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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Informazioni sull'antenna Lambda Five-Eighths. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne VHF Un'affermazione corretta potrebbe essere sbagliata. Questo non è un gioco di parole, ma una constatazione di fatto. Un'affermazione corretta estrapolata dal contesto può essere fuorviante se, ad esempio, non vengono specificate le restrizioni sotto le quali è valida. Qualcosa di simile, secondo l'autore di questo articolo, è accaduto con le caratteristiche della popolare antenna 6λ/8. Un'antenna verticale con una lunghezza di 5λ/8 è popolare tra gli operatori di onde corte e ultracorte, nonché tra i proprietari di stazioni radio CB. È ben noto dalla letteratura radioamatoriale e dalla pubblicità che un emettitore verticale con una lunghezza di 5λ/8 produce un lobo del diagramma di radiazione che è premuto al suolo al massimo nel piano verticale (in orizzontale il diagramma è circolare) e quindi ha la massima efficienza. La versione più semplice dell'antenna è mostrata in Fig. 1, a. La lunghezza dell'emettitore 5λ/8 non è risonante, quindi viene portata a 4λ/8 introducendo un elemento induttivo nel foglio emettitore: una bobina L o un segmento di linea chiusa di lunghezza elettrica λ/XNUMX. La corrente “inversa” proveniente dalla treccia del cavo si diffonde sui contrappesi a quarto d'onda. Non partecipano alle radiazioni, poiché le correnti al loro interno sono dirette in direzioni opposte. È impossibile piegare i contrappesi, poiché in questo caso la lunghezza elettrica dell'antenna aumenterà a causa della componente verticale della corrente del contrappeso, che avrà un effetto dannoso sul diagramma di radiazione. Spesso il terminale inferiore dell'induttore nella figura è collegato a dei contrappesi. La treccia si collega allo stesso punto e il conduttore centrale del cavo si collega all'uscita della bobina. Nella gamma dei 27 MHz, i contrappesi sono spesso più corti di λ/4, aumentando corrispondentemente l'induttanza per sintonizzare l'antenna sulla risonanza. La distribuzione della corrente nell'antenna è mostrata in Fig. 1, b. Può essere considerato sinusoidale con buona precisione. Il diagramma di radiazione (Fig. 1c) ha uno “zero” ad angolo rispetto all’orizzonte e un lobo laterale non necessario ad un angolo ancora maggiore. Questo petalo è il pagamento del lobo principale premuto verso l'orizzonte e della menzionata massima direttività. Probabilmente è tutto quello che c'è da sapere. ciò che l'autore (così come altri radioamatori) sapeva di questa antenna, e... ha causato un certo sconcerto.
Ero perseguitato dalla sezione inferiore dell'emettitore, dove la corrente è diretta nella direzione opposta alla corrente nella parte superiore, a semionda. Dopotutto, è noto che il diagramma di radiazione è formato come segue: i campi di ciascun piccolo segmento dell'emettitore sono sommati in qualsiasi direzione, tenendo conto delle loro ampiezze e fasi. Nella direzione dell'orizzonte, le lunghezze dei percorsi di propagazione delle onde da tutti i segmenti sono le stesse e non vi è alcun ulteriore sfasamento. I campi delle sezioni della parte superiore a semionda dell'antenna sono in fase e si sommano in ampiezza, mentre i campi della parte inferiore (dove la direzione della corrente è opposta) sono antifase e... sottratti! Da queste considerazioni è risultato che un radiatore verticale a semionda più corta dovrebbe funzionare meglio di un vibratore con una lunghezza di 5λ / 8. E se la direzione della corrente nella parte inferiore dell'emettitore con una lunghezza di 5λ/8 viene in qualche modo invertita, allora sarà più efficiente. Per dimostrare questa conclusione è stato possibile calcolare teoricamente l'SPV oppure allestire un esperimento appropriato. Ma sospettando che tutto ciò fosse avvenuto molto tempo fa, l'autore ha preferito studiare le antiche fonti letterarie. E cosa è successo? Un'antenna verticale con una lunghezza di 5λ/8 fu descritta per la prima volta da S. Ballantyne nel 1924 [1]. È stata sviluppata come antenna anti-sbiadimento per trasmissioni radio a onde medie. Un ulteriore vantaggio di questa antenna, che divenne subito molto popolare, era che crea effettivamente la massima intensità di campo verso l'orizzonte, ma solo nella classe delle antenne con una distribuzione di corrente naturale (sinusoidale) lungo il vibratore situato direttamente sopra un terreno idealmente conduttivo. superficie. Molte persone ricordano bene la prima parte dell'affermazione, ma gli autori di articoli nella letteratura radioamatoriale, a quanto pare, hanno dimenticato un po' la seconda parte. Il professionista riporta [2]: “Se si adottano mezzi speciali per impedire un'inversione di correnti al di sotto della metà superiore della lunghezza d'onda del radiatore, si può ottenere un ulteriore guadagno orizzontale...”. In altre parole, se si inverte la direzione della corrente nella parte inferiore dell'antenna, si otterrà un ulteriore guadagno di radiazione verso l'orizzonte. Allo stesso tempo è possibile aumentare ulteriormente la lunghezza dell'antenna per aumentare il guadagno. Ricordiamo che per un'antenna classica di lunghezza 5λ/8 non è più possibile aumentare la lunghezza, poiché il lobo laterale del diagramma aumenta bruscamente e il lobo principale diminuisce. Avendo invertito la corrente nella parte inferiore dell'antenna, è consigliabile aumentarne la lunghezza di altri λ/8 per eliminare la bobina di adattamento. Il risultato è una famosa antenna collineare in fase, proposta nel 1911 dall'ingegnere Marconi Franklin. L'antenna Franklin è un filo verticale diviso in segmenti a semionda, tra i quali sono collegate le bobine (Fig. 2, a) o linee a quarto d'onda (Fig. 2,6). In questi elementi sono “nascoste” le semionde inverse della corrente. Le correnti nei segmenti radianti risultano essere in fase (Fig. 2c), il che restringe il diagramma e riduce significativamente il lobo laterale (Fig. 2d). La larghezza di banda di tale antenna è di diversi punti percentuali.
La dinamica dei cambiamenti nel diagramma di radiazione con l'aumento dell'altezza dell'antenna e del numero di "piani" (secondo Franklin) è illustrata in Fig. 3 preso in prestito da (2).
I diagrammi vengono riproposti per il caso di terra perfettamente conduttiva. Il terreno sotto l'antenna può essere classificato come conduttore o dielettrico calcolando la tangente di perdita (il rapporto tra le correnti di conduzione e le correnti di spostamento): tgδ = jnp/jcm = δ/ωεε0. Per i conduttori è molto maggiore dell'unità e per i dielettrici è molto inferiore. La tangente della perdita dipende dalla frequenza. Lo stesso terreno sarà vicino a un conduttore quando si lavora sulle onde medie, ma sulle bande ad alta frequenza HF e VHF (la gamma di frequenze che ci interessa!) risulterà essere un dielettrico. E questo cambierà la fase di riflessione dal suolo in quella opposta, e nella direzione verso l'orizzonte non ci sarà più un massimo del diagramma di radiazione, ma un minimo. Il lobo principale del diagramma di radiazione in questo caso viene strappato dalla superficie e diretto ad un certo angolo rispetto ad essa (più piccolo è l'antenna installata sopra il suolo). In altre parole, quando si opera su un terreno conduttivo, l'antenna 5λ/8 effettivamente supera il dipolo a semionda. Ciò può essere spiegato dal restringimento del diagramma di radiazione dovuto al fatto che la parte radiante principale si trova più in alto sopra la superficie, il che compensa la diminuzione del campo dovuta alla radiazione proveniente dalla parte inferiore. Se l'antenna 5λ/8 si trova in uno spazio aperto, tale compensazione non si verificherà e il suo vantaggio rispetto al dipolo a semionda scompare. Quanto sopra vale in misura minore per i sistemi d'antenna multipiano composti da antenne VHF con una lunghezza di 5λ/8. Distanziando i segmenti radianti principali a semionda su una distanza maggiore, come nel caso di una terra conduttiva, si restringe il diagramma e si compensa la perdita per irraggiamento dei tratti con corrente inversa. Ma anche in questo caso escludere i tratti “inversi” dovrebbe dare un guadagno. Non è noto se ci sia stato un dibattito tra Ballantyne e Franklin sui meriti delle loro antenne. Molto probabilmente no. poiché le antenne sono state create per scopi completamente diversi. Ma tra i radioamatori tali controversie sorgono ripetutamente. Spero che gli argomenti presentati nell'articolo possano aiutare i sostenitori delle antenne di modo comune in questi dibattiti. E la conclusione pratica a cui è giunto l'autore di queste righe è la seguente. Se decidi di realizzare un'antenna omnidirezionale verticale e allo stesso tempo hai l'opportunità di realizzarla con un'altezza maggiore di λ/2, ma inferiore a λ, otterrai il massimo effetto positivo non con un'antenna lambda a cinque ottavi , ma con un'antenna Franklin (vedi Fig. 2). Letteratura
Autore: V. Polyakov (RA3AAE)
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