Di quanti contrappesi hai bisogno? Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne HF

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Le antenne verticali, che richiedono una piccola area di installazione, sono molto apprezzate dagli operatori di onde corte. Tuttavia, la loro efficacia dipende in modo significativo dal "terreno" artificiale: i contrappesi. La raccomandazione generale “più è, meglio è” non è sempre accettabile. Va notato che in relazione ai contrappesi esistono due situazioni fondamentalmente diverse. Uno di questi si verifica quando è possibile sollevare l'antenna sufficientemente in alto e i contrappesi vengono rimossi dal “terreno” (tetto di un edificio, ecc.). Questo è tipico delle bande VHF. Qui il numero dei contrappesi essenzialmente non è importante: da uno a tre o quattro. Nel primo caso (con un contrappeso verticale) si ottiene un dipolo semplicemente verticale. Nella seconda, i contrappesi vengono installati ad una certa angolazione rispetto all'emettitore, posizionandoli uniformemente attorno alla circonferenza per garantire un diagramma di radiazione circolare. Ma entrambe le opzioni sono accomunate dal fatto che l'influenza del “terreno” sul funzionamento dei contrappesi è insignificante.

Diverso il discorso se i contrappesi devono essere posizionati molto vicini al “terreno”. Questa è una situazione comune sulle bande HF, quando i contrappesi si trovano da “terra” ad una distanza notevolmente inferiore alla lunghezza d'onda. Un numero insufficiente di essi porterà a perdite significative nel “terreno” scarsamente conduttivo (suolo, tetti di edifici, ecc.) E, di conseguenza, a una notevole diminuzione dell'efficienza dell'antenna.

Un'analisi del numero di contrappesi necessari in questo caso è stata effettuata da W2FMI (Jerry Sevick. Short Ground-Radial System for Short Verticals. - QST, 1978, aprile, p. 18). Dai risultati dell’analisi conseguono due conclusioni. In primo luogo, per un dato numero di contrappesi esiste un limite alla loro lunghezza, il cui superamento non comporta più un aumento dell'efficienza dei contrappesi.

In secondo luogo, per una determinata lunghezza dei contrappesi esiste un limite al loro numero, il cui superamento non contribuisce ad aumentare l'efficienza. Il concetto di "limite" che appare in queste conclusioni è piuttosto vago: l'efficienza varia gradualmente a seconda del numero di contrappesi e della loro lunghezza.

Sviluppando le disposizioni di cui sopra derivanti dal lavoro di W2FMI, G3SEK ha proposto (John White. In Practice. - RadCom. 1999, febbraio, p. 45) un semplice criterio pratico per determinare la lunghezza e il numero di contrappesi, che combina entrambi i risultati di W2FMI in un rapporto. Secondo le sue stime, la lunghezza dei contrappesi e il loro numero dovrebbero essere tali che la distanza tra le estremità dei contrappesi (vedi figura) sia kl e il valore di k possa essere compreso tra 0,02 e 0,05. Se k è maggiore di 0,05, la perdita sarà significativa. Ridurre k a 0,02 migliora effettivamente l'efficienza dell'antenna. Tuttavia, un'ulteriore diminuzione di k non produce più alcun effetto apprezzabile.

Le descrizioni di molte antenne includono contrappesi “risonanti” lunghi l/4, situati a piccola altezza sopra il tetto. In base al criterio G3SEK si può sostenere che tali contrappesi diventeranno efficaci se il loro numero è almeno 30. Tutte le relazioni sopra indicate sono valide per contrappesi della stessa lunghezza.

Le relazioni discusse in questo materiale definiscono limiti ragionevoli per la combinazione "numero di contrappesi - lunghezza dei contrappesi". Ovviamente, a condizione che queste relazioni siano rispettate, il migliore dei due sistemi per una data antenna sarà comunque quello che ha un contrappeso più lungo.

Questa pubblicazione ("Radio", 1999, n. 6) ha suscitato l'interesse dei lettori della rivista, poiché l'antenna GP è sempre apprezzata dagli operatori a onde corte. Forniamo informazioni più dettagliate sui risultati ottenuti da W2FMI (Jerry Sevick. Short Ground-Radial System for Short Verticals. - QST, 1978, aprile, p. 30-33) quando studia l'influenza del numero di contrappesi e della loro lunghezza su l'efficienza dell'antenna.

Stiamo parlando di un'antenna HF installata vicino al suolo (praticamente senza palo). In questi esperimenti il ​​terreno sotto l’antenna, secondo le misurazioni W2FMI, era “medio”, cioè aveva una conduttività di 15...30 mS/m (valori più alti si riferiscono al terreno dopo la pioggia, valori più bassi al terreno asciutto). "Cattivo" per le antenne dopo la pioggia, quelle più piccole - per quelle asciutte). Il terreno che ha una conduttività inferiore a 5 mS/m (roccioso, sabbioso) è considerato “cattivo” per le antenne, mentre il terreno “molto buono” è circa 100. Il tetto in cemento armato di un edificio moderno, sfortunatamente, è il più probabilmente classificato come “terreno cattivo”.

La Figura 1 mostra la dipendenza dell'impedenza di ingresso dell'antenna alla frequenza di risonanza dal numero di contrappesi ottenuti da W2FMI. Include la resistenza alle radiazioni (parte utile) e la resistenza alle perdite. Il valore calcolato dell'impedenza di ingresso per il diametro dell'emettitore utilizzato da W2FMI e la terra ideale (senza perdite) era di 35 Ohm.

Come si può vedere dalla figura. 1, un valore di impedenza di ingresso vicino a questo si ottiene solo quando il numero di contrappesi è superiore a 50. In altre parole, con un numero ridotto di contrappesi, una parte notevole della potenza del trasmettitore non viene irradiata dall'antenna, ma letteralmente va nel “terreno”. Per la versione GP più comune con tre o quattro contrappesi, l'impedenza di ingresso sarà di circa 70 Ohm e, di conseguenza, l'efficienza dell'antenna sarà di circa il 50%.

Dai dati riportati in Fig. 1, ne consegue inoltre che la lunghezza dei contrappesi non incide molto sull'efficienza dell'antenna.

W2FMI ha approfondito questo tema. I risultati della misurazione sono mostrati in Fig. 2, che mostra la dipendenza dell'efficienza dell'antenna dal numero di contrappesi per tre opzioni per la loro lunghezza: l/4, l/8 e l/16. L’analisi di queste curve ci permette di trarre diverse conclusioni.

In primo luogo, più lunghi sono i contrappesi, più efficaci sono, in generale.

In secondo luogo, con un numero limitato di contrappesi, la loro lunghezza ha scarso effetto sull'efficienza, quindi lo sforzo e il denaro spesi per produrre contrappesi lunghi potrebbero non dare risultati evidenti in questo caso.

In terzo luogo, in determinate condizioni, i contrappesi corti (meno di l/4) possono fornire la stessa efficienza dell’antenna di quelli lunghi.

Spieghiamo quest'ultimo in modo più dettagliato. Dalla fig. 2 mostra che la stessa efficienza è garantita da quattro contrappesi con una lunghezza di l/4, da cinque a sei contrappesi con una lunghezza di l/8 e sette contrappesi con una lunghezza di l/16. Inoltre, venti contrappesi lunghi l/16 garantiscono la stessa efficienza di otto contrappesi lunghi l/4. E i vantaggi progettuali forniti dall'uso di contrappesi corti (specialmente nelle gamme di bassa frequenza) sono evidenti.

Autore: Jerry Sevick

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