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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Über die Antenne Fünf Achtel Lambda. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / UKW-Antennen Eine richtige Aussage kann falsch sein. Das ist kein Wortspiel, sondern eine Tatsachenfeststellung. Eine aus dem Zusammenhang gerissene richtige Aussage kann irreführend sein, wenn beispielsweise nicht benannt wird, unter welchen Einschränkungen sie wahr ist. Ähnliches geschah laut dem Autor dieses Artikels mit den Eigenschaften der beliebten 6λ/8-Antenne. Bei Kurz- und Ultrakurzwellen sowie bei Besitzern von C-B-Radiosendern ist eine Vertikalantenne mit einer Länge von 5λ/8 beliebt. Aus der Amateurfunkliteratur und der Werbung ist bekannt, dass ein vertikaler Strahler mit einer Länge von 5λ/8 die maximale Richtcharakteristik einer auf den Boden gedrückten Keule in der vertikalen Ebene ergibt (in der horizontalen Richtung ist das Muster kreisförmig) und daher den maximalen Wirkungsgrad aufweist. Die einfachste Version der Antenne ist in Abb. dargestellt. 1a. Die Länge des Emitters 5λ/8 ist nicht resonant, daher wird sie auf Zλ/4 gebracht, indem ein induktives Element in das Emitterblech eingeführt wird: eine Spule L oder ein Segment einer geschlossenen Leitung mit einer elektrischen Länge von λ/8. Der „Rückstrom“ vom Kabelgeflecht breitet sich über Viertelwellensalden aus. Sie nehmen nicht an der Strahlung teil, da die Ströme in ihnen in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind. Es ist nicht möglich, die Gegengewichte nach unten zu biegen, da in diesem Fall die elektrische Länge der Antenne aufgrund der vertikalen Stromkomponente der Gegengewichte zunimmt, was sich negativ auf das Strahlungsdiagramm auswirkt. Oftmals ist der untere Ausgang des Induktors in der Abbildung mit Gegengewichten verbunden. Das Geflecht wird an derselben Stelle angeschlossen und der Mittelleiter des Kabels wird an den Spulenausgang angeschlossen. Im 27-MHz-Band werden Gegengewichte oft kürzer als λ/4 gemacht, wodurch die Induktivität entsprechend erhöht wird, um die Antenne auf Resonanz abzustimmen. Die Stromverteilung in der Antenne ist in Abb. dargestellt. 1b. Es kann mit guter Genauigkeit als sinusförmig betrachtet werden. Das Strahlungsmuster (Abb. 1c) hat eine „Null“ in einem Winkel zum Horizont und eine unnötige Nebenkeule in einem noch größeren Winkel. Diese Keule ist die Bezahlung für die gegen den Horizont gedrückte Hauptkeule und den genannten maximalen Richtfaktor. Hier ist vielleicht, kurz gesagt, das alles. Was dem Autor (wie auch anderen Funkamateuren) über diese Antenne bekannt war, und ... sorgte für einige Verwirrung.
Der untere Teil des Emitters gab keine Ruhe, wo der Strom in die entgegengesetzte Richtung zum Strom im oberen Halbwellenteil gerichtet ist. Schließlich ist bekannt, dass das Strahlungsmuster wie folgt entsteht: Die Felder jedes kleinen Segments des Emitters werden unter Berücksichtigung ihrer Amplituden und Phasen in jede Richtung summiert. In Richtung zum Horizont sind die Längen der Wellenausbreitungswege von allen Segmenten gleich und es kommt zu keinem zusätzlichen Phaseneinbruch. Die Felder aus den Abschnitten des oberen Halbwellenteils der Antenne sind gleichphasig und addieren sich in der Amplitude, und die Felder aus dem unteren Teil (wo die Stromrichtung entgegengesetzt ist) sind phasenverschoben und ... sind subtrahiert! Aus diesen Überlegungen ergab sich, dass ein kürzerer Halbwellen-Vertikalstrahler besser funktionieren sollte als ein Vibrator mit einer Länge von 5λ/8. Und wenn die Richtung des Stroms im unteren Abschnitt des Emitters mit einer Länge von 5λ/8 irgendwie umgekehrt wird, dann ist er effizienter. Um diese Schlussfolgerung zu beweisen, war es möglich, den SPV entweder theoretisch zu berechnen oder ein entsprechendes Experiment durchzuführen. Da der Autor jedoch vermutete, dass dies alles schon vor langer Zeit geschehen war, zog er es vor, die alten literarischen Quellen zu studieren. Und was ist dabei herausgekommen? Erstmals wurde 5 von S. Ballantyne ein vertikaler Antennenmast mit einer Länge von 8λ/1924 beschrieben [1]. Sie wurde als Mittelwellen-Rundfunk-Anti-Fading-Antenne entwickelt. Als zusätzlicher Vorteil dieser Antenne, die sich sofort großer Beliebtheit erfreute, erwies sich, dass sie tatsächlich die maximale Feldstärke zum Horizont hin erzeugt, allerdings nur in der Klasse der Antennen mit natürlicher (sinusförmiger) Stromverteilung entlang des direkt darüber liegenden Vibrators eine perfekt leitende Oberfläche. An den ersten Teil der Aussage erinnern sich viele noch gut, den zweiten Teil haben die Autoren von Artikeln in der Amateurfunkliteratur aber offenbar ein wenig vergessen. Im Fachwerk wird berichtet [2]: „Wenn besondere Maßnahmen ergriffen werden, um eine Umkehrung der Ströme unterhalb der oberen halben Wellenlänge des Strahlers zu verhindern, kann ein weiterer horizontaler Gewinn erzielt werden ...“. Mit anderen Worten: Wenn Sie die Stromrichtung im unteren Teil der Antenne umkehren, erhalten Sie einen zusätzlichen Strahlungsgewinn zum Horizont. Gleichzeitig ist es möglich, die Länge der Antenne weiter zu vergrößern, um den Gewinn zu erhöhen. Denken Sie daran, dass es bei einer klassischen Antenne mit einer Länge von 5λ/8 nicht mehr möglich ist, die Länge zu erhöhen, da die Nebenkeule des Diagramms stark zunimmt und die Hauptkeule abnimmt. Nach der Stromumkehr im unteren Teil der Antenne empfiehlt es sich, deren Länge um ein weiteres λ/8 zu vergrößern, um auf die Anpassungsspule zu verzichten. Das Ergebnis ist eine bekannte phasengleiche kollineare Antenne, die bereits 1911 vom Marconi-Ingenieur Franklin vorgeschlagen wurde. Die Franklin-Antenne ist ein vertikaler Draht, der in Halbwellensegmente unterteilt ist, zwischen denen Spulen (Abb. 2, a) oder Viertelwellenleitungen (Abb. 2,6) angeschlossen sind. In diesen Elementen sind die umgekehrten Halbwellen des Stroms „versteckt“. Die Ströme in den strahlenden Segmenten erweisen sich als gleichphasig (Abb. 2c), was das Diagramm verschmälert und die Nebenkeule deutlich reduziert (Abb. 2d). Die Bandbreite einer solchen Antenne beträgt einige Prozent.
Die Dynamik der Änderung des Richtdiagramms mit zunehmender Antennenhöhe und Anzahl der „Etagen“ (nach Franklin) ist in Abb. dargestellt. 3 entlehnt von (2).
Die Diagramme sind noch einmal für den Fall einer perfekt leitenden Erde angegeben. Es ist möglich, den Boden unter der Antenne Leitern oder Dielektrika zuzuordnen, indem der Verlustfaktor (das Verhältnis von Leitungsströmen zu Verschiebungsströmen) berechnet wird: tgδ = jnp/jcm = δ/ωεε0. Bei Leitern ist sie viel größer als eins und bei Dielektrika ist sie viel kleiner. Der Verlustfaktor hängt von der Frequenz ab. Derselbe Boden befindet sich in der Nähe des Leiters, wenn auf Mittelwellen gearbeitet wird, und auf Hochfrequenz-HF-Bändern und auf UKW (der für uns interessante Frequenzbereich!) Erweist er sich als Dielektrikum. Und dadurch ändert sich die Phase der Reflexion vom Boden in die entgegengesetzte Richtung, und in Richtung zum Horizont wird es nicht mehr das Maximum des Strahlungsmusters sein, sondern das Minimum. Die Hauptkeule des Strahlungsdiagramms geht in diesem Fall von der Oberfläche ab und ist in einem bestimmten Winkel darauf gerichtet (je kleiner, desto höher ist die Antenne über dem Boden installiert). Mit anderen Worten: Beim Betrieb über leitfähigem Boden übertrifft die 5λ/8-Antenne tatsächlich den Halbwellendipol. Dies kann durch die Verengung des Strahlungsmusters erklärt werden, da der Hauptstrahlungsteil höher über der Oberfläche liegt, was die Abnahme des Feldes aufgrund der Strahlung aus dem unteren Teil ausgleicht. Befindet sich die 5λ/8-Antenne im offenen Raum, findet eine solche Kompensation nicht statt, ihr Vorteil gegenüber dem Halbwellendipol geht verloren. Für mehrgeschossige Antennenanlagen bestehend aus VHF-Antennen mit einer Länge von 5λ/8 gilt das oben Gesagte in geringerem Maße. Wenn man die Halbwellen abstrahlenden Hauptsegmente über einen größeren Abstand verteilt, wie im Fall einer leitenden Erde, schmälert das Diagramm und gleicht den Verlust aus der Strahlung von Abschnitten mit Rückstrom aus. Aber auch in diesem Fall sollte der Ausschluss „umgekehrter“ Segmente einen Gewinn bringen. Es ist nicht bekannt, ob es zwischen Ballantyne und Franklin Streitigkeiten über die Vorzüge ihrer Antennen gab. Höchstwahrscheinlich nein. weil die Antennen für ganz andere Zwecke geschaffen wurden. Doch unter Funkamateuren kommt es immer wieder zu solchen Streitigkeiten. Ich hoffe, dass die im Artikel dargelegten Argumente den Befürwortern von Gleichtaktantennen in diesen Streitigkeiten helfen werden. Und die praktische Schlussfolgerung, zu der der Autor dieser Zeilen gelangt, ist die folgende. Wenn Sie sich für den Bau einer vertikalen Rundstrahlantenne entscheiden und gleichzeitig die Möglichkeit haben, diese höher als λ / 2, aber kleiner als λ zu machen, dann erzielen Sie den größten positiven Effekt nicht mit der Fünf-Achtel-Lambda-Antenne, sondern mit die Franklin-Antenne (siehe Abb. 2). Literatur
Autor: V.Polyakov (RA3AAE)
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