anteny.indd

Świat Radio Sierpień 2006

Anteny KF

ANTENY

Ze wszystkich długich anten na pasma amatorskie, tylko

anteny rombowe cieszą się większą atencją niż anteny

odbiorcze Beverage

Zasada pracy anten odbiorczych Beverage

Magia anten Beverage (1)

metrów (krótkofalowcy używają

nawet anten o długości ponad 700

metrów). Tak znaczna długość jest

często poważnym wyzwaniem, któ-

remu trudno sprostać, ze względu

na uwarunkowania sąsiedztwa. Aby

pokryć wszystkie kierunki świata

(im dłuższe anteny, tym więcej AOB

potrzeba na pokrycie wszystkich

kierunków) należy posiadać „far-

mę” AOB. Do zbudowania skutecz-

nego zestawu AOB potrzeba tylko

kilkaset złotych, ale aż kilkunastu

hektarów terenu. Najdroższym wa-

runkiem do spełnienia jest tych…

kilkanaście hektarów gruntu. Dla-

tego większość instalacji AOB – za

zgodą okolicznych rolników – mon-

towana jest sezonowo. Na półkuli

północnej ma to miejsce od końca

października / początku listopada

do końca marca, gdy trwa przerwa

w pracach polowych. W pozostałym

okresie czasu zapaleńcy – podczas

trwania interesującej ich ekspedy-

cji DX-owej – wieszają wieczorem

AOB na dany kierunek i zwijają ją

przed nastaniem dnia.

Anteny odbiorcze Beverage

AOB to długi przewód rozwie-

szony na izolatorach, niezbyt wy-

soko nad powierzchnią gruntu, naj-

Wiele osób słyszało o ante-

nach odbiorczych Beverage (dalej

w skrócie „AOB”), ale tylko nieliczni

mieli okazję słuchania w dolnych

pasmach amatorskich KF za ich po-

mocą najbardziej odległych stacji

DX (z doskonałą czytelnością). Kil-

kakrotnie miałem (SP7HT) możli-

wość porównać odbiór stacji DX

w pasmach amatorskich 80 oraz 40

metrów na swoich wielkomiejskich

antenach z tym, co retransmitował

mi przez telefon kolega wyposa-

żony w zestaw 8, przełączanych

na żądanie, kierunkowych AOB

o długościach po 350 metrów. Róż-

nicę w słyszalności mogę określić

kolokwialnym „niebo a ziemia!”.

To, co u mnie można było scha-

rakteryzować: „tu pewnie jest coś

ciekawego, ale nie jestem w stanie

tego odebrać”, podczas retransmi-

sji przez telefon „grzmiało” czysto

i czytelnie z raportem, co najmniej

579, a optymiści może podaliby ra-

port „599”. Warto zapoznać się z za-

sadą działania AOB.

Ze wszystkich długich anten na

pasma amatorskie, tylko anteny

rombowe cieszą się większą atencją

niż AOB. Są one jednymi z naj-

starszych i najbardziej skutecznych

anten odbiorczych w niskim za-

kresie częstotliwości radiowych.

Nazwa pochodzi od ich wynalazcy,

Harolda H. (Henry’ego) Bevera-

ge’a, W2BML, który opatentował

je w roku 1920. AOB mają ujemny

zysk energetyczny względem hi-

potetycznej anteny izotropowej. Są

to anteny nierezonansowe, mogące

skutecznie pracować w szerokim

spektrum częstotliwości. Zazwyczaj

są używane w zakresie częstotliwo-

ści od 500kHz do 10MHz, chociaż

wykazują swoją przydatność także

na częstotliwościach wyższych. Wy-

kazują się znaczną kierunkowością

i są mało podatne na chwytanie

zakłóceń z otoczenia anteny (z wy-

jątkiem zakłóceń przychodzących

z faworyzowanego kierunku AOB).

Aby można było w pełni skorzy-

stać z tych właściwości, powinny

mieć znaczną długość, wynoszącą

od kilkudziesięciu metrów do 500

częściej 2 metry nad ziemią. Sygna-

ły są odbierane z AOB na jednym

z jej końców, poprzez transformator

dopasowujący impedancję wej-

ściową anteny 450Ω do impedancji

kabla koncentrycznego (50Ω lub

75Ω). Drugi koniec anteny jest po-

łączony z uziemieniem opornikiem

450Ω. AOB wykazuje wyraźną kie-

runkowość odbieranych sygnałów

w stronę tego końca anteny, któ-

ry jest połączony z uziemieniem.

Gdyby drugi koniec anteny nie był

połączony z uziemieniem (poprzez

opornik 450Ω), to antena fawory-

zowałaby odbiór sygnałów z przy-

chodzących wzdłuż przewodu AOB

z obu końców anteny. Krótkofa-

lowcy wykorzystują tę właściwość

i – za pomocą przekaźnika na odle-

głym końcu anteny – przełączają ją

z jednokierunkowej na dwukierun-

kową (w zależności od aktualnych

potrzeb).

Czoło fali przychodzącej z jonosfery jest odchylone w pobliżu pod-
łoża, ponieważ fala elektromagnetyczna rozprzestrzenia się wolniej
w podłożu aniżeli w przestrzeni swobodnej

Napięcie indukowane przez przychodzącą falę elektromagnetyczną w przewodzie anteny systematycznie narasta
wzdłuż kierunku rozchodzenia się fali. Dla fal przychodzących z „tyłu” indukowane napięcie jest wytracane w oporni-
ku obciążającym antenę. Dla fal przychodzących z „przodu” odebrane sygnały mogą być przekazane (do odbiornika)
poprzez transformator dopasowujący impedancję anteny do impedancji kabla koncentrycznego

ANTENY

Anteny KF

Świat Radio Sierpień 2006

Zasada pracy anten

odbiorczych Beverage

Fale elektromagnetyczne, docie-

rające z jonosfery, rozprzestrzeniają

się w podłożu nieco wolniej aniżeli

na pewnej wysokości nad podło-

żem. Dzięki temu wypadkowe czoło

fali przychodzącej jest zakrzywione

pod kątem θ (tuż nad podłożem).

Im większy jest kąt zakrzywienia,

jakiemu ulega fala jeszcze podczas

propagacji w jonosferze oraz im

gorsza przewodność gruntu, tym

większy jest kąt θ. Z tego wzglę-

du AOB są bardziej skuteczne nad

podłożami o średniej lub wręcz

niskiej przewodności (składowa

pozioma pola elektrycznego fali

elektromagnetycznej, przychodzą-

cej w polaryzacji pionowej, jest

tym większa, im większy jest kąt θ).

Z tych samych powodów AOB nie

wykazują efektu kierunkowego nad

podłożami o dobrej i bardzo dobrej

przewodności.

Kąt zakrzywienia θ czoła fali

decyduje o działaniu AOB. Jeśli

składowa elektryczna przycho-

dzącej fali elektromagnetycznej

byłaby skierowana prostopadle

do podłoża (a więc prostopadle

względem przewodu anteny), to

przychodząca pod tym kątem fala

elektromagnetyczna nie induko-

wałaby prądu w przewodzie ante-

ny. Elektrony w poprowadzonym

poziomo przewodzie anteny mogą

być wprawiane w ruch wtedy, gdy

istnieje składowa pola elektrycz-

nego skierowana wzdłuż tego

przewodu. Jeśli kierunek przy-

chodzenia fali różni się od pionu,

to istnieje składowa pozioma pola

elektrycznego (choćby niewielka)

zdolna do indukowania prądu

w przewodzie anteny. Składowa

pionowa pola elektrycznego fali

elektromagnetycznej nie może

indukować prądu w przewodzie

anteny (bo jest prostopadła do

osi tego przewodu). Na rysunku

pokazany jest przypadek fali elek-

tromagnetycznej spolaryzowanej

pionowo (wektor jej pola elek-

trycznego jest odchylony o kąt θ

w stosunku do pionu).

Niewrażliwość AOB na fale

elektromagnetyczne przychodzące

w polaryzacji poziomej

Składowa elektryczna takiej fali

jest skierowana równolegle do po-

dłoża i jest silnie tłumiona przez

podłoże (to dlatego anteny w pola-

ryzacji poziomej wymagają do sku-

tecznej pracy DX znacznej wysoko-

ści – co najmniej pół długości fali

– nad podłożem). Po wtóre, dla fal

w polaryzacji poziomej, przycho-

dzących wzdłuż przewodu AOB,

ich składowa elektryczna jest skie-

rowana prostopadle do przewodu

anteny i z tego względu nie indu-

kuje w przewodzie AOB żadnego

prądu.

Uwzględniając powyższe, AOB

są – przede wszystkim – wrażliwe

na fale elektromagnetyczne w po-

laryzacji pionowej, docierające do

nich wzdłuż przewodu anteny.

Dla fal krótkich, rozchodzą-

cych się propagacją jonosferycz-

ną polaryzacja fal ulega wielo-

krotnym przypadkowym zmia-

nom. Docierające z jonosfery fale

elektromagnetyczne są mieszani-

ną fal w polaryzacjach pionowej

i poziomej. Chwilowo przeważa

jedna polaryzacja (a druga może

mieć mniejsze amplitudy), ale po

kilkudziesięciu sekundach sytu-

acja ulega odwróceniu. Proces

ten trwa bezustannie. W każdym

momencie powinny docierać do

przewodu anteny (w różnych

proporcjach) zarówno fale elek-

tromagnetyczne w polaryzacjach

pionowej, jak i poziomej.

Jak pracuje antena

odbiorcza Beverage dla

fal elektromagnetycznych

przychodzących z kierunków

prostopadłych do osi przewodu

anten?

Dotyczy to zarówno fal przy-

chodzących z jonosfery, jak i zakłó-

ceń lokalnych. W obu przypadkach

składowa pionowa pola elektrycz-

nego fal jest skierowana prostopa-

dle do osi przewodu anteny. Tak

skierowane pole elektryczne nie

indukuje w przewodzie AOB żad-

nego prądu.

Jest to bardzo cen-

na właściwość tych anten: nie są

one wrażliwe na zakłócenia lokalne

przychodzące w polaryzacji piono-

wej z kierunków prostopadłych do

kierunku ustawienia anteny.

Wykresy kierunkowości w płaszczyźnie
poziomej anten odbiorczych Beverage o dłu-
gościach 1

oraz 2

dla kąta elewacji 10°

(wg The ARRL Antena Book)

Świat Radio Sierpień 2006

W jaki sposób antena odbiorcza

odbiera fale elektromagnetyczne

„z przodu” i – jednocześnie

– jest niewrażliwa na fale

elektromagnetyczne docierające

do niej „z tyłu”?

Jeśli koniec anteny znajdujący się

po prawej stronie rysunku nie byłby

obciążony do podłoża opornikiem

o oporności równej impedancji ante-

ny Beverage, to prądy indukowane

przez fale elektromagnetyczne w po-

laryzacji pionowej przychodzące „z

lewej” strony „odbijałyby się” od nie-

dopasowanego końca anteny i po-

wróciły (z pewną stratą) do lewego

końca anteny. Nieobciążona antena

Beverage będzie odbierać fale elek-

tromagnetyczne docierające do niej

z obu kierunków wzdłuż osi przewo-

du anteny („z przodu” i „z tyłu”).

Jeśli (nawiązując do ilustracji)

przewód „po prawej” stronie jest

obciążony do podłoża opornikiem

o rezystancji równej impedancji an-

teny Beverage, to prądy indukowa-

ne przez fale elektromagnetyczne

docierające do niej „z lewej” strony

zostaną wytracone w oporniku ab-

sorpcyjnym i antena będzie odbie-

rać tylko fale elektromagnetyczne

docierające do niej w polaryzacji

pionowej „z prawej” strony.

Rezystancja opornika – w zależ-

ności od parametrów podłoża – za-

wiera się pomiędzy 300Ω a 600Ω.

Rozsądnym kompromisem (gdy nie

znamy parametrów podłoża, które

są przecież zależne od zmiennych

warunków atmosferycznych) jest

wartość 450Ω.

Przykładowe charakterystyki

kierunkowości w płaszczyźnie azy-

mutu dla kąta elewacji 10 stopni

anten odbiorczych Beverage o dłu-

gościach 1λ oraz 2λ przedstawione

są na rysunku.

AOB nie są wrażliwe na wszyst-

kie sygnały poza falami docierający-

mi do nich w polaryzacji pionowej

z kierunku, na którym przewód

AOB jest obciążony impedancją

o oporności równej impedancji an-

teny Beverage. AOB to „antena z fa-

lą bieżącą” i dlatego nie wykazuje

własności rezonansowych, a cha-

rakter jej pracy nie zależy od tego,

czy ma ona długość równą części

długości fali, czy też kilka długości

fali. Długości AOB zawierają się od

3/4λ do 5λ. Optimum uzyskuje się

dla długości 1λ do 2λ.

Chociaż AOB dają mniejszy po-

ziom sygnału od stacji DX, aniżeli

można uzyskać za pomocą anten

typu Vertical, dipol, Inverted L, In-

verted Vee, to oferują one istotne

korzyści przy odbiorze stacji DX

w dolnych pasmach amatorskich.

Są nimi kierunkowość wzdłuż osi

przewodu AOB oraz niska podat-

ność na zakłócenia lokalne i sygnały

przychodzące pod stosunkowo wy-

sokimi kątami od stacji z tego same-

go kontynentu. W ostatecznym bi-

lansie uzyskuje się istotną poprawę

stosunku S/N (gdzie „S”, to sygnały

od odległych stacji DX, a „N” to za-

kłócenia lokalne oraz silne sygnały

docierające pod wysokimi kątami

z tego samego kontynentu). Dzięki

temu odbiór stacji DX na AOB jest

mniej zakłócany przez sygnały nie-

pożądane niż podczas odbioru za

pomocą anten nadawczo-odbior-

czych typu Vertical, dipol, Inverted

L, Inverted Vee.

W następnym artykule podamy

szczegóły dotyczące praktycznego

wykonania anten odbiorczych Be-

verage.

SP7HT i SQ7FI

Dzięki użyciu na przewody anteny odbiorczej Beverage linii syme-
trycznej TV 300

Ω

może ona odbierać fale (naprzemiennie) z obu

kierunków, w których jest rozwieszona

REKLAMA

Źródła:
1. Low-Band Dxing,

John Devoldere, ON4UN.

Cały rozdział o antenach

odbiorczych, w którym

„królują” anteny

odbiorcze Beverage.
2. The Beverage Antenna

Handbook, Victor

Misek, W1WCR. Trzecie

wydanie. Książka ta jest

poświęcona wyłącznie

antenom odbiorczym

Beverage.
3. DXing on the Edge,

Jeff Briggs, K1ZM.

Podstawowe i praktyczne

informacje o antenach

odbiorczych Beverage

wzbogacone historią

pasma amatorskiego

160 metrów.
4. A Cool Beverage Four-

-Pack, QST April 2006.
5. The ARRL Antenna

Book

Składowa pozioma pola

elektrycznego fal / zakłóceń

lokalnych w polaryzacji poziomej

jest skierowana wzdłuż osi

przewodu anteny. Dlaczego AOB

jej „nie odbiera”?

W t y m p r z y p a d k u n a l e -

ży uwzględnić czas propagacji

wzdłuż przewodu anteny prądów

indukowanych przez składowe

poziome. Dla fal w polaryzacji

pionowej, docierających wzdłuż

przewodu anteny, występuje

efekt sumowania (podobnie jak

wiatr wiejący nad powierzchnią

wody wzbudza coraz wyższe fale

wzdłuż kierunku wiatru). Jeśli do

końca przewodu jest podłączony

transformator impedancji, to ode-

brany sygnał może być doprowa-

dzony kablem koncentrycznym

do odbiornika.

Natomiast dla fal docierających

w polaryzacji poziomej prostopa-

dle z góry oraz prostopadle do osi

przewodu anteny z obu jej boków

składowa pozioma pola elektrycz-

nego indukuje identyczne prądy

we wszystkich fragmentach prze-

wodu anteny (w tej samej fazie).

Uwzględniając zmiany fazy pod-

czas docierania tych prądów do

końców przewodu anteny, uzy-

skuje się (przy dostatecznie dłu-

giej AOB) efekt wynikowy wza-

jemnego niwelowania się tych

prądów. Z tego względu, fale elek-

tromagnetyczne w polaryzacji po-

ziomej, docierające do przewodu

AOB wprost z góry oraz z obu jej

boków – praktycznie – nie indu-

kują w nim żadnych prądów. Jest

to istotna zaleta tych anten: są one

niemal „głuche” na fale elektroma-

gnetyczne w obu polaryzacjach,

przychodzące wprost góry i z bo-

ków.

Konkludując: AOB odbierają

przede wszystkim (bo nie jest to

ideał i antena ta odbiera szczątkowo

także fale z „boków” i „z tyłu”) fale

elektromagnetyczne w polaryzacji

pionowej, docierające do nich z kie-

runków zbliżonych do osi przewo-

du anteny.