Приветствую, друзья. С Вами вновь Тимур Гаранин.
Уже несколько раз меня просили сделать ролик об антеннах 5/8 лямбда и сегодня наконец я освещу эту тему. Но перед тем, как переходить к антеннам 5/8 лямбда, сначала нужно рассказать про эволцию антенн GP.
GP – означает ground plane, т.е. горизонтальная плоскость. Задача антенн GP – распространять сигнал во все стороны по горизонту, но не вверх и вниз.
Рассмотрим последовательность развития антенн GP.
Всё началось с полуволнового диполя Герца. Он умеет распространять сигнал во все стороны по горизонту и всегда согласован с 75 омным кабелем. Но у него есть ряд проблем.
Первая проблема диполя Герца в его диаграмме направленности — он испускает сигнал не только в горизонтальной плоскости, но и вверх и вниз, где корреспондентов у нас нет. Следовательно, часть излучаемой энергии тратится зря.
Вторая проблема состоит в том, что вся статика с диполя Герца идёт прямо в кабель. Никакой грозозащиты здесь и в помине нет.
И третья проблема заключается в том, что диполь состоит из двух половин. Установить подобную антенну для средних и длинных волн – это большая проблема, т.к. каждая половина может достигать длины в несколько метров и более.
Поэтому от диполя перешли к монополю. Самая известная и простая GP антенна – это четвертьволновый штырь. Это просто стержень или проволока длиной в четверть волны. К нему подключается центральная жила 50-омного кабеля, а оплетка кабеля в простейшем случае подключается к земле.
Если нет возможности подключить оплётку к земле, тогда применяют противовесы – стержни длиной чуть меньше четверти длины волны, расположенные кругом под некоторым углом к горизонту. Регулируя этот угол, можно делать диаграммму направленности более узкой и поднятой над горизонтом. Чем больше противовесов, тем равномернее ДН в горизонтальной плоскости.
Однако у четвертьволнового штыря всё-равно остались проблемы. Нет никакой защиты от статики, и диаграмма направленности всё ещё слишком размазанная, из-за чего в нужном направлении, по горизонту, мы получаем недостаточной усиление.
Поэтому следующим шагом в эволюции GP антенн стали полуволновые штыри. У них действительно более плоская диаграмма направленности, и следовательно больший КУ в горизонтальном направлении. Но есть и серъёзные нюансы.
Как мы знаем, согласовать полуволновый отрезок с кабелем напрямую практически невозможно. Потому что кабель подключается в точку максимума потенциала, где реактивное сопротивление антенны значительно больше активного.
Поэтому для подключения полуволнового диполя к кабелю используется трансформатор сопротивления. С одной стороны – это неудобство, с другой стороны это даёт некоторые существенные преимущества.
Во-первых, кабель с антенной гальванически развязаны, статика не попадает в кабель.
Во вторых, т.к. на выходе трансформатора минимум тока и максимум потенциала, то нижний конец выходной обмотки можно подключать к заземленной мачте. Это решает проблему грозозащиты полностью.
В третьих, противовесы здесь не нужны, т.к. весь ток протекает внутри полуволнового отрезка. Даже если часть тока будет затекать на мачту, это никак не скажется на симметрировании.
Диаграмма направленности уже достаточно сжата в горизонтальной плоскости, но её можно сделать ещё более узкой.
Именно для этого применяют антенны 5/8 лямбда.
Как понятно из названия, длина их штыря равняется 5/8 длины волны. Странное число, почему не ¾ лямбда, что было бы вполне логично. С этим мы разберемся далее.
Как мы уже знаем, делать полотно антенны длиннее половины волны бессмысленно, потому что направление тока меняется каждые полпериода, каждые полволны в полотне.
Однако в антеннах 5/8 лямбда полотно действительно больше половины длины волны. К чему это приводит?
Диаграмма направленности становится более узкой, но она приподнята над горизонтом, градусов на 15. Именно потому, что нижняя часть полотна содержит противонаправленный ток. Но зато в максимуме ДН усиление получается самое большое по сравнению со всеми предыдущими GP антеннами.
Т.к. длина антенны больше половины волны, но меньше ¾, то антенна обладает емкостным сопротивлением. Для нейтрализации емкостного сопротивления, как я уже объяснял в ролике про согласование удлинённых и укороченных антенн, мы используем согласующую индуктивность, индуктивное сопротивление которой равно по модулю емкостному сопротивлению штыря.
Т.к. сама индуктивность содержит провод определенной длины, то с его учётом суммарная длина полотна как раз стремиться к ¾ и активное сопротивление — к заветным 50 омам, что позволяет без дополнительных устройств антенну согласовать с кабелем. Более того, изменяя длину провода индуктивности, можно менять длину участка с контртоком в стержне, тем самым управляя диаграммой направленности антенны.
Если же на входе индуктивности мы не получаем заветные 50 или хотя бы 75 Ом, тогда придётся использовать согласующую LC цепочку.
Оплётка кабеля заземляется напрямую, если такая возможность есть. В противном случае используются как обычно противовесы длиной чуть меньше ¼ длины волны.
Кроме простого варианта, можно встретить вариант подключения антенны 5/8 лямбда через трансформаторную связь. Оплетка кабеля подключается к нижнему концу индуктивности, туда же подключаются и противовесы. К верхнему концу индуктивности подключается штырь. А центральная жила кабеля подключается к одному из витков внутри индуктивности.
Этот вариант сложнее, и требует более тщательной настройки в резонанс.
В принципе, антенна 5/8 требует более точной настройки, чем другие GP антенны, но за счёт резонанса и узкой ДН получаем более чистый приём. При смене частоты работы необходимо изменять длину штыря, чтобы он снова соответствовал 5/8 лямбда.
Антенна узкополосна, но она хотя бы перестраивается изменением длины штыря, что невозможно например для коллинеарных антенн, которые нельзя перестроить по частоте.
Изготовить полотно антенны можно как из металлических трубок, например сделать телескопическую конструкцию, так из провода, натянутого на диэлектрическую мачту. Медь и алюминий будут работать одинаково хорошо. Материал индуктивности стоит подбирать с учётом максимальных токов, текущих через неё.
Сделаем выводы:
- Антенна 5/8 лямбда – это GP антенна со штырём длиной примерно в 5/8 длины волны
- ДН антенны 5/8 лямбда самая узкая среди GP антенн и поднята над горизонтом примерно на 15 градусов
- Антенна 5/8 лямбда узкополосна и требует настройки в резонанс
- За счёт узкой полосы и плоской ДН имеет самый большой КУ среди GP антенн
На сегодня это всё, дорогие друзья. Надеюсь, я ответил на все вопросы, которые относились к этому типу антенн. Другие вопросы и предложения для следующих роликов оставляйте в комментариях. Делитесь роликом, если считаете, что он был полезен.
Всем удачи!