Вертикальные антенны используются во многих радиоприложениях, от мобильной связи до двухточечной радиосвязи, частной радиосвязи, радиовещания и т.д.
Вертикальные антенны представляют собой широко используемую форму радиоантенн. Их свойства, используемые в ряде конкретных областей, позволяют им обеспечивать характеристики, которые не могут обеспечить горизонтальные или другие антенны. Существует несколько различных вариантов или типов вертикальных антенн, которые можно использовать в диапазоне от НЧ до ВЧ, УКВ и выше. Свойства этих антенн означают, что они могут работать определенным образом, что может быть использовано с пользой во многих различных приложениях для двусторонней радиосвязи, радиовещания и для многих других функций.
Что такое вертикальная антенна
Вероятно, стоит сначала определить, что такое вертикальная антенна, чтобы дать общее представление о концепции вертикальной антенны.
Определение вертикальной антенны:
вертикальная антенна — это антенна, в которой основной элемент или элементы антенны ориентированы вертикально, а поляризация передаваемой радиоволны также имеет вертикальную поляризацию. Хотя все вертикальные антенны ориентированы вертикально, существует множество различных вариантов. В зависимости от используемой частоты меняется не только их размер, но и способ крепления.
Свойства вертикальной антенны
Свойства и преимущества вертикальных антенн позволяют использовать их в самых разных областях. Хотя вертикальные антенны не могут быть идеальными для всех ситуаций, понимание их преимуществ означает, что их можно использовать с пользой там, где их свойства наиболее подходят.
Некоторые из свойств и преимуществ вертикальной антенны включают в себя:
- Всенаправленная диаграмма направленности: одноэлементные вертикальные антенны имеют всенаправленную диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Это означает, что сигнал будет распространяться одинаково во всех направлениях.Всенаправленная способность идеальна там, где требуется всестороннее покрытие, и это одна из причин, по которой вертикальные антенны используются во многих пунктах мобильной радиосвязи. По мере движения транспортного средства вертикальной антенне базовой станции не нужно будет переориентировать свою антенну. Так же и на транспортном средстве, где оно будет менять свое направление, всестороннее излучение и прием имеют важное значение.
- Вертикально поляризованное излучение: Имея вертикальный элемент или элементы, эти антенны излучают вертикально поляризованные сигналы. Это преимущество, когда сигнал принимается другими антеннами с вертикальной поляризацией. Если антенны, что называется, перекрестно поляризованы, то теоретически сигнал не будет принят.На практике всегда будут некоторые изменения в поляризации сигнала, вызванные отражениями и другими аспектами распространения радиоволн, так что некоторый сигнал все же будет принят.
- Вопросы распространения: Вертикально поляризованное излучение имеет некоторые преимущества для низкочастотных режимов распространения. Например, распространение земной волны, используемой для НЧ и некоторых СЧ передач, часто лучше, когда используется антенна с вертикальной поляризацией. Исследования показали, что сигнал распространяется с меньшим затуханием, когда они имеют вертикальную поляризацию.Для ВЧ режимы распространения означают, что могут использоваться сигналы любой поляризации. Некоторые исследования показывают, что горизонтально поляризованное излучение под малым углом лучше подходит для связи на большие расстояния, если антенна может обеспечить достаточно малый угол излучения, т. е. вертикальная антенна может давать более низкоугловое излучение, но горизонтально поляризованное излучение может в некоторых случаях обеспечивать лучшие результаты.
- Обеспечивает малый угол излучения: сигнал, исходящий от вертикальной антенны, имеет тенденцию иметь малый угол излучения, т. е. максимальные уровни излучения сигнала ближе к поверхности земли. Соответственно меньше на более высоких углах, т.е. направленных в небо, и больше того, что могут принимать другие наземные станции.Он также имеет преимущества для связи с ионосферой на большие расстояния, где малый угол излучения поможет получить дополнительное расстояние. Некоторые вертикальные антенны предназначены для увеличения излучения под малым углом, дальнейшего снижения уровня при больших углах и, таким образом, обеспечения дополнительного усиления по сравнению с вертикальным диполем или четвертьволновой вертикалью.
- Занимаемое пространство: пространство, занимаемое вертикальной антенной, обычно меньше, чем пространство, занимаемое эквивалентной антенной с горизонтальной поляризацией. Если рассматривать только пространство для самой вертикали, то для вертикали требуется гораздо меньше «недвижимости».Однако для несимметричных антенн, таких как те, которым требуется заземление или плоскость заземления для работы на высоте, также необходимо учитывать пространство, используемое для этого. Иногда в системе заземления используются заглубленные радиальные заземлители, простирающиеся на значительное расстояние. Хотя земля все еще может использоваться для других целей, если используются эти заглубленные радиалы, земля все еще должна быть доступна для этого.
- Простота монтажа: антенны вертикального типа обычно легко монтируются, требуя единственного крепления у основания. Для многих вертикальных антенн может потребоваться простой кронштейн или опора, чтобы их можно было где-нибудь установить.
- Ветровая нагрузка: в некоторых случаях сопротивление ветра вертикальной антенны может быть меньше, чем у горизонтально установленной эквивалентной антенны. Цифры необходимо проверять для каждого экземпляра.
Заземление вертикальных антенн
Многие вертикальные антенны называются несимметричными антеннами, и для их правильной работы требуется заземление. Фактически для этих монополей система заземления или заземляющая пластина является неотъемлемой частью антенны. При выборе антенной системы для любых целей: мобильной двусторонней радиосвязи, любительского радио, радиовещания и т. д. следует учитывать тип антенны и необходимость системы заземления той или иной формы. Заземление может быть реализовано одним из двух основных способов:
- Физическое заземление: Наиболее очевидный метод — это физическое соединение с землей с помощью заземляющих стержней и т.п.
Примечание по радиочастотному заземлению антенны:
Заземление антенны может иметь ключевое значение для ее работы, особенно если это вертикальная несимметричная антенна, в которой заземление является частью антенны.
Система наземной плоскости: также возможно смоделировать наземную систему, используя так называемую наземную плоскость. Его часто составляют из нескольких обычно четвертьволновых радиалов.
Примечание по заземлению антенны:
Помимо использования прямого соединения с землей, также можно использовать «симулированное» заземление, состоящее из проводящей пластины или ряда радиальных элементов. Преимущество этой схемы в том, что ее можно приподнять над реальной землей для улучшения покрытия.
Типы вертикальных антенн
Существует множество различных типов вертикальных антенн, которые были разработаны и широко используются. Некоторые из наиболее популярных перечислены ниже:
- Четвертьволновая вертикальная: Четвертьволновая вертикальная антенна является одной из самых популярных форм вертикальной антенны. Его легко построить, он может быть очень прочным и обеспечивает хороший уровень производительности. Эта форма антенны требует использования соединения с землей (как можно более короткое соединение) или заземления. Это увеличивает требуемое пространство и парусность антенны.
- Пять восьмых волны по вертикали: эта форма вертикальной антенны популярна во многих случаях, потому что она способна обеспечить усиление на четверть волны по вертикали, фокусируя большую мощность в плоскости, расположенной ближе к горизонтали. Как таковой он используется во многих приложениях. Подобно базовой четвертьволновой вертикальной антенне, эта антенна также нуждается в заземляющем слое для работы.
- J-образная антенна: Этот тип вертикальной антенны удобен для вертикальной антенны. Он обеспечивает некоторое усиление по вертикали в четверть волны и имеет то преимущество, что не требует каких-либо радиалов или какой-либо формы заземления для работы.
- Вертикальный диполь: Вертикальный диполь используется в некоторых случаях для обеспечения надежной формы вертикальной антенны. Его преимущество в том, что он не требует каких-либо радиалов, но требует, чтобы его длина составляла как минимум половину длины волны.
Вертикальные антенны могут работать особенно хорошо во многих случаях. Использование их преимуществ означает, что лучшее может быть сделано из того, что они могут предложить, но против этого также следует учитывать недостатки.