Вертикальні антени, потребують невеликої площі для установки, дуже популярні у коротковолновиков. Однак їх ефективність істотно залежить від штучної "землі" - противаг. Загальна рекомендація "чим їх більше, тим краще" прийнятна далеко не завжди. Необхідно відзначити, що стосовно до противовесам є дві принципово різні ситуації. Одна з них виникає, коли є можливість підняти антену досить високо і противаги віддалені від "землі" (даху будівлі і т. д.). Це типово для УКХ діапазонів. Тут число противаг, по суті, не принципово: від одного до трьох-чотирьох. У першому випадку (при одному вертикальному противазі) виходить просто вертикальний диполь. У другому - противаги встановлюють під деяким кутом до випромінювача, розміщуючи їх рівномірно по колу, щоб забезпечити кругову діаграму спрямованості. Але обидва варіанти об'єднує те, що вплив "землі" на роботу противаг несуттєво.
Інша справа, якщо противаги доводиться мати дуже близько до "землі". Ця звичайна ситуація на КВ діапазонах, коли противаги знаходяться від "землі" на відстані істотно меншому, ніж довжина хвилі. Недостатня їх кількість призведе до значних втрат у погано проводить "землі" (ґрунті, на даху будівлі і т. д.) і відповідно до помітного зменшення ККД антени.
Аналіз необхідного в даному випадку числа противаг провів у свій час W2FMI (Jerry Sevick. Short Ground-Radial System for Short Verticals. - QST, 1978, April, p. 18). З результатів аналізу випливають два висновки. По-перше, при даному числі противаг існує межа для їх довжини, перевищення якого вже не приводить до збільшення ефективності противаг.
По-друге, при даній довжині противаг є межа для їх числа, перевищення якого також не сприяє збільшенню ефективності. Поняття "межа", яке фігурує в цих висновках, досить розмите - коефіцієнт корисної дії плавно змінюється в залежності від числа противаг та їх довжини.
Розвиваючи названі вище положення, що випливають з роботи W2FMI, G3SEK запропонував (John White. In Practice. - RadCom. 1999, February, p. 45) простий практичний критерій для визначення довжини і числа противаг, який об'єднує обидва виведення W2FMI в одному співвідношенні. За його оцінками довжина противаг і їх число повинні бути такими, щоб відстань між кінцями противаг (див. малюнок) було кл, причому значення k може лежати в межах 0,02...0,05. Якщо k більше 0,05, втрати будуть значними. Зменшення k до 0,02 реально покращує ККД антени. Однак подальше зменшення k помітного ефекту не дає.
В описах багатьох антен фігурують "резонансні" противаги завдовжки л/4, розташовані на невеликій висоті над дахом. Виходячи з критерію G3SEK, можна стверджувати, що такі противаги стануть ефективними, якщо їх кількість не буде менше 30. Всі наведені вище співвідношення справедливі для противаг, які мають однакову довжину.
Співвідношення, про яких йде мова в цьому матеріалі, визначають розумні межі для комбінації "число противаг - довжина противаг". Очевидно, що при умови виконання цих співвідношень кращою з двох систем для даної антени буде все-таки та з них, що має велику довжину противаг.
Ця публікація ( "Радіо", 1999, № 6) викликала інтерес читачів журналу, оскільки антена GP користується незмінною популярністю у коротковолновиков. Наводимо більш детальну інформацію про результати, отриманих W2FMI (Jerry Sevick. Short Ground-Radial System for Short Verticals. - QST, 1978, April, p. 30-33 ) при дослідженні впливу числа противаг і їх довжини на ККД антени.
Мова йде про КВ антени, встановленої близько до землі (практично без щогли). В цих експериментах грунт під антеною за вимірюваннями W2FMI була "середньої", т. е. мала провідність 15...30 мСм/м ( великі значення відносяться до ґрунті після дощу, менші - до сухої). "Поганий" для антен після дощу, менші - до сухої). "Поганий" для антен вважається ґрунт, яка має провідність менше 5 мСм/м (кам'яниста, пісок), а "дуже хорошою" - близько 100. Залізобетонна дах сучасного будинку, на жаль, швидше за все, відноситься до "поганий грунті".
На рис.1 наведена отримана W2FMI залежність вхідного опору антени на резонансній частоті від числа противаг. Воно включає в себе опір випромінювання (корисна частина) і опір втрат. Розрахункове значення вхідного опору для використаного W2FMI діаметра випромінювача і ідеальної (без втрат) "землі" було 35 Ом.
Як видно з рис. 1, близьку до цього значення вхідного опору досягається лише при числі противаг понад 50. Іншими словами, при малому числі противаг помітна частина потужності передавача не випромінюється антеною, а в прямому сенсі йде в "землю". Для найбільш поширеного варіанту GP з трьома-чотирма противагами вхідний опір буде приблизно 70 Ом, відповідно, ККД антени близько 50 %.
З даних, наведених на рис. 1, також випливає, що довжина противаг не дуже сильно впливає на ККД антени.
Це питання W2FMI досліджував докладно. Результати вимірювань показано на рис. 2, де наведена залежність ККД антени від числа противаг для трьох варіантів їх довжини l/4 l/8 l/16. Аналіз цих кривих дозволяє зробити кілька висновків.
По-перше, чим довше противаги, тим вони, взагалі кажучи, ефективніше.
По-друге, при малому числі противаг їх довжина слабо впливає на ККД, тому зусилля й кошти, витрачені на виготовлення довгих противаг, можуть цьому випадку не дати помітного результату.
По-третє, в певних умовах короткі (менше l/4) противаги можуть забезпечувати таку ж ефективність антени, як і довгі.
Останнім пояснимо докладніше. З рис. 2 видно, що однакові ККД забезпечують чотири противаги довжиною l/4, п'ять-шість противаг довжиною l/8 і сім противаг довжиною l/16. Більше того, двадцять противаг довжиною l/16 забезпечують такий же ККД, як і вісім противаг довжиною l/4. А конструктивні переваги, які дає застосування коротких противаг (особливо на низькочастотних діапазонах), очевидні.
Автор: Jerry Sevick