Wie viele Gegengewichte benötigen Sie? Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / HF-Antennen

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Vertikale Antennen, die eine kleine Installationsfläche benötigen, erfreuen sich bei Kurzwellenbetreibern großer Beliebtheit. Ihre Wirksamkeit hängt jedoch maßgeblich vom künstlichen „Boden“ – den Gegengewichten – ab. Die allgemeine Empfehlung „je mehr, desto besser“ ist nicht immer akzeptabel. Es ist zu beachten, dass es in Bezug auf Gegengewichte zwei grundsätzlich unterschiedliche Situationen gibt. Eine davon tritt auf, wenn es möglich ist, die Antenne hoch genug anzuheben und die Gegengewichte vom „Boden“ (Dach eines Gebäudes usw.) entfernt werden. Dies ist typisch für UKW-Bänder. Dabei kommt es im Wesentlichen nicht auf die Anzahl der Gegengewichte an: von eins bis drei oder vier. Im ersten Fall (mit einem vertikalen Gegengewicht) erhält man einen einfach vertikalen Dipol. Im zweiten Fall werden die Gegengewichte in einem bestimmten Winkel zum Emitter angebracht und gleichmäßig über den Umfang verteilt, um ein kreisförmiges Strahlungsmuster zu gewährleisten. Beide Optionen eint jedoch die Tatsache, dass der Einfluss des „Bodens“ auf die Funktion der Gegengewichte unbedeutend ist.

Anders verhält es sich, wenn die Gegengewichte sehr nahe am „Boden“ platziert werden müssen. Dies ist eine häufige Situation auf den HF-Bändern, wenn sich die Gegengewichte vom „Boden“ in einem Abstand befinden, der deutlich kleiner als die Wellenlänge ist. Eine unzureichende Anzahl davon führt zu erheblichen Verlusten im schlecht leitenden „Boden“ (Erdreich, Gebäudedächer usw.) und dementsprechend zu einer spürbaren Verringerung der Antenneneffizienz.

Eine Analyse der Anzahl der in diesem Fall erforderlichen Gegengewichte wurde von W2FMI durchgeführt (Jerry Sevick. Short Ground-Radial System for Short Verticals. - QST, 1978, April, S. 18). Aus den Ergebnissen der Analyse ergeben sich zwei Schlussfolgerungen. Erstens gibt es für eine bestimmte Anzahl von Gegengewichten eine Begrenzung ihrer Länge, deren Überschreitung nicht mehr zu einer Steigerung der Effizienz der Gegengewichte führt.

Zweitens gibt es bei einer gegebenen Länge der Gegengewichte eine Begrenzung ihrer Anzahl, deren Überschreitung ebenfalls nicht zur Effizienzsteigerung beiträgt. Der Begriff „Grenze“, der in diesen Schlussfolgerungen auftaucht, ist recht vage – die Effizienz variiert gleichmäßig in Abhängigkeit von der Anzahl der Gegengewichte und ihrer Länge.

G2SEK entwickelte die oben genannten Bestimmungen aus der Arbeit von W3FMI und schlug (John White. In Practice. - RadCom. 1999, Februar, S. 45) ein einfaches praktisches Kriterium zur Bestimmung der Länge und Anzahl von Gegengewichten vor, das beide Ergebnisse von W2FMI kombiniert in einem Verhältnis. Nach seinen Schätzungen sollten die Länge und Anzahl der Gegengewichte so bemessen sein, dass der Abstand zwischen den Enden der Gegengewichte (siehe Abbildung) kl beträgt und der Wert von k im Bereich 0,02...0,05 liegen kann. Wenn k größer als 0,05 ist, ist der Verlust erheblich. Die Reduzierung von k auf 0,02 verbessert tatsächlich die Antenneneffizienz. Eine weitere Verringerung von k führt jedoch nicht mehr zu einem spürbaren Effekt.

Die Beschreibungen vieler Antennen umfassen „resonante“ Gegengewichte mit einer Länge von 4/3, die in geringer Höhe über dem Dach angebracht sind. Basierend auf dem G30SEK-Kriterium kann argumentiert werden, dass solche Gegengewichte dann wirksam werden, wenn ihre Anzahl mindestens XNUMX beträgt. Alle oben genannten Beziehungen gelten für Gegengewichte gleicher Länge.

Die in diesem Material diskutierten Beziehungen definieren sinnvolle Grenzen für die Kombination „Anzahl der Gegengewichte – Länge der Gegengewichte“. Vorausgesetzt, dass diese Beziehungen erfüllt sind, ist das beste der beiden Systeme für eine bestimmte Antenne natürlich immer noch dasjenige mit einem längeren Gegengewicht.

Diese Veröffentlichung („Radio“, 1999, Nr. 6) weckte das Interesse der Leser des Magazins, da die GP-Antenne bei Kurzwellenbetreibern stets beliebt ist. Wir stellen detailliertere Informationen zu den Ergebnissen bereit, die W2FMI (Jerry Sevick. Short Ground-Radial System for Short Verticals. - QST, 1978, April, S. 30-33) bei der Untersuchung des Einflusses der Anzahl der Gegengewichte und ihrer Länge erhalten hat die Antenneneffizienz.

Es handelt sich um eine bodennah (nahezu mastlos) installierte HF-Antenne. In diesen Experimenten war der Boden unter der Antenne laut W2FMI-Messungen „durchschnittlich“, d. h. er hatte eine Leitfähigkeit von 15...30 mS/m (höhere Werte beziehen sich auf Boden nach Regen, niedrigere Werte). zum Austrocknen des Bodens). „Schlecht“ für Antennen nach Regen, kleinere – für trockene). Böden mit einer Leitfähigkeit von weniger als 5 mS/m (felsig, Sand) gelten als „schlecht“ für Antennen, Böden mit „sehr gut“ liegen bei etwa 100. Am meisten ist leider das Stahlbetondach eines modernen Gebäudes wahrscheinlich als „schlechter Boden“ eingestuft.

Abbildung 1 zeigt die Abhängigkeit der Antenneneingangsimpedanz bei der Resonanzfrequenz von der Anzahl der durch W2FMI erhaltenen Gegengewichte. Es umfasst Strahlungsbeständigkeit (nützlicher Teil) und Verlustbeständigkeit. Der berechnete Wert der Eingangsimpedanz für den von W2FMI verwendeten Emitterdurchmesser und die ideale (verlustfreie) Erde betrug 35 Ohm.

Wie aus Abb. ersichtlich ist. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird ein Wert der Eingangsimpedanz, der diesem nahe kommt, nur erreicht, wenn die Anzahl der Gegengewichte mehr als 50 beträgt. Mit anderen Worten: Bei einer geringen Anzahl von Gegengewichten wird ein spürbarer Teil der Sendeleistung nicht von der Antenne abgestrahlt, sondern buchstäblich geht in den „Boden“. Bei der gebräuchlichsten GP-Version mit drei bis vier Gegengewichten beträgt die Eingangsimpedanz etwa 70 Ohm und dementsprechend liegt der Antennenwirkungsgrad bei etwa 50 %.

Aus den in Abb. Aus 1 folgt auch, dass die Länge der Gegengewichte keinen großen Einfluss auf die Antenneneffizienz hat.

W2FMI hat dieses Problem im Detail untersucht. Die Messergebnisse sind in Abb. dargestellt. 2, die die Abhängigkeit der Antenneneffizienz von der Anzahl der Gegengewichte für drei Optionen ihrer Längen zeigt – l/4, l/8 und l/16. Die Analyse dieser Kurven ermöglicht es uns, mehrere Schlussfolgerungen zu ziehen.

Erstens, je länger die Gegengewichte sind, desto effektiver sind sie im Allgemeinen.

Zweitens hat bei einer geringen Anzahl von Gegengewichten deren Länge kaum Einfluss auf die Effizienz, sodass der Aufwand und das Geld, die für die Herstellung langer Gegengewichte aufgewendet werden, in diesem Fall möglicherweise kein spürbares Ergebnis liefern.

Drittens können unter bestimmten Bedingungen kurze (weniger als 4/XNUMX) Gegengewichte die gleiche Antenneneffizienz bieten wie lange.

Lassen Sie uns Letzteres genauer erläutern. Aus Abb. Aus 2 ist ersichtlich, dass die gleiche Effizienz durch vier Gegengewichte mit einer Länge von l/4, fünf bis sechs Gegengewichte mit einer Länge von l/8 und sieben Gegengewichte mit einer Länge von l/16 erreicht wird. Darüber hinaus bieten zwanzig Gegengewichte mit einer Länge von 16/4 die gleiche Effizienz wie acht Gegengewichte mit einer Länge von XNUMX/XNUMX. Und die konstruktiven Vorteile, die sich durch den Einsatz kurzer Gegengewichte (insbesondere im Tieffrequenzbereich) ergeben, liegen auf der Hand.

Autor: Jerry Sevick

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