Об антенне Пять восьмых лямбда. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны УКВ

Комментарии к статье

Правильное высказывание может быть ошибочным. Это не каламбур, а констатация факта. Вырванное из контекста правильное высказывание может ввести в заблуждение, если, например, не названы ограничения, при которых оно справедливо. Нечто подобное, по мнению автора этой статьи, произошло с характеристиками популярной антенны 6λ/8.

У коротковолновиков и ультракоротковолновиков, а также среди владельцев Си-Би радиостанций пользуется популярностью вертикальная антенна длиной 5λ/8. Из радиолюбительской литературы и рекламы хорошо известно, что вертикальный излучатель длиной 5λ/8 дает максимально прижатый к земле лепесток диаграммы направленности в вертикальной плоскости (в горизонтальной диаграмма круговая) и поэтому обладает максимальным КНД. Простейший вариант антенны изображен на рис. 1,а. Длина излучателя 5λ/8 не резонансная, поэтому ее доводят до Зλ/4 введением в полотно излучателя индуктивного элемента: катушки L или отрезка замкнутой линии с электрической длиной λ/8.

"Обратный" ток с оплетки кабеля растекается по четвертьволновым противовесам. Они не участвуют в излучении, поскольку токи в них направлены в противоположные стороны. Отгибать противовесы вниз нельзя, так как в этом случае электрическая длина антенны увеличится из-за вертикальной составляющей тока противовесов, что пагубно скажется на диаграмме направленности. Часто нижний по рисунку вывод катушки индуктивности соединяют с противовесами. В эту же точку подключают оплетку, а центральный проводник кабеля - к отводу катушки. В диапазоне 27 МГц противовесы часто делают короче λ/4, соответственно увеличивая индуктивность для настройки антенны в резонанс.

Распределение тока в антенне показано на рис. 1,б. Оно с хорошей точностью может считаться синусоидальным. Диаграмма направленности (рис. 1,в) имеет "нуль" под углом к горизонту и ненужный побочный лепесток под еще большим углом. Этот лепесток - плата за прижатый к горизонту главный лепесток и упомянутый максимальный КНД. Вот, пожалуй, вкратце и все. что было известно автору (так же, как и другим радиолюбителям) об этой антенне, и... вызывало некоторое недоумение.

Не давал покоя нижний участок излучателя, где ток направлен в противоположную сторону по отношению к току в верхней, полуволновой части. Ведь известно, что диаграмма направленности формируется следующим образом: поля от каждого малого отрезка излучателя суммируются в любом направлении с учетом их амплитуд и фаз. В направлении на горизонт длины путей распространения волн от всех отрезков одинаковы и дополнительного набега фазы нет. Поля от участков верхней, полуволновой части антенны синфазны и складываются по амплитуде, а поля от нижней части (где направление тока противоположно) противофазны и... вычитаются!

Из этих соображений получалось, что более короткий - полуволновый вертикальный излучатель должен работать лучше, чем вибратор длиной 5λ/8. А если направление тока в нижнем участке излучателя длиной 5λ/8 каким-либо образом изменить на противоположное, то он будет более эффективным. Для доказательства этого вывода можно было либо рассчитать КНД теоретически, либо поставить соответствующий эксперимент. Но подозревая, что это все давным-давно сделано, автор предпочел изучить старые литературные источники. И что же оказалось?

Впервые вертикальная антенна-мачта длиной 5λ/8 была описана С. Баллантайном еще в 1924 г. [1]. Она разрабатывалась как средневолновая радиовещательная антифединговая антенна. Дополнительным достоинством этой антенны, немедленно ставшей весьма популярной, оказалось то, что она действительно создает в направлении на горизонт максимальную напряженность поля, но лишь в классе антенн с естественным (синусоидальным) распределением тока вдоль вибратора, расположенного непосредственно над идеально проводящей поверхностью.

Первую часть утверждения многие помнят хорошо, а про вторую часть авторы статей в радиолюбительской литературе, видимо, немножко подзабыли. В профессиональной же сообщается [2]: "If special means are taken to prevent a reversal of currents below the upper half wavelength of the radiator, further horizontal gain can be obtained...". Иными словами, если реверсировать направление тока в нижней части антенны, получится дополнительный выигрыш в излучении на горизонт. При этом возможно и дальше наращивать длину антенны с целью увеличения выигрыша. Напомним, что у классической антенны длиной 5λ/8 увеличивать длину уже нельзя, так как резко увеличивается побочный лепесток диаграммы и уменьшается главный.

Реверсировав ток в нижней части антенны, целесообразно увеличить ее длину еще на λ/8, чтобы избавиться от согласующей катушки. В результате получится хорошо известная синфазная коллинеарная антенна, предложенная еще в 1911 г. инженером фирмы "Маркони" Франклином. Антенна Франклина представляет собой вертикальный провод, разбитый на отрезки по полволны, между которыми включены катушки (рис. 2,а) или четвертьволновые линии (рис. 2,6). В этих элементах и "спрятаны" обратные полуволны тока. Токи же в излучающих отрезках оказываются синфазными (рис. 2,в), что сужает диаграмму и значительно уменьшает побочный лепесток (рис. 2,г). Полоса пропускания такой антенны - несколько процентов.

Динамика изменения диаграммы направленности при увеличении высоты антенны и числа "этажей" (по Франклину) иллюстрируется рис. 3, заимствованным из (2).

Диаграммы приведены опять-таки для случая идеально проводящей земли. Отнести же почву под антенной к проводникам или диэлектрикам можно, вычислив тангенс угла потерь (отношение токов проводимости к токам смещения): tgδ = jnp/jcм = δ/ωεε0. У проводников он много больше единицы, а у диэлектриков много меньше. Тангенс угла потерь зависит от частоты. Одна и та же почва будет близка к проводнику при работе на средних волнах, а на высокочастотных КВ диапазонах и на УКВ (интересующий нас диапазон частот!) окажется диэлектриком. А это изменит фазу отражения от земли на обратную, и в направлении на горизонт окажется уже не максимум диаграммы направленности, а минимум. Главный лепесток диаграммы направленности в этом случае отрывается от поверхности и направляется под некоторым углом к ней (тем меньшим, чем выше над землей установлена антенна).

Иными словами, при работе над проводящей землей антенна 5λ/8 действительно превосходит полуволновый диполь. Объяснить это можно сужением диаграммы направленности из-за того, что основная излучающая часть находится выше над поверхностью, что и компенсирует уменьшение поля из-за излучения нижней части. Если же антенна 5λ/8 расположена в открытом пространстве, то такой компенсации не произойдет, исчезает ее преимущество перед полуволновым диполем. Сказанное в меньшей степени относится к многоэтажным антенным системам, составленным из УКВ антенн длиной по 5λ/8. Разнесение на большее расстояние основных, полуволновых излучающих отрезков, также как в случае проводящей земли, сужает диаграмму и компенсирует проигрыш от излучения участков с обратным током. Но и в этом случае исключение "обратных" участков должно дать выигрыш.

Не известно, были ли споры между Баллантайном и Франклином о достоинствах своих антенн. Скорее всего, нет. поскольку антенны создавались для совершенно разных целей. А вот среди радиолюбителей такие споры возникают неоднократно. Надеюсь, что приведенные в статье аргументы помогут в этих спорах сторонникам синфазных антенн. А практический вывод, к которому пришел автор этих строк, следующий. Если вы решили изготовить вертикальную ненаправленную антенну и имеете при этом возможность сделать ее высотой больше λ/2, но меньше λ, то наибольший положительный эффект получите не с антенной "пять восьмых лямбда", а с антенной Франклина (см. рис 2).

Литература

1. Ballantine S. On the optimum transmitting wave length for a vertical antenna over perfect Earth - Proc. IRE. 1924. December, p. 833.
2. Radio Engineering Handbook. Fifth ed McGraw-Hill. 1959. p. 20-24.

Автор: В.Поляков (RA3AAE)

Смотрите другие статьи раздела Антенны УКВ.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Водород из золота и ржавчины 23.05.2013 Инженеры из Duke University разработали новый способ получения чистого водорода, который может помочь решить проблему неэкологичного ископаемого топлива. Водорода в окружающей среде очень много, но производить и транспортировать молекулярный водород в промышленных масштабах до сих пор остается делом дорогостоящим и сложным. Более того, при современных технологиях производства водорода побочным продуктом зачастую является угарный газ, который токсичен для людей и животных. Ученым впервые удалось создать каталитический процесс риформинга нефтепродуктов, который сводит образование вредного СО практически до нуля. Новый процесс производит водород при значительно более низких температурах, а побочными продуктами процесса являются углекислый газ и вода. Надо отметить, что несмотря на выбросы СО2 при производстве водорода, загрязнение атмосферы данным парниковым газом даже уменьшится, поскольку водород сгорает чисто, с образованием воды. Новый процесс производства водорода основан на использовании наночастиц-катализаторов из золота и оксида железа (ржавчины). В этом и заключается ноу-хау, ведь до сих пор золото применялось в качестве единственного катализатора, в то время как инженеры из Университета Дьюка использовали оксид железа в качестве усилителя каталитической реакции. Благодаря новому катализатору при производстве водорода выделяется ничтожное количество угарного газа: менее 0,002% или 20 частей на миллион. Это не только уменьшает загрязнение атмосферы, но и позволяет производить чистый водород, пригодный для применения в топливных ячейках. Более того, новый катализатор проработал более 200 часов без каких-либо признаков снижения эффективности или роста выбросов CO. Пока точный механизм работы катализатора неизвестен - до сих пор считалось, что оксид железа служит лишь поддерживающей структурой для золота. Однако оказалось, что он способен оказывать непосредственное влияние на реакцию риформинга нефтепродуктов. Ученые полагают, что это связано с размером наночастиц золота и планируют продолжить эксперименты в этом направлении. Остается надеяться, что им наконец удастся найти достаточно эффективную и безопасную методику промышленного производства водородного топлива.

Другие интересные новости:

▪ Квантовая телепортация при помощи обычного оборудования

▪ Противотуманное лобовое стекло

▪ Шестиканальные головные телефоны 5.1

▪ Абсолютно небьющийся экран для гаджетов

▪ Зеленая революция в океанах: расцвет фитопланктона

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электромонтажные работы. Подборка статей

▪ статья Мохандас Карамчанд Ганди (Махатма Ганди). Знаменитые афоризмы

▪ статья С какой скоростью растут волосы на голове? Подробный ответ

▪ статья Физалис. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Передатчик в инфракрасной линии связи. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Гетеродинный приемник на диапазон 20 м. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026