Home | O anténách |  |  |  | Kontakt
Vliv zemnícího systému u vertikálních antén ...
Všeobecně Že má jakost země vliv na účinnost a další vlastnosti vertikální antény je všeobecně známo. Myslím, že za trochu námahy stojí nějaký serióznější rozbor této problematiky. Bohužel, ve světě je jen málo laboratoří, jako např. Lawrence Livermore National Laboratory and University of California, které se této problematice věnují. Osobně nemám důvod nevěřit výsledkům jejich práce a přestože v určité oblasti beru s rezervou výsledky z NEC metod, tak víceméně se mi nepodařilo prokázat, že by se modelování až tak významně lišilo od praktických důkazů. Že je tato problematika opředena řadou mýtů, o tom mě přesvědčují některé publikované články, jejichž autoři se snaží být seriózními a které se sice odkazují na výsledky popsané contestovými stanicemi, bohužel však výsledky nijak nekvantifikovanými. Proto se pokusím v tomto krátkém článku přidat vlastní názor na celou věc a graficky ji popsat výsledkem z modelu NEC. Vlevo vždy bude obrázek a vpravo komentář.
| 1. Vertikály na zemi (h=0) Diagram na obrázku vlevo porovnává vyzařování dobrého a horšího vertikálu. Všimněte si těchto detailů: 1. diagramy mají stejný tvar 2. horší diagram má proti lepšímu ztrátu ve vyzařování ve směru maximálního vyzařování asi 5 dB. K tomu se ještě vrátím v části, kde popisuji vliv radiálů. 3. Vertikál by přeci jenom mohl mít maximum na nižším úhlu ....
| 2. Groundplane (GP) a vertikál V diagramu je zakresleno modelované vyzařování horšího GP a vertikálu se slušnou zemí: 1. diagramy mají odlišný tvar. Zatímco vertikál má typický široký diagram, u GP se diagram začíná štěpit do horního a spodního laloku. Zatímco horní lalok nám k ničemu není, tak maximum vyzařování ve spodním laloku nestoupá až tak výrazně, jak by se nám líbilo a úhel vyzařování neklesá až tak výrazně. Vidíte, že diagram GP jakoby vyplňoval diagram vertikálu. 2. Proto u stejného diagramu ukazuji červeným oválkem na oblast nízkých vyzařovacích úhlů, která je důležitá pro DX komunikaci. 3. Všimněte si, že na nízkých úhlech není vidět praktický rozdíl. Je pravdou, že není až tak jednoduché vyrobit vertikál s extrémně nízkým úhlem.
| 3. Opět srovnání dobrého GP a dobrého vertikálu Nezpochybňuji zde konstrukci vertikálu s nadzemními radiály a čtvrtvlnného vertikálu s dobrou zemí. Obě antény fungují a nalezneme mezi nimi rozdíly v těchto detailech: 1. GP má nižší vyzařovací úhel, např. 16° a vertikál svých 26° 2. Dobrý GP má ve směru vyzařování o 3 dB větší zisk než vertikál na zemi 3. Dobrý GP pravděpodobně může mít při nízkých úhlech vyzařování až o cca 10 dB lepší zisk a to je hlavní důvod experimentů mnoha hamů, včetně mě. Přesto zde hovořím o pravděpodobnosti. Protože realita je někde mezi tímto ideálem a předchozím uvedeným případem. Za dobrý GP lze považovat jen ten, který je nad vodivou zemí se zakopanými radiály, bohužel....
| 4. Dobrý a horší GP Anténa typu GP může být dobrá a špatná. Za špatnou, tj. pro DX komunikaci nevyhovující považuji takovou, která má díky nevhodně konstruovaným radiálům poškozený tvar vyzařovacího diagramu. Tedy chyby ve směrovosti. O tom však čtěte zde. V závěru napíšu, jak se taková věc v provozu projevuje. Pokud má diagram správný tvar, může být GP dobrý a horší. Horší diagram mají GP, které mají např. tenké vodiče mezi zářičem a koaxiálním napáječem nebo tam mají parazitní indukčnosti (v patě čtvrtvlnného zářiče) a také GP s několika málo radiály, které jsou instalované nad málo vodivou zemí. Takové pak vyzařují jako v případě č. 2. Lepší GP pak vyzařují s vyšším ziskem. Toho lze docílit, když jsou nad lepší zemí, ve které jsou zakopány radiály nebo mají mnoho radiálů a nikoliv jen jeden, 2 nebo 4. Ty 4 radiály jsou snad minimem, aby GP neměl neopomenutelné chyby ve směrovosti.
| 5. Srovnání vertikálu a vertikálního dipólu nízko nad zemí Takovému modelu rovněž věřím. Vertikální dipóly nebo půlvlnné vertikály nízko nad zemí mají nižší vyzařovací úhly než čtvrtvlnné vertikály. Nemám nijak detailně vypracované statistiky, když jsem srovnával oba typy na 30 m. Přesto se mi lépe pracovalo s půlvlnným dipólem než se čtvrtvlnným vertikálem. Dokonce zkracovaný a OCF (mimo střed napájený) dipól byl lepší, někde na mém webu je o tom článek. Zkracoval jsem zejména horní část dipólu kapacitním kloboukem. Nemohl jsem však na experimenty věnovat tolik prostředků a času, abych se dostal až k Discone anténě. Věřím, že funguje, ale pro moje účely je zbytečně složitá.
V předchozích obrázcích jsem modeloval a své domněnky jsem samozřejmě srovnával s praktickými pokusy. Pro můj koncept jsem potřeboval vertikální anténu pro pásma 80/40/30 m. Moc možností jsem neměl a tak jsem váhal u pásma 30m, kde jsem se nechtěl připravit o DX práci. Mám možnost používat modifikovaný QUAD jako rotační dipól nebo mít samostatný zkrácený vertikální dipól jen pro 30 metrů nebo mít třípásmový vertikál pro 80/40/30 metrů. Teď mám vertikál Compact 80/40/30, ale v garáži mám demontovaný zkrácený dipól jen pro pásmo 30 m, hi... Vertikál jsem zkoušel s konkrétní sadou zemních radiálů. Radiálů je už v zemi zakopáno 32. Přesto se neodvažuji tvrdit, zda to je dost nebo zda stačí jen 8 radiálů nebo dokonce 4 radiály nebo že to nebude chodit bez radiálů, tak jako si takové tvrzení dovolí napsat někteří hamové ... Vím jen, že když jsem postavil GP se 4 radiály ve výšce 2m nad zemí s 32 zakopanými radiály, tak jsem zcela určitě ještě stále nebyl na hodnotách případu č. 3, který popisuji u srovnání nad tímto textem a byl jsem někde mezi č. 2 a č. 3. Výsledek s GP však byl lepší než s vertikálem. Když jsem postavil stejný GP na louce, nad zemí bez radiálů, myslím, že jsem měl GP se správným vyzařováním a účinností, kterou popisuji v případě č. 4 jako horší GP. Tedy GP, který má radiály správné, takové, které mu nedeformují směrovou charakteristiku, ale zrcadlí se v průměrné zemi. Deformaci směrové charakteristiky poznáme u vertikálů snadno - obvykle budeme poměrně silně slyšet stanice z okolních zemí, u mě konkrétně DL, OE, SP, HA, a to téměř jako kdybychom poslouchali na nízký dipól. U vertikálu se systémem zemních radiálů na 30 metrech tyto stanice téměř neslyším a na JT65 je nedekóduji, pokud některou ano, tak má ta stanice NVIS anténu (dipól nízko) a já ji přijímám s reportem někdy -12 db, ale častěji až od -20 a méně. Stanice z USA, Karibiku nebo LU, PY a ZS však ve stejném okamžiku slyším např. -11 až -15, ale někdy také -04 ... U GP na budově se mi bohužel signály evropských stanic zesílily, evropské stanice mi začaly hrát -06 až -15 a DXy jsem už nemohl snadno dělat nebo jsem jich slyšel málo. Takže tohle jsou moje praktické zkušenosti s GP a vertikály proto mám výše uvedené názory a rozlišuji mezi dobrými, horšími a špatnými vertikály. Po sobě tady ukážu spojení JT65 přibližně ve stejném čase. Takto chodil GP na střeše se 3 radiály, nic moc, silné evropské stanice, bídně slyšitelné zámořské: Bohužel, když jsem to předváděl, tak ty stanice z jiných kontinentů nebyly až tak slabé, ale přeci jenom byly od -11 do -20 dB a slabší jsem neslyšel. A jindy je neslyším vůbec. Takto chodil vertikál Compact s mými radiály (dva relevantní cykly po sobě), kterou přirovnávám v textu k horšímu vertikálu a věřím, že zakopané radiály jsou horší o cca 10 nebo 15% než ideální zemní rovina a anténa bez radiálů by byla cca jen o 2 dB horší než ta, kterou mám instalovanou: Jako kdybych byl na jiném pásmu. Některé evropské stanice zmizely, ty, které zůstaly jsou slabší, ale hlavně stanice z Chile, Brazílie, USA jsou silné, v čase pokusu byly slyšet s reporty od -4 dB (Brazil). Takže i proto, po zkušenostech z provozu, mám názor, že prohřešky u vertkálních antén jsou častější v jejich směrovosti než v účinnosti. Až budu mít vyrobený druhý prototyp, pokusím se ukázat, že ve stejný čas bude anténa na louce a bez radiálů skutečně na reportech jen o ty dva dB horší, hi. Vliv počtu radiálů, geometrie radiálů a vlastností země má tedy zásadní vliv a to na směrovost a účinnost antény. V tomto článku píšu o relevantním vlivu na účinnost a to u antén, které mají zaručeně dobrou směrovost. O anténách, které mají nějaké prohřešky vůči směrovosti (tady jim říkám "špatné vertikály") píšu mimo jiné také ve druhém článku o vertikálech: http://www.ok1ufc.cz/vertikaly_2.htm. Měli bychom si však dát odpověď na otázku, zda bude vertikál chodit bez radiálů, jak bude chodit s několika radiály a s mnoha radiály. V článku http://www.ok1ufc.cz/nec_3.htm jsem publikoval informace, které uvádím i zde, v dalším odstavci. Vliv počtu radiálů na účinnost čtvrtvlnného vertikálu Někde v zahraniční literatuře jsem četl, že dobrý počet je 120 radiálů. Modeloval jsem v modelu NEC a vyšlo mi, že přibližně nad tento počet radiálů se mi už účinnost vertikálu dále nezvyšovala. Počítal jsem až do 4096 radiálů. Můj vertikál má teď zakopaných už 32 radiálů a tak bude asi o 10 % méně účinnější, než lze teoreticky docílit. V grafu jsem to znázornil tady. Stupnice s počtem radiálů je skutečně logaritmická, hi ... nebo data v tabulce Stupnice v grafu, na které se odečítá počet radiálů je skutečně logaritmická a stupnice s účinností antény je lineární. Abych nepočítal pouze já, odečtěte z grafu účinnosti antény a spočítejte si, prosím, jaký může být rozdíl v zisku mezi dobrým (s mnoha radiály) a horším (s málo radiály) vertikálem. Pokud jste nezapomněli počítat s dB a odhadli logaritmus "od oka" a vyšlo vám nepatrně méně, než 3 dB, počítali jste správně. A pokud jste se snažili vypočítat rozdíl mezi 4 a 8 radiály a nemohli jste se dopočítat relevantního rozdílu (vyšly vám "jen desetiny dB"), tak jste také počítali správně. Existují však případy zemí s mizernou vodivostí. Místa v horách a na skalách. V takových místech již nenaměříze odpor země v hodnotách desítek ohmů, jako na louce nebo na kraji lužního lesa. Pak samozřejmě výše uvedený graf nelze extrapolovat do počtu 0 radiálů, proto ten graf začíná na hodnotě jednoho radiálu, ale i tak ho nepoužívejte, v takových případech neplatí. Pokud vám zkušenější ham zasvěceně radí a má jasný praktický názor bez výpočtu na účinnost antény se 4 nebo 8 radiály, či dokonce takovou zkušenost může prakticky doložit, věřte, že se tomu opravdu směju, ale jsem přesvědčen, že u svých antén řešil problém s jejich směrovostí, nikoliv účinností. Závěr Při srovnávání vyzařovacích diagramů jsem byl opatrný a uvažoval jsem s horší zemí, než je na louce. V diagramech uvádím až 5 dB rozdíly, aby byly vidět, ale podle grafu s účinností víme, že ty rozdíly mohou být jen 2.8 dB! Je mi jasné, že na horách bez porostu vertikál nemá smysl stavět, vliv nadzemních radiálů bude zásadní a musíme použít GP (nebo jiný druh antény). A je mi také jasné, že když někdo vychází z pokusů nebo špatných zkušeností a anténu nestavěl zrovna na skále nebo na baráku a má rozdíly větší, že musí jít o chybu ve směrovosti. Článeček pro úplné začátečníky, ve kterém jsem popsal základní vlastnosti antén, je zde: http://www.ok1ufc.cz/antenna_uvod.htm. Možná jsem tímto článkem některé zkušenější čtenáře přivedl do zvláštní skepse, protože jsem ukázal, že účinnost vertikálu nelze nad určitou mez jednoduše zvyšovat a vyzařování na nízkých úhlech je takové, jaké je. Proto bych snad měl pro úplnost uvést odkaz na článek, ve kterém srovnávám trochu precizněji vyzařování vertikálu a dipólu. Ale obávám se, aby ta skepse nebyla ještě větší, hi. Čtěte srovnání až na konci článku. Úvod je pro začátečníky, kteří studují dipól: http://www.ok1ufc.cz/Dipol.htm Vliv zemních radiálů pod stožárem má vliv i na směrovku....
73's Míra, ok1ufc
© 2011 - Věra Šídlová a Míra Šídlo, ok1ufc, datum poslední úpravy: 12.01.2014