Ground-plane antenna

A ground-plane antenna egy olyan aszimmetrikus táplálású körsugárzó monopólus, amely függőlegesen polarizált, rádiófrekvenciás elektromágneses hullám formájában sugározza ki a talppontjára vezetett elektromos jelet.

Felépítése

Az antenna két fő részből áll:

• 1 darab függőleges, negyedhullámú monopól sugárzó
• 4 darab, a monopólus talppontjának irányából kiinduló vízszintes, vagy meghatározott szögben lefelé döntött radiálok

Táplálása: aszimmetrikus táplálású, a táplálás meleg pontja a monopólus talppontjához kötődik, a hidegpont a radiálokkal van fémes összeköttetésben.

A ground-plane alvariánsa a triple-leg antenna, amely abban különbözik a ground-plane antennától, hogy 4 radiál helyett 3 radiált alkalmaznak, 45° döntéssel. Méretezése és működése megegyezik a ground-plane-nal.

Ground plane vízszintes radiálokkal

Ground plane döntött radiálokkal

Működési elve

A nagyfrekvenciás jellel megtáplált monopólus elektromágneses formában kisugározza a beletáplált jelet a térbe. A táplálás hatására a monopólusban áram folyik, és feszültség indukálódik. A radiálok kapacitív és induktív csatolásban vannak a monopólussal, nyitott rezgőkört alkotnak, az aktív monopólus hatására a radiálokban fázisban 90°-kal eltolt áram indukálódik, így megjelenik a monopólus elektromos tükörképe.

Műszaki paraméterei

	Talpponti ellenállás (Ω)	Nyereség (dB)
Vízszintes radiálokkal	30 ~ 35	3.5 ~ 4.5
45°-ban döntött radiálokkal	50 ~ 60	2.5 ~ 3.5
Triple-leg	50 ~ 75	2 ~ 3

Iránykerekterisztikák:

Gyakorlati megvalósítása

A ground-plane antenna megvalósítható kifeszített huzalokból, vagy kellő szilárdságú szigetelőalapon rögzített alumínium- vagy rézcsövekből. Fontos, hogy az árbóchoz rögzítés során az antenna hideg része ne érintkezzen fémesen az árbóccal, valamint a monopólushoz közel (l<λ) ne legyen semmilyen fémtárgy.

Az antennaelemek méretezésénél figyelembe kell venni az alaki tényezőt (M), amely függ a csövek átmérőjétől (d), vagyis ennek függvényében kell meghatározni, hogy λ/4-hez képest mennyivel legyenek megrövidítve meg az antenna elemei. A gyakorlatban kb. 2 ~ 8 %-os rövidülési értékeket kapunk. A csövek átmérőjének ismeretében megkapható a k rövidülési tényező.

(a c a fénysebességet jelöli, 299 792 458 m/s)

$M={\frac {\lambda }{2d}}$

$k\approx 1.008-{\frac {1}{2\log {\sqrt {{\sqrt {c}}+M^{4}}}}}$

A k az alábbi nomogramról is leolvasható:

Ha a sugárzót és a radiálokat különböző átmérőjű csövekből készítjük, akkor azokra is ki kell számolni a rövidülési tényezőt. Ezek kiszámolásával megkapjuk az elemek hosszát:

$l=k{\frac {\lambda }{4}}$

Ha a radiálokat 45°-ban döntjük, akkor az így kapott antennát közvetlenül csatlakoztathatjuk 50 Ω-os koaxiális kábelhez.

A döntött radiálok viszont lerontják az antennától elvárt lapos kisugárzási szöget, ez a megoldás csökkenti a nyereséget.

Ha a vízszintes radiálok mellett döntünk, akkor szükséges az antennát illeszteni a kábelhoz. Legegyszerűbb a következőképp illeszteni: a tápvonal hullámellenállásával (Z₀) megegyező koaxiális kábelből egy végén lezárt kábelcsonkot párhuzamosan kötni az antennával. A kábelcsonk hosszát a következőképp határozhatjuk meg:

$R_{s}\approx 34k^{2}$

$X_{C}={\sqrt {R_{s}*Z_{0}-R_{s}^{2}}}$

$X_{L}={\frac {Z_{0}}{\sqrt {{\frac {Z_{0}}{R_{s}}}-1}}}$

$l_{koax}\approx {\frac {83.3atan{\frac {X_{L}}{Z_{0}}}}{{\biggl (}{\frac {f}{2787924}}{\biggr )}{\sqrt {\frac {X_{L}}{X_{C}}}}}}$

• R_S - Sugárzási ellenállás
• X_C - Kapacitív reaktancia
• X_L - Induktív reaktancia
• l_koax - A kábelcsonk hossza

Számoláshoz az alábbi JavaScript-et használhatjuk:

	function szamol(){
		f=document.gplane.f.value;
		lam=299792458/f;
		MR=lam/2/document.gplane.dR.value;
		ME=lam/2/document.gplane.dE.value;
		kR=1.008-0.5/Math.log(Math.sqrt(Math.sqrt(299792458)+MR*MR*MR*MR));
		kE=1.008-0.5/Math.log(Math.sqrt(Math.sqrt(299792458)+ME*ME*ME*MR));
		lR=kR*lam/4;
		lE=kE*lam/4;
		Rs=34*kR*kR;
		Z0=document.gplane.Z0.value;
		XC=Math.sqrt(Rs*Z0-Rs*Rs);
		XL=Z0/Math.sqrt((Z0/Rs)-1);
		lk=(83.3*180*Math.atan(XL/Z0)/Math.PI)/((f/2787924)*Math.sqrt(XL/XC));
		document.gplane.lam.value=lam;
		document.gplane.MR.value=MR;
		document.gplane.ME.value=ME;
		document.gplane.kR.value=kR;
		document.gplane.kE.value=kE;
		document.gplane.lR.value=lR;
		document.gplane.lE.value=lE;
		document.gplane.Rs.value=Rs;
		document.gplane.XC.value=XC;
		document.gplane.XL.value=XL;
		document.gplane.lk.value=lk;
	}