Kolejny artykuł w cyklu naszego elementarza wprowadza w tematykę anten. Można ten temat uznać za temat techniczny, ale postaramy się wyjaśnić pewne zagadnienia bardzo obrazowo, aby były zrozumiałe dla każdego.

Często podczas krótkofalarskich dyskusji, szczególnie doświadczonych krótkofalowców, pojawia się temat kątów promieniowania anten. W przypadku pasjonatów zawodów jest to wręcz nieodłączne zagadnienie w dyskusjach o projektowaniu anten, wysokości ich umieszczenia itp. W literaturze angielskojęzycznej dla kąt promieniowania jest określany jako “angle of radiation”, “propagation angle”, a potocznie często jako “take-off angle”.

No dobrze… Właściwie każdy mniej więcej wie, czym jest promieniowanie elektromagnetyczne i jest w stanie, choćby opisowo, powiedzieć o tym, w jaki sposób możliwe jest nawiązywanie łączności z odległymi stacjami. Zapewne każdy także poznał w szkole, na lekcjach matematyki pojęcie kąta. Jednak gdy złożymy to wszystko w całość i spróbujemy określić czym jest kąt promieniowania, sprawa już nie jest taka oczywista. Na pewno nie dla wszystkich.

Bo czym właściwie jest ten kąt promieniowania, jakie płaszczyzny go wyznaczają i w jaki sposób wpływa na działanie anteny? Postaramy się to wyjaśnić jak najprościej, nie wnikając w teoretyczne rozważania i nie brnąc we wzory równań z dziedziny fizyki.

Jak należy interpretować kąt promieniowania, schematycznie obrazuje poniższa ilustracja.

Kąt promieniowania sygnału przez antenę jest w dużej mierze determinowany przez wysokość, na której znajduje się antena. To ogólna reguła, która w dalszej zostanie nieco szerzej wyjaśniona. Pamiętajmy, że mówimy o antenie, jonosferze i naszej planecie (która jest kulista). Te wszystkie czynniki sprawiają, że im wyżej jest umieszczona antena, tym mniejszy jest jej kąt promieniowania. Czy to dobrze?

Z pewnością bardzo dobrze dla dalekich łączności. Fala elektromagnetyczne odbijają się od jonosfery, następnie od Ziemi, ponownie od jonosfery, ponownie od Ziemi itd. Przy wysokim kącie promieniowania musi nastąpić więcej takich odbić, aby sygnał dotarł do korespondenta. Zaś każde odbicie to częściowe wytłumienie (redukcja) siły sygnału.

Zatem czy zawsze niski kąt promieniowania jest korzystny? Najczęściej tak. W największych zawodach krótkofalarskich (CQ WW czy CQ WPX) poza ilością łączności i mnożnikami ważne są punkty za łączności. Łączności ze stacjami DX (z innych kontynentów) są lepiej punktowane. OK, ale wobec tego co z mnożnikiem? Jak na wyższych pasmach nawiązać łączności z krajami europejskimi? Okazuje się, że obok wysoko zawieszonych anten typu Yagi, warto posiadać antenę zawieszoną niżej czy nawet stosunkowo nisko zawieszonego dipola – można na takiej antenie usłyszeć stacje, które nie będą słyszalne na antenie Yagi.

Co więcej, na dużych stacjach contestowych na wyższych pasmach często wykorzystywane są zestawy anten. Na przykład 2x6el na pasmo 15 metrów, gdzie dolna antena znajduje się na wysokości około 20 metrów a górna około 35 metrów. Niejednokrotnie podczas odbioru odległych stacji okazuje się, że na jednej z tych anten daną stację słychać a na drugiej nie ma ani śladu sygnału. I nie zawsze jest tak, że lepiej słychać na antenie górnej. Wynika to właśnie z wpływu kątów promieniowania. Choć nie tylko (o czym napiszemy dalej).

Na kąty promieniowania warto zwracać uwagę, ale z pewnością nie należy ich traktować w sposób restrykcyjny. Inaczej mówiąc, jeżeli posiadamy tylko nisko zawieszonego dipola to nie oznacza, że nie będziemy w stanie nawiązywać dalekich łączności. Tak samo – jeśli mamy wysoko umieszczoną antenę pionową, to nie oznacza, że zawsze mamy otwartą drogę do łączności DX. Jest wiele innych czynników, które wpływają na propagację fal radiowych: warunki propagacyjne, stan aktywności słonecznej, pora dnia czy wreszcie charakterystyka anteny. Na ostatni z wymienionych czynników mamy wpływ.

Poza kątami promieniowania, bardzo ważnym parametrem anteny jest pozioma charakterystyka jej wiązki – czyli w jakich kierunkach rozkłada się promieniowanie anteny. Popatrzmy na ilustrację z Wikipedii, dołączoną do artykułu Charakterystyka promieniowania anteny.

Zapewne każdy wie, że antena kierunkowa promieniuje/odbiera najlepiej w określonym kierunku – listek główny wskazuje właśnie ten kierunek. Tył anteny (listek wsteczny) jest znacznie mniejszy, a jeszcze słabsze są listki boczne. To wszystko się zgadza – nie od dzisiaj wiadomo, że w antenie kierunkowej najgorszy/najsłabszy kierunek to ten znajdujący się z boku anteny. jak pokazuje praktyka, jeśli posiadamy wieloelementową, kierunkową antenę, oczywiście daje ona fantastyczny zysk, ale też należy pamiętać, że należy tą anteną częściej obracać.

Natomiast warto zwrócić jeszcze uwagę na minima propagacji, czyli zera (null). Chodzi o te obszary pomiędzy poszczególnymi listkami. Każda antena posiada obszary null: czy będzie to dipol, vertical (antena pionowa) czy antena kierunkowa. Te zerowe obszary charakterystyki są często bagatelizowane – zupełnie niesłusznie. Tom W8JI (znakomity konstruktor i autor wielu technicznych artykułów) w jednej ze swoich publikacji zaznacza, że często niski kąt promieniowania jest „okupiony” także dużą ilością obszarów null w charakterystyce anteny. Jednocześnie anteny o wyższych kątach promieniowania często mają bardziej „jednolitą” charakterystykę, bez wyraźnych obszarów null.

Popatrzmy na nałożone na siebie charakterystyki dwóch anten: półfalowego dipola oraz anteny typu loop o obwodzie równym długości fali. W paśmie 80 metrów będzie to wyglądać następująco:

Widać, że antena typu loop ma zysk rzędu 8dB, ale tylko w czterech kierunkach i do tego ta kierunkowość jest w każdym wypadku dość wąska. Łącznie zakres azymutu, w którym antena loop jest lepsza lub porównywalna do dipola to 125 stopni. Patrząc na to z drugiej strony – zakres azymutu, gdzie dipol jest lepszy od anteny pętlowej to 235 stopni.

W warunkach miejskich większość z nas i tak instaluje takie anteny, na jakie pozwala lokalizacja. I można się uważać za szczęściarza, jeśli w ogóle ma się możliwość instalacji jakiejkolwiek anteny. Jeżeli jednak mamy większe możliwości (np. na działce czy podczas wakacyjnego wyjazdu) warto pamiętać o opisanych aspektach.

Dla bardziej dociekliwych polecamy artykuły, które znacznie dokładniej opisują działanie i charakterystykę anten:

• Charakterystyka promieniowania anteny – publikacja stanowi jeden z rozdziałów publikacji dostępnych w serwisie eSezam Politechniki Warszawskiej (otwarte, bezpłatne e-materiały akademickie)
• The Myth of Takeoff Angle – autor: Tom Rauch W8JI, artykuł dostępny w serwisie eHAM.net
• Antenna Radiation and You – autor: N. S. Harisankar VU3NSH
• Antenna Performance : Angle of Radiation – artykuł dostępny w serwisie IW5EDI