Menu

15.1. A quadelem

 

Az egészhullámú hurok legismertebb változata a hajlított dipólus (lásd a 4.1. alfejezetben). Belőle vezethetjük le a quadelemet és további változatait is.

Ha egy vízszintes elhelyezésű hajlított dipólust a 15.1. ábra szerint függőlegesen széthúzunk, egy olyan négyzetet alakíthatunk ki belőle, amelyben mindegyik oldal hossza λ/4, és amelyet a függő leges síkban az egyik csúcsára állítottunk.

 

15.1. ábra. A quadelem származtatása a hajlított dipólusból

 

Az áram eloszlás ― mint a berajzolt nyilakon is láthatjuk ― ugyanaz marad ezen a deformált hajlított dipóluson is, mint ahogyan az eredeti alakban tapasztalhattuk. A négyzetes alakú, egészhullámú antennaelem két árammaximuma azonban már nincs olyan szoros csatolásban egymással, mint a hajlított dipólusban, mert kereken 0,35λ távolságra kerül egymástól. Ennek következtében megváltozik a hajlított dipólus esetéhez képest az irány jelleggörbe is, és körülbelül 120Ω-ra csökken a talpponti ellenállás.

Az egészhullámú quadelemet két egyenlő fázisban gerjesztett félhullámú dipólus emeletes elrendezésének tekinthetjük, és a dipólusrés legegyszerűbb alakját ismerhetjük fel benne. Az ilyen rendszerek, mint tudjuk, nyalábbá egyesítik a H síkban a sugárzást (lásd a 13.2. alfejezetet), vagyis a félhullámú dipólushoz képest a vízszintesen polarizált quadelemnek nyeresége van, hiszen a függő leges síkban csökkent a nyílásszög. Az ARRL (American Radio Relay League) laboratóriuma mérésekkel is alátámasztotta ezt a megállapítást, és kimutatta, hogy a 15.1. ábrán szaggatott vonallal berajzolt egyszerű quadelem antennanyeresége  a félhullámú dipólusra vonatkoztatva 1dB.

A rombusz alakú quadelemről azonban el kell még mondanunk, hogy ma már nagyon ritkán találkozhatunk vele. A gyakorlatban kiderült ugyanis, hogy az egyik csúcsára állított antenna elemnek minden más, egészhullámú hurokhoz képest észrevehetően rosszabbak a sugárzási tulajdonságai. Hogy ez miért van így, eddig még nem sikerült egyértelműen tisztázni. Minthogy azonban az antennaelem alsó fele az árammaximum helyén felfelé hajlik, felső felén pedig lefelé mutatnak a szárak, sejteni lehet, hogy ez a körülmény kedvezőtlenül befolyásolja a sugárzási viszonyokat.

A gyakorlatban is elkészített quadantennák túl nyomó többsége a 15.2. ábra szerinti felépítést követi. A berajzolt nyilak világosan megmutatják, hogy a 15.2.(a) ábra szerinti vízszintes szakaszok és a 15.2.(b) ábra szerinti függőleges szakaszok egyenlő fázisban kapják a gerjesztést, amiből egy értelműen következik a lineáris polarizáció. Az A betáplálási pontokban ugyanazok az áramviszonyok uralkodnak, mint bármelyik félhullámú dipólusban. Az árammaximum helyén tápláljuk a sugárzót, a két dipóluságban egyenlő fázisú a gerjesztés (az áramnyilak ugyanabba az irányba mutatnak). Az A táppont felé eső két dipóluság B és D külső végén csomópontja van az áramnak, vagyis megváltozik itt az áramirány (lásd a nyilakat). Ezáltal az A és C szakasz egyenlő fázisban kapja a gerjesztést, míg a B és D szakaszok fordított fázisúak. Ez azt jelenti, hogy a 15.2.(a) ábra szerint egyértelműen vízszintes a polarizáció, hiszen a vízszintes oldalak gerjesztése azonos fázisú.

 

15.2. ábra. Árameloszlás négyzetes quadelemeken:

(a) vízszintes polarizációval; (b) függőleges polarizációval

 

A 15.2.(b) ábrán viszont az egyik függőleges oldalon van a betáplálás, és itt a vízszintes szakaszok vannak ellenfázisban. Az utóbbi esetben egyértelműen függőleges polarizációt kapunk. Így tehát az A betáplálási pont megfelelő kijelölésével meg lehet szabni a quadelem polarizációját, és ez erre vonatkozó szabályok a következők

        betáplálás egy vízszintes oldalon = vízszintes polarizáció;

        betáplálás az egyik függőleges oldalon = függőleges polarizáció.

A quadelemben pontosan a tápponttal szemben feszültségminimumot kapunk, úgyhogy itt minden hátrányos következmény nélkül földelhetünk. A 15.3. ábrán áttekintést kapunk a vízszintes és a függőleges polarizációjú quadelemek táplálásáról és földeléséről. A működés szempontjából az teljesen közömbös, hogy a vízszintes polarizációhoz az A vagy a C pontban, illetve hogy a függőleges polarizációhoz a B vagy a D pontban tápláljuk az antennaelemet, aminek a gyakorlati konstrukció szempontjából lehet jelentősége. Ha a 15.3.(c) ábra szerint T-illesztéssel tápláljuk az antennát, vagy ha gamma-illesztéssel dolgozunk, nincs le választva az antennaelem, és az A és C, illetve B és D pontokban fémes érintkezéssel közvetlenül hozzáerősíthetjük a tartóoszlophoz.

 

 

15.3. ábra. A négyzetes quadelem polarizációja és földelési lehetőségei:

(a) és (b) vízszintes polarizációval; (c) vízszintes polarizáció és T-illesztés;

(d) és (e) függőleges polarizációval; (f) függőleges polarizáció és gamma-illesztés

 

A táplált quadelem kerülete a rezonancia eléréséhez elméletileg 1λ. A szokásos dipólusokkal kapcsolatban fizikai okok miatt mechanikailag mindig megrövidül a hullámhosszhoz képest az antenna vezetője, a quadelemekkel kapcsolatban azonban nem ilyen rövidüléssel kell számolnunk. A különböző vizsgálatok egybehangzóan arra az eredményre vezettek, hogy a quadelemek rövidülési tényezője nagyobb 1-nél, vagyis hogy rövidülési tényező helyett itt hosszabbodási tényezővel van dolgunk. Ez a megállapítás minden zárt, egész hullámú hurokra és minden hullámtartományra érvényes. A hosszabbodási hatást azzal a ténnyel magyarázhatjuk meg, hogy az egészhullámú zárt huroknak az egyenes dipólussal ellentétben nincsenek szabad végei, ezért nagyon csekély a szélek kapacitív hatása (lásd a 3.1.5. pontban). Ezen kívül hosszabbító hatású az is, hogy szögben behajlítjuk a huzalt. Ehhez hasonló esettel van dolgunk a hajlított dipólussal kapcsolatban is, amikor nem vesszük figyelembe a rezonanciahossz számításában a két párhuzamos vezető közötti távolságot meghatározó összekötő vezetékszakaszokat. E huzaldarabok figyelembevételével ugyanis a hajlított dipólus vezetőjének teljes hossza is meghaladja a hullámhosszt (R értékét). A quadelemre vonatkozólag a hullámhossz 1,02...1,03-szorosával vesszük egyenlőnek a teljes kerületet. Régebben többnyire túlságosan kicsik voltak a quadantenna oldal hosszára közölt értékek, és az ezek alapján méretezett rendszerekben vakvezetékekkel (csonkokkal) kellett kikényszeríteni a rezonanciát.

A huzalból kialakított quad egyszerű lehetőséget nyújt a rezonancia utólagos pontos beállítására (15.4. ábra). E lehetőség kihasználásához a szükségesnél valamivel rövidebbre vesszük a huzal teljes hosszát, a betáplálási pont két oldalán beiktatunk egy-egy szabadon függő szigetelőt, és egy huzaldarabbal áthidaljuk őket. A hurokszerűen kialakított huzaldarabok hosszabbítgatásával és rövidítgetésével lehet a finombeállítás során pontosan megkapni a kívánt rezonanciát. A tápponttal szemben levő oldalon ugyanilyen eredménnyel, de olcsóbban érhetjük el a 15.4.(b) ábra szerint a behangolást: itt ugyanis csak egy szigetelőre és csak egy beállítóhurokra van szükség.

 

15.4. ábra. Huzalból kialakított hurok, mint segédeszköz a négyzetes (quad-) elem hangolásához

 

Rezonancia eltolódásokkal általában minden rövidhullámú antennán számolnunk kell, mert ebben a hullámtartományban rendszerint nem lehet olyan magasságban felszerelni az antennát, hogy elhanyagolható maradjon a talaj és a környezet hatása. Minél közelebb van az antenna a talajhoz, annál nagyobb mértékben tolódik el a kisebb frekvenciák irányában a rezonanciafrekvencia. Hasonló módon befolyásolja a talaj közelsége a talpponti ellenállást is. Az emeletes rendszerben alkalmazott quadelem nem olyan érzékenyen reagál a talajviszonyokra, mint az egyszintes antenna, de azért ez esetben is lehetőleg minél magasabban kell felszerelni a talaj fölött.

A szerelési magasság növelésével egyre csökken a függőleges síkban a fő sugárnyaláb emelkedési szöge, amelynek egyébként igen fontos szerepe van a nagy hatótávolságokat eredményező ionoszférikus terjedésben. Ezért arra kell törekednünk, hogy a félhullámnál lehetőleg minél nagyobb legyen a quad talpponti magassága. A hullámhossznak megfelelő vagy ennél nagyobb magasságban felszerelt quad kisugárzását gyakorlatilag már nem befolyásolják a talajviszonyok. A függőleges síkban aránylag kis emelkedési szög előnyei természetesen csak akkor érvényesülhetnek, ha vízszintes polarizációjú a quad. Függőleges polarizáció esetén vízszintes irányú a H sík. Ezért, de mechanikai okok miatt is nagyon ritka a függőlegesen polarizált quad.

 

 

Egészhullámú hurokkal működő, irányhatású antennák

Tartalom

A téglány