Антенна вертикальный штырь 5/8 волны, онлайн калькулятор

Очень часто аноним, пришедший на наш сайт по результатам поиска типа «как рассчитать супер-пупер антенну?», не только не обладает необходимыми базовыми знаниями по антеннам, но и вовсе не желает тратить время на прочтение хотя бы описания калькулятора. В итоге дело заканчивается вопросами и возмущениями в комментах. Антенна «пять-восьмых» является довольно специфической антенной, да еще и окруженной рядом мифов. Поэтому наш калькулятор, во-первых, может быть использован только для грубых прикидочных расчетов как основа для создания модели и дальнейшей оптимизации в электромагнитных симуляторах. А во-вторых, вам стоит еще подумать о целесообразности изготовления этой антенны. Почему так? Подробнее под катом...

Существует стойкий стереотип, что вертикальная антенна 5/8 λ имеет самую высокую эффективность в направлении горизонта, параллельно земле. Причем всегда, при любых условиях и на любых частотах. Но это не так. Антенна «пять восьмых лямбда» была впервые предложена в 1924 г. американским ученым С.Баллантайном в качестве передающей антенны для радиовещательных станций диапазона средних волн. Он доказал, что для такой антенны, размещенной над идеальной землей с точкой питания на уровне земли и при условии синусоидального распределения тока, излучение земной волны будет максимальным при электрической длине антенны около 225°, или 5/8 длины волны. Это хорошо иллюстрируется следующими графиками:Мы видим, что 5/8-волновая антенна имеет усиление примерно на 3 дБ больше по сравнению с 1/4-волновой антенной. Не следует забывать, что длины волн средневолнового диапазона составляют сотни метров, и выбор оптимальной высоты вертикальной мачты носил в том числе и экономический характер. Емкостная составляющая входного импеданса антенны 5/8 λ просто компенсируется реактивностью включенной последовательно с ней катушкой индуктивности. Что же происходит дальше? А дальше условия в работе Баллантайна, которые мы специально отметили курсивом, "забываются", остается только вывод об особой эффективности антенны 5/8 λ. Так рождается миф, который распространяется на любую «пять-восьмых», в том числе и на УКВ диапазоне. "Все знают, что антенна пять-восьмых самая эффективная для дальних связей" - единственный аргумент не поддающийся сомнению. Но на УКВ мы спокойно можем точку питания поднять над землей. Обычно так и делается. Давайте сравним три вертикальных антенны ¼ λ, ½ λ и ⅝ λ у которых верхняя точка находится на одинаковой высоте над идеальной землей:Как видим, преимущества «пять-восьмых» уже не столь очевидны. При реальной земле это преимущество вообще сходит на нет. Кроме того, нужно иметь ввиду, что для средних волн земная поверхность практически идеально зеркальная. К «неровностям» этого зеркала можно отнести разве что высокие холмы и горы. На УКВ картина радикально отличается

Мы можем сделать вывод, что на УКВ, а тем паче на более высоких частотах, антенна 5/8 λ не имеет никаких особых преимуществ не только над коллинеарной антенной, но и над "четвертушкой" либо полуволновой антенной. Напротив, она имеет более сложный узел согласования. Поэтому она может применяться разве только как антенна для портативных радиостанций, либо как мобильная антенна, когда корпус автомобиля играет роль «земли». То есть в случаях когда точка питания фиксирована и высота антенны имеет значение. Но и здесь зачастую ушлые коммерсанты могут подсунуть вам укороченную антенну 1/8 λ с катушкой и выдать ее за эффективную «пять-восьмых». Будьте внимательны. Например для диапазона DAB+ длина автомобильной антенны 5/8 λ может составлять до полутора метров.

Как рассчитать антенну «пять-восьмых»? Простейшая идея состоит в том, что нам достаточно вычислить входной импеданс 1.25 λ диполя и половина от него и будет входным импедансом монополя 5/8 λ. Зная реактивную составляющую этого импеданса мы можем рассчитать индуктивность. Физические параметры катушки можно затем вычислить воспользовавшись к примеру приложением Coil64. Но на этом пути встают следующие проблемы:

1. Зависимость реактивности входного импеданса такого 5/8 λ монополя от отношения его диаметра к длине волны. Все знают, что от этого эффекта зависит так называемый «коэффициент укорочения диполя». Здесь этот эффект тоже имеет место. Только укорачивая полуволновой диполь (или 1/4 λ монополь), мы добиваемся нулевого значения реактивности, а укорачивать 5/8 λ монополь смысла не имеет.
2. Количество, длина и угол наклона противовесов оказывают существенное влияние на входной импеданс антенны.
3. Влияние свойств реальной земли как на активную, так и на реактивную составляющие этого импеданса. Нужно еще иметь ввиду, что эти свойства существенно разнятся на разных диапазонах.
4. Очевидно, что вышеперечисленные проблемы можно учесть только путем расчета антенны «пять восьмых» в электромагнитном симуляторе — антенном моделировщике. В связи с этим стоит упомянуть еще один важный момент. Требование на большую реактивную мощность вынуждает делать катушку с солидными габаритами. На высоких частотах такую катушку нельзя рассматривать как сосредоточенный элемент, а как объект с распределенными параметрами. В таком случае катушку следует непосредственно включать в модель антенны, а не считать отдельно.

Надеюсь вы поняли, что идея создания валидного онлайн калькулятора для расчета антенны 5/8 не имеет перспектив. Тем не менее мы представляем здесь «инвалидный» калькулятор, который позволяет рассчитать входной импеданс идеального монополя произвольной длины над идеальной землей. Он учитывает только первую проблему из четырех. Результаты этого калькулятора необходимо использовать не для создания реальной антенны, а как исходные данные для создания модели и дальнейшего расчета в симуляторе.

ВВЕСТИ ДАННЫЕ:

---

Частота:		МГц
Диаметр вертикального штыря dw:		мм
Длина штыря (в долях длины волны):		5/8 λ1/8 λ1/4 λ3/4 λ

---

Рассчитать

РЕЗУЛЬТАТ:

---

© 2023 3G-Aerial
Ограничения и особенности расчетов антенн

 Для расчета импеданса монополя используются следующие формулы:Где k = 2π/λ - волновое число; L - физическая длина диполя (удвоенная длина монополя Lg); a  - радиус диполя (половина диаметра dw); Ci(), Si() - интегральные тригонометрические функции.

В заключение обратим ваше внимание, что не только наш калькулятор, но и популярный моделировщик MMANA не учитывает влияние реальной земли на входное сопротивление монополя. Это может приводить к ошибочным выводам в расчетах.

Ссылки по теме:

1. В. Поляков (RA3AAE) «Об антенне „пять восьмых лямбда“, или Франклин против Баллантайна» - журнал «Радио», 2000, № 4, с. 66, 67;
2. The 5/8-Wavelength Mystique - L. B. Cebik, W4RNL;
3. Understanding the 5/8 wave antenna - Practical Ham Radio Antennas;
4. Detailed calculation of dipole feedpoint impedance - Wikipedia;
5. What is the impedance of a 1.25 λ dipole antenna? - ham.stackexchange.com;
6. РЕАЛЬНЫЕ КАТУШКИ в МОДЕЛИ АНТЕННЫ - RA6FOO;
7. Еще раз об антенне Пять восьмых лямбда - краткое описание статьи W4RNL (вторая ссылка), опубликовано в журнале «Радио», 2002, № 11, с. 70;