LZ1JZ  QSL PRINT
Articole > Echipamente si constructii radio Litere mici Litere medii Litere mari     Comentati acest articol    Tipariti

ANTENĂ ÎN JUMĂTATE DE LUNGIME DE UNDĂ ALIMENTATĂ LA UN CAPĂT

Steve Yates AA5TB

Traducere şi completări: Valerică Costin, YO7AYH
Articolul original se găseşte la linkul: http://www.aa5tb.com/efha.html

Pe această pagină încerc să descriu ce ştiu despre antene în jumătate de lungime de undă alimentate la un capăt. Eu învăţ totdeauna, de aceea s-ar putea ca din timp în timp să găsiţi modificări pe această pagină, pe măsură ce învăţ şi corectez erorile. În acelaşi timp sper că această pagină îi ajută pe alţii să utilizeze cu succes acest tip de antenă, deoarece ea are câteva avantaje unice.

O antenă în jumătate de lungime de undă alimentată la un capăt este o variantă a antenei dipol în jumătate de lungime de undă. Când pe o antenă în jumătate de lungime de undă se aplică energie de RF (radio frecvenţă), la frecvenţa de rezonanţă a antenei, pe această antenă se dezvoltă o undă staţionară (standing wave ) de tensiune şi o undă staţionară de curent, defazajul dintre ele fiind de 900. Rezultatul final este că distribuţia curentului în lungul conductorului de antenă are un maxim la centru în timp ce distribuţia tensiunii are maxime la capete, vezi figura 1.

Figura 1. Distribuţia de tensiune şi distribuţia de curent în lungul unui dipol în jumătate de lungime de undă

Metoda cea mai utilizată de alimentare cu energie a acesuti tip de antenă este la centru unde curentul este maxim şi tensiunea este minimă. În consecinţă, impedanţa în acest punct are valoare mică, de ordinul a 72 ohmi. Această valoare a impedanţei face posibilă alimentarea antenei direct cu cablu coaxial de joasă impedanţă, 50 ohmi. Pentru minimalizarea şansei de existenţă a curenţilor de mod comun pe ecranul cablului coaxial, situaţie în care cablul coaxial ar deveni parte din antenă, uneori se utilizează un balun. Totuşi, alimentarea antenei la centru nu este o cerinţă obligatorie. Energia poate fi "injectată" în antenă în orice punct de pe lungimea antenei. Atunci când punctul de alimentare al antenei se deplasează de la centru spre unul din capete, impedanţa va creşte (tensiunea devine mai mare şi curentul devine mai mic, vezi figura 1). Cazul extrem se produce atunci când antena este alimentată la unul dintre capetele ei. La prima vedere această situaţie pare imposibilă, deşi mulţi radioamatori au procedat aşa (au alimentat la un capăt) şi au obţinut rezultate bune. Atunci când antena în jumătate de lungime de undă este alimentată la unul dintre capete, impedanţa în punctul de alimentare este cuprinsă între 1800 ohmi şi 5000 ohmi.

 

 

Se comentează des că o antenă în jumătate de lungime de undă, alimentată la unul dintre capete, nu necesită nici-o "contragreutate" (contraantenă) sau nu necesită radiale pentru a funcţiona. În realitate totdeauna există ceva care joacă rolul de contragreutate, chiar dacă acel ceva nu este evident la prima vedere. Circulă destule "poveşti" care diferă fie prin aspecte practice, fie prin descrieri teoretice sterile ale antenei, vezi figura 2.

Fig. 2 Antenă care teoretic nu ar putea să funcţioneze

 

No "conterpoise" = nici-o contragreutate (fără contragreutate, fără contraantenă);

End Fed Half Wavelength Antenna = antenă în jumătate de lungime de undă alimentată la un capăt.

Deoarece atât eu, cât şi alţii am avut succes în a demonstra ceva care poate părea "imposibil", voi încerca şi de data aceasta să descriu cum funcţionează antena cu configuraţia din figura 2. Descrierea pe care o voi face se referă în principal la specturl HF, deoarece antena în jumătate de lungime de undă este cel mai mult utilizată în acest domeniu de frecvenţe, deşi antena ar putea fi folosită fără limitări şi în alte frecvenţe. Deasemenea, reţineţi ca eu am utilizat acest tip de antenă la nivele de putere scăzută (mai mici de 20 W). La puteri mari trebuie avut în vedere tensiunile ridicate care pot apare, în special tensiunile de pe condensatorul din circuitul acordat LC. Nu lucraţi cu 1.5 kW în timp ce folosiţi un cuplor pentru putere mică (a tiny coupler), care conţine un condensator variabil cu distanţe mici între plăci. Sunt câteva avantaje notabile dacă se lucrează în QRP. Dacă se utilizează componente corespunzătoare se poate lucra şi cu puteri mari. Eu am lucrat cu 100 W fără să am probleme utilizând cuplorul descris la acest link: this coupler.

 

De decenii, radioamatorii au utilizat cu succes antene în jumătate de lungime de undă alimentate la un capăt. În mod tipic este utilizat un circuit paralel acordat (parallel tuned circuit) la un capăt al antenei, linia de transmisie (feederul) fiind cuplată inductiv la bobina din circuitul acordat (sau la o priză a bobinei). Am găsit în mod empiric că impedanţa la capătul unei astfel de antene este cuprinsă între 1800 ohmi şi 5000 omhi (dacă totul este "reglat" corespunzător). Modelarea acestei antene indică faptul că impedanţa este mai apropiată de 1800 ohmi, în funcţie de lungimea contragreutăţii utilizate. Dacă lungimea contragreutăţii se apropie de o jumătate de lungime de undă, atunci impedanţa se apropie de 5000 ohmi.

Impedance versus Counterpoise

Fig. 3 Impedanţa unei antene în jumătate de lungime de undă, amplasată în spaţiu liber, în funcţie de lungimea contragreutăţii

În graficul din figura 3 am trasat ceea ce programul (softul) MINIMEC prezice pentru impedanţa unei antene în jumătate de lungime de undă, în funcţie de lungimea contragreutăţii.

Deşi în graficul din figura 3 este menţionat că este reprezentată impedanţa antenei în funcţie de lungimea contragreutăţii (impedance versus "counterpoise" length), de fapt în figura 3 sunt reprezentate rezistenţa de radiaţie a antenei, R şi reactanţa antenei, jX, ambele în funcţie de lungimea contragreutăţii ("counterpoise" length), lungime care este măsurată în lungimi de undă. Rezistenţa antenei este măsurată în ohmi ("ohms" în figura 3) şi variază între 1000 ohmi şi circa 5000 ohmi. Reactanţa antenei se măsoară tot în ohmi (în figură este menţionat "j ohms") şi se vede că variază între -5000 ohmi şi circa 1450 ohmi (semnul minus indică faptul că antena are reactanţă inductivă; lipsa semnului este echivalentă cu semnul plus şi semnifică faptul că reactanţa antenei este capacitivă).

Din valorea rezistenţei de radiaţie şi a reactanţei antenei pentru o anumită lungime a contregreutăţii, se poate calcula impedanţa antenei utilizând formula . De exemplu, pentru o lungime de contragreutate egală cu , din figura 3 se obţine ohmi şi ohmi. Valoarea impedanţei ete:

ohmi.

Lungimea antenei (aproximativ 0.47 în spaţiu liber), a fost determinată modelând lungimea necesară pentru a obţine rezonanţa, adică reactanţa antenei să fie zero (jX=0), în situaţia în care şi contragreutatea a avut aceeaşi lungime (adică tot 0.47). Cu alte cuvinte antena a fost modelată ca două conductoare în jumătate de lungime de undă, puse cap la cap, lungimea fiecăruia fiind menţinută aceeaşi, dar reglată astfel încât să se obţină o adaptare pur rezistivă.

Two Half Wavelength Conductors End-To-End

Fig.4 Două conductoare în jumătate de lungime de undă, puse cap la cap, pentru determinarea rezonaţei în timpul modelării

În figura 3 trebuie să dăm o atenţie particulară punctelor pentru care impedanţa antenei este pur rezistivă (jX=0). Se observă că impedanţa antenei este pur rezistivă pentru două valori ale lungimii contragreutăţii şi anume pentru 0.05 şi 0.47. O contragreutate cu lungimea eglă cu 0.05 lungimi de undă este o contragreutate cu lungime ideală, lungime pe care am determinat-o empiric. Cuplorul poate fi reglat astfel încât să compenseze orice reactanţă care ar putea fi prezentă, cauzată de alte lungimi, dar reglajul este în jurul acestei lungimi unde întregul sistem de antenă este cel mai stabil şi oferă cuplorului o sarcină pur rezistivă (purely resistive).

De notat că nu este nimic magic referitor la lungimea adesea recomandată de ¼ lungimi de undă pentru contragreutatea acestei antene!

 

Ideal End Fed Halfwave Antenna

Fig.5 Antena în jumătate de lugime de undă, alimentată la un capăt, cu o lungime ideală pentru contragreutate

 

"Counterpoise" Return = contragreutate de întoarcere (pentru curentul capacitiv de întoarcere, curent care a "plecat" din ramura cu lungimea în jumătate de lungime de undă);

End Fed Half Wavelength Antenna = antenă în jumătate de lungime de undă alimentată la un capăt.

În figura 5 este arătată configuraţia ideală pentru o antenă în jumătate de lungime de undă alimentată la un capăt. Această configuraţie a fost determinată prin experimente şi prin modelarea pe calculator.

Impedanţa exactă a unei antene în jumătate de lungime de undă, alimentată la un capăt, a fost discutată mai sus, dar dacă se proiectează un cuplor (coupler) care să facă o adaptare cât mai aproapiată de domeniul de impedanţe prezentat în figura 3, atunci se obţine o adaptare foarte bună. Câţiva radioamatori au avut succes cu această antenă, fără să aibă probleme de dezechilibrare a liniei de transmisie (curenţi de mod comun), în timp ce alţii au avut probleme serioase cu radio frecvenţa în laboratorul lor, probleme cauzate de radiaţia liniei de transmisie (radiaţia feederului) în egală măsură ca şi radiaţia antenei. Dacă mai întâi reglaţi cuplorul (adjust your coupler) în laborator şi apoi reglaţi antena pentru o adaptare corespunzătoare, atunci ar trebui să aveţi o adaptare rezistivă care ar minimaliza curentul spre cuplor şi curentul prin contragreutate.

 

Atunci când proiectaţi un cuplor pentru această antenă, este important să ştiţi raportul numărului de spire al transformatorului de cuplaj pe care îl veţi folosi, vezi figura 5, (cât şi numărul de spire din primar care trebuie să realizeze cel puţin o inductanţă minimă; în tabelul de mai jos s-a ales pentru exemplu, dar numărul exact de spire din primar rezultă din alte raţionamente). Utilizaţi formula de mai jos pentru determinarea raportului numărului de spire. Pe baza predicţilor menţionate mai sus, un raport al numărului de spire cuprins între 6:1 şi 8:1 (inclusiv) va fi destul de potrivit. Eu am folosit adesea un raport de 10:1 cu rezultate acceptabile. Raportul exact va fi probabil o funcţie de valoarea inductanţei de care aveţi nevoie în secundar, ca să obţineţi rezonanţa în domeniul de frecvenţe dorit, cu condensatorul de care dispuneţi.

 

impedanţa rezistivă a antenei, [ohmi];

50 = impedanţa caracteristică calului coaxial, [ohmi];

= numărul de spire din primarul transformatorului de cuplaj;

= numărul de spire din secundarul transformatorului de cuplaj;

= raportul numărului de spire, adimensional.

În tabelul de mai jos sunt calculate câteva rapoarte ale numerelor de spire pentru transformatorul de cuplaj, considerând pentru exemplu că în primar sunt 8 spire.

Za [ohmi]

în funcţie de , pentru diferite valori ale lui

1800

36

6:1

;

2450

49

7:1

;

3200

64

8:1

;

4050

81

9:1

;

5000

100

10:1

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dacă priviţi predicţiile de mai jos, figura 6, veţi vedea că un raport al numărului de spire de 8:1 oferă cel mai stabil SWR în funcţie de lungimea contragreutăţii (SWR= Standing Wave Ratio sau raport de undă staţionară). Aceasta presupune transformarea directă a impedanţei complexe () a antenei în valoarea rezistivă de 50 ohmi. Majoritatea cuploarelor sunt capabile să facă un acord la rezonanţă, adică să elimine reactanţa antenei, pentru a obţine un raport de undă staţionară cât mai scăzut (SWR mic). Este însă foarte important să încercaţi să operaţi (lucraţi) într-un punct unde impedanţa antenei este pur rezistivă, în special dacă linia de transmisie (cablul coaxial) şi cuplorul constituie "contragreutatea", aşa cum se arată în figura 15. În circuitele în care linia de transmisie (cablul coaxial) este izolată fizic de antenă (cuplaj inductiv, vezi figura 5) nu sunt probleme.

SWR versus Counterpoise for Various Ratios

Fig. 6 SWR-ul în funcţie de lungimea contragreutăţii, pentru diferite raporte ale numărului de spire ale cuplorului, la o antenă în jumătate de lungime de undă, alimentată la un capăt

 

Graficul din figura 7 este obtinut pe baza unor măsurători efectuate la o antenă în jumătate de lungime de undă, având un cuplor inductiv, cu raportul numărului de spire de 8:1. Cuplorul a fost mai întâi acordat la rezonanţă pe bancul de lucru, utilizând o sarcină rezistivă. Deşi nu sunt exact la fel, în figura 6 puteţi vedea că datele seamănă cu datele prezise (culoare roşie), în special pentru lungimi mai scurte ale contragreutăţii. Eu suspectez că diferenţa dintre date se datorează faptului că datele prezise au fost obţinute luându-se în considerare că antena ar fi fost instalată într-un spaţiu liber, în timp ce datele măsurate au fost obţinute de la o antenă reală, instalată la o înălţime joasă, într-un spaţiu relativ dezordonat.

 

Chiar şi în cazul măsurătorilor reale, prezentate în figura 7, SWR-ul ar fi putut fi adus la o valoare mult mai mică, chiar 1:1, în majoritatea cazurilor prin simpla ajustare a circuitului acordat şi/sau a raportului numărului de spire, dar ideea este ca să obţinem acest rezultat de 1:1 fără ca să modificăm acordul cuplorului, acord obţinut mai întâi pe bancul de lucru pentru o sarcină rezistivă.

 

Measured SWR versus Counterpoise for 8:1 Turns Ratio

Fig. 7 SWR-ul măsurat în funcţie de lungimea contragreutăţii pentru un raport al numărului de spire de 8:1, în cazul unei antene în jumătate de lungime de undă alimentată la un capăt

 

end fed Half Wave Balanced Feed

Fig. 8 Antena ideală a lui Moxon în jumătate de lungime de undă (cu o mică adăugire a lui AA5TB)

[1] HF Antennas for All Locations, L.A. Moxon, RSGB, 1990, pgs. 43, 46.

[1] Antene HF pentru toate locaţiile, L.A. Moxon, RSGB, 1990, paginile 43, 46.

 

Conform celor scrise de Moxon în cartea "Antene HF pentru toate locaţiile", din cauza impedanţei foarte mari la capătul antenei în jumătate de lungime de undă (ceea ce înseamnă un curent foarte mic) este nevoie numai de o mică contragreutate (1 m la 14 MHz) sau de o capacitate de numai câţiva picofarazi faţa de pământ pentru curentul de întoarcere. Totuşi, pentru a menţine un echilibru (o simetrie) este necesar să se adauge la antenă o lungime egală cu lungimea contragreutăţii (porţiunea de 0.05 adăugată la ramura în jumătate de lungime de undă, vezi figura 8). În acest fel, chiar dacă antena este alimentată la un capăt, echilibrul se menţine. În figura 8 este prezentat ceea ce înţeleg eu că Moxon încearcă să descrie.

 

Deasemenea, în schema din figura 8 puteţi vedea că porţiunea în jumătate de lungime de undă a antenei prezintă o impedanţă foarte ridicată pentru secţiunea adăugată de 0.05 lungimi de undă, iar spaţiul liber (spaţiul din jurul antenei) prezintă, deasemenea, o impedanţă foarte ridicată pentru contregreutătea cu lungimea tot de 0.05 lungimi de undă. Prin urmare porţiunea alimentată central, cuprinsă între cele două secţiuni de 0.05 lungimi de undă este în esenţă echilibrată. Dacă linia de alimentare (cablul coaxial) nu are nici-o conexiune fizică cu antena (adică dacă cuplajul este inductiv), curenţii de mod comun de pe exteriorul ecranului cablului coaxial vor avea o valoare minimă. Eventuala cale pentru un dezechilibru o constituie capacitatea cu obiectele din mediul înconjurător al antenei, exact ca la orice dipol. De notat că antena nu este mai lungă decât o lungime rezonantă.

 

La început am fost de acord cu Moxon pentru că ceea ce spunea avea sens şi pentru că cuploarele mele puteau elimina cu uşurinţă rectanţa antenei (puteau acorda antena la rezonanţă). Pentru un cuplaj inductiv cu antena, configuraţia din figura 8 pare să funcţioneze foarte bine. Totuşi, acum cred că soluţia pentru minimalizarea curentului de mod comun, în circuitele în care linia de transmisie nu poate fi total izolată faţă de antenă, este să se utilizeze o antenă rezonantă în jumătate de lungime de undă, reglată (ajustată) astfel încât să ofere cuplorului o sarcină rezistivă. Dacă se asigură această cerinţă, curentul în orice lungime de contragreutate este minim, cu excepţia acelor lungimi care se apropie de o jumătate de lungime de undă. Dacă curentul prin contragreutate este minimalizat, atunci vor fi minimalizate şi eventualele probleme de mod comun (curenţii din exteriorul ecranului cablului coaxial şi astfel cablul coaxial nu va mai radia).

 

 

 

Mai jos sunt câteva fotografii din timpul experimentărilor pe banda de 20 m, experimentări care m-au ajutat să înţeleg cum funcţionează antenele în jumătate de undă alimentete la un capăt. Cu ajutorul unui rezistor de 4.7 kohmi (ar fi trebuit 5 kohmi, dar această valoare nu este în seria standard de fabricaţie) şi utilizând analizorul de antenă MFJ-259B prima dată am reglat (ajustat) circuitul LC, în porţinea de CW a benzii de 20 m, ca să obţin o adaptare cu o sarcină pur rezistivă de 50 ohmi, vezi figura 9. Când antena a fost corespunzător instalată, am ajustat lungimea ei, utilizând o contragreutate cu lungimea de 1 m, ca să obţin aceeaşi impedanţă rezistivă de 50 ohmi, fără să reacordez circuitul LC, vezi figura 10 (condensatorul a rămas pe poziţia obţinută atunci când am utilizat rezistorul de 4.7 kohmi). În acest punct antena a funcţionat bine. Apoi am îndepărtat contragreutatea de 1 m lungime şi nu am mai putut obţine adaptarea pentru orice poziţie, vezi figura 11 (probabil a reglat condensatorul variabil şi nu a mai obţinut adaptarea pentru nici-o poziţie a condensatorului). Esenţial este că antena nu a fost energizată (alimentată). Am luat măsuri ca să previn cât mai mult posibil cuplajul cu ecranul coaxialului (nu am utilizat o conexiune directă, vezi figura 12, şi am amplasat coaxialul ca să fie la 900 cu antena). Este posibil să fi fost câteva capacităţi parazite dar acestea nu au fost suficiente ca "să completeze circuitul". Trebuie notat că mărirea lungimii contragreutăţii peste 1 m nu au condus la îmbunătăţiri notabile. Deasemenea, dacă această metodă de ajustare a circuitului acordat, utilizând mai întâi un rezistor (using resistor first) nu este utilizată, atunci orice deviaţie de la lungimea optimă a antenei va cauza o creştere a curenţilor de întoarcere prin contragreutate, făcând cerinţa contragreutăţii mult mai critică. Eu cred că aceasta este cauza pentru nereuşitele care au fost descrise în rapoartele unor radioamatori, nereuşite care au fost presupuse corectate, atunci când s-a adăugat o radială cu lungimea de ¼ lungimi de undă. Orice deviaţie de la lungimea rezonantă a antenei va necesita o creştere similară a cerinţei contragreutăţii. Acesata nu înseamnă că antena nu va putea fi folosită pe alte frecvenţe. Dacă vă propuneţi să lucraţi pe un domeniu larg de frecvenţe, atunci cerinţa contragreutăţii creşte, dar de obicei o adaptare încă poate fi obţinută prin reacordarea circuitului de cuplaj.

 

Proper Tune Diagram

Fig. 9 Metodă corespunzătoare pentru acordarea unui cuplor, utilizat cu o antenă în jumătate de lungime de undă, alimentată la un capăt

 

Proper Setup

Fig. 10 Alimentare corespunzătoare a antenei; contragreutate lungă de 1 m

 

Improper Setup

Fig. 11 Alimentare necorespunzătoare a antenei, nu este utilizată nici-o contragreutate; antena nu funcţionează

 

Transformer Setup

Fig. 12 Vedere de aproape a transformatorului de cuplaj

 

Capacitor

Fig. 13 Vedere de aproape a condensatorului din circuitul acordat

Properly Adjusted

Fig. 14 Adaptarea antenei când este reglată corespunzător, utilizând o contragreutate de 1 m lungime

 

 

În multe configuraţii ale antenei în jumătate de lungime de undă, alimentată la un capăt, contragreutatea nu a fost deloc utilizată. Cum este posibil? Testul de mai sus a dovedit că nu este posibil. Totuşi, în lumea reală este posibil ca partea de întoarcere a circuitului LC să se conecteze la partea conectată la pământ a liniei de transmisie (la ecranul cablului coaxial), aşa cum este arătat în figura 15.

Return via coax and rig ground

Fig. 15 Curentul de întoarcere se face prin ecranul coaxialului şi prin aparatură

Chiar dacă aparent nu este nici-o contragreutate, ecranul cablului coaxial şi/sau aparatura sunt utilizate pe post de "contragreutate". Acesta este aranjamentul frecvent al meu, pentru lucrul în câmp (field work).

În anumite cazuri, capacităţile parazite ale circuitului LC faţă de obiectele din mediul înconjurător şi faţă de linia de transmisie oferă o suficientă contragreutate, aşa cum este arătat în figura 16.

Return via Capacitance

Fig. 16 Întoarcerea se face prin capacităţile parazite faţă de obiectele din mediul înconjurător şi faţă de linia de transmisie

 

Este evident că în cele două configuraţii de mai sus este posibil să apară curenţi de mod comun, dacă nu se utilizează un balun şoc (pe cablul coaxial). Totuşi, datorită impedanţelor foarte ridicate implicate în cele două configuraţii de antene, nivelul curenţilor este foarte scăzut atunci când antena are o lungime corespunzătoare şi când circuitul LC este ajustat corespunzător, conducând la scăderea curenţilor de mod comun. Dată fiind impedanţa ridicată, proiectarea unui balun şoc eficient, care să aibă o impedanţă suficientă, poate fi dificilă. În cazul lucrului în câmp (if this setup is being used) cuplorul se poate conecta imediat la borna de antenă a emiţătorului, eliminându-se cablul coaxial şi în felul acesta curenţii de mod comun vor fi neglijabili. Doar în cazul în care lungimea contragreutăţii (şi/sau calea modului comun oferită de cablul coaxial) devine apropiată de o jumătate de lungime de undă, curentul de întoarcere devine egal cu cel al antenei. Un alt scenariu posibil, care ar putea creea probleme, ar fi cazul în care antena este alimentată printr-un cablu coaxial, a cărui lungime este egală cu ¼ lungimi de undă , cablul fiind conectat la o aparatură "pusă la pământ". În majoritatea configuraţiilor pe care le-am utilizat în câmp, unde am folosit acest tip de antenă, nu mi-a apărut nici unul dintre cele două cazuri. Trebuie notat că în aceste cazuri, adăugarea adesea recomandată a unei radiale cu lungimea de ¼ lungimi de undă nu va alina (uşura) în mod necesar vreuna din probleme. Frecventa recomandare a unei radiale cu lungimea egală cu ¼ lungimi de undă este bazată pe presupunerea că "contragreutatea" are o impedanţă ridicată la capătul liber (capătul deschis), în timp ce la capătul conectat la cuplor impedanţa contragreutăţii este scăzută. Această afirmaţie este adevărată dar nu este necesară. Reamintiţi-vă că impedanţa este relativ ridicată în acest punct şi din acest motiv o "contragreutate" foarte scurtă este tot ceea ce este necesar. O "contragreutate" mai lungă nu îmbunătăţeşte performanţa şi această afirmţie poate fi verificată prin modelarea pe calculator. Dacă cuplorul şi antena în jumătate de lungime de undă, alimentată la un capăt, sunt ajustate (reglate) corespunzător (properly), atunci nu ar trebui să aveţi probleme în utilizarea unei "contragreutăţi" de lungime foarte scurtă sau în dependenţa de capacităţile parazite pentru întoarcere.

 

Până acum această discuţie a avut antena (a prezentat antena) flotând în spaţiu pentru cea mai mare parte. Jos, la pământ, poate fi imaginată orice configuraţie, ca de exemplu configuraţia unui dipol alimentat la centru. Una dintre orientările comune este cea verticală. În acest caz mulţi radioamatori spun că este necesar un sistem mare de radiale, constând până la 120 de radiale, tot aşa cum este necesar pentru o verticală de ¼ lungimi de undă. Dacă lungimea antenei este egală cu o jumătate de lungime de undă, atunci nu este nici-o diferenţă între orientarea verticală şi cea orizontală. Nu sunt necesare radiale. Totuşi, o îmbunătăţire a sistemului de împământare sub orice antenă (cu excepţia poate a Beverage antenna) va ajuta la performanţele generale ale antenei. Cu cât o antenă se apropie de pământ cu atât mai mult curentul indus în pământul cu pierderi este mai mare. Orice îmbunătăţire pe care o veţi face acestui pământ cu pierderi va îmbunătăţi această situaţie. Pentru o antenă verticală nu este necesar să îi completaţi lungimea că să obţineţi o jumătate de lungime de undă, dacă este alimentată la unul din capete sau oriunde altundeva. Încă odată, cerinţele contragreutăţii sunt aceleaşi ca cele menţionate mai sus. Dea-lungul anilor au fost mulţi producători care au construit antene verticale în jumătate de lungime de undă, antene care au avut numai câteva radiale scurte.

 

Urmează alte câteva exemple ale antenei în jumătate de lungime de undă alimentată la un capăt.

LC Circuit Replaced with Stub

Fig. 17 Circuitul LC cu componente concentrate a fost înlocuit cu un stub cu lungimea de ¼ lungimi de undă (antană Zepp alimentată la un capăt).

Componentele concentrate ale circuitul acordat LC descris mai sus pot fi înlocuite cu o linie de transmisie cu lungimea de ¼ lungimi de undă (un stub, cu componentele L şi C distribuite), aşa cum este arătat în figura 17.

 

Dacă urmăriţi în continuare această antană, puteţi vedea cum ea evoluează într-un clasic J-Pole, care adesea este utilizată cu succes în banda VHF, vezi figura 18. Aceasta arată oricum ideea generală. N3GO are o descriere mult mai detaiată a antenei J-Pole aici here.

 

LC Circuit Replaced with Stub

Fig. 18 Antena J-Pole

 

 

Sunt multe feluri pentru configurarea unei antene în jumătate de lungime de undă, alimentată la un capăt. O altă antenă foarte efectivă pentru DX este un vertical în jumătate de lungime de undă, montat pe pământ, vezi figura 19.

Ground Mounted Vertical Half Wave

Fig. 19 Antană verticală în jumătate de lungimede undă montată pe pământ

 

O singură bară de împământare va ajunge pentru un sistem de împământare să completeze circuitul, deoarece prin pământ va circula un curent foarte mic, spre deosebire de o antenă cu lungimea de ¼ lungimi de undă, care are nevoie de un plan de imagine extins ca să "completeze" antena. Totuşi, ca şi în cazul ORICĂREI antene verticale în apropiere de pământ, îmbunătăţirea conductivităţii pământului va conduce la îmbunătăţirea performanţelor pentru câmpul electromagnetic propagat la distanţă. Explicaţia constă în reducerea pierderii din energia câmpului electromagnetic apropiat, energie disipată în pământ, iar dacă conductivitatea pământului este foarte mare (ca în cazul oceanului), câmpul la distanţă va avea performanţe ridicate pentru că va scădea unghiul pseudo-Brewster (?) care "suge" energia afară din antenă la un unghi de elevaţie foarte scăzut. Pentru ca o antenă verticală în sfert de lungime de undă să radieze putere, este necesar ca curentul care circulă prin pământ să aibă o valoare mare. Pentru ca o antenă în jumătate de lungime de undă să radieze putere, este necesar un curent foarte mic care circulă prin pământ. Încercaţi să "încărcaţi" (în sensul de sarcină) o antenă verticală în sfert de lungime de undă care are o "contragreutate" lungă de numai 0.05 lungimi de undă şi veţi constata că nu puteţi sa o încărcaţi (în sensul că antena nu radiază suficientă putere). Particularitatea constă în faptul că o antenă în jumătate de lungime de undă alimentată la un capăt, cu o contragreutate foarte mică ESTE o antenă completă.

 

Impedance versus Monopole Height

Fig. 20

Impedance versus Monopole Height = impedanţa în funcţie de înălţimea monopolului (nu este dipol, este un singur element, deci un monopol);

Height in Wave Lengths = înălţimea antenei exprimată în lungimi de undă (este vorba de lungimea antenei, nu de înălţimea la care este amplasată).

 

Graficul din figura 20 dă un exemplu de impedanţă în punctul de alimentare a unui monopol vertical, în funcţie de înălţimea sa (de lungimea sa), exprimată în lungimi de undă. Planul de pământ este presupus perfect conductor electric. De notat punctele în care reactanţa antenei devine zero, jX=0 ohmi. Acestea sunt punctele în care antena este rezonantă şi anume pentru o lungime a antenei de 0.25 lungimi de undă, 0.47 lungimi de undă şi 0.74 lungimi de undă. Diferenţa principală între aceste puncte (între aceste lungimi) este impedanţa. Pentru o înălţime (o lungime a antenei montată vertical) de 0.25 lungimi de undă, impedanţa este pur rezistivă şi are valoarea de aproximativ 35 ohmi, în timp ce pentru o înălţime (o lungime a antenei montată vertical) de 0.5 (0.47) lungimi de undă impedanţa este tot rezistivă dare are valoarea de aproximativ 2400 ohmi.

 

Dacă proiectaţi un cuplor care să alimenteze o impedanţă de 2450 ohmi (raportul numărului de spire trebuie să fie k=7:1), atunci valoarea aşteptată a SWR-ului pentru un monopol vertical, operat contra pământului, este arătată în graficul din figura 21. De notat că o adaptare perfectă are loc când antena verticală are o înălţime ( o lungime) de aproximativ 0.47 lungimi de undă.

 

SWR versus Monopole Height

Fig. 21

 

SWR (to 2450 ohms) versus Monopole Height = SWR-ul (pentru o antenă cu impedanţa de 2450 ohmi în punctul de alimentare) în funcţie de înălţimea (lungimea) monopolului;

Height in Wave Lengths = înălţimea antenei (lungimea antenei) exprimată în lungimi de undă.

 

 

Sper că am arătat că alimentarea unei antene în jumătate de lungime de undă la un capăt al ei, fără să extindem sistemul de împămânare sau "contragreutatea", este practică şi chiar funcţionează în realitate. Eu utilizez extensiv acest tip de antenă atunci când lucrez în câmp (în portabil) împreună cu micul meu transiver QRP. Pentru exemplu, am constatat că verticalul meu pentru banda de 20 m, în jumătate de lungime de undă, cu partea de jos la 1 m faţă de pământ este o antenă foarte eficientă. În timpul activităţii în Field Day lucrez în mod obişnuit cu aproximativ 500 de corespondenţi cu o putere de numai 4 sau 5 waţi. Deasemenea DX-ul este uşor de realizat cu un astfel de aranjament. Încercaţi!

 

 

 

Steve Yates AA5TB

Articol aparut la 24-4-2009

11837

  • Postat de Valericã Costin YO7AYH la 2009-04-24 16:34:00 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.18
    In articolul trimis de mine domnului Ciprian pentru publicare am folosit in anumite locuri formularea “1 pe 4 lungimi de unda”, dar 1 pe 4 a fost scris ca o fractie ordinara. Probabil din cauza unui interpretor de text pe care il utilizeaza domnul Ciprian, in articolul afisat pe web apare formularea “ z lungimi de unda”, dar z are un accent deasupra (un fel de virgula). L-am rugat pe domnul Ciprian sa faca modificarea cuvenita. Pana acum nu a facut-o, este posibil sa fie ocupat, sau sa nu fi citit mesajul meu. Din acest motiv fac eu precizarea ca expresia “z lungimi de unda” trebuie interpretata ca “0.25 lungimi de unda”. Dupa ce domnul Ciprian va face corectia necesara, acest comentariu nu va mai trebui luat in seama. Imi cer scuze celor care au citit taxtul si nu au inteles ce inseamna “z lungimi de unda”!

  • Postat de Ciprian N2YO la 2009-04-24 16:45:34 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.198
    Scuze. Am corectat caracterul cu pricina (¼)

  • Postat de viorel YO4GM la 2009-04-25 00:30:20 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.50
    Articolul este interesant.Daca s-ar putea completa cu un tabel cu valori (L si C )experimentate practic pentru benzile HF, ar fi excelent.73!

  • Postat de JIM YO6AJI la 2009-04-26 09:53:54 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.203
    Un articol interesant. Am vrut sa-mi fac o copie pe hartie , dar nu am reusit. Dupa ce am dat click pentru imprimare ,incarcarea in memorie se opreste la "3 items remaining (Waiting for http :. . .) Restul articolelor se pot copia fara probleme. E PROTEJAT ARTICOLUL LA COPIERE , SAU CE NU E OK !? YO6AJI

  • Postat de Morel (neradioamator) la 2009-04-26 10:44:08 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.54
    Articol foarte interesant. As avea o mica sugestie pentru autorii de articole viitoare in domeniul antenelor (fie originale, fie traduceri comentate): cred ca ar trebui abordata macar partial si performanta de radiatie a antenei respective. Consider ca felul in care radiaza o antena ar trebui sa aiba prioritate fata de problema rezonantei, respectiv a raportului de unde stationare. Ar fi bine daca autorii si-ar stabili niste criterii rezonabile prin care definesc eficienta antenei ( “merge bine” sau “este eficienta”, este insuficient d.p.d.v. tehnic ). Nu spun ca articolul sa se transforme intr-un studiu academic plictisitor, dar cred ca ar fi oportuna folosirea unor termeni comparativi – de exemplu o comparatie a parametrilor de radiatie cu un dipol in jumatate de lungime de unda clasic sau un vertical in sfert de lungime de unda la fel de clasic sau fata de oricare alta antena fata de care a fost comparata antena descrisa. Din pacate, exista inca prea multi radioamatori care apreciaza o antena aproape exclusiv prin prisma raportului de unde stationare. Incet-incet, ar trebui introduse pe cat posibil abordari despre forma lobilor de radiatie, castig (gain), raport fata/spate si fata/lateral, unghi de plecare, inaltimea antenei, usurinta lucrului la distante mici/medii/mari etc.. Chiar si rezultatele teoretice ale simularii functionarii antenei cu ajutorul programelor specializate, ar contribui la ridicarea nivelului tehnic al radioamatorilor. 73, Morel – YO3/4X1AD.

  • Postat de Florin Cretu YO8CRZ la 2009-04-26 20:33:04 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.17
    Ce surpriza! Iata prima mea antena de emisie pe care am folosit-o la inceputul anilor ’80, timp de cateva saptamani. Montata inclinat din balcon spre un stalp de iluminat din fata blocului. Final de emisie cu BD135... Impamantarea initiala a fost caloriferul. Trecand insa peste partea cu amintiri, antena asta datorita sistemului de alimentare/ acord mi-a creat numai probleme. Nu numai ca cei cativa metri de cablu coaxial radiau in toata casa (datorita curentilor de mod comun de care pomenste si autorul articolului) si faceau utilizarea TV-ului imposibila, dar cauzau si modulatie de frecventa pe emisia mea… La sugestia lui YO8BAM-Costi Balan (SK), om cu exceptionala intuitie tehnica, am facut cateva modificari simple. Am folosit o contragreutate de cca 10m lungime (acordabila), conectata la masa cuplorului de antena. Contragreutatea am acordat-o pe curent maxim. Am scapat de TVI si modulatia de frecventa. Problemele au reaparut din nou insa odata cu schimbarea finalului si cresterea puterii peste o anumita limita… De data asta rezolvarea a fost un Inverted V, montat pe acoperisul blocului. In materie de antene, exita o rezerva nesfarsita de ciudatenii. Astazi am primit un eQSL de la W1EMM care spune depre antena folosita ca este : “Rain gutter on the back of the house”... Articolul, asa cum e scris, te determina sa gandesti, ceea ce e un lucru bun. Multumiri pentru traducere ! 73

  • Postat de Valericã Costin YO7AYH la 2009-04-27 12:10:01 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.18
    Pentru Viorel, YO4GMK: eu nu am experimentat antena si nu pot preciza valorile pentru L si C. Totusi, in articol sunt mentionate toate datele: tipul miezului toroidal, numarul de spire si limitele capacitatii condensatorului pentru acord, cu precizarea ca acordul se obtine in jurul valorii centrale a domeniului pentru capacitate. Nu pot cere autorului astfel de date. 73!

  • Postat de Valericã Costin YO7AYH la 2009-04-27 12:11:35 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.18
    Pentru Morel, YO3/4X1AD: Ma bucur Morel ca esti in YO. Intradevar in articol nu este data diagrama de radiatie a acestei antene. Sunt de acord ca totul trebuie masurat si nu apreciat (uneori “dupa ureche”). Parerea mea este ca diagrama de radiatie trebuie sa fie similara cu a unui dipol in jumatate de lungime de unda. Multumesc pentru comentariu!

  • Postat de Valericã Costin YO7AYH la 2009-04-27 12:14:42 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.18
    Pentru Florin, YO8CRZ: Nu am experimentat antena. Dar am citit cu atentie textul in care se mentioneaza ca daca se utilizeaza o “contragreutate” cu lungimea 0.05 lungimi de unda si daca acordul cuplorului se face pe o sarcina rezistiva, urmaund ca sa se ajusteze fie lungimea antenei, fie raportul numarului de spire pentru a mentine pozitia condensatorului variabil neschimbata, atunci antena va fi acordata la rezonanta si curentul de mod comun va fi minim sau chiar inexistent. Nu stiu daca voi reusi, dar as dori sa experimentez configuratia din figura 5. Multumesc pentru comentariu!

  • Postat de Mircea YO4SI la 2009-04-30 01:57:42 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.9
    Ce surpriza! Iata antena pe care o folosesc acum in 80 de metri. Dar prin cate am trecut pana sa o fac sa primeasca si sa radieze energia debitata in ea! In anul 2000 ne-am mutat la bloc turn. Etajul 9. Ultimul! In primele luni activitate doar cu un folded in 14. Cu putere redusa. La vechiul bloc cu patru nivele, ma "descoperise" o vecina ca eu sunt acela care-i perturb telenovelele. Sa ma manance nu alta! A urmat un infarct. Frica si umblatul prin spitale, dedicarea totala sa inteleg ce s-a intamplat cu inima mea, sa recuperez, m-au tinut departe de subiectul antene. La inceputul lui 2002 am prins curaj. Am urcat pe blocul turn vecin si am intins la nimereala o sarma. Am apreciat apoi ca are circa 48 metri. Capatul intra la mine in balcon. Cartile spun clar: impedanta mare, circuit acordat paralel. Din coltul dormitorului cu RG213 pana la o priza a circuitului acordat. Gaurile in tocul ferestrei (ca am dat mai multe), le-am dat bineinteles in lipsa xyl-ului! Dar vai! Ce fac cu impamantarea? La instalatia de calorifere au modernizat, si in loc de teava au pus pexal. Fericit am constatat ca prin balcon trece scurgerea pluviala. Tuburi groase de fonta imbucate in stil vechi, etansate cu plumb topit. Am pilit, am pus colier si am conectat atat statia cat si masa acelui circuit. Doar cu tcvr-ul(TS-450SAT), mergea, dar simteam ca se poate si mai bine. Nazbatia a aparut cand am conectat finalul. Un GU74B, circa 700 W. Totul frigea, tcvr-ul ramanea pe emisie. Imposibil de a lucra. Am ramas inmarmurit cand am constatat cat de puternic se aprindea becul cu neon pe sasiul finalului. Bunul prieten AA2LF cand a plecat printre altele mi-a lasat si un Artificial Ground MFJ9... Gata, zic: Il pun intre masa finalului si scurgerea pluviala. L-am acordat, si RF-ul de pe sasiul finalului s-a transferat pe teava pluviala! Priveam iarasi uimit la becul cu neon aprins pe aceasta teava groasa de 15cm si pe jumatate ingropata in zid. Puteam lucra, dar simteam ca nu "ma duc" asa cum ar trebui. Am citit, am intrebat, si pana la urma mi s-a luminat mintea: toata aceasta energie pe care o vedeam in casa si pe pluviala, era energie pierduta. Neradiata, sau radiata partial. Trebuia sa o fac sa fie si ea radiata. In exterior. Am intins o alta sarma. De data asta exact de 39 metri. Prin fata terasei, si coborand apoi intr-un pom. Unghiul format cu prima sarma, circa 70-80 de grade. In balcon, un alt circuit acordat paralel. Masa la masa primului. Becul cu neon, dragul de el, slujitor fidel de la primele inceputuri, mi-a indicat acordul optim pentru aceasta a doua sarma. O corectie la primul circuit, si... MINUNEA S-A PRODUS! Tot ce frigea pe aparatura, a plecat pe contragreutatea acordata. Aceasta radia, radiatia ei se compunea, poate d-voastra stiti cum, cu radiatia primei sarme. Si am obtinut in mod cert o favorizare a directiei spre YO, exact ce-mi doream. Cu emotie am citit comentariul lui Morel si al lui Florin. Gand in gand cu mine. Multumesc lui Steve, AA5TB si mai ales lui Valerica, YO7AYH pentru traducere si aducere in atentie a acestei antene, simpla si discreta. Atentie, la puteri mari, tensiuni mari!

  • Postat de Marius Alexandru YO4HGX la 2009-04-30 11:29:29 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.117
    La ultima nava, timp de vreo 2 luni am reusit sa intind un LW (half wave end fed) de cca 61m adaptat printr-un Automatic Antenna Tuner Unit montat pe puntea superioara, chiar in punctul de alimentare. Astfel, in 20-30-40m a rezonat ca multiplii pari de jumatate de unda iar in 80m ca multiplii impari de sfert de unda. AATU a reusit adaptarea si in 160m insa randamentul a fost scazut. Datorita lipsei propagarii, nu am facut teste in benzile superioare. Rezultatele au fost peste asteptari, atat la receptie dar mai ales la emisie unde eram perceput QRO (folosind o putere maxima de 150Wpp). Din QTH Genova (Italia) lucrul cu YO in 80m a fost stabil, constant, de multe ori in conditii mai bune decat legaturile dintre statiile YO-YO (aici probabil a contat si caracteristica de distanta a propagarii in 80m). Din pacate, datorita folosirii AATU nu pot furniza informatii referitoare la adaptare. Totusi, am facut o comparatie in banda de 80m intre LW (61m) si un vertical simplu (6m). Rezultatele au fost iar surprinzatore, cel putin pentru mine - verticalul a fost doar 2 puncte S sub LW. Se pare ca eficienta unei antene este influentata mai degraba de locatia si caracteristica electrica a solului decat de tipul si lungimea unei antene (filare) sau tipul de adaptare folosit.

  • Postat de Morel 4X1AD la 2009-05-01 10:32:19 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.54
    Daca,din conditii obiective, cineva doreste totusi sa foloseasca sau sa experimenteze aceasta antena sau altele asemanatoare (filare cu impedante mari, sugerez intercalarea de socuri de RF pe cablul de alimentare. Cel mai simplu si ieftin este un soc facut chiar din cateva spire din cablul coaxial de alimentare. Un colacel cu 12 spire pe un diametru de 20cm pentru 3-10MHz in timp ce pentru 14-30MHz, un colacel cu 7 spire este suficient. Socurile trebuie plasate , unul la punctul de cuplare cu antena iar al doilea, la intrarea in casa a fiderului. Prin folosirea acestor socuri se reduc curentii vagabonzi prin tresa coaxialului, implicit intensitatea campului perturbator de-a lungul cablului de alimentare (in special pentru cei ce locuiesc la bloc). Mai eficienta si mai practica ar fi folosirea de socuri RF facute prin imbracarea de inele de ferita (beads) peste cablul coaxial. Numarul inelelor necesare variaza functie de domeniul de frecvente dorit. Se amplaseaza la fel ca socurile din coaxial. Aceasta solutie este mult mai efectiva in cazuri ca al lui Mircea, YO4SI, nerenuntand totusi la contragreutatea si/sau MFJ-ul. Amanunte practice, la cerere prin e-mail. Lui Yo9HGX: comparativ, orice antena va merge mai bine pe o nava decat pe uscat din cauza acestui "ground" plane perfect de apa sarata. Oricum , banuiesc ca pe o nava nu ai prea mult de ales, si in afara de o verticala, nu prea ai ce antena sa pui decat o filara oarecare si un ATU adecvat. 73, Morel, 4X1AD.
  • Scrieti un mic comentariu la acest articol!
    Opinia dumneavoastra va aparea dupa postare sub articolul "ANTENĂ ÎN JUMĂTATE DE LUNGIME DE UNDĂ ALIMENTATĂ LA UN CAPĂT"
    Nu uitati sa completati numele, adresa E-mail si eventual indicativul YO (daca sunteti radioamator). Comentariul trebuie sa se refere la continutul articolului. Mesajele anonime, cele scrise sub falsa identitate, precum si cele care contin (fara a se limita la) atac la persoana, injurii, jigniri, expresii obscene vor fi sterse.
    Nume *
    E-mail
    Indicativ YO *
    Acesta trebuie sa fie valid
    Nu introduceti indicative care contin bare de fractie (din mobil, portabil, din alta tara etc)

    La acest articol nu sunt permise comentarii decat de la radioamatori YO autorizati.
    Comentariu *
    Introduceti *
       * Camp obligatoriu

    Copyright © Radioamator.ro. Toate drepturile rezervate. All rights reserved
    Articole | Concursuri | Mica Publicitate | Forum YO | Pagini YO | Call Book | Diverse | Despre Radioamator.ro | Contact