アンテナについてラムダの XNUMX/XNUMX。スキーム、説明

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アンテナについてラムダの XNUMX 分の XNUMX。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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正しい記述も間違っている可能性があります。これは冗談ではなく、事実を述べたものです。文脈を無視して正しいステートメントを取り出した場合、たとえば、それが真となる制約に名前が付けられていない場合、誤解を招く可能性があります。この記事の著者によると、人気のある 6λ / 8 アンテナの特性でも同様のことが起こりました。

短波と超短波、および C-B 無線局の所有者の間では、長さ 5λ / 8 の垂直アンテナが人気があります。アマチュア無線の文献や広告から、長さが 5 λ / 8 の垂直エミッターは、指向性パターンのローブを垂直面で地面に最大限に押し付け (水平パターンでは円形)、したがって最大値をもつことはよく知られています。効率。アンテナの最も単純なバージョンを図に示します。 1a. エミッタの長さ 5λ/8 は共振しないため、エミッタシートに誘導要素、つまり電気長が λ/4 のコイル L または閉線のセグメントを導入することによって Zλ/8 になります。

ケーブルのシースからの「逆」電流は 27 分の 4 波長バランスに広がります。それらの中の電流は反対方向を向いているため、それらは放射線には関与しません。カウンタウェイトを下に曲げることは不可能です。この場合、カウンタウェイトの電流の垂直成分によりアンテナの電気長が増加し、放射パターンに悪影響を与えるからです。多くの場合、図のインダクタの下側出力はカウンターウェイトに接続されます。編組は同点に接続され、ケーブルの中心導体はコイル出口に接続されます。 XNUMX MHz 帯域では、カウンターバランスは λ / XNUMX よりも短くされることが多く、それに応じてアンテナを共振状態に調整するためにインダクタンスが増加します。

アンテナ内の電流分布を図に示します。 1b. これは、精度の高い正弦波であると考えることができます。放射パターン (図 1c) には、地平線に対してある角度に「ゼロ」があり、さらに大きな角度に不必要なサイドローブがあります。このローブは、地平線に押し付けられたメインローブと前述の最大指向性係数に対する支払いです。おそらく、要するにこれですべてです。このアンテナについて、著者 (および他のアマチュア無線愛好家) が知っていたことは、... 多少の当惑を引き起こしました。

ファイブエイスラムダアンテナについて

エミッタの下部セクションは静止しておらず、電流は上部の半波長部分の電流とは逆方向に流れます。結局のところ、放射パターンは次のように形成されることが知られています。エミッタの各小さなセグメントからの電界は、振幅と位相を考慮して任意の方向に合計されます。地平線に向かう方向では、すべてのセグメントからの波の伝播経路の長さは同じであり、追加の位相侵入はありません。アンテナの上部の半波長部分からの電界は同相で振幅が加算されますが、下部 (電流の方向が反対) からの電界は位相が異なります。差し引かれた！

これらの考慮事項から、5λ / 8 の長さの振動子よりも、より短い半波長の垂直放射体の方がうまく機能することがわかりました。そして、5λ/8の長さのエミッタの下部セクションの電流の方向を何らかの方法で逆にすると、より効率的になります。この結論を証明するには、SPV を理論的に計算するか、適切な実験を設定することが可能です。しかし、これはすべてずっと前に行われたのではないかと疑い、著者は古い文献資料を研究することを好みました。そして何が判明したのでしょうか？

初めて、5λ/8 の長さの垂直アンテナマストが 1924 年に S. Ballantyne によって記載されました [1]。中波放送のフェージング防止アンテナとして開発されました。すぐに大人気となったこのアンテナのさらなる利点は、実際に地平線に向かって最大の電界強度を生み出すことが判明しましたが、それは真上に位置する振動子に沿って自然な (正弦波状) 電流分布を持つアンテナのクラスに限られることです。完全な導電性の表面。

多くの人はこの声明の最初の部分をよく覚えていますが、アマチュア無線文献の記事の著者はどうやら後半の部分を少し忘れていたようです。専門的なものでは、次のように報告されています [2]: 「ラジエーターの上半波長未満の電流の反転を防ぐために特別な手段が取られれば、さらに水平方向の利得が得られる...」。言い換えれば、アンテナの下部の電流の方向を逆にすると、地平線への放射で追加の利得が得られます。同時に、利得を高めるためにアンテナの長さをさらに長くすることも可能です。長さが 5λ/8 の古典的なアンテナの場合、図のサイドローブが急激に増加し、メインローブが減少するため、長さを増やすことはもはや不可能であることを思い出してください。

アンテナの下部の電流を反転した後、整合コイルを取り除くためにアンテナの長さをさらに λ/8 長くすることをお勧めします。その結果が、1911 年にマルコーニの技術者フランクリンによって提案された、よく知られた同相コリニアアンテナです。フランクリンアンテナは、半波長セグメントに分割された垂直ワイヤであり、その間にコイル (図 2、a) または 2,6/2 波長ライン (図 2) が接続されています。これらの要素では、電流の逆半波が「隠蔽」されます。放射セグメントの電流は同相であることがわかり(図XNUMXc)、これによりダイアグラムが狭くなり、サイドローブが大幅に減少します(図XNUMXd)。このようなアンテナの帯域幅は数パーセントです。

ファイブエイスラムダアンテナについて

アンテナの高さと「フロア」の数（フランクリンによる）の増加に伴う指向性図の変化のダイナミクスを図に示します。 3は(2)から拝借しました。

ファイブエイスラムダアンテナについて

完全に導電性のアースの場合の図を再度示します。損失正接 (変位電流に対する伝導電流の比) を計算することにより、アンテナの下の土壌が導体または誘電体に起因することが可能です: tgδ = jnp/jcm = δ/ωεε0。導体の場合、それは XNUMX よりもはるかに大きくなりますが、誘電体の場合、それははるかに小さくなります。損失正接は周波数に依存します。中波、高周波HF帯、VHF（私たちにとって興味深い周波数範囲です！）で作業する場合、同じ土壌が導体の近くにあり、誘電体になることがわかります。そして、これにより地面からの反射の位相が逆に変化し、地平線に向かう方向では放射パターンの最大値はなくなり、最小値になります。この場合の放射パターンのメインローブは表面から外れ、表面に対して特定の角度で方向付けられます（アンテナが設置されている場所が小さいほど、地上よりも高くなります）。

言い換えれば、導電性グランド上で動作する場合、5λ/8 アンテナは実際に半波長ダイポールよりも優れた性能を発揮します。これは、主要な放射部分が表面よりも高いため、放射パターンが狭くなり、下部からの放射によるフィールドの減少が補償されることによって説明できます。 5λ/8 アンテナがオープンスペースに配置されている場合、そのような補償は行われず、半波長ダイポールに対する利点は失われます。上記は、5λ/8 の長さの VHF アンテナで構成される多層アンテナシステムにも多少は当てはまります。導電性アースの場合のように、メインの半波長放射セグメントの間隔を長くすると、ダイアグラムが狭くなり、逆電流のあるセクションの放射による損失が補償されます。ただし、この場合でも、「逆」セグメントを除外すると利益が得られるはずです。

バランタインとフランクリンの間でアンテナのメリットについて論争があったかどうかは不明である。おそらくノーです。なぜなら、アンテナはまったく異なる目的のために作られたからです。しかしアマチュア無線家の間ではこうした論争が繰り返し起こる。この記事で述べた議論が、これらの紛争におけるコモンモードアンテナの支持者に役立つことを願っています。そして、これらの行の著者が到達した実際的な結論は次のとおりです。垂直無指向性アンテナを作成することに決め、同時にそれを λ / 2 より大きく、λ より小さくする機会がある場合、2 分の XNUMX ラムダアンテナではなく、最大のプラスの効果が得られます。フランクリンアンテナ (図 XNUMX を参照)。

文学

Ballantine S. 完全な地球上の垂直アンテナの最適な送信波長について - Proc. I.R.E. 1924 年 833 月、p. XNUMX.
無線工学ハンドブック。 1959 番目のエドマグロウヒル。 20.p. 24-XNUMX。

著者: V.Polyakov (RA3AAE)

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