Uziemienie w środowisku częstotliwości radiowych

William D. Chesney,
N8SA
Dyrektor do spraw łączności
Civil Air Patrol – Odział Michigan
Grudzień. 2003

Tłumaczenie: Mirek, SP2ILQ
Podkreślenia i zaznaczenia w tekście – wg oryginału angielskiego.

Problem właściwego uziemienia radiostacji jest jednym z najbardziej “tajemniczych” problemów w amatorskiej radiokomunikacji. Narosła wokół niego pewna otoczka magii i mistycyzmu, a powinien przecież być traktowany technicznie i naukowo. Uziemienie jest ważnym elementem każdej amatorskiej instalacji. Są dwa główne kryteria , które powinniśmy brać pod uwagę gdy planujemy instalacje uziemieniową. Pierwszy z nich, to problem bezpieczeństwa zarówno nas, jako operatorów stacji, jak i całego sprzętu, a nawet domu w którym jest zainstalowana. Drugi, to oczywiście sposób w jaki będzie się zachowywała nasza antena i z jaką efektywnością będzie emitowała sygnały. Potraktujmy te dwie sprawy najpierw oddzielnie, a na końcu połączmy je w jeden wspólny problem.

Uziemienie ochronne (przeciwprzepięciowe)

Istnieje potrzeba ochrony nas i instalacji od uderzenia pioruna. Oczywiście nie ma ochrony przed bezpośrednim “trafieniem” przez piorun!
Dostarcza ono o wiele więcej energii niż ta, którą możemy bezpiecznie odprowadzić do ziemi I którą możemy unieszkodliwić bez zbytniego obciążenia naszego budżetu. Od tego są firmy ubezpieczeniowe… Jedyne co możemy zrobić, to uczynić naszą instalacje “mało atrakcyjną” dla wyładowania elektrycznego. Możemy także uchronić się przed wtórnymi przepięciami i gromadzeniem się ładunków elektrostatycznych, które są równie groźne dla zarówno sprzętu jak i operatora. Nie ma nic bardziej frustrującego, niż przewody i obudowy “kopiące” podczas prowadzenia łączności. Bezpieczne uziemienie powinno mieć wystarczający kontakt z gruntem, aby całkowicie “rozprowadzić” przepięcie w glebie. Najlepszym rozwiązaniem jest kilka prętów połączonych grubym i dobrym przewodem miedzianym. Jeżeli Twoja antena jest na maszcie lub jest zainstalowana na stojaku na dachu, powinna być uziemiona jednym przewodem o średnicy conajmniej 5 mm. Przewód może być w izolacji lub nie, ale musi być jednolity, NIE MOŻE BYĆ WIELOŻYŁOWY. Przepłyną przez niego być może setki amperów. Nie oszczędzaj na przewodzie! Od niego może zależeć twoje życie. Jeżeli już stosujesz przewód wielożyłowy, musi się on składac z maksimun 8 drutów. Śruby i połączenia powinny być takie jakich używa się w typowych instalacjach odgromowych. I muszą oczywiście być odporne na korozję. Uziomy od wszystkich elementów wyposażenia muszą być połączone w jednym punkcie. NIGDY nie używaj szeregowego łączenia uziemianych elementów. Wszystkie przewody uziemiające poszczególne element stacji powinny być prowadzone NAJKRÓTSZĄ droga do wspólnego punktu. Pręty uziemieniowe muszą mieć co najmniej 3m długości każdy i muszą być połączone grubym, nie izolowanym, miedzianym przewodem. Zastosuj dodatkowy pręt uziemieniowy dla instalacji elektrycznej zasilającej Twój dom, jeśli ta instalacja nie jest uziemiona. Połącz ten pręt z pozostałymi prętami uziemiającymi twoją radiostację. Jeśli masz dom zasilany napowietrznie, połącz pręt uziemiający z przewodem zerowym w miejscu zasilania budynku. Jeśli zaś masz zasilanie podziemne, dołącz uziemienie przy skrzynce rozdzielczej.
Potrzebujesz przynajmniej jednego pręta uziemiającego na każdy element struktury tj. na każdy maszt, stojak, pionową antenę itp. Wszystkie te pręty MUSZĄ być połączone w gruncie. Używaj nie izolowanej miedzi do podziemnych połączeń miedzy prętami. Zrób mapę połączeń podziemnych, aby w przyszłości uniknąć niepotrzebnego kopania … Jeśli możesz zmierzyć oporność wykonanego systemu, to powinna ona wynosić nie więcej niż 15 omów. W glebie piaszczystej prętów musi być niestety więcej. Ja np. musiałem zastosować trzy pręty po około 10m każdy, aby uzyskać wymaganą oporność instalacji (10-cio metrowy pręt powstał z połączenia kilku prętów krótszych).

Uziemienie dla częstotliwości radiowych

Jest to zupełnie inny rodzaj uziemienia niż uziemienie przepięciowe. Po pierwsze – pracujesz z częstotliwościami radiowymi. Ponieważ jest to prąd zmienny występuje tu impedancja. Długość uziomu porównywana jest z ułamkami długości fali z którą mamy do czynienia i jest ważniejsza niż rezystancja tego uziomu dla prądu stałego. Może być tak, że rezystancja danego uziomu dla prądu stałego wynosi ułamki oma, a impedancja tego uziomu dla danej częstotliwości radiowej będzie wynosić setki lub tysiące omów. Widać z tego, że jest niezmiernie trudno wykonać uziemienie dla częstotliwości radiowych. Pamiętaj, że przewód uziemiający dla częstotliwości radiowej jest po prostu krótką anteną! Naszym zadaniem jest zrobić go tak złą anteną jak tylko jest to możliwe. Nie chcemy przecież, aby emitowała dodatkowe częstotliwości w naszej operatorni. Spodziewamy się przecież zlikwidować ten problem, a nie powodować go. Efektywny przewód uziemiający dla częstotliwości radiowej MUSI BYĆ KRÓTSZY niż ¼ długości najkrótszej fali na jakiej pracuje radiostacja. Np. dla 28 MHz przewód uziemiający (radio – grunt) nie może być dłuższy niż 2,5 m! Jak widać, nie ma efektywnego uziemienia częstotliwości radiowych dla VHF i UHF. Skoncentrujmy nasze wysiłki na falach 10m i dłuższych. Znaczy to, że nasz przewód uziemiający od radia do ziemi musi mieć max 2,5m. Jest to trudne zadanie. Wszystkie radia, skrzynki antenowe, mierniki itp., muszą być połączone “w gwiazdę”. Punkt wspólny powinien być przy skrzynce antenowej, jeżeli takowej używamy. Przewody uziemiające mogą być izolowane lub “gołe”, z jak najmniejszą ilością drutów, jeżeli są wielożyłowe. Nie stosuj plecionki! Częstotliwości radiowe lubią gładkie powierzchnie!. Przewód powinien prowadzić jak najkrótszą drogą do pierwszego pręta uziemieniowego, który będzie połączony z pozostałymi prętami w sposób opisany poprzednio. Jeszcze raz przypominam – ten przewód nie może być dłuższy niż 2,5 m, jeżeli chcesz pracować na wszystkich pasmach.! Jeśli mieszkasz na drugim piętrze, uziemienie twojej stacji dla częstotliwości radiowych jest niemożliwe! Zastosowanie ekranowanego przewodu (patrz Uwaga na dole tekstu) może zlikwidować promieniowanie linii uziemiajacej, ale nie spowoduje polepszenia jakości uziomu. Nic nie może niestety zmienić tego stanu rzeczy. Proponowane przez niektóre firmy “skrzynki dostrojcze” dla uziemienia zamienią tylko uziom w przeciwwagę do anteny i nie wyeliminują szkodliwego promieniowania. Po prostu zerowy punkt napięciowy Twojej anteny będzie na Twoim radiu. Trzeba więc tą naszą przeciwwagę umieścić w terenie, poza pomieszczeniem radiostacji. Będziesz do tego potrzebował nieizolowany drut miedziany przyłączony w miejscu, gdzie przewód uziemieniowy z operatorni łączy sie z prętem uziemieniowym zakopanym w ziemi. Ja osobiście stosuję pojedyńczy drut o średnicy 3,5mm, poprowadzony dookoła domu. Można go swobodnie wyginać i prowadzić tak, aby dostosować go do kształtu zabudowań i aby nie dotykał przedmiotów umieszczonych na trawnikach i wokół domu. Można go zakopać, ale nie głębiej niż na ½ cala (około 1,2 cm). Jest to wartość krytyczna, gdyż na naszych częstotliwościach, fala nie wchodzi głębiej niż na około 1 cal w glebę. Można te przewody poprowadzić pod drewnianymi i innymi nieprzewodzącymi elementami architektury ogrodowej. Tak zbudowana przeciwwaga musi mieć długość co najmniej taką samą jak długość wszystkich przewodów anteny. Dla większości z nas jest to około czterdzieści kilka metrów. Może być więcej. Ja swoją przeciwwagę prowadzoną wokół domu doprowadzam do tego punktu w którym ja zaczynałem, a więc tworzy ona zamkniętą pętlę. Na obszarze chodnika, przewód wbijałem młotkiem między płytki betonowe. Tak poprowadzona przeciwwaga doda kilka s do odbieranego sygnału i znacząco obniży szumy ( nie licz jednak na obniżenie szumów w pasmach 80 I 160 m! ). Kilka lat temu zainstalowałem antene Long Wire o długości około80m, na wysokości 15m. Miałem trzy pręty uziemieniowe zakopane pod oknem operatorni o połączone grubym nieizolowanym przewodem miedzianym. Długość przewodu radio-pręt wynosiła około 2m. Powinno działać idealnie, ale efekty były słabe. Nie mogliśmy zestroić anteny na niektórych częstotliwościach, a obudowy “kopały” podczas nadawania!. Otrzymywaliśmy słabe raporty. Dodałem więc około 80m przeciwwagi dookoła domu. Po przeprowadzeniu instalacji na paśmie 40m siła odbieranych sygnałów wzrosła z S 4-5 do S9 +40dB. Korespondent natomiast zapytał, czy dołączyliśmy kilowatowy wmacniacz (pracowaliśmy na 100 watach). Zestroiliśmy wszystkie częstotliwości a SWR stał sie stabilny.

PODSUMOWANIE

Dobry system uziemienia jest niezmiernie cenny i konieczny.
Pomyśl o tym planując swoja operatornię. Nie oszczędzaj na dobrym, grubym miedzianym drucie i solidnych miedzianych łącznikach. Aluminum może być stosowane na powierzchni, ale nigdy w gruncie!. Tam gdzie stosujesz aluminium, daj przewody o przekrojach o numer większych (wg #AWG). Uziemiaj wszystkie elementy systemu. Uziemienie poprowadzone przewodem wewnątrz pomieszczenia, będzie “siało”. Nigdy nie podłączaj radia do czegokolwiek co jest w pomieszczeniu w celu jego uziemienia. Zawsze prowadź uziemienie bezpośrednio do gruntu dla każdego elementu tzn. np: piec – własne uziemienie, rury wodociągowe – własne uziemienie, radio – własne uziemienie itp. Nigdy nie łącz uziemianych urządzeń “w gwiazdę” aby zaoszczędzić na przewodzie. Jeśli masz na działce metalowy płot – połącz go dobrym przewodem z uziemieniem. Najlepiej jednak połóż aluminiowy lub miedziany gruby przewodnik wzdłuż płotu i połącz go z uziemieniem. Jeżeli płot składa sie z kilku elementów nie połączonych elektrycznie, poprowadź uziemienie do każdego elementu oddzielnie.

Uwaga: Jeżeli zdecydujesz sie poprowadzić przewód uziemiający jako ekranowany, użyj kabla antenowego RG 8 lub o zbliżonych parametrach. Połącz ekran z żyłą środkową w miejscu łączenia z prętem uziemiającym. Do radia podłącz tylko żyłę środkową. Dodaj kondensator 0 .1uf 1000 v między ekranem a żyłą środkową, od strony radia.