwagę, pozostało takie zaprojektowanie linii ćwierćfalowej, by z jednej strony dawała wystarczającą izolację dla użytecznego sygnału ą 227kHz z drugiej natomiast by nie psuła cennej szerokopasmowości anteny półfalowej ważnej przed wszystkim ze względu na właściwe dopasowanie przy transmisji dużych mocy w.cz. Z tego względu impedancja falowa linii powinna być rzędu 300? i w żadnym wypadku nie może być mniejsza od 200?.

Linia ta mogła być ponadto wykorzystana dla uproszczenia układu dopasowującego w domku antenowym. Jak wiadomo z teorii tego rodzaju układów dopasowujących typu n, przez właściwy dobór wartości pojemności C i indukcyjności Lx można uczynić pojemność C2 równą zeru, a zatem można unikać stosowania kondensatorów C . Równocześnie można zrezygnować z drugiej baterii kondensatorów Ct, zastępując jej pojemność odpowiednio doregulowaną za pomocą górnego zwieracza linii pojemnościową reaktancją wejściową linii, włączoną równolegle między ziemię i punkt zasilania masztu. W ten sposób, jako jedyny fizyczny element układu w domku antenowym pozostaje cewka L — element w wysokim stopniu niezawodny, włączony szeregowo w linię zasilającą, a więc dodatkowo spłaszczający wszelkie ewentualne pozostałości fal udarowych napięcia przemieszczającego się po feederze w kierunku urządzeń nadawczych w budynku technicznym.

zwieracz linii długiej ----------------------------------------------------------- ten sam element po katastrofie

Zastosowanie linii ćwierćfalowej radykalnie upraszczało również zasilanie oświetlenia przeszkodowego masztu, ponieważ odpadła potrzeba stosowania filtru zaporowego dla częstotliwości 227 kHz. Uniknięto zatem związanych z nim strat mocy i usunięto potencjalne źródło awarii. Kabel zasilający maszt energią o częstotliwości przemysłowej mógł być bez trudu wyprowadzony na maszt wprost z potencjału ziemi wewnątrz rury uziemiającej i rury stanowiącej wewnętrzny przewód linii ćwierćfalowej przy górnym zwieraczu tej linii . Droga ta dawała potencjalną możliwość bezpośredniego wykorzystania jej również i dla innych celów, jak np. do wprowadzenia kabli koncentrycznych zasilających anteny fal metrowych i decymetrowych dla linii radiowej, dla telewizji, radiofonii UKF FM, stacji bazowych lądowych służb ruchomych, lotniczych itp., pomimo że maszt antenowy znajdował się na wysokim potencjale dla częstotliwości 227 kHz.

powrót