Zemnící systém - část 2 (vertikální anténa COMPACT 80/40/30 ok1ufc)

V této části popisuji teoretický přehled, který pomůže ujasnit co chceme vlastně dělat při realizaci zemnícího systému. Jak jsem již dříve psal, moje základnová anténa COMPACT 80/40/30 ok1ufc sice funguje i bez radiálů, ale jak doufám níže ukáži, že její účinnost je bez radiálů významně snížena. Přesto je možné udělat za dobrých podmínek i zajímavá DX spojení bez radiálů.

Pro jednoduchost budu uvažovat čtvrtvlnný vertikální zářič umístěný ve výšce h=0 tedy na zemi. Takovýto zářič funguje společně se zemí tak jak naznačuje následující obrázek. Kvalita země tak bude výrazně ovlivňovat účinnost antény.

Začneme tedy tím, že si uděláme jednoduchý model a podíváme se na rozdíly pro různé typy zemí a počty radiálů (modelováno v MMANA-GAL basic). Použiji vzorový příklad čtvrtvlnného vertikálu, kde budu měnit vlastnosti země a počty radiálů.

Vertikál bez radiálů, reálná zem

1 radiál, reálná zem

21 radiálů, reálná zem (tady nyní jsem)

32 radiálů, reálná zem

Vertikál nad dokonalou zemí

Jak je vidět z výše přiložených grafů, teoretický rozdíl mezi špatnou a dobrou zemí představuje přibližně 5 dB. Těchto pět dB by tedy bylo možné teoreticky vidět na přijímaných reportech například při JT65 provozu. Nezdá se to mnoho a mohlo by to zavádět k tomu, že není nutné řešit zemní systém. Ale opak je pravdou. Počet radiálů a kvalita země nejen že ovlivňuje příjem, ale radikálně ovlivňuje účinnost vyzařování antény a to už je věc, kterou nelze přehlédnout. Obecně se doporučuje jako nutné minimum 32 zakopaných radiálů, které mají asi o 10% nižší účinnost než teoretické maximum (více např. v ARRL Antenna Book 21st Edition nebo stránky OK1UFC). Pokud vezmeme 1 zakopaný radiál tak ten má teoreticky účinnost vyřazování 30%. Rozdíl mezi 1 radiálem a 32 radiály je 1.8dB a pro případ 120 radiálů je to 2.85 dB. To je v účinnosti už docela velký rozdíl a stojí zato si nějaký systém radiálů pořídit. Ideálně radiály zakopat v kruhu kolem vertikálu, ale pokud to není možné tak samozřejmě dle možností. Délka se většinou doporučuje 0.5 lambda a průřez vodiče nehraje až takovou roli (zjednodušeně řečeno, výše uvedená kniha obsahuje spoustu grafů pro srovnání účinnosti různých délek radiálů apod.). 

Proč zemní systém ovlivňuje účinnost je zřejmé pokud se znovu podíváme na úvodní obrázek vertikálu a jeho zrcadlového obrazu ("druhé rameno dipólu pod zemí"). Z grafů a údajů je vidět hlavní rozdíl při modelování s různými typy zemí (hlavně impedance v místě napájení a vyřazovací úhel). Při napájení nesymetrickým vedením tedy v případě špatné země  můžeme očekávat plášťové proudy a vše negativní s tím spojené. Závislost SWR na délce koaxiálního kabelu, rušení a hlavně napáječ nám tak slouží i k vyřazování a tím ztrácíme drahocenou energii.


Při praktické realizaci tedy můžeme očekávat, že při změně počtu radiálů se nám bude trochu měnit SWR a zároveň se bude upravovat trošku "geometrie" antény díky novým radiálům. V mém případě antény COMPACT 80/40/30 ok1ufc to znamená  upravit horizontální rářiče.

V dalším třetím článku uvedu pratické poznatky z realizace zemního systému.


Odkazy na články s tématikou zemnících systémů:
Vliv zemnícího systému u vertikálních antén ...
Jak se liší vyzařování vertikálu modelované v NEC2 a MININEC ? ...