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

Antene verticale

Ilie Mihaescu YO3CO

Tratarea acestui subiect este deosebit de dificilă avându-se în vedere marea diversitate de tipuri de antene construite şi experimentate în folosul scopului urmărit. Toate antenele au o prezentare calitativă cu un suport matematic bine organizat, dar de o complexitate ce înlătură pe amator şi nu totdeauna comprehensibil pentru tehnicieni.

Nu ne vom aventura în prezentarea fenomenelor fizice de radiaţie a câmpului electromagnetic prin evaluări cantitative matematice, ci vom reda numai aspectele calitative ce pot fi puse în evidenţă prin măsurători electrice facile.

Constructorul amator, căci el ne este interlocutorul, trebuie să aibă în vedere la o antenă câţiva parametri esenţiali, şi anume: impedanţa antenei, frecvenţa de lucru, diagrama de radiaţie, câştigul şi puterea radiată admisă. La acestea, se adaugă dimensiunile antenei, materialul din care este construită şi complexitatea procesului mecanic de realizare.

Cunoscând în mare câte ceva din aceşti parametri ne dăm seama cât necesită construcţia unei antene care să aibă calităţile electrice dorite şi în acelaşi timp dacă dimensiunile ei nu depăşesc spaţiul disponibil de amplasare.

Dimensiunile fizice ale antenelor sunt dependente direct de lungimea de undă pe care trebuie să lucreze, mărime legată direct de frecvenţă. Aici apare avantajul construcţiei antenelor pentru VHF şi UHF care au dimensiuni mici în comparaţie cu antenele pentru unde scurte.

Cele mai folosite antene în VHF şi UHF sunt antenele verticale pentru simplul considerent că ocupă un spaţiu foarte redus şi au diagramă de directivitate omnidirecţională. Acestea devin calităţi deosebite pentru zonele urbane unde nu se pot monta antene ce ocupă spaţiu mai mare.

Antenele verticale pot avea diverse dimensiuni, care de fapt sunt fracţiuni ale lungimii de undă pe care se lucrează şi cum banda de 2m (144...146MHz) este foarte folosită în România vom face câteva aprecieri asupra antenelor verticale. Aprecierile sunt la fel de valabile şi pentru cei ce lucrează în "rezervaţia" CB.

Energia radiată de o antenă este dependentă de rezistenţa de radiaţie a antenei şi de curentul aplicat la baza antenei

W = I2Ra

La o antenă λ/4 rezistenţa Ra are valoarea de aproximativ 35Ohm?şi capătă valori din ce în ce mai mici dacă această lungime scade. După modul cum este fixată antena se ţine cont şi de rezistenţa terenului pe care o montăm cu Rt şi care, evident, va absorbi o parte din energia aplicată antenei şi deci, randamentul scade foarte mult:

η = Ra/Ra + Rt

La o antenă fixată pe caroseria unui autoturism, Rt are valori foarte mari fiindcă cuplajul se face capacitiv şi randamentul este foarte mic. Se estimează că în CB se pierd 5dB, adică puterea radiată este de numai 0,3 din puterea aplicată de la emiţător.


Fig. 1

Dar la antenele verticale rezistenţa de radiaţie nu apare pur rezistivă, ci sub forma unei impedanţe ce are şi un factor reactiv. S-a constatat experimental că o antenă λ/4 prezintă o reactanţă capacitivă ca rezultat a unei capacităţi de 15pF. De aici vine necesitatea adaptării cablului coaxial la antenă prin intermdiul unei bobine adică a unei inductanţe care compensează (la rezonanţă) efectele capacităţii. Aminteam că antenele verticale au diagrama de radiaţie omnidirecţională sub forma unui tor. Dacă reuşim să alungim acest tor în plan orizontal, reuşim ca antena să aibă şi un oarecare câştig. Pe noi nu ne interesează să radiem energie în plan vertical fiindcă acolo nu avem corespondent.

Din diagrama din figura 1 se observă că antena λ/4 are câştig G = 0, iar optimă este antena 5/8λ?care are un câştig de 3dB.


Fig. 2

Aceste diagrame de radiaţie ne conduc să stabilim distribuţia câmpului electromagnetic pe o antenă (figura 2).

Deci legătura între cablul coaxial, de cele mai multe ori cu impedanţa caracteristică de 50Ohm, impune folosirea unui element de adaptare care poate avea diverse aspecte, de la circuitele LC şi până la linii şi cabluri, aşa cum este ilustrat în figura 3. Aici, în figura 3f este ilustrată şi celebra deja antenă pentru VHF numită J - Antena din cauza similitudinii aspectului cu litera din alfabet. De fapt, acea linie este un λ/4 în scurt care permite adaptarea cablului asimetric la antena verticală.


Fig. 3

Antena J denumită iniţial SLIM JIM (slim = subţire) a fost patentată în Anglia în anul 1924. Interesant este că această antenă permite o bună adaptare şi se montează de multe ori şi în poziţie orizontală pentru recepţia programelor TV.

Referirile de până acum au fost făcute la antenele simple verticale, dar trebuie să avem în vedere şi antenele combinate tot cu poziţionare verticală, acestea şi unele construcţii practice de antene într-un număr viitor al revistei.

Oricare ar fi tipul de antenă ce urmează a fi folosit, rigiditatea sa mecanică este esenţială fiindcă orice deplasare înseamnă şi deplasarea diagramei de radiaţie, adică diminuarea calităţilor electrice care poate duce la dispariţia unei legături radio.

Aplicatii practice

Prezentam anterior câteva caracteristici ale antenelor verticale cu lungimea în fracţiuni de lungimi de undă. Interesant era câştigul fiecărui tip de antenă verticală. În literatura de specialitate, antena verticală cu dimensiunea de un sfert din lungimea de undă este cunoscută şi sub denumirea de antenă verticală Marconi şi toate calităţile celorlalte antene verticale sunt comparate cu antena λ/4.


Fig. 4

Antena λ/4 este o parte a dipolului λ/2, unde un segment λ/4 este considerat pământul (figura 4) sau segmente de conductor electric ce substituie rolul pământului (terenului) şi care frecvent se numesc contragreutăţi; de aici vine şi denumirea Ground Plane.


Fig. 5

Diagramele de radiaţie în plan orizontal şi vertical ale antenei λ/4 sunt prezentate în figura 5. Antena λ/4 este formată dintr-un conductor cu această lungime şi la bază are conectat cablul coaxial pentru alimentare.

Problema adaptării electrice a cablului la antenă este destul de complexă şi de aceea va fi tratată separat într-un serial de articole.


Fig. 6

Ca o concretizare a celor tratate până acum, vom prezenta câteva tipuri de antene verticale frecvent folosite şi care sunt şi mai simplu de realizat. O antenă λ/4 pentru 145MHz, de o construcţie mecanică interesantă a fost prezentată în QST de W1FB (figura 6).


Fig. 7

Antena are tija verticală şi cele 4 contragreutăţi fixate pe un material izolant de bună calitate. În acest material sunt implantate şuruburi în care se înfiletează cele 5 elemente conform desenului. Cele 4 contragreutăţi sunt legate electric între ele. Elementele au lungimea de 50,8cm. Ca adaptarea cu un cablu de 50Ohm?să se realizeze, se utilizează linia din figura 7.

Antena are ca suport un stâlp din PVC. Desigur, mai sunt şi alte moduri de a construi antene λ/4 pentru VHF, dar în această bandă câştigul cel mai mare îl au antenele 5/8λ, aşa că vom prezenta câteva dintre acestea.


Fig. 8

Fig. 9

Antenele 5/8λ?din figura 8 şi figura 9 au fost prezentate de F3XY în revista HP pe baza unei documentaţii profesionale germane.
Studiind articolul respectiv am construit şi utilizez în traficul curent din 144...146MHz antena din figura 8.
Antena din figura 8 este recomandată pentru staţii fixe, iar antena din figura 9 se montează pe autoturisme.
Ambele antene sunt adaptabile la cablu de 50Ohm?şi sunt alimentate prin mufe SO239.
Se construiesc dintr-un conductor oţelit cu diametrul de 3,5-5mm.
Fiecare antenă are la bază o bobină din 2 spire cu diametrul de 50mm şi lungimea de 12mm. Cu aceste bobine se face adaptarea cu cablul coaxial.
Revenind la antena din figura 8, construcţia ei începe prin confecţionarea suportului. Personal, am făcut acest suport dintr-o tablă de alamă groasă de 3mm, lungă de 15cm şi lată de 6cm. La distanţa de 3cm, de la un capăt al tablei, se perforează şi se fixează mufa SO239, iar la 5cm pe aceeaşi linie se dă o gaură egală cu diametrul sârmei din care se va face antena. În jurul mufei se mai dau trei găuri la 120° prin care vor fi prinse cu şuruburi de 4mm contragreutăţ ile. La aproximativ 7cm tabla suport se îndoaie conform desenului la 90 de grade.

Lungimea sârmei din care se confecţionează antena va fi de aproximativ 160cm. La un capăt sârma se filetează şi cu două piuliţe va fi fixată pe suport în lăcaşul pregătit. Evident se fac întâi cele două spire şi se decupează conform desenului. Din centrul mufei se ia un fir (de preferat liţat, cu diametrul cât al firului antenei) care se va fixa pe bobina antenei. În jurul mufei se fixează cele trei contragreutăţi cu lungimea de 48cm fiecare. Partea verticală a suportului din tablă (de aproximativ 8cm) se fixează cu şuruburi de pilonul de susţinere a antenei.

După ce antena a fost confecţionată se ridică la aproximativ 1,5m de sol şi i se injectează semnal de la un emiţător. Frecvenţa semnalului va fi de aproximativ 145MHz. Între emiţător şi antenă se intercalează un SWR-metru. Se plimbă legătura între mufă şi spira antenei până ce unda reflectată are valoarea minimă. Când am adaptat în felul acesta antena, practic nu mai sesizăm unda reflectată, deci acordul se face foarte bine. Poziţia firului pe bobină, unde SWR are valoarea minimă, va fi fixată prin sudură cu cositor. Cablul de legătură are impedanţa de 50Ohm.


Fig. 10

Varianta antenei din figura 9 este pentru montarea pe autoturism unde mufa se prinde de caroserie, iar antena se rigidizează pe suportul central al mufei. De această dată acordul se face cu un fir care face legătura cu antena şi o parte a bobinei. Tot pentru echipamentele mobile din banda de 2m este şi antena din figura 10 care este tot un 5/8λ. Aici antena este construită din sârmă oţelită cu diametrul de 5mm şi care are la bază 4 spire cu diametrul exterior de 32mm.


Fig. 11

Această antenă se fixează de caroseria maşinii printr-un izolator şi nu mai are nevoie de acord electric cu cablul de alimentare. {i în figura 11 este dată o antenă verticală 5/8λ?în banda de 2m pentru fixarea pe caroseria unui autoturism. Aici acordul antenei se face cu bucăţi de cablu de 50 Ohm?a căror dimensiuni sunt indicate pe figură.

Am prezentat câteva antene pentru banda de 2m, dar construţiile pot fi orientative şi pentu CB, evident cu multiplicarea corespunzătoare a cotelor.

Ilie Mihaescu YO3CO

Articol aparut la 18-6-2010

11987

  • Postat de Alex Farkas YO5AMF la 2010-06-20 10:25:09 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.224
    dintre toate antenele verticale tipul 5/8 lambda merita o atentie deosebita, datorita calitatilor ptr DX. La acest model problema ce se pune este dimensionarea bobinei la baza radiantului, care prelungeste elementul vertical, cu o lungime fizica de 5/8 lambda, care nu este o lungime rezonanta, la lungimea de 3/4 lambda ( 1/4 lambda +2/2 lambda), care prezinta deja o rezonatza pe frecventza de baza.Adevaratele calitatzi a acestui tip de antena se manifesta daca lungimea fizica este chiar 5/8 lambda.Personal am folosit si folosesc acest tip de antena pe banda de 10m, cu lungimea radiantului de 6,10m, cu rezultate exceptzionale.

  • Postat de Oproescu Gheorghe - Tavi YO4BKM la 2010-06-20 20:35:13 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.238
    Cred ca unele completari sunt necesare: antena 'minune' de 5/8 lambda are o impedanta de radiatie de cca 55 Ohm, care nu pune probleme de adaptare la cablu; dar daca linia de alimentare are lungimea un multiplu intreg de jumatati de lungime de unda (lungimi de unda reale, din cablu, tinand cont de coeficientul de viteza; la majoritatea cablurilor acest coeficient este de 0,66) impedanta liniei nu mai intra in impedanta echivalenta a gruparii linie-antena ci pur si simplu dispare, este ca si cum antena s-ar conecta direct la emitator. Am demonstrat acest lucru atat teoretic (a se vedea HD Antena, nr. festiv de Anul Nou 2010) cat si practic, personal lucrez cu un astfel de cablu (27 m pentru 3.5---28 MHz fara benzile WARC) si am convins o multime de colegi). Un efect aproape asemanator apare daca lungimea cablului este sub 5% din lungimea de unda, evident ca este vorba tot de lungime de unda din cablu.

  • Postat de Vasile YO6EX la 2010-06-21 07:32:56 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.138
    Tavi are dreptate. Aºa este. Dar mai avem o problemã ne-bãgatã în seamã de scriitorii de articole. Aceastã antenã 5/8L are cîºtigul scontat doar dacã ºi radialele au aceastã lungime (+5%). In literaturã apar antene 5/8L cu radiale de 1/4L, dar care nu funcþioneazã la parametri clamaþi. De asemenea, cîstigul maxim se obþine cu 4 radiale montate deasupra solului. Dacã sunt îngropate, sunt necesare cel puþin 16. Am folosit o asemenea antenã pe 10 MHz cu rezultate surprinzãtoare. Am utilizat un sistem cu radiale acordate, (în acest caz lungimea lor este egalã cu a radiantului vertical) alimentat cu linie paralelã care aduce un plus de cîºtig. Testat la mai multe QSO-uri la DX, exemplu: R1ANF (Antarctica) cu un dublu Zeppelin montat ca Inv. V - RST 549, Vertical 1/4L - RST 569, vertical 5/8L - RST 589/599. P.S. Existã radioamatori care spun cã antenele verticale merg slab la recepþie. O teorie absolut greºitã! Antenele verticale funcþioneaza la fel ºi la emisie ºi la receptie. Semnalele de la distanþe mici ºi medii (Eu), se aud mai slab cu antene verticale datoritã unghiului mic de radiaþie. Antena verticalã este pentru trafic DX, nu pentru trafic european.

  • Postat de Oproescu Gheorghe - Tavi YO4BKM la 2010-06-21 17:42:51 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.238
    Corect, YO6EX! Literatura mai aduga si contributii 'originale' neverificate, de aceea gasesg utile cometariile. Tot ca un aviz cititorilor, de ex. prin unele carti despre antene(nu dau nume, dar cine le foloseste poate identifica sursa) se spune ca la o antena VS1AA acordul liniei cu antena se face daca raportul diametrelor conductorilor este de 1:2, constructia clasica fiind antena cu 2 mm diametru, linia cu 1 mm. Eu am avut conductor de cupru de 3 mm, am facut coborarea cu 1,5 mm iar antena se comporta extrem de slab. M-am apucat de calculat (cartile lui Smirenin traduse la noi in anii 1953-1954) si am vazut ca 'regula' raportului 1:2 este valabila numai la conductor de 2 mm pentru antena. Iar di conductorul de 3 mm a iesit acum un excelent Windom multiband de care sunt foarte multumit. 73!

  • Postat de Marius YO4HGX la 2010-06-21 22:12:13 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.50
    Folosesc de vreo 2 luni din /mm o antena verticala din fibra de sticla cu inaltimea de 4.5m si diametrul conductorului cca 3mm. Cablul coaxial (Belden RG213) are o lungime de cca 50m iar ecranul este conectat la masa navei la ambele capete. In aceste conditii tunerul intern al transceiverului reuseste un SWR 1:1 in toate benzile HF. Cum insa dezadaptarea nu este la capatul dinspre transceiver, am incercat varianta inserierii de bobine (pt lungirea electrica) si capacitati (pt scurtarea electrica) la baza antenei. Am fost surprins sa constat ca valorile teoretice in cazul bobinelor sunt foarte apropiate de cele teoretice, dupa ajustarea bobinelor pentru un SWR direct de sub 1.5:1 am masurat dupa cum urmeaza: pentru banda de 40m (cw)- 11.4uH (12.46uH teoretic), pentru banda de 30m - 4.7uH (4.76uH teoretic) iar pentru 20m (cw)- 0.9uH (1.2uH teoretic). Pentru benzile superioare unde lungimea antenei depaseste 1/4 lambda, neavand la dispozitie un capacitor variabil, am incercat folosirea de bucati de coaxial (stub). Din pacate in banda de 17m nu am reusit sa cobor SWR direct sub 2:1 iar valoarea capacitatii stub-ului de coaxial masurata - 40.7pF difera mult de cea teoretica - 133.2pF. Oricum, folosirea bobinelor de acord la baza antenei fac o diferenta enorma fata de folosirea tunerului automat al transceiverului. Spre exemplu in banda de 40m la receptie semnalele se "umfla" cu 3-4 puncte S iar la emisie, cu 100w sunt frecvent copiat in Europa cu 579-599 (din zona insulelor Bahamas). Din pacate, chiar si adaptarea la baza nu rezolva marea deficienta valabila tuturor verticalelor - la receptie zgomotul de fond si QRN-ul este foarte pronuntat. Cred ca intr-un comentariu anterior se pune problema gresit - antenele verticale nu sunt propriu-zis mai slabe la receptie decat la emisie ci mult mai zgomotoase fata de alte antene (simple) cu polarizare orizontala cum ar fi dipolul sau cele bucla. Ca sa pot dezgropa semnalele slabe din zgomot si QRN trebuie sa apelez de cele mai multe ori la cascadarea filtrelor de 500Hz in 2IF si 250Hz in 3IF si chiar si asa, tot mai trebuie sa jonglez cu NB, NOTCH-ul si ajustarea de amplificare minima RF. In lipsa unui YAGI, o combinatie "ideala" pentru DX cred ca ar presupune pentru emisie un vertical (cu unghiuri mici de plecare) adaptat la baza si o antena orizontala tip bucla pentru receptie. In lipsa de altceva insa... folosim si verticalele in ambele sensuri, totul e sa poti face trafic.

  • Postat de Dan YO3IBW la 2010-07-08 15:27:01 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.132
    Excelent articol. Totusi in cazul freventelor din gama ultrascurte mai putin relevant este acel castig al antenei 5/8 cat lobii de radiatie al antenei. Pentru comunicatii terestre pe unda directa cea mai ok antena este dipolul vertical (a se vedea folosirea acestuia la statiile de broadcast din banda 88-108). In cazul HF-ului, cel mai bun unghi de radiatie vertical optim pentru DX il are antena 5/8. Acesta pleaca foarte aproape de rasul pamantului. Spre deosebire de varianta lambda/4 care formeaza (in conditi optime) un unghi pe la ~45 grade, destul de ridicat in cazul DX dar OK pentru legaturi ionosferice la distanta mai mica, in Europa. Pentru banda de 10m, recomand folosirea unei antene 5/8 construita pentru "rezervatia CB" (ce urat suna...) un pic ajustata din spic. 73, Dan YO3IBW

  • Postat de Ghiu V. Vasile-Ion YO3FHS la 2012-08-24 17:03:04 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.111
    Foarte interesant articolul ! Eu nu prea am spatiu si este buna o antena verticala.

  • Postat de cirstea valeriu YO9GUJ la 2013-12-19 16:11:02 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.54
    Buna ziua, Gresesc daca folosesc teava de cupru de 15 mm si la contragreutati si la elementul radiant?

  • Postat de cirstea valeriu YO9GUJ la 2013-12-19 16:12:43 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.54
    Buna ziua, Gresesc daca folosesc teava de cupru de 15 mm si la contragreutati si la elementul radiant?

  • Postat de cirstea valeriu YO9GUJ la 2013-12-19 16:14:19 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.54
    cer scuze ca m-a repetat . primeam racest raspuns mereu: "La acest articol nu sunt permise comentarii decat de la radioamatori YO autorizati."

  • Postat de nic YO4LHR la 2014-01-13 12:44:29 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.5
    Nu gresesti cu nimic. Doar ca rezulta un CEVA extrem de greu

  • Postat de pană aurel YO4GPA la 2014-02-23 12:12:12 (ora Romaniei) de la adresa ***.***.***.42
    dresc detalii pentru o antena verticală in banda de unde scurte
  • Scrieti un mic comentariu la acest articol!
    Opinia dumneavoastra va aparea dupa postare sub articolul "Antene verticale"
    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