Strona o konstrukcjach antenowych, którą w ciemno mogę polecić

Jest taki gościu, który świadectwo uzdolnienia (zapasowy mirror) uzyskał, kiedy miałem niemalże roczek, a pierwszą licencję (zapasowy mirror) podpisywał mu jeszcze kolega Jerzy Węglewski (SP5WW) we własnej osobie.

Znak tegoż wzmiankowanego "weterana" to ciągle i niezmiennie SP8GSC (Krzysztof Szczucki). Człowiek ten przez wiele lat słuchał na przerobionym lampowym odbiorniku radiofonicznym "Stolica", a nadawał z naprawdę prostych konstrukcji "własnego wystrugu". Specjalizuje się w telegrafii i "obskoczył" już właściwie całą planetę. To według jego opisu (zapasowy mirror) już kilka lat temu zrobiłem swoją antenę skróconą na pasmo 80 metrów, która działa aż miło, także na 40 metrach (w dodatku jako mocno kompromisowa, bo strychowa).

adres strony internetowej SP8GSC ---> https://sp8gsc.pzk.pl/

dział antenowy ---> https://sp8gsc.pzk.pl/Anteny/Konstrukcje/Anteny.html

(zapasowy awaryjny mirror z działem antenowym, teleportowane do postaci rarpaczki)

 

Bardzo polecam! Jeśli się uczyć, to od najlepszych!

(Marcin Perliński)

1000 kilometrów z jednego wata, czyli tak działa propagacja

Mój jednotranzystorowy nadajniczek telegraficzny na pasmo 40 metrów wraz z opisaną dokładniej w tymże blogowpisie strychową anteną kompromisową (skróconą cewkami i nawet nie na to pasmo!!!) znów się spisał na medal, bo w dniu dzisiejszym (25 kwietnia 2023 roku, godzina 22:55) osiągnąłem taki oto rezultat:

Duma mnie rozpiera, ponieważ udało się "dolecieć" mniej więcej w okolice, gdzie mieszka Moja Córeczka.

Tylko 1 wat i sprzęt, który sam zrobiłem za jakieś 5 czy 6 złotych, bo większość komponentów z elektrośmieci.

(Marcin Perliński)

Zrozumieć indukcyjność cewki (8) — niezbędnik nawijacza dla zakresów VHF/UHF

To się ukazało w kwietniu Roku Pańskiego 1971, czyli kiedy byłem jeszcze u Mamy w brzuchu.

Gotowy nomogram LC, bardzo łatwy w użyciu, pokrywa zakresy od 20 MHz do 6 GHz.

źródło: Ham Radio Magazine 4/1971

Pełny materiał źródłowy zawiera tabele z gotowymi wymiarami oraz ilościami zwojów dla indukcyjności od 2 nanohenrów do 1 mikrohenra, a także liczne wskazówki i przykłady uwzględniające również i  mniej typowe sytuacje, kiedy cewka VHF/UHF musi przenieść większe moce (czyli np. w nadajnikach czy wzmacniaczach mocy wielkiej częstotliwości). Jest to opracowanie w języku angielskim i wymiary podaje niestety w calach, a grubości drutu jako AWG, ale można z tym jeszcze "jakoś żyć", jeśli się wie, jak to przeliczać. Jeden cal (= inch) to 2.54 cm.

Zakresy UHF (od około 400 MHz wzwyż) zasadniczo bazują już współcześnie na indukcyjnościach nie przypominających "zwykłych" klasycznych cewek w postaci "sprężyny", gdyż bardziej przyjmują postać litery "U" lub są tzw. linią mikropaskową, ale o tymże zagadnieniu będzie akurat osobny artykuł na moim zablogowaniu.

 

(Marcin Perliński)

Zrozumieć indukcyjność cewki (7) — tabelka "kobylańsko-wolszczakowa"

To ze słynnego dzieła Władysława Kobylańskiego i Sławomira Wolszczaka "Odbiorniki tranzystorowe" z roku 1973.

Osobiście fale długie radiofoniczne odbieram w oparciu o nieco odrębny "patent", ale zgadzam się z powyższymi tabelami w ich całej rozciągłości.

 

(Marcin Perliński)

Zrozumieć indukcyjność cewki (6) — dobór elementów LC, tabelka "iloczynowa" 150 kHz ... 60 MHz

źródło: Henryk Borowski "Cewki do odbiorników" (1954)

 

Przydatna tabelka z oczywistymi wzorami, które bezpośrednio z niej wynikają. Można tu działać w zakresie od 150 kHz (λ = 2 km) do 60 MHz (λ = 5 m).

Z moich amatorskich obserwacji wynika, że zalecane przybliżone orientacyjne praktyczne/warsztatowe "popularne" pojemności dla obwodów rezonansowych fal długich to od 300 pF do 1.5 nF, dla średnich 200-500 pF, dla krótkich około 40-180 pF, a dla (bardzo) dolnego UKF (tzn. 30-60 MHz) jakieś 10-30 pF. Wspominam o tym jedynie po to, aby przy konstruowaniu/obliczaniu, nie "zmasakrować sobie" tzw. dobroci cewki, czyli aby zapewnić w miarę rozsądne głębokości oraz stabilność oscylacji.  Przykład wykorzystania tabeli: Mam kondensator zmienny 30 pF i chcę do niego dobrać cewkę o takiej wartości, aby móc odbierać pasmo CB (27 MHz), czyli długość fali około 11 metrów. Odszukuję w tabeli najbliższe pasmo, czyli 10 metrów i widzę, że iloczyn wynosi 27.9, czyli spokojnie mogę zaokrąglić sobie do równych 28. I teraz wykorzystuję wzór w lewym górnym rogu tabeli, czyli 28/30 = 0.93 µH. Do tego kondensatora 30 pF będzie potrzebna cewka 0.93 µH, aby odbierać pasmo 27 MHz, czyli spokojnie mogę nawijać indukcyjność w okolicach 1 µH.  Takie proste i wygodne! Fizyka od roku 1954 nic a nic się nie zmieniła i wszystko działa!  

opracowanie tabeli: Henryk Borowski (1954)
 lekkie oczyszczenie skanu oraz dopisanie wzorów: Marcin Perliński

Zrozumieć indukcyjność cewki (5), czyli gotowiec dla nawijacza

Można to robić szybko i wygodnie nawet na rezystorach o różnej mocy oraz innych powszechnie i łatwo dostępnych kształtkach czy rdzeniach.

oś pionowa to indukcyjność w mikrohenrach, oś pozioma reprezentuje liczbę zwoi, krzywe odpowiadają różnym średnicom drutu nawojowego w emalii, kształtką jest rezystor jednowatowy

Cały materiał tutu.

Publikacja zawiera aż 12 wykresów-nomogramów, ułatwiających wykonanie dowolnych indukcyjności o wartościach od dziesiątek nanohenrów do stu mikrohenrów.

O grubościach drutu AWG/SWG/mm na moim zablogowaniu już był artykulik.

opracowanie/źródło: Earl Palmer (W7POG), Ham Radio Magazine 4/1977

Raz wydrukowane zostanie pod ręką na zawsze. 

Zachęcam do korzystania!

(Marcin Perliński)

A Pana Tadeusza Sznuka od tej strony pewnie nie znacie, czyli jak mały Tadzio mikrofon fachowo zapudełkował i nawet nagrodę dostał (1955)

 

Pełny tekst archiwalny tutu.

A największą nagrodą była niewątpliwie publikacja własnego artykułu w "Młodym Techniku".

Chyba w Polsce nie ma osoby, która by tego gościa nie lubiła i nie szanowała, więc proponuję przeczytać niezwłocznie, ponieważ i o elektroakustyce można się całkiem sporo dowiedzieć.

(Marcin Perliński)

Zrozumieć indukcyjność cewki (4) — zestawienie porównawcze rdzeni Epcos, Philips, Neosid, Iskra Ferreti, Kaschke, TDK oraz Polfer

To jako uzupełnienie bardzo trudno dostępnej wiedzy tajemnej dla najbardziej zainteresowanych. Podano współczynniki przenikalności magnetycznej "mi" (µ). Przekładając to na liczbę AL (= dla rdzeni o budowie zamkniętej, np. pierścieniowej, kubkowej czy dwuotworowej) proponuję dzielić przez trzy (niestety, według mojego mikrorozumku nie istnieje jeden jednoznaczny pewny i niezawodny przelicznik), czyli na wyjściowe transformatory we wzmacniaczach mocy wielkiej częstotliwości nadawać się powinno wszystko do µ na poziomie około 600. Oczywiście im mniejszy współczynnik µ (oraz mniej lub bardziej proporcjonalna do niego liczba AL), tym lepiej i łatwiej uruchomić "dopał".

Wersja drukowalna jako PDF dostępna również tutu.

Warto zachować, bo to dość unikatowe zestawienie, nad którym ktoś naprawdę uczciwie i rzetelnie się napracował.

Materiałek tenże wiele lat temu znalazłem na stronie klubu SP3PSM, a jego autorem jest Wojtek SP3CCT.

Polecam!

 

(Marcin Perliński)

Uziom/odgrom z "dopałem" chemicznym — ciekawostka z roku 1976

Obmyślił to sobie i praktycznie wykonał/przetestował kolega Roger Hoestenbach (W5EGS). U niego ten wynalazek miał podwójne zastosowanie, bo po pierwsze odgromowo, a po drugie typowo radiowo. Ciekawe połączenie teorii z praktyką.

źródło: QST 12/1976

Pełny tekst publikacji dostępny tutaj.

Dla DX-owców mieszkających na ekstremalnie niekorzystnych formacjach geologicznych może być warte rozważenia. Życzę pożytecznej lektury!

 

(Marcin Perliński)

Konduktywność gruntu w większości przypadków radykalnie poprawia zasięg nadajnika

Radiowe Centrum Nadawcze w Solcu Kujawskim znajduję się na obszarze, gdzie grunt nadzwyczaj dobrze przewodzi prąd elektryczny. Holenderscy piraci radiowi, "zabawiający się" emisjami średniofalowymi, także korzystają z takiego  "prezentu od Pana Boga". Dobra konduktywność to także radykalnie skuteczniejsze uziemienie. Ta pożyteczność odnosi się do większości pasm radiowych, ale istnieje jeden wyjątek w postaci emisji ELF, czyli częstotliwości rzędu dziesiątek herców, wykorzystywanych do komunikacji ze strategicznymi atomowymi okrętami podwodnymi, gdyż tu dla nadajników szuka się akurat obszarów ekstremalnie słabo konduktywnych, aby to ziemia, czyli skalne struktury geologiczne, mogły służyć jako antena, czyli główny rezonator i wibrator, w pewnym sensie porównywalny do "gigantycznego podziemnego kwarcu".

Z punktu widzenia krótkofalowca konduktywność jest jednak zjawiskiem ze wszech miar pożądanym. Osoby parające się "radiowariactwem", które mieszkają na terenach o gorszej przewodności gruntu, muszą zatem kompensować te niedostatki poprzez rozkładanie dodatkowych przeciwwag i/lub wbijanie wielometrowych szpil uziemiających do gruntu, bo nie każdy ma swoje QTH na przykład pod Bydgoszczą czy na Żuławach. 

Dobra konduktywność to nie tylko lepszy zasięg nadajnika, ale i poprawiona czułość odbiornika, więc warto to zawsze mieć na względzie, także w ramach wakacyjnych wypadów, choćby w Bieszczady, gdzie jest "fenomenalnie cicho", bo brak zakłóceń, ale ziemia akurat niezbyt sprzyja i warto to poprawić choćby kilkoma radialnie/gwiaździście ukształtowanymi przeciwwagami "pierdykniętymi na glebę".

(Marcin Perliński)

Jaka jest dziś "propa", czyli propagacja?

To nie tylko parametry jonosferyczne, aktywność Słońca (np. strumień protonów, elektronów, cząstek alfa, czyli głównie efekt wiatru słonecznego i protuberancji), szum geomagnetyczny Ziemi, poziom promieniowania rentgenowskiego, rozbłysków gamma, radiowy pomruk Jowisza, parametr MUF i związane z nim "dukty", zdolność do odbijania fal przez Księżyc (w ramach łączności EME) itd. itp. 

Żeby się tym praktycznie posługiwać, potrzebne są takie atuty jak głębsza znajomość astrofizyki, geofizyki oraz lata doświadczeń, więc proponuję pójść na skróty i korzystać z gotowca w postaci telemetrii/predykcji:

Link do strony podstawowej taki oto.

No i wygląda na to, że ten Paul Herrman to znakomity specjalista oraz znawca.

Bardzo siarczyście mocno polecam!

(Marcin Perliński)

Zrozumieć indukcyjność cewki (3) — cewka powietrzna wielowarstwowa

źródło: Zbigniew Faust "Konstruowanie i montaż układów radioamatorskich" (1972)

 

We wzorze powyższym mają być wszystkie wymiary podane w centymetrach. Dziesięć do minus piątej to jest 0.00001. No i parametr "D" trzeba sobie wcześniej wyprowadzić na zasadzie średniej arytmetycznej (drugi wzór). Oczywiście liczenia trochę jest, więc chyba najłatwiej skorzystać z jakiegoś sprawdzonego specjalistycznego kalkulatora, faktycznie miarodajnej apki* itd. itp.

1 mH (milihenr) to 1000 µH (mikrohenrów).

* według mojej wiedzy miarodajna apka "srajfonowa" do cewek wielowarstwowych raczej nie istnieje, bo to, co oferują aktualnie (= dzień dzisiejszy) dostępne wypociny w Sklepie Play, po prostu naprawdę woła o pomstę do nieba i przynosi ujmę systemowi edukacji Naszej Planety

Osobiście najchętniej sięgam po odpowiedni podmoduł liczący w darmowym windzianym programie "Asystent Elektronika", wersja starsza, nie-javowa (do wykopania Googlem, na chomiku, itd. itp.). W programie "Asystent Elektronika" wymiary są także w centymetrach.

Mimo postępu technologicznego zachęcam do zanotowania sobie wzoru w jakimś najprawdziwszym papierowym kajeciku, ponieważ uniezależni to nas od prądu czy Internetu.

Przed momentem sprawdzałem działanie wzoru i programu. Z wzoru wyszło mi 309 µH (mikrohenrów), czyli 0.309 mH (milihenra), a w programie 346.15 µH (mikrohenra), czyli 0.34615 mH (milihenra). I nie ma co się dziwić, że są różnice, bo z praktyki radioamatorskiej wiem, że te wzory i programy mogą mieć różne wyniki, bo przyjmują minimalnie różne metodologie obliczeniowe, przy czym w ramach faktycznego nawijania otrzymamy zawsze jedynie przybliżony wynik, bo przecież zwoje są robione mniej lub bardziej ciasno, to znaczy z różnymi naprężeniami i zagęszczeniami drutu, więc i dla każdej nawijającej/napinającej ręki (czy nawet automatycznej nawijarki w fabryce) będą zawsze jakieś (raczej niezbyt radykalne) odchyłki, przy czym wzór z książki Pana Zbyszka Fausta osobiście uważam za nieznacznie bardziej miarodajny (i spostrzeżenie to wynika z moich praktycznych zmagań z cewkami wielowarstwowymi, jakie tworzyłem w ramach uruchamiania filtru pasmowego oraz mieszacza do tzw. "Bartka Zero", opisanego pod nieco inną nazwą w kilku numerach "Młodego Technika" w roku 1992).

Dla osób preferujących wygodę wynikającą ze stosowania nomogramów (Kazimierz Lewiński "Tablice i nomogramy radiotechniczne", 1962):

Raz wydrukowane zostaje i działa niemalże na wieki wieków.

(Marcin Perliński)

Zrozumieć indukcyjność cewki (2) — niezbędnik katalogowy, czyli Polfer (7x7, 12x12, 12x28, rdzenie), Toko, Neosid, Xicon, Denco, Murata, Amidon, trafka dopasowujące i głośnikowe z czasów PRL

Mając już wstępne wiadomości cewkologiczne warto poszerzyć swoją własną domową podręczną kolekcję materiałów o dane fabryczne, czyli katalogowe, bo ułatwia to poruszanie się po obszernościach wiedzy elektronicznej i radiotechnicznej.

pobierz/przejrzyj paczkę zbiorczą (prawie 70 MB)

(zapasowy mirror)

W powyżu nie tylko cewki i trafka, ale i rdzenie oraz rezonatory, które bezpośrednio łączą się z radiowariactwem, a zwłaszcza z superheterodynami. Jako wisienkę na torcie dokooptowałem materiał o "samodzielnym wystrugu" filtrów pośredniej częstotliwości dla pasma UKF. Nie doklejałem jedynie wiedzy z lat pięćdziesiątych XX wieku (oraz dawniejszych), kiedy filtry pośredniej częstotliwości do superheterodyn robiono poprzez umieszczenie na bakelitowym patyczku dwóch nieekranowanych krążkokształtnych cewek nawijanych koszykowo i oddalonych od siebie o kilka centymetrów, ponieważ zamierzam im kiedyś poświęcić odrębny materiał nostalgiczno-historyczny.

Zbierałem to latami i zakładam, że niejednej osobie może się przydać. 

W folderze "amidonowym" mały prezent w postaci darmowego windzianego programiku do obliczania parametrów indukcyjności wykonywanych na rdzeniach pierścieniowych Amidon (i podobnych, także mniej powszechnych SIFERRIT, WE Ferrit czy Ferroxcube) oraz wszelkich innych toroidach "niemarkowych", przy czym "na upartego" programik tenże można wykorzystywać także w odniesieniu do innych rdzeni typu zamkniętego, czyli również i kubkowych czy dwuotworowych. Aplikacja ta zasuwa również pod Linuksem (poprzez Wine).

 

Programik powyższy jest dziełem nieżyjącego już krótkofalowca niemieckiego Wilfrieda Burmeistera (DL5SWB). Obecnie softem tymże opiekuje się Klaus Warsow (DG0KW). Jest to niewątpliwie najlepsze tego typu narzędzie na świecie (i zawiera kilka dodatkowych funkcjonalności, których na pierwszy rzut oka nie widać, np. moduł do obliczania rezonansu L <---> C <----> f i inne pożyteczności typu kalkulator cewek powietrznych jednowarstwowych, a nawet indukcyjności pojedynczych przewodów).

(Marcin Perliński)

Zrozumieć indukcyjność cewki (1) — kardynalne elementarności, czyli "podstawy podstaw"

Indukcyjność to zdolność kawałka przewodu do wpływania na otoczenie lub zdolność tego samego kawałka przewodu do odbierania wpływów otoczenia. Tym wpływem nadawanym lub odbieranym jest tzw. siła elektromotoryczna, a mówiąc bardziej po ludzku fala elektromagnetyczna, czyli zasadniczo (też i) radiowa. Tak naprawdę to ta fala wcale nie musi być radiową sensu stricto, bo wystarczy nawet wpływ np. magnesu stałego, a nawet pole elektryczne, czyli np. naelektryzowany kawałek folii potarty o sweter lub znacznie bardziej manifestująca się w eterze iskra elektryczna. Nawet prosty kawałek przewodu ma więc jakąś tam maleńką indukcyjność własną (czyli zdolność do emitowania/odbierania bodźców). Jeśli tenże kawałek przewodu zegniemy w półokrąg, to indukcyjność wzrośnie, jeśli uformujemy z niego koło, to tym bardziej zwiększy się jego "L" ( = indukcyjność), a jeśli tych okręgów będzie więcej, czyli utworzymy zwojnicę (dawna nazwa solenoid), to powstanie już coś, co bardziej, w pojęciu potocznym, możemy nazwać cewką. W radiotechnice cewki wraz z kondensatorem (stałym lub przestrajanym/zmiennym) bardzo często tworzą obwód rezonansowy  —  najczęściej równoległy, troszkę rzadziej szeregowy. Cewka i kondensator są w stanie generować drgania elektromagnetyczne lub je odbierać. Jeśli mamy wibrujący kamerton (bo w niego pukniemy np. młoteczkiem) i zbliżymy do niego drugi niewibrujący (i najlepiej identyczny) kamerton, to ten drugi, czyli niewibrujący przejmie drgania od tego pierwszego wibrującego i sam zacznie wibrować/dźwięczeć. "Walnięcie" młoteczkiem to nadawanie i w cewce rolę tego młoteczka pełni prąd elektryczny — prąd stały wytworzy jedno drgnięcie i z cewki "poleci w eter" krótki (gasnący) impuls radiowy. Taki impuls radiowy można także wytworzyć przez "machnięcie" w pobliżu cewki jakimś magnesem stałym lub spowodowanie przeskoku iskry elektrycznej (dlatego pierwsze nadajniki radiowe były nazywane "iskrówkami", ponieważ autentycznie były wyposażone w iskrownik lub palnik łukowy). Jeśli będziemy szybko "machać magnesem" lub włączać i wyłączać prąd stały przyłożony do krańców cewki (np. przy pomocy klucza telegraficznego lub przerywacza, nawet takiego od kierunkowskazów samochodowych) czy po prostu iskrzyć lub rozpalać na krótki moment łuk elektryczny, to cewka nada w eter cały ciąg gasnących impulsów, a jeśli zastąpimy prąd stały prądem przemiennym "pulsującym" z szybkością np. 540 000 wzgl. 225 000 drgnięć na sekundę (540 kHz lub 225 kHz), to wyemitujemy w eter stały ciągły niegasnący sygnał radiowy na falach średnich bądź długich. Taką niegasnącą ciągłą falę nośną można modulować, czyli zmieniać jej intensywność/"głośność"/moc bezpośrednio przy pomocy mikrofonu (np. archaicznego węglowego) czy pośrednio przy użyciu trafka modulacyjnego i nadawać mowę czy muzykę, czyli zbudować względnie prosty nadajnik radiowy z modulacją amplitudową (AM). Najgłośniejszy i najmniej zniekształcony akustyczny sygnał radiowy/ dźwiękowy uzyskamy w sytuacji, gdy głębokość modulacji będzie wynosiła 50 do 70 %. Jeśli masz w pobliżu jakiś radioodbiornik z zakresem fal średnich czy długich, to go (nawet w tej chwili) włącz i nastaw na 540 kHz czy 225 kHz. Nastawiłeś? Słyszysz węgierskie radio z nadajnika z miejscowości Solt? A może odebrałeś naszą polską długofalową radiową "Jedynkę" z nadajnika w Solcu Kujawskim? Twój telefon komórkowy czy smartfon także wysyła sygnał radiowy z mocą około 1 wata. Jeśli masz CB radio w samochodzie, to "wypluwa ono w powietrze" moc około 4 watów. A nadajnik w Solt ma tych watów aż dwa miliony (2 megawaty), dlatego nie tylko że pokrywa swoim zasięgiem całe Węgry, ale jest nieźle słyszalny także i np. Polsce. Na podobnej zasadzie nasz Solec Kujawski (także potężna moc = 1 megawat) jest znakomicie słyszalny nie tylko w Polsce, ale i wielu krajach ościennych. W tych potężnych nadajnikach także są cewki, wykonane w postaci zwiniętego w spiralę grubego drutu, pręta, a może nawet i rurki. Sama cewka nie daje nam dużego zasięgu nadawania, ale jeśli podpiąć do niej jakiś przewód czy pionowy/poziomy/skośny pręt, to uzyska się prostą antenę i zasięg ulegnie zwielokrotnieniu. Im lepiej dopasowana i wyżej zawieszona antena, tym zasięg będzie lepszy.

Cewka, im dłuższa, z większą ilością zwojów czy większą średnicą, ma większą indukcyjność, czyli można z niej "wykrzesać" niższą częstotliwość. Na podobnej zasadzie działają instrumenty muzyczne —  dłuższa/grubsza piszczałka organowa to niższa częstotliwość, czyli niższy/grubszy ton. Kiedy suwak puzonu jest maksymalnie wysunięty (czyli dłuższy), to słyszymy najniższy dźwięk, a większy bęben/kocioł orkiestrowy bardziej nisko dudni w porównaniu z małym zabawkowym bębenkiem dla dzieci.

bardziej poprawnie nawinięta cewka UKF (CCIR) z charakterystyczną "wywijką"

 

przykładowe obliczenie cewki UKF (CCIR)
w darmowym windzianym programiku "Asystent Elektronika"

... oraz symulacja rezonansu w moim ulubionym kalkulatorku LC

Cewki powietrzne, w których rdzeniem jest powietrze, czyli są po prostu puste w środku, charakteryzują się współczynnikiem przenikalności magnetycznej (µ) wynoszącym jeden. Jeśli wezmę np. tekturowy rulonik o średnicy 1 cm i nawinę na nim 100 zwojów bardzo cienkim drutem (0.11 mm), to uzyskam cewkę o indukcyjności około 60 mikrohenrów (µH). Jeśli do tego rulonika wsunę radiowy antenowy pręt ferrytowy o średnicy 8 lub 10 milimetrów, to indukcyjność wzrośnie cztero ... pięciokrotnie, czyli z 60 µH zrobi się 240 ... 300 µH. Fabrycznie wykonane radiowe antenowe pręty ferrytowe mają współczynnik przenikalności magnetycznej (µ) na poziomie 4 do 5, więc i indukcyjność wzrosła cztero- ... pięciokrotnie. Teraz, jeśli do cewki np. 260 µH dołączymy równoległy kondensator stały o pojemności 1 ... 1.5 nF (1000 ... 1500 pF), to nasza cewka najmocniej będzie nadawać lub odbierać radiowe fale długie (150 ... 280 kHz), a stąd już tylko krok do wykonania odbiornika czy nadajnika radiowego (właśnie na fale długie oraz ich podzakres radiofoniczny, czyli broadcastingowy, czyli rozsiewczy). Do żądanej częstotliwości będziemy mogli się dostroić poprzez przesuwanie pręta ferrytowego w tekturowym ruloniku, na którym nawinęliśmy cewkę. Osoby ciekawe świata mogą korzystać z nomogramów lub odpowiednich wzorów na indukcyjność i rezonans cewki:

Dalsze pokrewne uproszczone praktyczne wzory warsztatowe (także wyprowadzone z równań Thomsona):

A osobnicy najbardziej drążący temat zauważą zapewne, że zgodnie z wzorami 240 µH w połączeniu z kondensatorem rezonansowym  1 nF (1000 pF) da nam częstotliwość około 324 kHz, więc powyżej tego, co obsługuje odbiornik radiowy na fale długie broadcastingowe (150 ... 280 kHz). Więc dlaczego takie radio gra i działa na 225 kHz? Czyżby fizyka przestała obowiązywać lub wzory były nieprawidłowe? Nie, nie ma tu błędu, bo przypomnijmy sobie, że nawinęliśmy cewkę sporą ilością zwojów, a każdy zwój to maleńki kondensator, bo przecież sąsiaduje ze zwojem obok, a że druty są fabrycznie pokryte emalią, to i mamy tu izolator, czyli dielektryk, a że mamy tych kondensatorów przynajmniej 100 sztuk, to i cewka uzyska bardzo znaczne pojemności międzyzwojowe, które dodają się do pojemności rezonansowej (czyli dodają się do naszego kondensatora stałego np. 1000 pF, czyli 1 nF). Mamy więc teoretyczny rezonans na 324 kHz (240 µH + 1000 pF), ale po dodaniu pojemności międzyzwojowych, wynoszących tu około 1000 dodatkowych pikofaradów, robi się nam 240 µH + 2000 pF = 229 kHz, więc już całkiem bliziutko naszej radiowej "Jedynki" na częstotliwości 225 kHz i radio odbiera/gra jak należy. Cewka nawinięta dużą ilością zwojów uformowanych z bardzo cienkiego drutu ma również bardzo cienką powłokę emaliowaną, czyli grubość dielektryka maleje, więc i pojemność takiego "jednozwojowego subkondensatora" wzrasta bardzo radykalnie, więc i dodatkowe 1000 pF (= 1 nF) ze stu zwojów jak najbardziej jest możliwe. 

różne typy gotowych anten ferrytowych wraz z cewkami (częściowo wykonywanymi także i licą wielkiej częstotliwości), zazwyczaj produkuje się (lub produkowało się) pręty okrągłe o średnicach 8 mm i 10 mm oraz o długościach od 5 do ponad 20 cm, "okrąglaki" mają współczynnik µ na poziomie 4 ... 5, rzadziej spotykane pręty o przekroju prostokątnym miały współczynnik µ na poziomie 2 ... 3, niemal wszelkie pręty ferrytowe przeznaczone do odbiorników radiofonicznych były optymalizowane dla częstotliwości 100 kHz ... 2 MHz, ale znakomicie pracują rezonansowo nawet gdzieś do około 8 MHz (a w funkcji transformatora szerokopasmowego to i do 30 MHz bardzo dobrze sobie dają radę), zdjęcie od allegrowicza rafalm5

Cewki mogą być również wielowarstwowe (rządzą się innymi wzorami, ale nadal są pełnoprawną cewką), a jeśliby do takiej wielowarstwowej cewki wpierniczyć jakiś rdzeń z rozhartowanego żelaza miękkiego (np. pęk kilku gwoździ czy gruby pręt zbrojeniowy), to uzyskamy elektromagnes (zasilany prądem stałym lub zmiennym).

gotowy fabryczny elektromagnes do celów szkolnych, oferta ze Sklepu AVT

Pręt ferrytowy jest wzmacniaczem/"zwielokrotniaczem" indukcyjności o konstrukcji typu otwartego, dlatego posługujemy się współczynnikiem przenikalności magnetycznej (µ). "Kołowe" rdzenie ferrytowe lub proszkowe (pierścieniowe/toroidalne, kubkowe lub dwuotworowe) są "konstrukcyjnie" typem zamkniętym i ze względów czysto praktycznych posługujemy się w ich przypadku liczbą AL (bo upraszcza to obliczenia), czyli jeśli jakiś toroidek ma liczbę AL = 4 (np. popularny w radiotechnice rdzeń T37-2), to jeśli nawiniemy na nim 10 zwojów,  to uzyskamy 0.4  µH , przy 20 zwojach mamy 1.6 µH, przy 40 zwojach 6.4 µH, a dla 100 zwojów (o ile się jakoś na tak maleńkim "pierścionku" pomieścimy) uzyskamy równe 40 µH.

proszkowy rdzeń pierścieniowy T37-2 firmy Amidon, liczba AL = 4,
przystosowany do pracy rezonansowej w zakresach do 30 MHz, zdjęcie pochodzi z oferty Sklepu AVT

radzieckie/rosyjskie ferrytowe rdzenie pierścieniowe M2000HM1-5 (17.5 x 8 x 5 mm), liczba AL = 1500, oferowane przez allegrowicza Pro-Inventor, teoretycznie przystosowane do pracy w zakresach wielu megaherców, ale praktycznie (raczej) nie nadające się np. na transformator we wyjściowym wzmacniaczu mocy wielkiej częstotliwości dla zakresu KF ze względu na zbyt duże AL (jednakże nadal można z nich korzystać do wyrobu dławików, filtrów LC i niektórych mieszaczy)

Rdzenie pierścieniowe stały się ostatnio nadzwyczaj popularne, choć są niewygodne w nawijaniu i właściwie prawie nie istnieje możliwość szybkiej zmiany indukcyjności cewek na nich wykonanych. Sytuację poprawia dopiero równolegle dołączony trymer czy "profesjonalnie jeszy" kondensator strojeniowy (zmiana częstotliwości rezonansowej) lub taki oto nietypowy "partyzancki" fortel umożliwiający zmianę indukcyjności w pewnym zakresie.

sposób wymyślony przez krótkofalowca jankeskiego W2NH

Rdzenie dwuotworowe są chyba najbardziej specyficznym wynalazkiem w historii radiotechniki. "Rządzą się" tymi samymi wzorami, co rdzenie pierścieniowe czy kubkowe (bo także opisujemy je liczbą AL), ale należy w ramach posługiwania się nimi zwrócić uwagę na następujące kuriozum: Jeśli nawijany na rdzeniu dwuotworowym jakiś transformator czy przekładnik, to uzwojenie pierwotne oraz wtórne muszą się znaleźć w tej samej dziurce. Jeśli umieścimy każde uzwojenie w odrębnym otworze, to uzyskamy dwie niezależne cewki bez sprzężenia indukcyjnego między nimi (czyli transformator/przekładnik nie powstanie i nie zadziała).

Nawijanie na rdzeniach typu zamkniętego rządzi się jeszcze jedną ważną zasadą: jeden zwój to jedno przejście przez otwór rdzenia.

 

ferrytowe rdzenie dwuotworowe oferowane przez allegrowicza Pro-Inventor (kupiłem i zmierzyłem od razu ich parametry ---> liczba AL = 4, pracują znakomicie rezonansowo nawet do 100 MHz, a w funkcji transformatora szerokopasmowego nawet do 1 GHz)

 

Rdzenie kubkowe umożliwiają wykonanie bardzo dużych indukcyjności o dużej stabilności i odporności na zmiany mechaniczne, drgania czy czynniki zakłócające. W ich przypadku również posługujemy się liczbą AL. Do niektórych modeli rdzeni kubkowych były kiedyś dostępne specjalne ferrytowe dodatkowe i wkręcane rdzenie dostrojcze, przydatne niegdyś we wczesnych generacjach stereodekoderów, układach zdalnych sterowań radiowych z kodem tonicznym, wykrywaczach metalu itp. 

przykładowy rdzeń kubkowy z liczbą AL = 400,
zdjęcie pochodzi od allegrowicza marekmagda

Cewka może być więc elementem nadajnika, odbiornika, elektromagnesem, anteną, czujnikiem, opornikiem (bo przecież jakiś tam opór posiada), specyficznym kondensatorem rezonansowym (z uwagi na pojemności międzyzwojowe), a nawet przekładnikiem, czyli transformatorem, będącym układem sprzężonych indukcyjnie cewek, a także powielaczem napięcia (np. cewka zapłonowa w benzynowym silniku spalinowym czy klasyczny "szkolny" induktor/generator Rühmkorffa). Przed erą półprzewodnikowych stabilizatorów napięcia, czyli diod Zenera czy układów scalonych np. serii 78xx, dość powszechnie wykorzystywano stabilizację ferromagnetyczną w postaci kilkuhenrowej indukcyjności na rdzeniu metalowym, "zapinanej" szeregowo na wyjściu zasilacza. Ba, istnieją nawet cewki o zmiennej indukcyjności (ruchoma cewka umieszczona w innej/drugiej nieruchomej cewce), zwane wariometrami oraz płaskie cewki "ślimakopodobne", trawione bezpośrednio na laminacie płytki drukowanej, a nawet cewki wcale do cewek niepodobne, czyli zgięte druciki w kształcie litery "C" czy "U" oraz prostokątne paski/wąsy z miedzi czy srebra (technika mikrofalowa, czyli tzw. linie mikropaskowe). 

gotowe fabryczne obwody 7x7 z "rdzeniuszkiem-pokręcuszkiem",
tutu akurat wyrób naszej polskiej firmy "Polfer",
model 325, zdjęcie z oferty allegrowicza ae_elektronika

parametry obwodu 7x7 o oznaczeniu 325

Jednostką indukcyjności jest henr. Wartości rzędu pojedynczych henrów mogą mieć uzwojenia transformatorów sieciowych czy głośnikowych, ale w praktyce radioamatorskiej spotkamy się z ułamkami henra:

1 henr (H) = 1000 milihenrów

1 milihenr (mH) = 1000 mikrohenrów

1 mikrohenr (µH) = 1000 nanohenrów (nH)

Do przedstawienia parametrów rdzeni typu otwartego lepiej sięgać po współczynnik przenikalności magnetycznej (µ), a do wyspecyfikowania właściwości rdzeni zamkniętych lepiej posiłkować się liczbą AL.

Cewki można łączyć szeregowo lub równolegle i obowiązują w tejże kwestii te same prawidła co przy szeregowym lub równoległym łączeniu rezystorów (szeregi się sumują, a równoległości są odwróconą sumą poszczególnych odwrotności, np. dwie cewki 100 µH w szeregu to 200 µH, a dwie cewki 100 µH połączone równolegle dadzą nam 50 µH). Cewki wyższej jakości (zwłaszcza dla pasm UKF/VHF) często wykonywane są drutem miedzianym pokrytym cienką warstwą srebra (tzw. srebrzanka, czyli drut CuAg), a bardziej luksusowe wersję cewek np. długo- czy średniofalowych nawija się licą wielkiej częstotliwości, czyli lineczką składającą się np. z kilkunastu splecionych (i odizolowanych od siebie) włosków miedzianych. W obydwu przypadkach sięga się po takie "dziwactwa", aby ograniczyć zjawisko naskórkowości i podnieść tzw. dobroć cewki, czyli uzyskać efekt płynięcia prądów wielkiej częstotliwości "całą szerokością drutu", a nie tylko po samej jego powierzchni.

Oto kilka wstępnych prawideł dotyczących indukcyjności: 

 

L ↑  ----> f↓

L ↓  ----> f↑

C ↓  ----> f↑

C ↑  ----> f↓

ilość zwojów↑ ----> indukcyjność↑ ----> f↓

ilość zwojów↓ ----> indukcyjność↓ ----> f↑

średnica cewki↑ ----> indukcyjność↑ ----> f↓

średnica cewki↓ ----> indukcyjność↓ ----> f↑

odstępy międzyzwojowe↑ ----> indukcyjność↓ ----> f↑

odstępy międzyzwojowe↓ ----> indukcyjność↑ ----> f↓

grubość drutu↑ ----> dobroć cewki↑ ----> indukcyjność/częstotliwość bez większych zmian ----> moc emisji/głębokość i stabilność oscylacji/czułość odbiorcza↑

grubość drutu↓ ----> dobroć cewki↓ ----> indukcyjność/częstotliwość bez większych zmian ----> moc emisji/głębokość i stabilność oscylacji/czułość odbiorcza↓

długość nawinięcia↑ ----> indukcyjność↑ ----> f↓

długość nawinięcia↓ ----> indukcyjność↓ ----> f↑

rdzeń w cewce z µ dodatnim (ferryt, mosiądz) ----> indukcyjność↑ ----> f↓

rdzeń w cewce z µ ujemnym (aluminium) ----> indukcyjność↓ ----> f↑

rdzeń pierścieniowy/proszkowy/dwuotworowy/kubkowy z mniejszą liczbą AL ----> indukcyjność↓ ----> f↑

rdzeń pierścieniowy/proszkowy/dwuotworowy/kubkowy z większą liczbą AL ----> indukcyjność↑ ----> f↓

obiekt metalowy lub metalowa ścianka obudowy w pobliżu nieekranowanej cewki (np. 0.5 ... 2.5 cm) ----> zmiana indukcyjności↓, częstotliwości↑, a także niepożądane obniżenie dobroci

inna cewka w pobliżu (np. ustawiona równolegle) ----> zmiana indukcyjności↓, częstotliwości↑

inna cewka w pobliżu (np. ustawiona skośnie) ----> brak większych zmian indukcyjności czy częstotliwości

cewka ekranowana (np. 7x7) lub rdzeń kubkowy obok innej cewki ekranowanej (np. 7x7) lub innego rdzenia kubkowego ----> nie wpływają na siebie i mogą być bardzo/dowolnie blisko siebie

cewka sprzęgająca układu reakcji lub magnetostrykcyjnego ----> powinna być w fazie wzgl. przeciwfazie w stosunku do indukcyjności głównej i może to zależeć od kilku czynników (w razie potrzeby zamienić miejscami przewody cewki reakcyjnej)

pręt ferrytowy przytwierdzony do płytki drukowanej zwartą/zamkniętą elektrycznie przewodzącą pętlą/obejmą z drutu nieizolowanego ----> cewka/odbiornik/nadajnik może całkowicie przestać spełniać swoją funkcję

ilość zwojów↑ ----> (często) niepożądane pojemności międzyzwojowe↑ ----> f↓

ilość zwojów↓ ---->  (często) niepożądane pojemności międzyzwojowe↓ ----> f↑

nieizolowany/nielakierowany drut tworzy zwoje na rdzeniu ferrytowym ----> zwarcie, cewka przestaje spełniać swoją funkcję (można temu zwarciu jednakże przeciwdziałać izolując sam rdzeń)

izolowany/lakierowany drut tworzy zwoje na rdzeniu ferrytowym ----> cewka działa prawidłowo

izolowany rdzeń ferrytowy ze zwojami z gołego drutu (nielakierowanego) ----> cewka działa prawidłowo

rdzenie kubkowe ----> duże indukcyjności (milihenry, czyli tysiące mikrohenrów), liczba AL na poziomie setek

rdzenie proszkowe (pierścieniowe/toroidalne) ----> (raczej) mniejsze indukcyjności (od pojedynczych mikrohenrów do setek mikrohenrów), liczba AL przeważnie na poziomie jedności (ale rdzenie przetwornicowe, mniej "radiotechniczne" mają liczby AL dochodzące do kilkunastu tysięcy!!!)

rdzenie dwuotworowe ----> radiotechnika, technika antenowa, wykorzystanie uniwersalne, liczby AL raczej w okolicach jednocyfrowych lub dwucyfrowych, choć mam w rupieciach i "lornetki" adolfowej firmy "Kaschke" o AL = 270

fale długie ----> np. 260 mikrohenrów + 1 ... 1.5 nF = 225 kHz (wykorzystany antenowy pręt ferrytowy, nawijane bardzo cienkim drutem)

fale średnie ----> np. 150 mikrohenrów + 200 pF =  918 kHz (wykorzystany antenowy pręt ferrytowy, nawijane nieco grubszym drutem)

fale krótkie (80 metrów) ----> 10 mikrohenrów + 200 pF = 3.5 MHz

fale krótkie (40 metrów) ----> 10 mikrohenrów + 47 pF = 7.3 MHz

fale krótkie (27 MHz) ----> 1 mikrohenr + 33 pF = 27.7 MHz

symulacja rezonansu dla pasma CB (27 MHz)
w moim ulubionym kalkulatorku

parametry cewki dla pasma CB (27 MHz) w programie "Asystent Elektronika"
UWAGA!!! To jest wyliczenie dla cewki powietrznej (jeszcze chwilowo bez rdzenia ferrytowego)!!! Po włożeniu do wnętrza cewki pręcika ferrytowego o średnicy 3.8 mm i długości około 2 ... 3 cm indukcyjność wzrośnie 10 razy, ponieważ zostanie tu zastosowany pręcik o współczynniku przenikalności magnetycznej µ = 10

przykładowe pręciki ferrytowe polskiej produkcji (zakłady "Polfer") o średnicy 4 mm i długości około 2 cm, oferta allegrowicza TEL-RAD, takie pręciki mają zazwyczaj współczynnik µ = 8 ... 13, czyli praktycznie średnio przeważnie coś w okolicach 10

UKF (CCIR) ----> 0.15 mikrohenra (150 nanohenrów) + 20 pF = 91 MHz

UKF (2 metry) ----> 0.07 mikrohenra (70 nanohenrów) + 17 pF = 145 MHz

gotowe fabryczne kupne cewki strojone rdzeniuszkiem-pokręcuszkiem (także obwody p.cz.) ----> 7x7, 12x12, 12x28, Polfer, Toko, Neosid, Denco, Murata itp.

cewki/filtry p.cz. (455 kHz) ----> od 70 mikrohenrów (7x7 oraz 12x12) poprzez kilka setek aż po 680 mikrohenrów (Toko, Murata, Xicon), a sprzęgające uzwojenia wtórne podłącza się przeciwbieżnie, czyli kabelki dajemy odwrotnie

cewki/filry p.cz. (10.7 MHz) ----> około 2 ... 5 mikrohenrów, sprzęgające uzwojenia wtórne podłącza się przeciwbieżnie, czyli kabelki dajemy odwrotnie

dławiki w.cz. (KF) ----> setki lub dziesiątki mikrohenrów

dławiki w.cz. (UKF) ----> dziesiątki lub jedności mikrohenrów

gotowe fabryczne kupne dławiki osiowe (z barwnym kodem paskowym na obudowie) ----> od pojedynczych mikrohenrów do pojedynczych milihenrów oraz z obciążalnością „mocową” od ułamków wata do pojedynczych watów

kod barwny dławików (od elektrodowicza "petione")

 

przykładowy dławik osiowy 10 µH, tolerancja 10% (oferta ze Sklepu AVT)

 

Mój ulubiony kalkulatorek LC pobierzesz stąd (działa jako strona internetowa w trybie offline ---> należy pobrać i uruchomić lokalnie). Program "Asystent Elektronika" znajdziesz sobie Googlem lub na chomiku (współczesne przeglądarki bełkoczą coś o wirusie, ale to nieprawda, bo obecne standardy zabezpieczeń internetowych są przesadnie wrażliwe na wszelkie kody wykonywalne, nawet te całkowicie niewinne i pożyteczne). Windziany programik-katalog z obwodami w rozmiarze 7x7 (PRL, "Polfer") pobierzesz stąd.

Tyle tytułem bardzo ogólnego wprowadzenia. Ciąg dalszy nastąpi.

 

(Marcin Perliński)