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:

Растения сигнализируют об опасности вулканической активности 17.06.2025

Извержения вулканов - одни из самых разрушительных природных явлений, и своевременное их предсказание является важной задачей для защиты жизни и имущества людей. Современные технологии позволяют отслеживать сейсмическую активность, тепловые аномалии и газовые выбросы, однако ученые из разных стран продолжают искать новые, более ранние признаки приближающейся опасности. Недавнее исследование команды под руководством вулканолога Николь Гвинн продемонстрировало необычный способ раннего обнаружения вулканической активности с помощью изменений в растительности вокруг вулкана Этна - одного из самых активных вулканов Европы. В ходе двухлетних наблюдений ученые выявили 16 случаев, когда увеличение содержания углекислого газа (CO2) в воздухе или почве совпадало с ростом показателя NDVI - нормализованного индекса растительности, отражающего интенсивность фотосинтеза и здоровье зеленых насаждений. Этот индекс широко используется для оценки густоты и жизнеспособности растительного покрова на сп ...>>

Магнит без использования полезных ископаемых 17.06.2025

Технологии все больше зависят от редких и дорогих материалов, добыча которых сопряжена с экологическими и геополитическими рисками. В связи с этим поиск альтернативных решений становится одной из важнейших задач науки и промышленности. Недавно американские ученые во главе с исследователем китайского происхождения Цзянь-Пин Ванг разработали магнит, изготовленный исключительно из железа и азота, который не содержит традиционных редкоземельных элементов. Это открытие может кардинально изменить подход к производству магнитных материалов и значительно снизить зависимость от нестабильных международных поставок. В отличие от широко используемых сегодня магнитов, содержащих редкие полезные ископаемые, такие как самарий и диспрозий, новый магнит отличается более простой и экологичной составной частью. По словам ученых, магнит, созданный из железа и азота, обладает силой магнитного поля, которая превосходит многие известные материалы на рынке. Это делает его перспективной заменой для постоянн ...>>

Скука полезна творческим людям 16.06.2025

Когда информационный поток непрерывно заполняет наше сознание, умение сделать паузу становится особенно важным. Именно в моменты кажущейся скуки мозг получает возможность перезагрузиться и активировать скрытые ресурсы, стимулирующие творческое мышление и саморефлексию. Ученые из Университета Саншайн-Кост в Австралии провели исследование, которое подтверждает, что короткие периоды скуки могут быть полезны для творческих людей и не только. Скука возникает в тот момент, когда способность человека удерживать внимание начинает снижаться, и активируется так называемая сеть пассивного режима мозга. Эта система отвечает за внутренние мысли и саморефлексию, в то время как активность исполнительной сети, которая обычно помогает сосредоточиться, заметно снижается. Таким образом, скука становится не просто неприятным ощущением, а своего рода переключателем, дающим мозгу возможность отдохнуть от постоянной концентрации. Современный ритм жизни сопровождается постоянной стимуляцией симпатическо ...>>

Случайная новость из Архива Подсластитель из яблочных и грушевых отходов 09.07.2024 Современные тенденции в пищевой промышленности стремятся к разработке альтернатив сахару, которые не только безопасны для здоровья, но и экологичны. Нидерландская компания Fooditive, специализирующаяся на растительных ингредиентах, представила революционный подсластитель Keto-Fructose, произведенный из отходов яблок и груш. Этот инновационный продукт в настоящее время проходит оценку безопасности в Управлении по контролю за продуктами и лекарственными средствами США (FDA) и готовится к выходу на американский рынок. Процесс производства Keto-Fructose уникален. Подсластитель создается с помощью брожения побочных продуктов переработки яблок и груш. Такой подход позволяет не только эффективно использовать отходы, но и создавать продукт, который может заменить обычный сахар в самых разнообразных продуктах - от шоколада и выпечки до фруктовых начинок, глазурей и напитков. Это делает разработку особенно привлекательной для производителей, стремящихся к устойчивому развитию. Производитель утверждает, что Keto-Fructose сохраняет все основные функциональные характеристики сахара, включая его необычайную сладость, при этом не влияя на вкус, текстуру или срок хранения продукции. Это важное качество подчеркивает генеральный директор Fooditive, Моаяд Абушохедим: "Мы понимаем вызовы, связанные с заменой сахара, и подчеркиваем, что эффективность альтернативы сахару измеряется не только вкусом". Одним из ключевых преимуществ Keto-Fructose является его экологичность и инновационность. Производство подсластителя из побочных продуктов переработки фруктов помогает сократить отходы и поддерживает принципы устойчивого развития. Таким образом, новый подсластитель не только полезен для здоровья, но и способствует охране окружающей среды. На данный момент Fooditive активно ведет переговоры с компаниями в секторе пищевой и напиточной промышленности (F&B), чтобы представить свой инновационный продукт широкой аудитории. Компании планируют интегрировать Keto-Fructose в более широкий перечень продуктов, предлагая потребителям полезные и экологически чистые альтернативы традиционным сахарам. Внедрение таких инновационных решений, как Keto-Fructose, может существенно изменить подход к производству сладких продуктов, делая их более здоровыми и экологичными. Потребители, в свою очередь, смогут наслаждаться любимыми сладостями без вреда для здоровья и планеты. Разработка Fooditive представляет собой важный шаг в направлении устойчивого развития и здорового питания. Использование отходов для создания подсластителя, который сохраняет вкусовые и функциональные свойства сахара, открывает новые перспективы для пищевой промышленности и может стать образцом для будущих инноваций в этой области.

Другие интересные новости:

▪ Беззеркальная камера Fujifilm X-T2

▪ Мобильный телефон встроен в зубы

▪ Виртуальная возлюбленная

▪ Ген долголетия

▪ Куриный бульон против гипертонии

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Защита электроаппаратуры. Подборка статей

▪ статья О моя юность! О моя свежесть! Крылатое выражение

▪ статья В какой стране национальный жестовый язык был изобретен глухими детьми? Подробный ответ

▪ статья Белокрыльник болотный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Передатчик с узкополосной частотной модуляцией 140-150 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Оживающие куклы. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025