Чвертьхвильовий штир - Антенно-фідерні пристрої
У довгохвильовому та середньохвильовому діапазонах неможливо створювати спрямовані антени, оскільки довжина її значно менша за чверть. У зазначених діапазонах застосовуються антени як штирів.
Поширення струму та напруги вздовж чвертьхвильового штиря. Основним джерелом втрат у таких антен є струми землі. Тому застосовують противаги (заземлення) у вигляді пучка проводів, закопаних у землю на глибину 20-40 см. Причому, чим менше опір заземлення, тим більше ККД антени.
Опір випромінювання антени пов'язаний з діючою висотою таким чином:
Вхідний опір несиметричного вібратора вдвічі менше, ніж у еквівалентного симетричного вібратора, оскільки при однакових струмах живлення у першого напруга живлення вдвічі менше (рис.2).
Багатьох цікавить, як впливає висота підйому штиря з його діаграму спрямованості і чи залежить його опір від висоти підвісу. Напередодні цього я познайомлю вас з найважливішим результатом (6). Він полягає в тому, що розподіл струмів у штирі не залежить від висоти підвісу за наявності ідеальної землі-системи противаг.
Це дуже важливий результат. Практично це означає, що на якій би висоті штир разом зі своєю системою землі не знаходився, його опір буде постійним.
Але це окремий випадок більш загального рішення. Загальний результат рішення показує, що якщо штир налаштований на резонанс, то його нижній кінець можна заземлити. При цьому його можна живити у будь-якій точці.
На результатах цього важливого висновку і створені штирьові антени (прапор-антени, щогли-антени), нижній кінець яких з'єднаний з "землею" і які живляться через гамма-узгодження або яким-або іншим способом, зручнішим у разі.
Діаграми спрямованості l/4-штиря наведено на рис.17. З цього малюнка видно, що чим більше піднімається антена, тим більше пологий кут випромінювання до горизонту. Це тим, що відбувається додавання випромінюваної штирем хвилі і хвилі, відбитої від землі. Природно, що якщо грунт має погані провідні властивості, то діаграма спрямованості буде близька до діаграми спрямованості штиря над землею.
Піднімати антену на висоту більш довжини хвилі немає сенсу, тому що при цьому вже не відбувається зменшення кута випромінювання, а тільки починають дробитися верхні бічні пелюстки. При піднятті на висоту штирів довжиною більше l/4 результат буде такий самий. На рис.17 наведені діаграми спрямованості штирів різної довжини, розміщених над землею, що ідеально проводить (5). Слід запам'ятати ще одну цікаву особливість штирів, висота яких дорівнює l і більше. Такі антени у професійному зв'язку використовуються як антифедінгові (4). Для радіоаматорів це означає, що така антена прийматиме без проблем сигнал, що приходить із завмираннями на 1/4-штир або чвертьхвильовий диполь.
Для успішної роботи штирева антена повинна бути узгоджена з лінією живлення і налаштована в резонанс з сигналом, що випромінюється їй. Незважаючи на все різноманіття узгоджувальних пристроїв і штирів їх можна розбити на три групи.
- штир узгоджений, електрична довжина якого дорівнює l/4 (рис.19а)
- штир з електричною довжиною більше l/4 (рис.19б) (цю "зайву" довжину прибирають за допомогою ємності);
- штир з електричною довжиною менше l/4 (рис.19в) (“довжину, що бракує”, додають котушкою індуктивності).
Для практики необхіднопам'ятати, що конденсатор і котушка повинні мати максимально можливу добротність, а також бажано, щоб ТКЕ і ТКІ були якнайкраще. Зазвичай ємність конденсатора, що укорочує, може бути в межах 100 пФ на 28-18 і більше на НЧ-діапазонах. Параметри котушки, що подовжує - одиниці мкГн - до 21 МГц, десятки - до 3,5 МГц. Точно визначити теоретичне їхнє значення важко, тому що в цьому випадку відбувається вплив коефіцієнта укорочення вібратора, ємностей торцевих на землю і маси інших параметрів. Внаслідок цього узгоджувальні реактивності часто підбирають експериментально. Однак бажаючі можуть скористатися роботами (3,7,8) для визначення точного теоретичного значення реактивностей, що подовжують і вкорочують.
На закінчення слід зазначити, що подібна практика узгодження застосовна і до штирів довжиною, кратною l/4.