Menu

3.2.2.1. A környezet hatása a vízszintes antennák jelleggörbéjére

 

Eddigi fejtegetéseink során hallgatólagosan feltételeztük, hogy az antenna a térben szabadon vagy legalábbis nagy magasságban a talajfelszín felett és nagyon távol minden egyéb objektumtól van felfüggesztve. A "nagyon magas" és "nagyon távol" relatív fogalmak: ugyanis csupán az üzemi hullámhosszal kapcsolatosan értelmezhetők. Így pl. egy 10 m magas tartóoszlopra szerelt és a 2 m-es amatőrsávban dolgozó antenna gyakorlatilag  már "nagyon magas"-an van a Föld felett : 5 hullámhossznyira. Ha egy 40 m-es sugárzót akarnánk 5 hullámhossznyi magasságban felépíteni, ez 200 m lenne, míg a 10 m-es magasság csupán 1/4 hullámhosszt jelentene. Fentiekből nyilvánvaló, hogy rövidhullámú antennák - legalábbis amatőr viszonylatban - aligha szerelhetők olyan magasságban és egyéb tárgyaktól olyan távolságra, hogy a környezet hatása elhanyagolható lenne.

A talajfelszín közelében telepített antenna tulajdonságai a felszín-reflexió következtében megváltoznak: így elsősorban a sugárzási ellenállás, a rövidítési tényező és a jelleggörbe.

A jellemzők változásának mértéke a hullámhosszra vonatkoztatott, telepítési magasságtól, az antenna tengelye és a talajfelszín által bezárt szögtől, továbbá a talaj elektromos tulajdonságaitól (vezetőképességétől) függ. A gyakorlat szempontjából a legjelentősebb a talajfelszín hatása a vízszintes sugárzó jelleggörbéjére. A vízszintesen polarizált félhullámú dipólus függőleges jelleggörbéjét vizsgálva - amely szabad térben szigorúan körkörös (lásd a 3.11. ábrát) - nyilvánvaló, hogy a sugárzó és a talajfelszín közötti távolság csökkenésekor,

3.12. ábra. Vízszintes félhullámú dipólus függőleges sugárzási irányjelleggörbéjének változása az ideális talajfelszín feletti magasság függvényében:

(a) talajfelszín feletti magasság 1/8λ:               (d) talajfelszín feletti magasság 1/2l;

(c ) talajfelszín feletti magasság 1/4l;              (e) talajfelszín feletti magasság 5/8λ; 

(c) talajfelszín feletti magasság 3/8l;               (f) talajfelszín feletti magasság 3/4l;

(g) talajfelszín feletti magasság 7/8l;               (k) talajfelszín feletti magasság 11/2l;

(h) talajfelszín feletti magasság 1λ;               (l) talajfelszín feletti magasság 13/4l;

(j) talajfelszín feletti magasság 11/4l;               (m) talajfelszín feletti magasság 2l

 

a 90°-tól 270°-ig kisugárzott energia  mind nagyobb hányada éri a talajfelszínt közvetlenül az antenna környezetében. A hullámok visszaverődve - az antenna magasságától (futási idő) és a talaj szerkezetétől függően - bizonyos függőleges szögekben úgy kombinálódnak a közvetlen hullámokat, hogy a közvetlen és visszavert hullámok azonos fázisban vannak, más szögekben pedig ellenkező fázisban. Ha a talajon bekövetkező reflexió 100%-os (ideális eset), akkor az azonos fázisban lévő közvetlen és visszavert hullámok összegeződnek, míg az ellentétes fázisban levők teljesen kioltják egymást (0-helyek).

A két szélső eset között a fázishelyzettől függően a direkt és reflektált hullámok mindenféle közbenső különbség-értékeket hozhatnak létre.

A 3.12. ábra sorozat azt szemlélteti, hogy az ideális talaj feletti üzemi hullámhosszra vonatkoztatott telepítési magasság hogyan befolyásolja a vízszintes félhullámú dipólus függőleges sugárzási jelleggörbéjét. A polár koordinátára felvitt multiplikációs faktor mindig akkor éri el az elméletileg elérhető maximális 2-es értéket, amikor a közvetlen és a visszavert hullám azonos fázisban és azonos irányban van.

A talajreflexió következtében a függőleges jelleggörbében több, a talajfelszínnel kisebb-nagyobb szöget bezáró melléknyaláb alakul ki. A főnyaláb és a talajszint által bezárt szöget az antennára jellemző emelkedési szögnek A vagy sugárzási szögnek nevezik.

   Így pl. a 3.12.(d) ábra szerint, az ideális talajfelszín felett 3/4λ magasságban telepített félhullámú  dipólus sugárzási szöge 30° (multiplikációs faktor 2,0); a 10°-hoz és az 55°-hoz tartozó multiplikációs faktor már csak 1,0.

Valamely antenna Függőleges sugárzási szögének jelentősége elsősorban a nagy távolságú (DX) összeköttetések kapcsán mérhető le. Mint arra már a 2. fejezetben, a térhullámok terjedését tárgyalva  rámutattunk, a rövidhullámok nagy távolságok áthidalására azért alkalmasak, mert az ionoszférától visszaverődnek. Növekvő frekvencia esetén a sugárzásnak mind laposabb szögben el kell érnie az ionizált réteget ahhoz, hogy még visszaverődjön. Az optimális sugárzási szög az egyes amatőrsávokban hozzávetőleg az alábbiak szerint alakul

                                 40m-es sávban 12° . . . 40°;

                                 20m-es sávban 10° . . . 25°;

                                 15m-es sávban 7° . . . 20°;

                                 10m-es sávban 5° . . .14°

Ebből következik, hogy a 40°-nál nagyobb, illetve 5°-nál kisebb szögben kisugárzott energia távolsági összeköttetésekhez nem használható. Az 5°-nál kisebb szögben, vagyis a talajszinttel gyakorlatilag érintőlegesen lesugárzott energia legnagyobb része abszorbeálódik. A fent feltüntetett sugárzási szögintervallum (és nem egyetlen optimális szög) azzal magyarázható, hogy az ionoszféra folytonosan ingadozó állapotban van; a mindenkori állapotnak megfelelően változik az optimális irányba eső szög is.

Összefoglalóban megállapítható, hogy minél magasabban telepítjük az antennát, annál jobb eredmény várható, de a 10, 15 és 20 m-es amatőrsávban már 12 m-es magasságnál is jó DX összeköttetésekkel számolhatunk, míg 40 m-es antennát nem célszerű 15 m-nél alacsonyabban építeni.

Az említett magassági adatok zavartalan antennakörnyezet esetében érvényesek. Közeli reflexióképes tárgyak a hatásos antennamagasságot csökkentik, és a sugárzási jelleggörbe nehezen áttekinthető deformációját okozhatják. Vízszintesen polarizált antennák különösen érzékenyen reagálnak mindenféle légvezetékre, fémereszekre, vízszintes villámhárító-levezetésekre stb. Az említett tárgyak hatása csak akkor hanyagolható el, ha geometriai méreteik lényegesen kisebbek, mint az antenna üzemi hullámhosszának a fele. Így pl. a szokásos méretű tv- és URH-antennák semmiféle hátrányos hatást sem gyakorolnak a környezetükre telepített rövidhullámú antennák sugárzási tulajdonságaira. Függőleges antennák sugárzását főleg nagy méretű függőleges tárgyak zavarhatják, mint pl. mindenféle fémes oszlopok stb.

   Fontos körülmény az, hogy a talaj feletti azonos relatív magasságban telepített valamennyi vízszintes polarizált antenna függőleges sugárzási szöge megegyezik a félhullámú dipóluséval. Ez azt jelenti, hogy pl. egy az ideális talajszint felett 3/4 λ  magasságban telepített háromelemes Yagi-antenna sugárzási szöge, a félhullámú dipólushoz hasonlóan, 20° és 60.° között van. A különbség csupán a sugárzási nyaláb relatív intenzitásában, a multiplikációs faktorban van (3.13. ábra). A Yagi-antenna irányító hatása következtében a 20°-os szögben kisugárzott energia a 60°-nál nagyobb szögben kisugárzott energia rovására jelentősen megnövekedett. A kis sugárzású szögtartományban jelentkező sugárzáskoncentráció különösen kedvez a nagytávolságú összeköttetéseknek.

3.13. ábra. A vízszintes háromelemes Yagi-antenna

(A) és a vízszintes félhullámú dipólus (B) függőleges síkbeli jelleggörbéje 3/4λ talajfelszín feletti magasság esetén

 

A függőlegesen egymás fölé telepített, ún. emeletes vízszintesen polarizált antennarendszerek ebben a vonatkozásban hasonlóan viselkednek; ezeknél a környezeti hatás szempontjából számításba jövő telepítési magasság az egyes emeletek talajszint feletti közepes átlagos magassága.

 

3.14. ábra. Ideális talajfelszín feletti hatásos telepítési magasság meghatározása kétemeletes, vízszintes antennarendszernél

 

Példa. A 3.14. ábrán vázolt kétemeletes, vízszintes  antennarendszer alsó síkja λ/2 magasságban van a talajszint felett. Az emeletek közötti térköz ugyancsak λ/2; ebből a hatásos telepítési magasság 3/4λ.

 

A félhullámú dipólus sugárzási tulajdonságai
Tartalom
A környezet hatása a függőleges antennák jelleggörbéjére