Вертикальная антенна с длиной волны пять восьмых (5/8 λ) обеспечивает усиление по вертикали в четверть волны с небольшой дополнительной сложностью и стоимостью.
Хотя четвертьволновая вертикальная антенна обеспечивает хороший уровень характеристик, легко получить некоторое дополнительное усиление, удлинив излучающий элемент вертикальной антенны до пяти восьмых длины волны, 5λ/8.
В результате вертикальная длина волны в пять восьмых приобрела популярность во многих случаях и широко используется на ОВЧ и УВЧ, а иногда и на более высоких КВ-диапазонах.
Вертикальная длина волны в пять восьмых используется, поскольку она сохраняет все преимущества вертикальной антенны в четверть длины волны для различных приложений двусторонней радиосвязи, где она обеспечивает всенаправленную диаграмму направленности благодаря своему вертикальному элементу. Однако он также обеспечивает небольшое дополнительное усиление для сигналов под малым углом.
При очень небольших дополнительных затратах с точки зрения производства дополнительное усиление часто рассматривается как идеальное решение для многих ситуаций радиосвязи.
Концепция антенны с длиной волны пять восьмых
Концепция вертикальной антенны на пять восьмых длины волны начинается с четвертьволновой антенны.
Четвертьволновая вертикальная антенна хорошо работает, когда она нагружена на землю или плоскость заземления.
Антенна с длиной волны пять восьмых часто используется в мобильных ситуациях, когда она использует металл транспортного средства в качестве заземляющего слоя.
В этих мобильных ситуациях четвертьволновая антенна работает хорошо, обеспечивая хороший уровень излучения под углом, близким к параллели с землей, тем самым обеспечивая очень хороший локальный охват, что обычно и требуется.
Хотя четвертьволновая вертикаль испускает большую часть своего излучения под относительно небольшим углом, есть возможности сфокусировать большую часть энергии близко к земле.
Хорошо известно, что когда дипольная антенна выдвигается за пределы половины длины волны, диаграмма направленности меняется. Первоначально больше энергии фокусируется под прямым углом к оси проводников антенны, но затем достигается точка, в которой начинают формироваться боковые лепестки, и энергия под прямым углом к проводникам начинает падать.
Установлено, что оптимальная точка для максимального излучения под прямым углом к проводникам возникает в точке, где диполь примерно в 1,2 раза больше длины волны.
Вместо использования диполя, если вертикальная плоскость заземления используется для второго элемента антенны, тогда она соответствует длине примерно 5/8 длины волны, λ.
Импеданс антенны и согласование
Для большинства приложений необходимо убедиться, что антенна обеспечивает хорошее согласование с коаксиальным кабелем 50 Ом. Это очень важно, если мощность не должна отражаться обратно в передатчик, а затем поглощаться.
Если уровень отраженной мощности слишком высок, схема защиты в передатчике может начать действовать и снизить мощность передатчика. Это, скорее всего, сведет на нет любые преимущества, которые может обеспечить фактический излучающий элемент.
Было обнаружено, что вертикальный элемент с длиной волны 3/4 обеспечивает хорошее согласование, и, следовательно, одним из решений для обеспечения хорошего согласования импеданса вертикальной антенны с длиной волны 5/8 является то, чтобы она выглядела так, как если бы она была излучателем 5/8, но имела электрическая длина элемента 3/4.
Таким образом, он излучает как излучатель 5λ/8, но имеет импеданс антенны 3λ/4.
Это достигается размещением небольшой нагрузочной катушки в основании антенны для увеличения ее электрической длины. Кроме того, добавлен небольшой конденсатор, чтобы нейтрализовать любые оставшиеся реактивные элементы.
Согласование с антенной обычно обеспечивается самой антенной, поскольку вертикальная полоса 5λ/8 обычно используется на ОВЧ или УВЧ, где редко используются отдельные блоки настройки антенны.
Усиление антенны по вертикали 5λ/8
Было установлено, что в идеальном мире вертикальная антенна с длиной волны в пять восьмых может демонстрировать коэффициент усиления, близкий к 4 дБд, т. е. коэффициент усиления 4 дБ на четверть волны по вертикали.
Для достижения этого усиления антенна должна быть изготовлена из правильных материалов, чтобы потери были сведены к абсолютному минимуму, а общая производительность сохранялась, в противном случае большая часть преимуществ использования дополнительной длины будет потеряна.
Еще одна причина того, что теоретическое усиление не реализовано, заключается в том, что диаграмма направленности несколько приподнята по сравнению с четвертьволновой вертикалью, и поэтому не вся мощность излучается там, где это действительно необходимо.
Тем не менее, показатели усиления этих слегка расширенных вертикалей часто оптимистично цитируются как 4 дБ.
Также имейте в виду, что многие приведенные значения коэффициента усиления относятся к изотропному источнику, а не к диполю. Усиление по отношению к изотропному источнику будет на 2,1 дБ выше, чем указанное по отношению к диполю. Усиление относительно изотропного источника указывается в дБи.
Изотропный источник – это источник, излучающий одинаково во всех направлениях. Его преимущество состоит в том, что он является стандартом, с которым сравнивают многие другие антенны. Преимущество также в том, что усиление относительно изотропного источника выглядит лучше, чем если бы оно было заявлено относительно диполя на 2,1 дБ.
Механические соображения
В автомобилях часто используются вертикальные антенны с длиной волны пять восьмых. Они обеспечивают полезный уровень усиления, их можно сделать механически прочными для движения на скорости, и они очень удобны в установке.
Многие из этих антенн изготавливаются с магнитным креплением, «магнитным креплением», основанием. Это позволяет очень легко устанавливать их в шасси транспортного средства без необходимости сверления отверстий и т. д., что может нарушить целостность кузова транспортного средства, а также снизить его стоимость при перепродаже.
Однако одним из основных ограничений для этих антенн является катушка в основании. Если он не установлен жестко и не закреплен, он может прогибаться и вибрировать. В некоторых более дешевых мобильных антеннах катушки могут перемещаться, и это изменяет согласование импеданса с фидером.
Это может вызвать колебания сигнала, а в экстремальных условиях может даже привести к снижению выходной мощности схемой определения КСВ. Иногда, поскольку это происходит из-за вибрации транспортного средства, это может проявляться в виде очень сильного флаттера в сигнале.
При выборе антенны для мобильной работы в диапазонах ОВЧ/УВЧ имеет смысл выбрать хороший тип антенны, предпочтительно тот, который был рекомендован коллегой, другом и т. д.
Вертикальная антенна с длиной волны пять восьмых в основном используется на ОВЧ или даже УВЧ, где ее длина означает, что ее можно легко разместить без необходимости слишком большого размера. Здесь его можно легко разместить на транспортных средствах для таких приложений, как двухсторонняя двухсторонняя радиосвязь, включая профессиональную радиосвязь и любительскую радиосвязь. Это обеспечивает полезную величину усиления для увеличения размера, которое часто можно приспособить без проблем.
Этот формат антенны также может использоваться для КВ. Применяются те же концепции, но антенна, как правило, используется для использования базовой станции, а не для мобильной радиосвязи. Одним из преимуществ антенны 5/8λ для ВЧ является то, что малый угол излучения может быть особенно полезен для связи с ионосферой на большие расстояния, когда для достижения больших расстояний необходимы малые углы излучения.
В целом, антенна 5/8λ является очень полезной формой вертикальной антенны для многих приложений радиосвязи.