Радиоантенны 
Часто встречающаяся проблема с вертикальными заземляющими системами заключается в непрактичности — во многих случаях — создания симметричного круга радиалов. Какие-либо препятствия, например, строение или граница участка, могут сделать невозможным размещение радиалов в определённых зонах вокруг или вблизи основания антенны.
Поэтому решено провести эксперименты, сравнивая мощность сигнала четвертьволновой вертикальной антенны с полным кругом радиалов (360°) и антенны, у которой значительная часть радиалов отсутствовала в одном секторе.
Первая часть эксперимента проводилась на четырёх частотах: 7,2, 14,2, 21,2 и 28,5 МГц. Вторая часть эксперимента проводилась только на частоте 7,2 МГц.
Конфигурации радиальных антенн
Для серии этих испытаний в качестве эталонной конфигурации (C1) был выбран симметричный радиальный вентилятор на 360° с тридцатью двумя радиалами длиной ¼ длины волны (на диапазоне 40 м). Система с тридцатью двумя радиалами длиной ¼ длины волны обычно показывает хорошие результаты.
Можно добавить больше радиалов, но прирост будет относительно небольшим, поэтому система с 32 радиалами является хорошим компромиссом и, вероятно, более типична для любительских установок. Радиалы были близки к ¼ длины волны на диапазоне 40 м. На рисунке 1 показан вид сверху начальных геометрий радиальных вентиляторов.
Рис. 1. Отсутствующие радиальные схемы секторов
Четыре сектора по 180° были расположены относительно приемной антенны следующим образом:
- Радиальные в направлении (C2),
- Радиальные от (C3),
- Радиальные влево (C4) и
- Радиальные вправо (C5).
Обе конфигурации, правая и левая, которые в идеале должны быть идентичными, были использованы для проверки согласованности измерений.
После проведения тестов с использованием конфигураций C1–C5 стало понятно, что некоторые дополнительные радиальные конфигурации могут быть интересными. В частности, хотелось посмотреть, насколько добавление нескольких коротких радиалов в недостающем секторе улучшит ситуацию. Добавлены к эксперименту конфигурации, показанные на рисунке 2:
Рис. 2. Дополнительное асимметричное заземление системы
Таблица 1
Влияние системы заземления сектора 180° на уровень сигнала в заданном направлении относительно приёмной антенны
|
Частота |
C2 |
С3 |
С4 |
С5 |
|
7,2 |
-0,42 |
-1,91 |
-0,82 |
-0,94 |
Таблица 2
Результаты испытаний для добавленных радиальных конфигураций
| Радиальные Конфигурации |
Относительно C1 (0,0 дБ) |
| C6 C3 C7 C8 C9 |
–0.44 –1.91 –1.39 –1.52 –0.34 |
5. Отсутствующий сектор 90° (удалено 7 радиалов, осталось 25 радиалов) (C6). Ось отсутствующего сектора была направлена на приёмную антенну.
6. К C3, у которого 17 радиалов направлены от себя, добавили ещё шестнадцать 33-футовых радиалов между уже имеющимися семнадцатью (всего 33 радиала) (C7). Отсутствующий сектор 180° был направлен на приёмник.
7. К C3 добавили пятнадцать 8,5-футовых радиалов веером в сторону приемной антенны. Это 1/16 λ радиалов на 40 м (C8), C9). К C3 добавили пятнадцать 17-футовых радиалов веером в сторону приемной антенны. Это 1/8 λ радиалов на 40 м.
Результаты испытаний
Моделирование наземных систем с отсутствующими секторами с использованием NEC показывает, что по сравнению с полной 360-градусной системой мы должны наблюдать как снижение пикового сигнала, так и искажение диаграммы направленности; другими словами, отношение передней и задней части не будет равно 0 дБ.
Экспериментальные результаты представлены в Таблицах 1 и 2. Обратите внимание, что Таблицы 1 и 2 показывают разницу в дБ по сравнению с радиальным веером на 360° (C1), который является эталоном.
Очевидно, что секторные радиальные системы влияют на излучаемый сигнал. В направлении оставшихся радиалов потери сигнала составляют порядка 0,5 дБ, но в направлении отсутствующего сектора потери составляют от 1,9 до более 3 дБ. Если у вас потери 3 дБ, это означает, что вы потеряли половину мощности. Нехорошо!
Результаты испытаний качественно согласуются с NEC: пиковая амплитуда снижается, а диаграмма направленности искажается, когда используется только частичный радиальный элемент.
В данном случае используется вентилятор. Радиальная система, примененная в испытаниях, описанных в Таблице 1, имеет радиальные элементы длиной 33 фута, что, разумеется, является избыточным для частот выше 7,2 МГц. Как мы видели в обсуждении многоточечных заземляющих систем (Часть 6), система с сорока 40-метровыми радиалами демонстрирует наилучшие результаты, превосходя даже систему с тридцатью двумя радиальными элементами длиной в четверть длины волны, подобранными для каждой полосы частот.
Результаты испытаний конфигураций радиалов C6-C9 представлены в Таблице 2. Все эти испытания проводились на частоте 7,2 МГц.
Первое, что бросается в глаза, это то, что удаление семи радиальных элементов в секторе 90° (C6) не оказывает существенного негативного влияния, снижая эффективность всего лишь на -0,44 дБ. Однако, полное удаление всех радиальных элементов в секторе 180° (C3) приводит к значительному ухудшению (-1,91 дБ). Потери увеличиваются почти на 1,5 дБ по сравнению со случаем 90°!
Перемещение радиальных элементов, удалённых из C1 (для формирования C3), и их размещение между оставшимися радиальными элементами в C3 (C7) несколько улучшает ситуацию, уменьшая потери на 0,5 дБ. Если же вместо этого мы добавим пятнадцать радиальных элементов длиной в 1/16 длины волны (C8) в отсутствующий сектор, мы получим схожее улучшение, около 0,4 дБ.
Несмотря на некоторое улучшение, потери сигнала как в C7, так и в C8 остаются значительными. Наиболее эффективным решением представляется установка пятнадцати радиальных элементов длиной в 1/8 длины волны (C9) в отсутствующий сектор. К сожалению, это не всегда возможно осуществить.
Вот несколько заключительных замечаний
Моделирование и эксперименты убедительно показывают, что секторные системы заземления могут значительно ослаблять сигнал в некоторых направлениях и искажать диаграмму направленности.
Что можно предпринять? Прежде всего, следует помнить, что интенсивность поля вокруг вертикальной антенны быстро возрастает по мере приближения к её основанию. Если отодвинуть основание антенны от препятствия всего на 1/16 λ, а ещё лучше на 1/8 λ, чтобы хотя бы часть радиалов была направлена в сторону препятствия, потери уменьшатся.
Как было показано, расстояние в 1/8 λ может быть весьма эффективным. При этом, возможно, придётся укоротить некоторые другие радиальные элементы с противоположной от препятствия стороны, но это может быть приемлемо. Ещё один вариант — переместить основание антенны со стороны здания в угол, что позволит увеличить сектор радиалов со 180 до 270°. Как показывают тестовые данные, это может быть очень полезно.
Эти эксперименты проводились в идеальных условиях, без реальных строений рядом с антенной. Помимо потерь, наблюдаемых в этой идеализированной ситуации, весьма вероятно, что строение, блокирующее радиальный веер, ещё больше увеличит потери. Трудно оценить, насколько сильно возрастут потери, но маловероятно, что здание улучшит ваш сигнал!
Ещё один фактор, который следует учитывать, — это характеристики почвы. Почва, на которой проводились эти тесты, оценивалась как хорошая или даже очень хорошая, в зависимости от времени года. Более бедные почвы приведут к ещё большим негативным эффектам от использования секторной системы заземления, чем те, что показаны в таблицах 1 и 2.
Представленные здесь результаты — лишь малая часть многих возможных вариантов. Экспериментально исследовать все возможные ситуации невозможно, но моделирование с помощью NEC должно дать хорошее качественное представление о вашей конкретной ситуации. Одна распространённая ситуация, которую я не успел исследовать экспериментально, — это случай, когда основание находится рядом с домом, но недалеко от угла.
Общепринято считать, что радиальные элементы следует прокладывать вдоль стены дома до угла, а затем разводить их веером оттуда. Не думаем, что это может навредить, но имейте в виду, что чем дальше вы находитесь от угла, тем менее эффективной, вероятно, будет эта схема.
N6LF
