Anteny VHF i NAVTEX - montaż i charakterystyka

Antena decyduje o tym, czy radiotelefon VHF lub odbiornik NAVTEX w ogóle zrobi to, do czego go kupiono. Nawet najlepsze urządzenie z kiepsko dobraną albo źle zamontowaną anteną ma krótszy zasięg i "ślepe" kierunki. Na egzaminie SRC pytania o anteny sprawdzają kilka prostych zależności: od czego zależy długość anteny, jakie anteny stosuje się do VHF i do NAVTEX, gdzie je montować, co psuje metal w pobliżu i które anteny promieniują dookoła. W tym samym bloku pojawia się też pytanie o baterie przenośnego radiotelefonu awaryjnego VHF, więc omawiamy je na końcu.

Długość anteny

Antena prętowa nadajnika jest "strojona" do fali, którą ma wypromieniować. Jej długość dobiera się jako określony ułamek długości fali, najczęściej 1/4 albo 1/2 lambdy (λ). Długość fali wynika wprost z częstotliwości pracy - im wyższa częstotliwość, tym krótsza fala, a więc i krótsza antena. Wygodny wzór przybliżony brzmi:

λ [m] ≈ 300 / f [MHz]

Dla morskiego pasma VHF, które mieści się w zakresie 156-174 MHz, długość fali wynosi około 2 m. Antena ćwierćfalowa ma więc około 50 cm, a półfalowa około 1 m. Dla porównania: na częstotliwościach rzędu setek kiloherców fala ma setki metrów, dlatego anteny do różnych pasm nie są zamienne.

Na egzaminie warto od razu odrzucić dwa mylące tropy:

• Moc nadajnika nie zmienia wymiaru rezonansowego anteny. Większa moc wymaga solidniejszej konstrukcji (izolatory, przekrój przewodnika, obciążalność złącza), ale antena dla 25 W i dla 1 W na tej samej częstotliwości ma tę samą długość.
• Amplituda napięcia to chwilowa wielkość elektryczna, która zmienia się razem z sygnałem i zależy od mocy oraz impedancji. Nie jest parametrem, według którego przycina się pręt.

Zapamiętaj prostą regułę: długość anteny prętowej wynika przede wszystkim z częstotliwości, czyli z długości fali. Więcej o samej fali i jej podziale na pasma znajdziesz we wprowadzeniu do fal radiowych.

Anteny VHF

Statkowy radiotelefon VHF pracuje na falach metrowych, więc jego antena jest krótka i ustawiona pionowo. W terminologii egzaminacyjnej taka antena nazywa się pionowym dipolem o długości 0,25λ, czyli anteną ćwierćfalową o długości około pół metra (w praktyce często w obudowie z włókna szklanego, która bywa dłuższa niż sam element promieniujący). Pionowe ustawienie daje polaryzację pionową, wspólną dla wszystkich stacji morskich VHF, oraz charakterystykę dookólną w płaszczyźnie poziomej.

Dlaczego pozostałe konstrukcje nie pasują do statkowego VHF:

• Pionowa linka o długości kilku metrów to rozwiązanie z niższych pasm, MF i HF, gdzie fala ma dziesiątki lub setki metrów. Przy fali około 2 m kilkumetrowa linka nie jest anteną dopasowaną do pasma VHF.
• Antena Yagi jest anteną kierunkową - skupia energię w jednym kierunku. Statek zmienia kurs i musi słyszeć oraz być słyszany ze wszystkich stron, dlatego antena kierunkowa nie nadaje się do pokładowej łączności VHF. Yagi spotyka się w stałych łączach punkt-punkt na lądzie.

Szerzej o samym urządzeniu przeczytasz w materiale o radiotelefonie VHF, a o podziale pasma na kanały we wprowadzeniu do kanałów VHF.

Montaż anteny

Fale VHF rozchodzą się w praktyce w zasięgu widoczności radiowej, czyli niewiele dalej niż do horyzontu. Im wyżej znajduje się antena, tym dalej sięga ten horyzont i tym większy jest zasięg łączności. Dlatego zasada montażu jest jedna: antenę VHF montuje się możliwie najwyżej i z dala od innych anten, tak aby miała czysty, niczym niezasłonięty widok dookoła jednostki. Zależność między wysokością anteny a zasięgiem opisuje osobny materiał o zasięgu łączności VHF.

Odległość od innych anten ma znaczenie, bo anteny ustawione zbyt blisko siebie wzajemnie zaburzają swoje charakterystyki promieniowania, a nadajnik jednej może zakłócać odbiór drugiej.

Dwie odpowiedzi egzaminacyjne brzmią rozsądnie, ale są błędne:

• Jak najbliżej radiotelefonu - krótszy przewód antenowy oznacza nieco mniejsze straty, ale to drugorzędna korzyść. O jakości łączności VHF decyduje wysokość anteny, a nie długość kabla. Antena przy samym radiotelefonie, w kabinie lub nisko nad pokładem, wyraźnie skraca zasięg.
• W miejscu osłoniętym od wiatru i wody - anteny morskie są projektowane do pracy na zewnątrz, w deszczu, wietrze i słonej mgle. Chowanie anteny za nadbudówką, masztem czy żaglem tłumi sygnał i zaburza promieniowanie, więc pogarsza łączność zamiast ją chronić.

Zakłócenia metalem

Metalowe konstrukcje statku - maszt, reling, olinowanie, nadbudówka, inne anteny - nie są dla fali radiowej obojętne. Jeżeli antena VHF stoi zbyt blisko takich elementów, metal zaczyna odbijać i wtórnie promieniować energię. Efektem jest zmiana charakterystyki promieniowania anteny: zamiast równomiernego promieniowania dookoła pojawiają się kierunki wzmocnione i kierunki osłabione, czyli "cienie radiowe". W praktyce oznacza to, że z niektórych namiarów statek słychać gorzej, a sam też gorzej słyszy inne stacje.

Na egzaminie odrzucasz dwie inne odpowiedzi:

• Uszkodzenie anteny - sama bliskość metalu nie niszczy anteny ani mechanicznie, ani elektrycznie. Problem dotyczy rozkładu promieniowania, a nie sprawności sprzętu.
• Zmiana polaryzacji fali - polaryzacja wynika z budowy i ustawienia anteny. Pionowa antena VHF nadal promieniuje falę spolaryzowaną pionowo; zmienia się kształt charakterystyki, a nie polaryzacja.

Anteny NAVTEX

NAVTEX to system odbioru komunikatów bezpieczeństwa żeglugi w paśmie MF, przede wszystkim na 518 kHz i 490 kHz, z dodatkową częstotliwością 4209,5 kHz. Na 518 kHz fala ma około 580 m, więc antena rezonansowa (ćwierćfalowa) miałaby ponad sto metrów. Odbiornik NAVTEX jednak tylko odbiera, niczego nie nadaje, a do samego odbioru silnych sygnałów stacji brzegowych wystarcza antena znacznie krótsza od fali. Dlatego w odbiornikach NAVTEX stosuje się pionowe anteny prętowe o długości 2-4 m - proste, odporne i łatwe do zamontowania także na jachcie.

Dwie pozostałe konstrukcje są przeznaczone dla nadajników, a nie dla odbiornika:

• Anteny linkowe typu "Γ" lub "T" to rozpięte przewody stosowane przy nadawaniu w niższych pasmach na większych jednostkach, gdzie potrzebna jest duża konstrukcja promieniująca.
• Maszt antenowy o długości kilku lub kilkunastu metrów to rozwiązanie dla nadajników MF/HF dużej mocy. Do odbioru NAVTEX taka antena nie jest potrzebna.

O samym systemie, częstotliwościach i zasięgu przeczytasz w materiale o NAVTEX na 518 i 490 kHz, a o pracy odbiornika w materiale o odbiorniku NAVTEX.

Charakterystyka dookólna

Charakterystyka promieniowania pokazuje, jak antena rozdziela energię w różnych kierunkach. Charakterystyka dookólna w płaszczyźnie poziomej oznacza, że antena promieniuje jednakowo we wszystkich kierunkach widzianych z góry, czyli w pełnym zakresie 360° wokół siebie.

Taką charakterystykę mają anteny prętowe ustawione pionowo. Pionowy pręt jest symetryczny względem swojej osi, więc żaden kierunek poziomy nie jest wyróżniony. To właśnie dlatego statkowe anteny VHF i odbiorcze anteny NAVTEX są pionowymi prętami - łączność działa niezależnie od kursu jednostki.

Pozostałe typy nie dają charakterystyki dookólnej:

• Anteny linkowe typu "Γ" lub "T" mają poziome ramię z przewodu, które łamie symetrię. W płaszczyźnie poziomej pojawiają się kierunki silniejsze i słabsze, zależne od tego, jak linka jest rozpięta.
• Anteny Yagi z założenia są kierunkowe: element odbijający i elementy kierujące skupiają energię w jednym głównym kierunku, a do tyłu i na boki promieniują słabo.

Skrót do egzaminu: pionowy pręt = dookoła, Yagi = w jednym kierunku, linka Γ lub T = nierównomiernie.

Baterie awaryjne

Przenośny radiotelefon awaryjny VHF zabiera się do tratwy ratunkowej po opuszczeniu statku. Jego bateria musi więc wystarczyć na wiele godzin realnej pracy, a wymaganie egzaminacyjne opisuje to dwoma elementami jednocześnie:

• czas pracy: co najmniej 8 godzin z pełną mocą,
• określony cykl pracy 1:9, w którym w każdej minucie radiotelefon przez 6 sekund nadaje, przez 6 sekund odbiera z wyłączoną blokadą szumów i przez 48 sekund odbiera z włączoną blokadą szumów.

Proporcja 1:9 oznacza, że na każdą jednostkę czasu nadawania przypada dziewięć jednostek odbioru (6 s nadawania wobec 54 s odbioru). Cykl jest częścią wymagania, bo bez niego "8 godzin pracy" nic nie mówi - inny wynik daje ciągłe nadawanie, a inny sam nasłuch.

Typowe pułapki w odpowiedziach:

• 48 godzin zamiast 8 - cykl opisany jest poprawnie, ale czas pracy jest za długi. Liczba 48 kusi z dwóch powodów: występuje w samym cyklu (48 sekund odbioru z blokadą szumów), a 48 godzin to wymóg dla innego urządzenia GMDSS, opisany w materiale o bateriach EPIRB. Dla przenośnego radiotelefonu VHF wymagany czas pracy baterii to 8 godzin.
• 8 godzin bez podania cyklu - liczba godzin się zgadza, ale brakuje warunków pracy, w których tę pojemność się określa. Poprawna odpowiedź zawiera zarówno 8 godzin pełnej mocy, jak i cykl 1:9.

Same akumulatory i ich obsługa to osobny temat - zaczyna go wprowadzenie do akumulatorów statkowych.

Co zapamiętać

• Długość anteny prętowej zależy przede wszystkim od częstotliwości, czyli od długości fali (λ ≈ 300 / f w MHz). Ani moc nadajnika, ani amplituda napięcia jej nie wyznaczają.
• Statkowy VHF używa pionowego dipola o długości 0,25λ, czyli około 50 cm. Kilkumetrowa linka to rozwiązanie z MF/HF, Yagi jest kierunkowa.
• Antenę VHF montuje się możliwie najwyżej i z dala od innych anten - nie przy radiotelefonie i nie w osłoniętym miejscu.
• Metal zbyt blisko anteny VHF zmienia charakterystykę promieniowania. Nie uszkadza anteny i nie zmienia polaryzacji.
• Odbiornik NAVTEX korzysta z pionowej anteny prętowej 2-4 m. Linki Γ/T i wysokie maszty służą nadajnikom.
• Dookólną charakterystykę w płaszczyźnie poziomej mają pionowe anteny prętowe.
• Bateria przenośnego radiotelefonu awaryjnego VHF: co najmniej 8 godzin pełnej mocy w cyklu 1:9 (6 s nadawania, 6 s odbioru bez blokady szumów, 48 s odbioru z blokadą szumów).