Интересная информация по вертикалам Опции

[sasha]

Какие радиалы требуются для Ground Plane.

Не секрет, что для многих радиолюбителей теория антенн немного сродни религии — крепко-накрепко запоминаются и неукоснительно соблюдаются при изготовлении антенн многие утверждения, не имеющие под собой веских оснований, но исправно кочующие из книги в книгу, от одного автора к другому.

Например, многие коротковолновики уверены, что вертикальная антенна может эффективно излучать только при наличии обширной системы заземления. А может ли обеспечить высокую эффективность четвертьволновый вертикал с малым числом очень коротких радиалов?

Рис.1. Диаграмма направленности полуволнового диполя в свободном пространстве.(IMG:http://qrx.narod.ru/anten/r_gp.files/1.gif)

Результаты исследований [1] показывают, что для создания хорошей антенны вовсе не обязательно зарывать в землю километры провода. Однако разговор о влиянии противовесов на эффективность работы вертикалов лучше начать... с короткого экскурса в историю.

Концепция использования земли как части антенной системы возникла еще на заре развития радиосвязи, когда первопроходцы (Попов и Маркони) проводили эксперименты на очень длинных волнах.

Тем не менее, эти эксперименты сформировали основу традиций конструирования антенн, поэтому оказалось вполне естественным, что эти традиции влияли на умы конструкторов антенн при освоении КВ-диапазонов.

Так, не было полностью осознано, что при переходе к более коротким волнам все менее эффективным и удобным, оказывается использовать землю в качестве одной из составляющих антенной системы.

По-видимому, если бы радио начало развиваться с диполеобразных антенн Герца, который экспериментировал с искровым оборудованием на очень коротких волнах, то вполне возможно, что концепция использования земли как части настроенной антенны вообще никогда бы не возникла.

Рис.2. Диаграмма направленности Ground Plane в свободном пространстве.(IMG:http://qrx.narod.ru/anten/r_gp.files/2.gif)

В 20-е годы XX века ряд радиолюбителей оценил достоинства антенных систем, непосредственно не связанных с землей, что, фактически, стало началом "эры противовесов".

Jack Patridge, 2KF, был первым британским радиолюбителем, который установил QSO с США на волне 200 м, используя Г-образную антенну с натянутым примерно в 2 м над землей проволочным противовесом.

Противовес в виде одиночного проводника оставался популярным и в 30-е годы, вплоть до появления систем из большого числа закопанных радиалов.

Своим рождением новые системы во многом обязаны классическим работам Джорджа Брауна, изобретателя многих антенн, среди которых и знаменитая Ground Plane. Тем не менее, и он не избежал заблуждений, утверждая, например, что прототип его Ground Plane состоит из двух четвертьволновых радиалов.

Как технический казус можно воспринимать требование Министерства торговли использовать в коммерческих антеннах Ground Plane четыре радиана (для придания им "более симметричной формы"), но это требование на долгие годы определило конструкцию таких антенн.

Рис.3. Диаграмма направленности Ground Plane с укороченными радиалами и удлинительной индуктивностью в свободном пространстве.(IMG:http://qrx.narod.ru/anten/r_gp.files/3.gif)

Итак, зачем вертикальной антенне система заземления? Чтобы последовательно приблизиться к ответу на этот вопрос, рассмотрим вертикальный полуволновый диполь, расположенный в свободном пространстве или, по крайней мере, удаленный от земли до такой степени, чтобы она не оказывала своего влияния (рис.1).

Сопротивление излучения в середине диполя окажется равным 78 Ом, а диаграмма направленности — классической "восьмеркой".

Следующим шагом LMMLI замена нижнего четвертьволнового проводника вертикального диполя двумя одинаковыми радиалами (рис.2) длина которых составляет точно четверть рабочей длины волны.

В этом случае протекающий через вертикальный элемент ток I1 будет равен сумме одинаковых токов I2 в каждом из радиалов I1 = 2 · I2. В силу того, что токи в радиалах равны, но текут в противоположных направлениях, излучение радиалов нейтрализуется, поэтому излучает только вертикальный элемент.

При этом диаграмма направленности антенны не изменяется, и принимая сигнал, излучаемый такой антенной, невозможно сделать определенный вывод, какая антенна используется — вертикальный диполь или Ground Plane.

Рис.4. Диаграмма направленности Ground Plane с укороченными радиолами и удлинительном индуктивностью над идеальной землей.(IMG:http://qrx.narod.ru/anten/r_gp.files/4.gif)

Поскольку в рассматриваемой антенне Ground Plane длина излучающего элемента составляет только половину длины полуволнового диполя, то сопротивление излучения должно быть в четыре раза меньше, чем у диполя, и не должно зависеть от параметров радиалов — ведь они не излучают!

Следовательно, сопротивление излучения антенны Ground Plane [b]составляет 20 Ом, а вовсе не 35 Ом, как утверждается во многих книгах по антеннам.
[/b]
Тот факт, что создаваемые радиалами поля взаимно нейтрализуются во всех направлениях, позволяет сделать два важных вывода:

Во-первых, радиалы никоим образом не играют роль отражающей поверхности;
Во-вторых, они не оказывают влияния на угол излучения главного лепестка диаграммы направленности антенны.

На практике основная проблема использования четвертьволновых радиалов связана с конечной точностью их изготовления, и как следствие этого, невозможностью поддержания в них полного равенства токов.

А если пространство для размещения антенны ограничено, и установка четвертьволновых радиалов вообще невозможна, то чем их можно заменить?

Рис.5. Зависимость импеданса у основания четвертьволнового вертикала от высоты установки.(IMG:http://qrx.narod.ru/anten/r_gp.files/4.gif)

Выше было отмечено, что радиалы не излучают при равенстве протекающих в них токов. Следовательно, не излучающие радиалы могут быть укорочены до любой желаемой длины без влияния на сопротивление излучения. Однако при их укорочении необходимо сохранить резонансную настройку системы.

Это может быть сделано подключением удлинительной индуктивности по центру радиалов (рис.3). Эффективность системы будет оставаться высокой до тех пор, пока потери в удлинительной катушке индуктивности будут оставаться малыми относительно сопротивления излучения (20 Ом).

Перенесем антенну из свободного пространства непосредственно к земной поверхности (рис.4). Фактически антенна превращается из диполя в монополь, и ее сопротивление излучения при размещении над идеальной землей возрастает до 35 Ом.

Это определяется суммарным импедансом антенны и ее зеркального отражения в земной поверхности. Диаграмма направленности системы в вертикальной плоскости также изменяется и представляет собой "половину" диаграммы для диполя. Кроме того, для такой антенны характерны потери, обусловленные тонами, текущими в неидеальной земле.

Если рассматривать эту антенну и ее отражение в виде коллинеарной пары, можно оценить изменение ее сопротивления излучения в зависимости от высоты установки над землей. Результаты расчета, проведенного VK2BBF. приведены на рис.5.(IMG:http://qrx.narod.ru/anten/r_gp.files/5.gif)

Рис.6. Влияние характеристик почвы на формирование диаграммы направленности в вертикальной плоскости.(IMG:http://qrx.narod.ru/anten/r_gp.files/6.gif)

Система радиалов не излучает, пока протекающие по ним токи равны и противоположно направлены. Отсутствие излучения означает, что в земле не возникают индуцированные радиалами токи и, следовательно, отсутствуют потери. Именно в силу этого одиночный радиал неэффективен, т.к. он излучает и индуцирует в земле ток, приводящий к потерям.

И если кто-то и использует вертикал с обширной системой радиалов, то, как минимум, желательно проверить равенство токов, протекающих в каждом из них. Кроме того, обширная система, состоящая, например, из 120 радиалов, не является обязательной для компенсации "потерянной" половины диполя.

Разумеется, характер почвы под монополем заметно влияет на диаграмму направленности антенны. Такие характеристики почвы как удельная электропроводность и диэлектрическая проницаемость во многом определяют параметры антенны, и их влияние сказывается на расстояниях до десятков длин волн от места установки антенны.

Рис.6 хорошо иллюстрирует влияние электропроводности почвы на формирование диаграммы направленности в вертикальной плоскости:

одна из диаграмм соответствует случаю расположения антенны на идеальной земле,
другая — на типичной почве.

Рис.7. Компактная система радиалов.(IMG:http://qrx.narod.ru/anten/r_gp.files/7.gif)

Видно, что в реальных условиях мощность идущего под малыми углами излучения падает, и усиление" антенны становится меньше.

В большинстве случаев лучше конструировать двух и многоэлементные системы из вертикальных антенн, что обойдется гораздо дешевле эквивалентной по параметрам горизонтальной антенны. Даже при расположении над идеальной землей вертикал будет обладать усилением 6 дБ относительно теоретического вертикала, размещенного в свободном пространстве.

Если сфазировать два вертикала, то можно получить усиление 5,3 дБ независимо от электропроводности почвы. Радиалы можно укорачивать до любой желаемой длины при соответствующем увеличении индуктивности удлинительной катушки, при условии, что ее сопротивление потерь остается малым относительно 20 Ом.

Для практического применения рекомендуется выбирать длины радиалов в пределах от 1/12 до 1/8l . Оставлять более длинные не имеет смысла, а при дальнейшем укорочении существенно уменьшается широкополосность антенны.

Рис.8. Система радиалов с линейным удлинительным элементом.(IMG:http://qrx.narod.ru/anten/r_gp.files/8.gif)

Простейший вариант системы радиалов — это один горизонтальный провод (или труба) длиной от 1/12 до 1/8l, хорошо изолированный, расположенный вдали от окружающих предметов и настроенный в резонанс с помощью удлинительной катушки индуктивности.

Если пространство для установки антенны весьма ограничено, то система радиалов может быть сложена (рис.7) для формирования очень компактной структуры. Для работы с вертикалами диапазонов 160 и 80 м достаточно установить радиалы на высоте 1 м (желательно помнить о технике безопасности и ограничить к ним доступ).

Если удлинительная катушка оказывается слишком большой и тяжелой, то в качестве альтернативы ей можно использовать "линейный удлинитель" (рис.8). В этом варианте требуемая индуктивность достигается подбором длины монтируемого на изоляторах провода.

Очень важно, чтобы собранная антенная система была настроена в резонанс. Точная настройка осуществляется тщательной регулировкой индуктивности удлинительной катушки или длины линейного удлинительного элемента с использованием гетеродинного индикатора резонанса (ГИР), антенного анализатора или КСВ-метра.

Phil Harman (VK6APH)

Литература:

1. Phil Harman, VK6APH. What on Earth? — CQ, January 2002.

[Дубликат]

Решающее влияние на эффектвность штыря имеет проводимость земли. Короткий вертикал с короткими противовесами на берегу речки и тем более моря работает куда лучше полноразмерного в гордских условиях, почва закрыта асфальтом.

[sasha]

Это понятно, меня вот что заинтересовало:

сопротивление излучения антенны Ground Plane [b]составляет 20 Ом, а вовсе не 35 Ом, как утверждается во многих книгах по антеннам.

[Дубликат]

Не обращай внимания, это обычное, кочующаяиз статьи в статью шняжка (IMG:style_emoticons/default/wink.gif)
Там еще будет +10-15 ом потерь в земле, так что искомые 35ом у четверьволнового штыря выриосвываются с полпинка. А то и повыше.

У Гончаренко куда интереснее "что есть что" третьей части шестьикнижья растолковано.

Ось
Це

[ZADIRA]

на гп 20м с емкостными нагрузками 160 метрового bеnd радиалы над землей увеличивают сопрот. и усиление на балл, позже подключил радиалы и в земле. сейчас сопр. 28 ом.

[Дубликат]

Хорошая пушка (IMG:style_emoticons/default/smile.gif)

А как высоко получились радиалы над землей?

[АКАЦИЯ]

дело было, работал у меня вертикал - укороченный широкополосный с закопаными в землю противовесами...
с 2009 по 2011 работал в коллективе с Вахой (101-й Ростовская область ) мы по соседству жили с ним и у него штырь торчал 24 метра и треугольник на нём висел. Так вот когда он на штыре работал и я с ним пристраивался на вот таком "огурце"!!!
везде, где слышали его 2 ГК-71, меня тоже принимали, хотя была на выходе у меня одна Г-807 и 400 вольт на аноде! причём интерес был работать исключительно на вост. сибирь и заполярье, т.к в радиусе 1000 км меня не слышал никто выше 7и баллов, соответственно и нам не мешали боковые "шкорки" от тамбовских мощевиков, которые в основном работали на горизонтально поляризованных антеннах...
конструкция проста и конечно требовала доработки...
Сталная труба длиной 9.5 м. забетонирована без всякой изоляции в грут на 1м.
в верхний конец трубы вставил изолятор (труба пластиковая 40 мм для канализ.)
на изолятор прицепил шесть проводов медных диам. 1.5 мм. и натягивая их вдоль трубы раскрепил кольцами из стальной проволоки диам. 6 мм. диам. колец - 1 м.
Т.е стальная труба оказалась изолирована от моей "морковки" и мало того ещё припаял к ней оплётку кабеля Рк-50 и четыре протиповеса по 10 метров диам. 6 мм. из той-же стальной проволоки и закопал их на штык лопаты в землю...
от жилы кабеля запитывал "вертикал" через удл. катушку намотанную проводом 1.5 мм. 11 витиков с шагом 3 мм. на стеклянной банке объёмом 0.7 литра.
В диапазоне2.9 - 3.3 мГц КСВ не опускался ниже 1.3 !!!
Сейчас сменил место жительства и тоже хочу прибомбить такое чудо п полисаднике. Если кто видит варианты получше -предложите... начинаю долбить землю :-)

[sasha]

Сделать высоту 1/4 и замкнуть верхний изолятор.
Получится "грозозащищенный четвертьволновый стакан".

[Глеб]

Незнаю как работают короткие штыри, но на свою мачту, согласованную на 50 ом в диаппазоне 3,1 МГц, не слышал нормально ни кого. Шумит пипец всему! А на передачу разницы особой не заметил; что волновая рамка расположенная вертикально, но горизонтальной поляризации, что GP высотой 34 метра. Может штырь и получше долбит, только где нить в Тихом океане. А оно надо в АМ? Наши углы излучения в АМ на Сибирь - это 45-55 градусов и желательно горизонтальной поляризации, что бы можно было на передающую антену и слушать.

причём интерес был работать исключительно на вост. сибирь и заполярье, т.к в радиусе 1000 км меня не слышал никто выше 7и баллов, соответственно и нам не мешали боковые "шкорки" от тамбовских мощевиков, которые в основном работали на горизонтально поляризованных антеннах...

Да, согласен, некоторые местные станции принимаються значительно тише, но большинствол всё равно слышно. Интересно как она работала на приём? Неуж то всё так гладко? Не поверю.

[АКАЦИЯ]

.
Да, согласен, некоторые местные станции принимаються значительно тише, но большинствол всё равно слышно. Интересно как она работала на приём? Неуж то всё так гладко? Не поверю.

на приём ... сложно! кода с краснодара или ставрополя станции подходят, я слышу только присутствие несущей, а 7 8й район на плюсах проходит! Главное, чтобы на вертикал небыло наводок от всяких бельевых верёвок, телевизионных кабелей. я потом даже кабель 50 Ом просунул в шланг поливальный и под землю закопал! что интересно, с такой высотой вертикала меньше атмосферных помех, чем с моим покойным инвертедом .
Что касается заземлённого штыря... отсоединял его от противовесов,- потеря на два балла по громкости в 1м районе... загадка и по сеё день!

[Глеб]

В чём же загадка? Всё верно. С противовесами отдача будет получше, меньше поглощение почвой ВЧ излучения, соответственно большее отражение с противовесами.

[Дубликат]

А я на штырь хорошо работал. Но это было давно, тогда импульсников и прочей дряни излучающей помехи было много меньше.

НА передачу на длинные расстояния штырь конечно вставит любой диполь, инвертд, пирамиду и прочая. Но увы, коль максимум излучения идет под малыми углами, то и максиму по приему будет атким же...и под малыми углами идет максимум помех и имеют они родные вертикальную поляризацию.

К тому же нужно очень хорошо подавить ток оплетки кабеля питания, а то он всю грязь на себя насосет.

Короче, для нормальной работы на НЧ сейчас нужна еще и приемная антенна.

[epoha]

Сталная труба длиной 9.5 м. забетонирована без всякой изоляции в грут на 1м.
Т.е стальная труба оказалась изолирована от моей "морковки"

Поздравляю! У вас получилась отличная конденсаторная ЕН антенна. Излучает емкость, образованная между стальной трубой и полотном антенны.
Продолжайте долбить землю, толк будет.

[БУхулиган]

Незнаю как работают короткие штыри, но на свою мачту, согласованную на 50 ом в диаппазоне 3,1 МГц, не слышал нормально ни кого. Шумит пипец всему! ...

И Вы правы. Применять вертикал и тем более на низких частотах, это глупо.

Свойства антенн имеет свою особенность. К нашей атмосфере подходят два вида космических помех, это с вертикальной и горизонтальной поляризацией. Так вот с вертикальной поляризацией проникает к Земле 80% этих помех, а с горизонтальной всего 20%. Поэтому, все вертикалы и шумят. Нужно по возможности применять только с горизонтальной поляризацией. Разница может достигать аж 7 баллов. На НЧ- диапазонах. На ВЧ- диапазонах всегда не менее двух баллов. (14МГц и выше)

[шарманщик]

Космос это да. я думаю что космические помехи это которые в наших розетках по насованы.Импульсные БП энергосберегайки И.Т.Д

[ZADIRA]

Хорошая пушка (IMG:style_emoticons/default/smile.gif)

А как высоко получились радиалы над землей?

средняя высота 30 см. 4 по 20 м. время будет завтра поэкспериментирую,

[Глеб]

Космос это да. я думаю что космические помехи это которые в наших розетках по насованы.Импульсные БП энергосберегайки И.Т.Д

Вряд ли. Я вдалеке от жилого и производственного сектора и тем не менее шум есть.

[-=7=7=7=-]

Недавно сравнивал вертикально подвешенную дельту, с вертикальной поляризацией и горизонтальную дельту дельту, которая натянута параллельно земле.... одна сторона немного выше, двух других, всё сделано как рекомендуют матёрые радиолюбители!
В общем: вертикально подвешенная дельта слышит лучше, более удалённые станции (1-2 бала), меньше шума, и на передачу - корреспонденты при сравнении дают оценку получше, но конструкция более сложная, требует 2 мачты для натягивания антенного полотна.
ЗЫ Работает лучше нежели штырьевые антенны, полноразмерная рамка она и в африке рамка...
===

[БУхулиган]

Вертикально подвешенный треугольник, это не вертикальная поляризация.

Ещё ни разу не встречал любителя, который мог бы разместить треугольник с вертикальной поляризацией. Это очень сложно сделать.

А вертикально расположенный треугольник можете подключить в любой точке и Вы всё равно не будете иметь вертикальную поляризацию. Но подключение в некоторых точках, Вы просто прижимаете угол излучения к Земле.

Космос это да. я думаю что космические помехи это которые в наших розетках по насованы.Импульсные БП энергосберегайки И.Т.Д

Может Вы и удивитесь, но все помехи, которые Вы слышите, это только помехи космического происхождения. Бытовые помехи не дальнобойны и имеют временный характер.

Включили бритву и выключили, а помеха из космоса может быть 2-4-7 баллов и на протяжение одного дня или одной недели или месяца и при том меняет свою величину.

О помехах можно написать книгу из 300строниц.

[-=7=7=7=-]

Вертикально подвешенный треугольник, это не вертикальная поляризация.

Ещё ни разу не встречал любителя, который мог бы разместить треугольник с вертикальной поляризацией. Это очень сложно сделать.

ЕСЛИ СИЛЬНО ЗАХОТЕТЬ, МОЖНО В КОСМОС ПОЛЕТЕТЬ!
Дельта запитана с боку! - ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ!
Нужно всего лишь 2 мачты, одна высокая (у меня 24м), вторая 1\2 высоты от первой, между ними дельта натягивается! - ВСЁ ПРОСТО КАК ДВЕРИ!
ЗЫ Внимательнее читайте посты!