Как работает антенна 5/8 волны на 145 МГц. Каковы ее основные преимущества перед другими типами антенн. Как правильно изготовить и настроить антенну 5/8 волны своими руками. Какие материалы лучше использовать для ее конструкции.
Принцип работы антенны 5/8 волны
Антенна 5/8 волны представляет собой вертикальный вибратор, длина которого составляет 5/8 от длины волны на рабочей частоте. На частоте 145 МГц длина волны равна примерно 2 метрам, соответственно длина вибратора антенны 5/8 волны будет около 1,25 м.
Ключевые особенности антенны 5/8 волны:
- Более низкий угол излучения по сравнению с четвертьволновой антенной
- Усиление около 3-5 дБ относительно четвертьволновой антенны
- Требует согласующего устройства в виде катушки индуктивности у основания
- Хорошо подходит для мобильных и базовых станций
Как работает антенна 5/8 волны. Увеличенная длина вибратора позволяет сконцентрировать больше энергии излучения под малыми углами к горизонту. Это дает прирост усиления в нужном направлении. Однако длинный вибратор имеет высокое входное сопротивление, которое необходимо согласовать с 50-омным кабелем с помощью катушки индуктивности у основания.
Преимущества антенны 5/8 волны на 145 МГц
Антенна 5/8 волны обладает рядом преимуществ по сравнению с другими типами антенн для диапазона 2 метра:
- Усиление 3-5 дБ относительно четвертьволновой антенны
- Низкий угол излучения, что увеличивает дальность связи
- Компактные размеры (около 1,25 м) для мобильного применения
- Простота изготовления своими руками
- Хорошие характеристики при работе с автомобиля
- Широкая полоса пропускания (около 10 МГц)
Благодаря этим преимуществам антенна 5/8 волны очень популярна среди радиолюбителей и часто используется на базовых и мобильных радиостанциях диапазона 145 МГц.
Конструкция антенны 5/8 волны на 145 МГц
Основные элементы конструкции антенны 5/8 волны на 145 МГц:
- Вертикальный вибратор длиной около 1250 мм
- Согласующая катушка у основания
- Противовесы или металлическая плоскость в качестве «земли»
- Разъем для подключения кабеля
Вибратор обычно изготавливается из алюминиевой трубки или прутка диаметром 6-10 мм. Согласующая катушка наматывается на каркас диаметром 15-20 мм и содержит 6-8 витков провода 1-1,5 мм. Точная настройка производится подбором отвода от катушки.
В качестве противовесов используются 2-4 провода длиной 50-60 см, расположенные радиально. При установке на автомобиль роль противовесов выполняет металлический кузов.
Изготовление антенны 5/8 волны своими руками
Для самостоятельного изготовления антенны 5/8 волны на 145 МГц потребуются следующие материалы:
- Алюминиевая трубка диаметром 8-10 мм и длиной 1300 мм
- Пластиковая или фторопластовая трубка для каркаса катушки
- Медный провод 1-1,5 мм для намотки катушки
- Разъем SO-239 для подключения кабеля
- Алюминиевый уголок или пластина для основания
Процесс изготовления антенны:
- Отрезать вибратор длиной 1250-1300 мм
- Намотать катушку — 7-8 витков на каркасе диаметром 15-20 мм
- Закрепить катушку у основания вибратора
- Припаять отвод от катушки к центральному контакту разъема
- Установить противовесы длиной 50-60 см
- Настроить антенну, подбирая отвод от катушки
Настройка производится с помощью КСВ-метра, добиваясь минимального КСВ на частоте 145 МГц. При правильной настройке КСВ не должен превышать 1,5 во всем диапазоне 144-146 МГц.
Оптимальные материалы для антенны 5/8 волны
Для изготовления качественной антенны 5/8 волны на 145 МГц рекомендуется использовать следующие материалы:- Вибратор — алюминиевая трубка диаметром 8-10 мм
- Каркас катушки — фторопластовая трубка
- Провод катушки — посеребренный медный 1-1,5 мм
- Разъем — качественный SO-239 с тефлоновым изолятором
- Основание — дюралевая или латунная пластина толщиной 2-3 мм
Использование качественных материалов позволит получить антенну с минимальными потерями и стабильными характеристиками. Особое внимание стоит уделить изготовлению катушки — от ее качества во многом зависит эффективность антенны.
Настройка антенны 5/8 волны на 145 МГц
Правильная настройка антенны 5/8 волны очень важна для получения максимальной эффективности. Основные этапы настройки:
- Подключить антенну к КСВ-метру и передатчику
- Установить частоту 145 МГц
- Подобрать отвод от катушки для минимального КСВ
- Проверить КСВ на краях диапазона (144 и 146 МГц)
- При необходимости немного изменить длину вибратора
- Добиться КСВ не более 1,5 во всем диапазоне
Точка подключения отвода обычно находится на 1-2 витка выше середины катушки. Окончательная настройка производится небольшим изменением длины вибратора — укорачивание повышает резонансную частоту, удлинение — понижает.
Применение антенны 5/8 волны на 145 МГц
Антенна 5/8 волны на 145 МГц находит широкое применение в различных областях:
- Любительская радиосвязь на диапазоне 2 метра
- Мобильные радиостанции служб такси, охраны и т.п.
- Базовые станции систем профессиональной радиосвязи
- Ретрансляторы любительской и профессиональной связи
- Метеорологические радиозонды
- Телеметрические системы
Популярность антенны 5/8 волны обусловлена ее хорошими характеристиками при относительно небольших размерах. Она обеспечивает уверенную связь на расстояниях до 30-50 км при мощности передатчика 5-10 Вт.
Сравнение антенны 5/8 волны с другими типами
Как антенна 5/8 волны соотносится по характеристикам с другими популярными антеннами диапазона 145 МГц. Сравнительная таблица:
| Параметр | 5/8 волны | 1/4 волны | J-антенна | Коллинеарная |
|---|---|---|---|---|
| Усиление, дБи | 5-6 | 2-3 | 3-4 | 7-9 |
| Длина, м | 1,25 | 0,5 | 1,5 | 2,5-3 |
| Ширина ДН, град | 30 | 60 | 50 | 15-20 |
| Сложность изготовления | Средняя | Низкая | Средняя | Высокая |
Как видно из сравнения, антенна 5/8 волны обеспечивает хороший компромисс между усилением, размерами и сложностью конструкции. Это делает ее оптимальным выбором для многих применений.
«Бутылочная» антенна 5/8l на 145 Мгц
5/8 — лямбда антенна на диапазон 2 метра
В течении нескольких лет ведется спор об авторстве этой антенны, поэтому назовем его — радиолюбитель. Скорее всего, автором можно считать Ротхамеля, но… 🙂
Когда радиолюбителю надоело выслушивать многочасовые разговоры о достоинствах и недостатках той или иной антенны на диапазон 2 метра, он взял да и попил вкусного новгородского пивка из 1,5 литровой бутылочки (хотя история об этом умалчивает, а сам он теперь говорит, что не помнит), в результате родилась «бутылочная антенна», теперь так ее в шутку называют новгородцы. 😉
А если серьезно, антенна делается за пол-часа плюс пол-часа на настройку.
Схематически это выглядит так:,где:
- Диэлектрическая пластина.
- Вибратор, 5/8 длины волны
- Согласующая катушка
- Металлическая пластина (луженая жесть)
- Противовесы 1/4 длины
- Шпилька, шайбы, гайки
- Коаксиальный кабель
Процесс изготовления и сборки согласно рисунка:
1- текстолитовая или любая влагостойкая изоляционная пластина размера,
примерно 80 на 250 мм.
На нее с помощью хомутов, винтов, проволоки и т. д крепится штырь 2 длина которого составляет 5/8 длины волны нужного диапазона (в нашем варианте 144 МГц), в зависимости от диаметра длина будет:
- диаметр 4-5 мм биметалл — длина 1270 мм,
- диаметр 10-14 мм аллюминий — длина 1200 мм,
лучше взять с запасом — пригодится при настройке.
Далее мотаем катушку 3 на каркасе диаметром 15 -18 мм (в оригинале использовался маркер) — 9 витков провода, почти любого, голая медь, серебрянка и т.д. диаметром 1,5-2,5 мм (не критично). После намотки растягиваем катушку до длины 34-35 мм.
Верхний конец катушки паяем или через лепесток прикручиваем (в
зависимости от используемых материалов) к штырю антенны 2, нижний
к пластине 4 из луженой жести 25х35 мм, которая крепиться болтом
6, а лучше шпилькой к основной пластине 1.
Противовесы 5 делаем из биметалла или другой подходящей проволоки диаметром 4-6 мм. Длина чуть больше 1 метра (не забывайте про запас для настройки). Изгибаем их греческой буквой ОМЕГА с длинными усами. ОМЕГА должна быть посередине. Две получившиеся ОМЕГИ крепим к шпильке 6 с разных сторон с помощью гаек и разводим усы в разный стороны под углом 90 градусов.
Кабель 7 крепим к пластине 1 любым способом (продиваем в просверленные отверстия, привязываем проволокой или пропарафиненными нитками и т.д.) Оплетку паяем к пластине 4, а центральную жилу к 3 и 1/3 витка сверху катушки 3.
Берем бутылку, отрезаем дно, делаем отверстие в пробке и четыре отверстия или прорези снизу под противовесы и надеваем на штырь 2. Получилась «бутылочная» антенна.
Крепление антенны к мачте, я думаю, сможете сделать сами.
Для увеличения изображения кликните по картинке.
НАСТРОЙКА.
Лучше всего настраивать антенну с помощью АЧХ-метра (оптимально
Х1-48), а не с помощью КСВ-метра, как делают многие.
Настройка заключается в том, чтобы путем изменения длины штыря и противовесв, и сжатия или растягивания витков катушки получить резонанс на нужной частоте. А путем перемещения точки подключения центральной жилы кабеля уже получить минимальный КСВ, к стати согласуется она на любое разумное сопротивление кабеля.
Таких антенн в Великом Новгороде собрано уже штук 5-8 и все хорошо работают. Проводили связи из города с деревней за 100 км и при мощностях 15-25 ватт слышно со 100% разборчивостью при любом прохождении.
Схемы простых антенн на диапазон 145 МГц » Страница 6 » Паятель.Ру
Категория: Антенны
Ввиду того, что для изготовления антенн диапазона 145 Мгц обычно используют толстый провод — диаметром от 1 до 10 мм (иногда применяют и более толстые вибраторы, особенно в коммерческих антеннах), то и широкополосность антенн диапазона 145 Мгц сравнительно большая.
Это часто позволяет при выполнении такой антенны точно по указанным размерам обойтись без ее настройки. Для настройки антенн диапазона 145 Мгц необходим КСВ — метр, самодельный, либо покупной.
Экспериментальная 5/8-волновая антенна.
При проведении экспериментов с радиостанциями диапазона 145 МГц часто приходится подключать к ним испытательные антенны, чтобы проверить работу приемного тракта или настроить выходной каскад передатчика. Для этого мной долгое время используется простая 5/8-волновая УКВ антенна.
Эта антенна состоит из секции медного провода диаметром 3 мм, который одним концом соединен с удлиняющей катушкой, а другим с настроечной секцией. На конце провода, соединенного с катушкой, нарезана резьба, а на другом конце припаяна настроечная секция из медного провода диаметром 1 мм.
Рис.15
Согласуется антенна с каскадом РА выходным сопротивлением 50 или 75 Ом путем подключения к разным виткам катушки, и, может быть, небольшим укорочением нагрузочной секции.
Схема антенны показана на рисунке 15, конструкция — на рисунке 16.
Катушка выполнена на плексигласовом цилиндре диаметром 19 мм и длиной 95 мм. В торцах цилиндра сделана резьба, в которую с одной стороны ввинчивается вибратор антенны, а с другой стороны она прикручивается к куску фольгированного стеклотекстолита размерами 20×30 см, который служит землей антенны.
С задней стороны к нему приклеен магнит от старого динамика, чтобы антенну можно было укрепить на подоконнике, батареи отопления, или другом железном предмете.
Катушка содержит 10,5 витка провода диаметром 1 мм. Она равномерно намотана по цилиндру. Отвод к коаксиальному кабелю сделан от 4-го, со стороны земли, витка. Вибратор ввинчивается в катушку, под него вставляется контактная панель, к которой припаивается горячий конец удлиняющей катушки. Нижний конец катушки припаивается к фольге земли.
Рис.16
Антенна обеспечивает КСВ в кабеле не хуже 1 1,3. Настройка осуществляется путем укорочения её верхней части, которая первоначально выполняется чуть длиннее, чем необходимо.
Рекомендуется использовать эту антенну в системах передвижной УКВ связи, хотя влагоизоляция согласующей катушки и виброустройчивость конструкции представляет собой серьезную проблему.
Мной были проведены эксперименты по установке этой антенны на оконном стекле. В этом случае вибратор первоначальной длиной 125 см из алюминиевой фольги был приклеен по центру окна. Удлиняющая катушка использовалась та же, и была закреплена на оконной раме. Противовесы — из фольги. Концы антенны и противовесов были немного загнуты, чтобы поместиться на оконном стекле.
Рис.17
Вид оконной 5/8-волновой антенны показан на рисунке 17. Антенна легко настраивается в резонанс постепенным укорочением фольги вибратора с помощью лезвия, и постепенным переключением витков катушки по минимуму КСВ. Такая антенна не портит интерьера комнаты и может служить для постоянной работы из дома или офиса.
Короткая эффективная антенна переносной радиостанции.
Эту антенну можно использовать вместо штатной антенны УКВ-радиостанции диапазона 145 МГц.
Схема простой УКВ — антенны с емкостной нагрузкой показана на рисунке 18.
Для изготовления антенны взят провод длиной 45 см и диаметром 2,5 мм. Один его конец запаян в разъем, с помощью которого антенна подключается к радиостанции.
На расстоянии 100 мм от разъема выполняется удлиняющая катушка L. Она содержит 5,5 витков, намотанных с шагом 5 мм. Её внутренний диаметр 12 мм. К вершине вибратора припаяна емкостная нагрузка. Она может быть выполнена из кружка фольгированного стеклотекстолита диаметром 50 мм. В качестве нагрузки можно использовать и 5-10 проводников длины, равной диаметра круга, концы проводников полезно опаять, как показано на рисунке 18.
Эта антенна имеет широкую полосу пропускания, и при точном соблюдении указанных размеров в наладке не нуждается. Но если все же при работе с какой то индивидуальной радиостанцией резонанс будет смещен, то его можно вернуть на любительский диапазон сжатием-растяжением витков удлиняющей катушки.
Эта антенна немного неудобна в эксплуатации из-за диска емкостной нагрузки, но в то же время гораздо эффективнее обычной резинки.
Длина волны пять восьмых » Заметки по электронике
Вертикальная антенна с длиной волны пять восьмых (5/8 λ) обеспечивает усиление по вертикали в четверть волны с небольшой дополнительной сложностью и стоимостью.
Вертикальные антенны включает:
Типы вертикальных антенн
Четверть длины волны по вертикали
5λ/8 по вертикали
J полюс
Хотя четвертьволновая вертикальная антенна обеспечивает хороший уровень характеристик, легко получить некоторое дополнительное усиление, удлинив излучающий элемент вертикальной антенны до пяти восьмых длины волны, 5λ/8.
В результате вертикальная длина волны в пять восьмых приобрела популярность во многих случаях и широко используется на УКВ и УВЧ, а иногда и на более высоких КВ диапазонах.
Вертикальная антенна с длиной волны пять восьмых используется, поскольку она сохраняет все преимущества вертикальной антенны с четвертьволновой длиной волны для различных приложений двусторонней радиосвязи, где она обеспечивает всенаправленную диаграмму направленности благодаря своему вертикальному элементу.
Однако он также обеспечивает небольшое дополнительное усиление для сигналов под малым углом.
При очень небольших дополнительных затратах на производство дополнительное усиление часто рассматривается как идеальное решение для многих ситуаций радиосвязи.
Концепция антенны с длиной волны пять восьмых
Концепция вертикальной антенны с длиной волны пять восьмых начинается с четвертьволновой антенны.
Вертикальная четвертьволновая антенна хорошо работает, когда она нагружена на землю или плоскость заземления.
Антенна с длиной волны пять восьмых часто используется в мобильных ситуациях, когда она использует металл транспортного средства в качестве заземляющего слоя.
В этих мобильных ситуациях хорошо работает четвертьволновая антенна, обеспечивающая хороший уровень излучения под углом, близким к параллели с землей, что обеспечивает очень хороший местный охват, что обычно и требуется.
Четвертьволновая вертикальная полярная диаграмма направленности Хотя четвертьволновая вертикаль излучает большую часть своего излучения под относительно небольшим углом, есть возможности сфокусировать больше энергии близко к земле.
Хорошо известно, что когда дипольная антенна выдвигается за пределы половины длины волны, диаграмма направленности меняется. Первоначально больше энергии фокусируется под прямым углом к оси проводников антенны, но затем достигается точка, в которой начинают формироваться боковые лепестки, и энергия под прямым углом к проводникам начинает падать.
Установлено, что оптимальная точка для максимального излучения под прямым углом к проводникам возникает в точке, где диполь примерно в 1,2 раза больше длины волны.
Вместо использования диполя, если вертикальная плоскость заземления используется для второго элемента антенны, то это соответствует длине примерно 5/8 длины волны, λ.
Сопротивление антенны и согласование
Для большинства приложений необходимо обеспечить хорошее согласование антенны с коаксиальным кабелем 50 Ом. Это очень важно, если мощность не должна отражаться обратно в передатчик, а затем поглощаться.
Если уровень отраженной мощности слишком высок, схема защиты в передатчике может начать действовать и уменьшить мощность передатчика.
Это, скорее всего, сведет на нет любые преимущества, которые может обеспечить фактический излучающий элемент.
Установлено, что вертикальный элемент с длиной волны 3/4 обеспечивает хорошее согласование, и, следовательно, одним из решений для обеспечения хорошего согласования импеданса вертикальной антенны с длиной волны 5/8 является создание изображения, как если бы это был излучатель 5/8, но иметь электрическую длину 3/4 элемента.
Схема вертикальной антенны с длиной волны 5/8Таким образом, она излучает как излучатель 5λ/8, но имеет импеданс антенны 3λ/4.
Это достигается размещением небольшой нагрузочной катушки в основании антенны для увеличения ее электрической длины. Кроме того, добавлен небольшой конденсатор, чтобы нейтрализовать любые оставшиеся реактивные элементы.
Согласование с антенной обычно обеспечивается самой антенной, поскольку вертикальная полоса 5λ/8 обычно используется на ОВЧ или УВЧ, где редко используются отдельные блоки настройки антенны.
Коэффициент усиления вертикальной антенны 5λ/8
Было обнаружено, что в идеальном мире вертикальная антенна с длиной волны в пять восьмых может демонстрировать коэффициент усиления, близкий к 4 дБд, т. е. коэффициент усиления 4 дБ на четверть волны по вертикали.
Для достижения этого коэффициента усиления антенна должна быть изготовлена из правильных материалов, чтобы потери были сведены к абсолютному минимуму, а общая производительность сохранялась, в противном случае большая часть преимуществ использования дополнительной длины будет потеряна.
Еще одной причиной того, что теоретическое усиление не реализовано, является то, что диаграмма направленности несколько приподнята по сравнению с четвертьволновой вертикалью, и поэтому не вся мощность излучается там, где она действительно необходима.
Тем не менее, показатели усиления этих слегка вытянутых вертикалей часто оптимистично цитируются как 4 дБ.
Также имейте в виду, что многие приведенные значения усиления относятся к изотропному источнику, а не к диполю.
Усиление по отношению к изотропному источнику будет на 2,1 дБ выше, чем указанное по отношению к диполю. Усиление относительно изотропного источника указывается в дБи.
Изотропный источник – это источник, излучающий одинаково во всех направлениях. Его преимущество состоит в том, что он является стандартом, с которым сравнивают многие другие антенны. Преимущество также в том, что усиление относительно изотропного источника выглядит лучше, чем если бы оно было заявлено относительно диполя на 2,1 дБ.
Механические соображения
В автомобилях часто используются вертикальные антенны с длиной волны пять восьмых. Они обеспечивают полезный уровень усиления, их можно сделать механически прочными для движения на скорости, и они очень удобны в установке.
Многие из этих антенн изготавливаются с магнитным креплением, основанием. Это позволяет очень легко устанавливать их в шасси транспортного средства без необходимости сверления отверстий и т. д., что может нарушить целостность кузова транспортного средства, а также снизить его стоимость при перепродаже.
Однако одним из основных ограничений для этих антенн является катушка в основании. Если он не установлен жестко и не закреплен, он может прогибаться и вибрировать. В некоторых более дешевых мобильных антеннах катушки могут перемещаться, и это изменяет согласование импеданса с фидером.
Это может вызвать колебания сигнала, а в экстремальных условиях может даже привести к снижению выходной мощности схемой определения КСВ. Иногда, поскольку это происходит из-за вибрации транспортного средства, это может проявляться в виде очень сильного флаттера в сигнале.
При выборе антенны для мобильной работы в диапазонах ОВЧ/УВЧ имеет смысл выбрать хороший тип антенны, предпочтительно тот, который порекомендовал коллега, друг и т. д.
Вертикальная антенна с длиной волны пять восьмых в основном используется на ОВЧ или даже УВЧ, где ее длина означает, что ее можно легко разместить без необходимости увеличения ее размера. Здесь его можно легко разместить на транспортных средствах для таких приложений, как двухсторонняя двухсторонняя радиосвязь, включая профессиональную радиосвязь и любительскую радиосвязь.
Это обеспечивает полезную величину усиления для увеличения размера, которое часто можно приспособить без проблем.
Антенна этого формата может использоваться и для КВ. Применяются те же концепции, но антенна, как правило, используется для использования базовой станции, а не для мобильной радиосвязи. Одним из преимуществ антенны 5/8λ для ВЧ является то, что малый угол излучения может быть особенно полезен для связи с ионосферой на большие расстояния, когда для достижения больших расстояний необходимы малые углы излучения.
В целом, антенна 5/8λ представляет собой очень удобную форму вертикальной антенны для многих приложений радиосвязи.
Другие темы об антеннах и распространении:
ЭМ волны
Распространение радио
Ионосферное распространение
Грунтовая волна
Разброс метеоров
Тропосферное распространение
Основы антенны
Кубический четырехугольник
Диполь
Отключить
Ферритовый стержень
Логопериодическая антенна
Антенна с параболическим отражателем
Антенны с фазированной решеткой
Вертикальные антенны
Яги
Заземление антенны
телевизионные антенны
Коаксиальный кабель
Волновод
КСВ
Антенные балуны
MIMO
Вернитесь в меню «Антенны и распространение».
. .
Общие сведения об антенне 5/8 волн – Практические антенны
Общие сведения об антенне 5/8 волн
Одна из проблем, с которой мы часто сталкиваемся, пытаясь понять антенны, заключается в том, что условие, применимое в очень специфических случаях, обобщается и принимается как «факт» даже в ситуациях, когда оно неприменимо. Классическим примером этого является 5/8-волновая вертикальная антенна.
история
В декабре 1924 года С. Баллантайн представил вертикальную волну 5/8 в статье под названием «Об оптимальной длине волны передачи для вертикальной антенны над идеальной Землей». Он показал, что для радиовещательной антенны над идеальной землей с точкой питания на уровне земли и при условии синусоидального распределения тока излучение земной волны было максимальным при длине антенны около 225 градусов, или 5/8 длины волны.
Сравним диаграммы направленности нескольких возможных длин вертикальной антенны в этой ситуации:
Графики вертикального излучения: 1/4 волны по вертикали (зеленый), 1/2 волны по вертикали (фуксия), 5/8 волны по вертикали (синий) и 3/4 волны по вертикали (коричневый) над идеальным грунтом.
5/8-волновая антенна имеет усиление около 3 дБ по вертикали в четверть волны. График 3/4 волны показывает развитие лепестков с большим углом и меньшее усиление на горизонте, когда антенна слишком высока. Мы видим, что по мере того, как антенна удлиняется за пределы 1/4 длины волны, диаграмма направленности становится более плоской по отношению к земле, в результате чего больше сигнала попадает в земную волну (то есть горизонтально вдоль нижней части графика). В соответствии с «общепринятым мнением», 5/8-волновая антенна имеет усиление около 3 дБ по сравнению с 1/4-волновой антенной, хотя мы можем видеть, что в диаграмме направленности более высокой антенны начинают формироваться лепестки с большим углом. Дальнейшее удлинение антенны до 3/4 длины волны приводит к меньшему излучению на горизонте и большему количеству лепестков с большим углом. Какая антенна работает «лучше» для конкретного пути, конечно, зависит от требуемого вертикального угла излучения, но для приложений СВЧ-вещания основным режимом покрытия является излучение наземных волн, и оптимизация при 0 градусах является хорошей мерой.
Поместив числа для низких углов излучения в таблицу, легче увидеть различия. 1/2-волновой излучатель примерно такой же, как 5/8-волновой при угле около 15 градусов, а при 25 градусах четвертьволновой излучатель занимает край. 3/4-волновая антенна показывает нуль около 20 градусов, с максимальным излучением около 45 градусов над горизонтом.
| Угол возвышения, градусы | 1/4 волны дБи | 1/2 волны дБи | 5/8 волны дБи | 3/4 wave dBi |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 5.2 | 6.6 | 8.0 | 3.2 |
| 5 | 5.1 | 6.5 | 7.8 | 2. 5 |
| 10 | 5.0 | 6.1 | 6.9 | 0.1 |
| 15 | 4.7 | 5.5 | 5.4 | -5.1 |
| 20 | 4.4 | 4.7 | 3,2 | -10,5 |
Таким образом, мы почти столетие развивали «общепринятое мнение», что длина волны 5/8 является оптимальной для вертикальной антенны. , и он имеет усиление 3 дБ по сравнению с плоскостью заземления в четверть волны.
Означает ли это, что 5/8-волновая вертикальная антенна является стандартной антенной для средневолновых радиовещательных станций? Нет.
Или, по крайней мере, очень редко, примерно с 1934 года. Оказывается, излучение под большим углом увеличивает затухание, что ограничивает приемлемое расстояние для радиовещательного приема. Вместо этого длина волны 0,528 длины волны используется в качестве «антизамирающей антенны» для станций высокой мощности. При более низких уровнях мощности, когда затухание земной волны ограничивало покрытие до того, как была достигнута зона замирания, более высокие антенны не увеличивали значительного расстояния покрытия из-за увеличения стоимости, и вместо этого часто используются мачты длиной всего 1/6 длины волны. (Излучатели 5/8 могут быть полезны над соленой водой, где затухание земных волн намного меньше и затухание не представляет большой проблемы.)
над реальной землей
В реальном мире многие из нас не живут над идеальной землей или даже над соленой водой (что близко). Я запускал те же модели на типичной почве в моем районе:
. Вертикальные диаграммы направленности тех же антенн над реальной землей.
Первое, на что следует обратить внимание, это то, что 3/4-волновая антенна теперь лучше, чем 1/4- или 1/2-волновые антенны при всех углах излучения! И максимум радиации уже не на горизонте, а несколько над ним.
Более подробную информацию мы можем извлечь из таблицы показаний при малых углах места:
| Угол Угол. | -2.5 | -3.7 | ||
|---|---|---|---|---|
| 10 | -3.5 | -1.7 | 1.1 | -0.2 |
| 15 | -1.7 | -0.2 | 2.2 | 0.7 |
| 20 | -0.9 | 0.2 | 2.1 | 1. 0 |
Антенна 5/8 волны теперь имеет преимущество в 5 дБ по сравнению с антенной 1/4 волны, по крайней мере, на некоторых высотах. Однако также обратите внимание, что расчетная мощность сигнала значительно ниже, чем для идеального заземления.
Это требует небольшого обсуждения результатов моделирования для антенн, подключенных к земле.
проблемы с моделированием
«Грунт» — очень сложный материал, и ранние программы моделирования плохо с ним справлялись. (И почему ручные расчеты, такие как расчеты Баллантайна, для простоты предполагали идеальную землю.) Хотя относительно просто соединить точку питания антенны с «идеальной землей», это не работает с более точными моделями земли (по крайней мере, не с программным обеспечением для моделирования, которое я использую).
Таким образом, хотя эти графики дают относительное представление о том, что происходит, я не доверяю им в плане точных сравнений, поскольку они не учитывают потерю земли и другие факторы.
Другое ограничение заключается в том, что по умолчанию мое программное обеспечение сообщает результаты только для ионосферного излучения, а не для земной волны. Из-за ограниченного расстояния покрытия над реальной землей распространение земной волны редко используется для радиолюбительских контактов на ВЧ (хотя это может быть важно на более низких частотах). Поскольку земная волна рассеивается, а не излучается в ионосферу, она не отображается на диаграммах направленности, и любая энергия, распространяющаяся через эту моду, считается потерей в расчетах.
По этим причинам я ограничиваю использование примеров с использованием вертикальных антенн, подключенных к реальной земле. Им не требуется понимать антенну 5/8 волн. Но, по крайней мере, это дает нам представление о том, что результаты для идеального грунта могут отличаться от результатов для реального грунта, и любое точное сравнение должно включать множество параметров, которые мы здесь не обсуждаем.
токораспределение по радиаторам
Следующим шагом в нашем анализе является изучение текущего распределения на антенны разной длины.
Распределение тока по вертикалям разной длины.Анализ очень прост для синусоидального тока в прямом проводнике, заземленном на одном конце. Обратите внимание, однако, что антенны длиннее 1/2 длины волны начинают показывать больший ток у основания, который не совпадает по фазе с током в верхней части излучателя. Это то, что способствует лепесткам с большим углом, которые мы видим на паттернах.
Итак, в чем разница между 1/2-волновой вертикалью и 5/8-волновой вертикалью, которая объясняет разницу в усилении? У 5/8-волновой антенны немного больше излучающего проводника, правда, но он не совпадает по фазе с основным излучением, поэтому фактически уменьшит излучение на горизонте. Стандартное объяснение заключается в том, что противофазная часть в основании имеет достаточно низкий ток, чтобы не оказывать существенного влияния на диаграмму направленности.
Если мы проигнорируем это, у нас останется то же распределение тока, что и на вертикали 1/2 волны, только немного выше в воздухе.
лучшее понимание
Если да, то что произойдет, если мы поднимем 1/2 волны по вертикали (как вертикальный диполь), чтобы вершины двух антенн оказались на одной высоте? Давайте добавим в наше исследование 1/4-волновую плоскость основания с наклонными радиальными линиями, например:
. 1/4-волновая плоскость заземления с наклонными радиальными, 1/2-волновая дипольная и 5/8-волновая вертикальная с вершинами на одинаковой высоте над идеальным грунтом. Производительность практически одинакова для всех трех антенн.Мы рассмотрим результаты на идеальном грунте, чтобы избежать возможных причуд моделирования…
Диаграммы направленности над идеальной землей с вершинами антенн на одинаковой высоте. Итак, имеет ли вертикальная волна 5/8 усиление на 3 дБ по сравнению с волной 1/4? Нет. Четвертьволновая антенна на самом деле превосходит ее на доли дБ.
График вертикального диполя 1/2 волны немного чище, чем 5/8 волны, но все три достаточно близки, чтобы они могли быть одной и той же антенной. Конечно, они достаточно близки, чтобы решение среди них можно было принять по механическим и практическим факторам, а не по характеристикам.
Это важный шаг в нашем понимании 5/8-волновой антенны: это в основном полуволновой излучатель, слегка приподнятый над землей, и любой излучатель, эквивалентный диполю (который включает в себя четвертьволновую плоскость заземления с наклонными радиальными ) будет работать так же хорошо, когда точки максимального тока находятся на одной высоте.
Помните, одним из первоначальных ограничений анализа Баллантайна было то, что точка подачи находилась на уровне земли. Если это не является обязательным требованием, то длина волны 5/8 не имеет преимуществ перед многими другими антеннами.
производительность в свободном пространстве
Еще одним ограничением Баллантайна было то, что антенна находилась над бесконечной идеально проводящей землей.
Тем не менее, мы часто видим такие антенны, установленные для УКВ с четвертьволновыми радиальными антеннами или на конечной крыше автомобиля. Это достаточно хорошо?
Давайте рассмотрим ситуацию в свободном пространстве, так как это может быть применимо к поднятым антеннам.
Одна проблема, конечно, заключается в том, что когда мы удаляем землю, нам нужно обеспечить какой-то другой проводник для питания антенны. Итак, здесь я добавил 4 радиала, каждый длиной 1/4 длины волны, к точке питания 5/8-волнового излучателя. 1/2-волновая антенна представляет собой диполь с центральным питанием (его можно питать не по центру с тем же результатом), а 1/4-волновая заземляющая плоскость использует 4 наклонных радиала. С этой оговоркой давайте посмотрим, как они сравниваются:
Сравнительные диаграммы 1/2 волны диполя, 5/8 волны по горизонтальным радиалам и 1/4 волны на плоскости по наклонным радиалам. Антенна 5/8 имеет небольшой наклон вверх по отношению к диаграмме направленности из-за несовпадающего по фазе тока в точке питания, что немного уменьшает излучение на горизонте.
В противном случае выбирать среди них особо нечего.
наклонные радиальные
Но мы использовали наклонные радиалы на 1/4-волновой плоскости земли, что немного улучшило излучение (помимо улучшения КСВ). Разве это не поможет вертикальной волне 5/8? Давай попробуем…
Сравнение вертикальной диаграммы направленности 5/8-волнового излучателя с плоскими или наклонными излучателями.Нет, это точно не поможет! Причина в том, что ток в лучах не совпадает по фазе с током в верхней части излучателя, что приводит к чему-то более близкому к вертикали волны 3/4, на которую мы смотрели изначально.
размер плоскости заземления
Первоначальный проект предполагал бесконечную протяженность земли. Если мы увеличим нашу наземную плоскость, поможет ли это?
Рассмотрим механизм, отвечающий за усиление, как показано на рисунке ниже. Излучение из центра распределения тока распространяется вверх под некоторым углом в виде прямой волны. Он также движется вниз под эквивалентным отрицательным углом и отражается от земли, при этом отраженная волна покидает землю под тем же углом, что и прямая волна.
Когда они достигают приемника в фазе, они усиливают друг друга, обеспечивая усиление.
Для 5/8-волновой антенны центр распределения тока находится на расстоянии 3/8 длины волны от земли. Затем мы можем рассчитать расстояние отражения для любого вертикального угла как 3/8 длины волны, деленное на тангенс желаемого угла. Например, для излучения на высоте 10 градусов над горизонтом расстояние отражения составляет:
0,375 / тангенс (10 градусов) = 2,13 длины волны или более чем в 3 раза превышает длину излучателя.
При 5 градусах в два раза больше. На практике он должен быть несколько больше, чтобы отражать излучение полной антенны. Немногие установки обеспечивают достаточно большую плоскость заземления для достижения возможного усиления даже на УКВ.
Обратите внимание, что этот рисунок также помогает понять одну из проблем, связанных с узорами над реальным грунтом: при малых углах (ниже «псевдо-угла Брюстера») наблюдается фазовый сдвиг в отражении от грунта из-за несовершенной проводимости грунта, поэтому прямая и отраженная волны не обязательно усиливают друг друга в приемнике.
исполнение приподнятых антенн
Теперь, когда мы рассматриваем антенны, которые не связаны с землей, мы можем смоделировать производительность, когда все три типа антенн подняты над реальной землей (что позволяет избежать многих проблем моделирования). Поднимем верхнюю часть каждой антенны на 1 длину волны:
. Есть небольшие отличия, но опять же, общая производительность практически одинакова. 5/8-волновая антенна может иметь немного больший захват QRM с более высоким углом при попытке раскопать DX с очень малым углом, но различия между этими тремя, вероятно, находятся в пределах ожидаемого отклонения из-за деталей конструкции и т. д.Мы могли бы построить больше графиков для разных высот, но в целом разница между волной 5/8 по вертикали и волной 1/2 (дипольная или с торцевым питанием) с вершиной (и, следовательно, центром распределения тока) незначительна. на той же высоте над землей.
Для возвышенных установок единственным преимуществом 5/8-волновой вертикальной антенны по сравнению с 1/4- и 1/2-волновой антенной является увеличенная высота при фиксированной точке питания, такой как подвижный штырь на крыше автомобиля.
Мой опыт переключения между волной 5/8 и волной 1/4 на крыше моего фургона показывает, что есть небольшое преимущество, возможно, 1 дБ, в пользу волны 5/8, пока остается более длинная. вертикально на скорости. (Если он изгибается, это может изменить поляризацию.)
резюме
Несмотря на почти столетие использования, вертикальная волна 5/8 не обеспечивает ожидаемого усиления во многих типичных радиолюбительских инсталляциях. Это может быть немного лучше, когда наземная установка над почвой, но вертикальный диполь, полуволновая антенна с торцевым питанием или четвертьволновая плоскость заземления с наклонными радиалами будут работать так же хорошо, когда вершины антенн находятся на той же высоте. .
Если вы ограничены наличием точки питания на уровне земли, стоит подумать об этом. Если вы вешаете провод на ветку дерева, может быть так же легко натянуть антенну другого типа, которая может питаться напрямую через коаксиальный кабель.
неправильное применение 5/8-волновой антенны
Из-за мифологии вокруг 5/8-волновой антенны их используют (или, по крайней мере, сравнивают) во многих ситуациях, когда они просто неприменимы.
Некоторые примеры:
- Длинная телескопическая антенна для переносной радиостанции ОВЧ или УВЧ. Радио служит плоскостью заземления, так что это эквивалентно использованию наклонных радиалов: это не оптимально. 1/2-волновая антенна короче, работает лучше и меньше нагружает коаксиальный разъем.
- Радиатор J-полюса. Я спросил производителя, почему, и, видимо, «все знают, что 5/8-волновой лучше», чем обычный 1/2-волновой излучатель. Нет, в данном случае это не так.
- Намотка провода с длиной волны 5/8 на стержень из стекловолокна с длиной волны 1/8 в качестве мобильной антенны уменьшенной длины и название «антенна с длиной волны 5/8». Нет, это 1/8 волновая антенна. Она не будет работать как 5/8-волновая антенна, даже если вы сможете поместить ее на бесконечную идеально проводящую плоскость заземления.
- Недавно я нашел веб-страницу, восхваляющую достоинства излучателя с длиной волны 0,64 и насколько он лучше, чем волна 5/8 (которая составляет всего 0,625 длины волны).
