http://www.swiatradio.com.pl/virtual/modules.php?name=Sections&sop=listarticles&secid=2Anteny łatwe do ukrycia Krzysztof Dąbrowski OE1KDA
13.11.2016 13
1.4. Projektowanie anten skróconych Celem obecnej publikacji jest prezentacja mniej znanych rozwiązań anten - w pierwszym rzędzie anten dla zakresów UKF i mikrofalowych ale częściowo także anten KF. W wyborze rozwiązań zwrócono również uwagę na anteny o małych rozmiarach lub o konstrukcji łatwiejszej do ukrycia przed oczami laików. Jest to szczególnie ważne w związku z licznymi utrudnieniami w montażu anten amatorskich, żądaniami wygórowanych nieraz opłat i rozpowszechniającą się niestety histerią związaną z rzekomym szkodliwym wpływem pól elektromagnetycznych na organizm ludzki.
Anteny o mniejszych rozmiarach są wprawdzie mniej skuteczne w porównaniu z antenami "pełnowymiarowymi" niemniej jednak zawsze lepsze są nawet ograniczone możliwości zamiast żadnych.
Zamiarem autora nie jest przedstawienie obszernej i wyczerpującej monografii dotyczącej anten, dlatego też pominięto tutaj najbardziej znane typy anten (j.np. anteny Yagi, podstawowe dipole, Qubical Quad itp.), tablice zawierające ich wymiary i programy służące do ich obliczania.
Część szkiców i rysunków wczytano na skanerze w postaci oryginalnej, częściowo z podpisami w językach angielskim lub niemieckim. Nie powinno to jednak utrudniać zrozumienia ponieważ tłumaczenia podpisów znajdują się w tekście. 1.1. Projektowanie anten skróconych
Podział dipola na segmenty Jednym ze sposobów redukcji wymiarów anteny jest stosowanie cewek przedłużających ją elektrycznie. Poniżej przedstawiony jest sposób obliczania cewek i ich wpływu na przykładzie dipola półfalowego. Ilustracja pierwsza przedstawia rozkład prądu w.cz. w dipolu półfalowym znajdującym się w rezonansie - ma on kształt sinusoidy. Dla ułatwienia dalszych rozważań antena jest podzielona na kilka segmentów przy czym ich długość jest podana w stopniach dla uniezależnienia się od ługości fali (całkowita długość dipola wynosi 180 ° czyli π,). Należy zwrócić uwagę, że najsilniej promieniują segmanty, w których płynie duży prąd i dlatego nieopłacajne jest zastępowanie ich przez skupione indukcyjności. W podanym na rysunku przykładzie bardziej opłaca się zastąpienie indukcyjnością segmentów B lub C aniżeli A. Wartości indukcyjności niezbędych do zastąpienia segmentów końcowych mogą okazać się niepraktycznie duże dlatego też w dalszych przykładach ograniczono się do obliczeń dla segmentu środkowego B przy czym jego długość można przyjąć dowolnie nie ograniczając się do poprzedniego przykładowego podziału.
Obliczenia indukcyjności zastępczej rozpoczynamy od obliczenia wartości reaktancji na końcach zastępowanego segmentu. Reaktanja X w punktach B i C obliczana jest ze wzoru:
X = -j Z0cotβ, (dla reaktancji w punkcie C przyjmijmy oznaczenie X1, a w punkcie B - X2)
gdzie β, jest kątem odpowiadającym punktom B i C a impedancja charakterystyczna Z0 jest obliczana ze wzoru:
Z0 = 138log(4h/d), w ktrym h jest wysokością zawieszenia anteny a d - średnicą przewodu. Mechaniczna wysokość zawieszenia anteny nie musi odpowiadać dokładnie jej wartości "elektrycznej" ze względu na wpływ pobliskich obiektów dlatego też obliczenia dają wyniki przybliżone i w praktyce konieczne jest dostrojenie anteny.
Wypadkowa reaktancja cewki wynosi więc XL = X1 - X2.
Przykładowe obliczenia:
Przykład 1 Przykład 1 (rys. 2, ramiona anteny podzielone na trzy segmenty o równej długości 30 °)
Antena dostrojona do częstotliwości 7070 kHz, zawieszona na wysokości 6 m i wykonana z przewodu o średnicy 2 mm. Jej długość bez uwzględnienia współczynnika skrócenia (w przypadku przewodu w izolacji może on być różny od jedności) wynosi l = 150/f = 150/7,07 = 21,22 m.
Impedancja Z0 = 138log(4(6000/2)) = 138 x 4,08 = 563 omy.
X1 = 563 x cot30° = 563 x 1,732 = 975 omów.
X2 = 563 x cot60° = 563 x 0,577 = 325 omów.
XL = X1 - X2 = 975 - 325 = 650.
Indukcyjność cewki obliczamy ze wzoru:
XL = 2 π, f L
L [µH] = XL / (2 π, f [MHz]) = 650 / (2 π, 7,07) = 14,63 µH czyli w przybliżeniu 15 µH.
Długości segmentów A, B i C - 3,54 m.
Zastąpienie segmentów B przez cewki powoduje skrócenie anteny do 14,14 m czyli do ok. 2/3 pierwotnej długości.
