Jag städade i datorn härom dagen och hittade då en ofullbordad artikel om vertikalantenner. Artikeln avslutades aldrig för jag hade nog insett att den skulle bli allt för lång. Men i inledningen hittade jag några rader som kanske passar denna tråd:
När kan en antenn kallas vertikalantenn?
Antenner ”som sådana”, d.v.s. i fri rymd, är varken horisontella eller vertikala – det är först när man placerat antennen över en reflekterande jordyta som man kan börja tala om vertikal- eller horisontalantenner.
Vertikalantenner kallas de antenner vars huvudlob(er) huvudsakligen är vertikalpolariserade, d.v.s. planet för den elektriska fältvektorn i huvudloben (E-planet) är vinkelrätt mot markytan
Det finns bara en grundform av antenner som är rent vertikalpolariserad i alla kompassriktningar: den vertikala dipolenn (symmetriskäl!). Monopolen (t.ex. en groundplane-antenn, GP) på ett stort ledande plan kan ses som ett specialfall av vertikal dipol, där den andra dipolhalvan uppstår genom mer eller mindre fullständig ”spegling” i markplanet. Alla andra typer som vi till vardags kallar vertikalantenner (t.ex. Half Square, Bobtail, rektangulär loop matad på mitten av en vertikal sida etc.) har kvarstående, oftast ganska små horisontalpolariserade fältkomponenter utanför den vertikalpolariserade huvudloben.
Hur vertikalantenner presterar beror starkt på markens egenskaper, både nära och längre bort från antennen. Orsakerna till detta är litet komplicerade, men man kan nämna fyra grundläggande förhållanden:
- En vertikalantenns effektivitet (kvoten mellan utstrålad effekt i fjärrfältet och tillförd effekt) bestäms huvudsakligen av hur mycket effekt som går åt som för att värma upp marken i antennens närzon, d.v.s. markförlusterna. För att få hög effektivitet är alltså första åtgärden att bygga ett så bra jordsystem som möjligt och/eller flytta antennen högre upp från marken. För vertikaler som står på eller nära marken är ett radialsystem eller ett jordnät nödvändigt för att minska markförlusterna.
- För alla antenner över jord är fjärrfältet sammansatt av den direkta vågen från antennen och en från marken reflekterad våg. Markreflexen adderas vektoriellt till den direkta vågen i fjärrfältet, varför fjärrfältets intensitet i en viss riktning kan variera mellan noll (full utdläckning) och nära dubbla intensiteten hos den direkta vågen.
- Amplituden och fasläget hos den reflekterade vågen varierar på olika sätt för horisontal- och vertikalpolariserade vågor. En horisontalpolariserad våg reflekteras av markytan med ganska liten dämpning och den reflekterade vågen är nära 180° fasvänd jämfört med den infallande vågen för alla infallsvinklar. Reflexen av en vertikalpolariserad våg är däremot både mer eller mindre dämpad och fasförskjuten beroende på markbeskaffenhet och infallsvinkel. Eftersom dämpning och fas varierar helt olika vid horisontell och vertikal polarisation kommer den direkta vågen och den reflekterade vågen från t.ex. en vertikal dipol adderas i fjärrfältet på ett annat sätt än från en horisontell dipol. En tydlig inverkan av denna skillnad mellan reflektionsfaktorerna är gränsfallet att låga horisontella dipoler över plan jord ger maximal strålning uppåt medan en vertikal dipol eller GP-antenn har minimal strålning rakt upp.
- Strålningsvinkeln (”Take-off”angle eller TOA) som brukar definieras som elevationsvinkeln för maximal intensitet hos fjärrfältet. TOA bestäms i hög grad av en antenns placering, topografin runt antennen och markegenskaperna längre bort från antennen. Detta gäller för både horisontal- och vertikalstrålare. För vertikalsntenner påverkar markegenskaperna nära antennen fjärrfältets intensitet mer än dess form – det är t.ex. inte riktigt att man kan ”sänka strålningsvinkeln” i nämnvärd grad genom att förbättra jordsystemet eftersom fältstyrkan i låga elevationer är sammansatt av den direkta vågen och den från marken reflekterade vågen på långt avstånd. Är marken på långt avstånd en bra reflektor, t.ex. en havsyta eller åtminstone ”bördig åkermark”, kan man uppnå en låg strålningsvinkel. Man kan ofta minska TOA för en vertikal en hel del även med ett enkelt radialsystem genom att välja en annan plats för antennen, så att markreflexen hamnar på gynnsammare avstånd .
Man kan också experimentera med andra antennhöjder.
Fjärrfältet från vertikaler är starkt beroende av markens egenskaper inom ett område som sträcker sig mycket längre ut än gränserna för ett konventionellt radialsystem.
En låg horisontell dipol över plan mark ger maximal fältstyrka rakt upp. Ökar man successivt höjden för dipolen så börjar det utbildas s.k. bilober eller flikar i fältstyrkediagrammet vid högre höjder än ¼ våglängd vilket medför att TOA avtar och strålningen uppåt minskar, vilket ju är önskvärt för DX. En groundplaneantenn däremot, på låg höjd över plan mark, ger ingen eller mycket litet strålning i höga elevationsvinklar vid höjder för antennens fotpunkt mellan 0 och ¼ våglängder, men ovanför ¼ våglängds höjd börjar ganska bilober utvecklas i högre elevationer. Detta är kanske inget problem på de låga banden, men en GP för 20m på en radhusnock (ca 9m upp, nära en halv våglängd) ger en hel del strålning uppåt!
Jag hoppas detta kan bidra till förståelsen av hur verikaler beter sig - man må betänka att en "bra" vertikalantenn ibland är bra därför att markegenskaperna och topografin ganska långt från antennen är optimala även om antennen själv står på ställe som är medioker HF-mässigt.
73&DX //Janne SM0AQW
