Проблема выбора наилучшей антенны для дальней связи была и остается до сих пор предметом многочисленных исследований и споров. Из публикаций иа эту тему можно сделать следующие выводы.
-
Параметрами, влияющими на радиус действия антенны (в предположении, что приемник выполнен на высоком радиотехническом уровне, работает хороший оператор и т. п.), являются мощность, подведенная к антенне; усиление антенны; высота размещения антенны.
-
При использовании горизонтальной поляризации влияние земли на параметры антенны сказывается меньше, чем при использовании вертикальной поляризации (см. § 2.3). Для вертикальных антенн особое значение имеет хорошая проводимость почвы вблизи антенны. Проводимость можно значительно улучшить, закопав в землю провода заземления длиной около 0,4λ. Коэффициент полезного действия рассматриваемой антенны в большой степени зависит от числа проводов заземления (табл. 5.1).
ТАБЛИЦА 5.1. Зависимость КПД и входного сопротивления четвертьволнового вертикального диполя от числа проводов заземления Число проводов заземления n КПД η, % Входное сопротивление RА, Ом 2 12 70 15 46 47 60 64 39 113 88 37 ∞ 100 37 -
Вертикальная антенна излучает волну, которая испытывает сильное затухание при распространении над поверхностью земли (рис. 5.1). Ближний к земле максимум диаграммы направленности соответствует углам 5°...15°. Напомним, что для радиосвязи на дальние расстояния требуемые значения угла максимального излучения антенны значительно меньше указанных (рис. 4.21).
-
Вертикальной антенне в связи с круговой симметрией диаграммы направленности в горизонтальной плоскости свойствен при приеме большой уровень помех (атмосферных, промышленных помех от других станций и т. п.). Уровень помех при приеме на горизонтальную антенну несколько ниже, чем объясняется направленностью антенны в горизонтальной плоскости.
-
Простота конструкции антенны, выполненной в виде вертикальных вибраторов, является, по-видимому, основной причиной того, что именно этот тип антенн особо распространен среди радиолюбителей, осуществляющих радиосвязь на большие расстояния.
-
Антенна, состоящая из горизонтальных вибраторов, имеет больший уровень излучения в горизонтальной плоскости. Это обстоятельство приводит к появлению, помимо прямой волны, волны, отраженной от поверхности земли. Для некоторых значений углов в вертикальной плоскости отраженная волна складывается синфазно с прямой волной, что приводит к росту напряженности результирующего поля. Чем больше высота h подвеса антенны над поверхностью земли, тем меньшим значениям α вертикального угла соответствуют направления, в которых происходит синфазное сложение прямой и отраженной волн, т. е. лучшие условия для дальней радиосвязи.
Как следует из рис. 5.2, между h, α и λ существует зависимость $$\begin{equation}\sin\alpha=\frac{\lambda}{4h}\end{equation}\tag{5.1}$$
Можно показать, что границы области, которая лежит между точками A1 и А2 и при отражении от которой возникают наиболее выгодные условия для осуществления дальней радиосвязи, определяются формулами $$\begin{equation}r_1=\frac{h}{\tg\alpha}\left(3-\frac{2\sqrt{2}}{\cos\alpha}\right)\;;r_2=\frac{h}{\tg\alpha}\left(3+\frac{2\sqrt{2}}{\cos\alpha}\right)\end{equation}\tag{5.2}$$
Желательно, чтобы в области А1—А2 поверхность земли не имела больших неровностей. Допустимый перепад высот в этой области должен подчиняться условию (4.8). Кроме того, необходимо, чтобы область, соответствующая первой зоне Френеля, относительно антенн и точек A1 и А2, была свободна от посторонних предметов, строений, леса и т. п.
В диапазоне λ = 20 м оптимальный угол для дальней радиосвязи α = 1°, что требует установки антенны на высоте h = 300 м и наличия плоской поверхности на расстоянии от r1 = 2,7 км до r2 = 93 км. Такие условия на практике можно выполнить только при установке антенны на высокой горе, расположенной на берегу моря или другого протяженного водного бассейна.
-
Напомним, что раньше было введено понятие действующей мощности излучения антенны РД = Р0G. Используя отраженную волну, можно добиться дальнейшего повышения действующей мощности излучения антенны (при отражении от плоской поверхности земли предельное значение «прибавки» составит +6 дБ).
-
Наиболее целесообразно устанавливать антенны на высоте (0,5...1,5)λ. Для больших значений h положительный эффект, связанный с отражением от земли, уменьшается в связи с появлением многолепестковой структуры результирующей диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.