Κεραία 3 λ/4 με εξαιρετικό gain και λοβό ακτινοβολίας.

Κεραία 3 λ/4  τύπου ground plane
Αντίσταση εισόδου 50 Ohms

Ο σχεδιασμός και η κατασκευή έγιναν από τον blogger. Κάνοντας click στις φωτό μεγαλώνουν για περισσότερες λεπτομέρειες. 

Το κατακόρυφο στοιχείο της ground plane ως γνωστόν είναι λ/4. Αν τα τρία ή τέσσερα radials αυτής είναι τοποθετημένα παράλληλα προς το έδαφος, τότε παρουσιάζει σύνθετη αντίσταση εισόδου 36 Ω. 

Η αντίσταση αυτή δεν ταιριάζει απόλυτα με την συνήθη κάθοδο (ομοαξονικό) που χρησιμοποιούμε και της οποίας η αντίσταση είναι 50Ω, έτσι τα εμφανιζόμενα στάσιμα (SWR) είναι περίπου 1,5 προς 1 και πλέον.

Στην περίπτωση που τα radials σχηματίσουν γωνία 135 μοίρες με το κατακόρυφο στοιχείο (45 μοίρες με τον ιστό), τότε η αντίσταση υπολογίζεται ότι είναι 52 Ω και ταιριάζει απόλυτα με τις καθόδους τύπου RG που χρησιμοποιούμε και που έχουν αντίσταση 50 Ω.

Αν όμως τα radials σχηματίσουν γωνία 180 μοιρών με το κατακόρυφο στοιχείο δηλαδή αν σχηματιστεί ένα (ευθύ) δίπολο, τότε η αντίσταση είναι 72 Ω και δεν ταιριάζει με τις καθόδους των 50 Ω που χρησιμοποιούμε.

Αν όμως το κατακόρυφο στοιχείο αυξηθεί ¾ του μήκους κύματος (3λ/4) τότε η κεραία αυτή είναι παρόμοια με την ground plane (λ/4) και ισχύουν ότι αναφέραμε μέχρι τώρα. Με κλίση των radials σε 135 μοίρες σε σχέση με το κατακόρυφο στοιχείο η αντίσταση εισόδου είναι 50 Ω.  Τα radials έχουν μήκος λ/4.

Οι λοβοί ακτινοβολίας έχουν  διαφορές, όπως αναφέρεται και στη συνέχεια, δεχόμενοι σημαντικό επηρεασμό από το ύψος τοποθέτησης και τα περιβάλλοντα αντικείμενα. Όλες αυτές οι κεραίες είναι ισοσταθμισμένες (balance).

 Για παράδειγμα θα υπολογίσουμε μία  3λ/4 ground plane στους 435 Mhz

O τύπος υπολογισμού είναι λ=300\f

λ = μήκος κύματος σε m

f = συχνότητα σε Mhz

Έτσι λοιπόν το μήκος κύματος υπολογίζεται ως λ= 300\f = 300\435 = 0,689 m

Το 1/4 του μήκους κύματος (λ/4) είναι 0,689 : 4 = 0,172m 

Αν μετατρέψουμε σε εκατοστά είναι 17,2 cm.

Τα 3 x λ/4 είναι: 3 x 17,2 = 51,6 cm.

Επομένως το κάθετο στοιχείο θα είναι 51 cm και τα radials 17 +10% δηλαδή 19 cm.

Παρατηρούμε, όπως είναι φυσικό επακόλουθο, ότι η λ/4 είναι 17,2 εκατοστά και η 3λ/4 είναι 51,6 εκατοστά.
Η απολαβή της ground plane ¾ του λ (3λ/4) είναι 4,2 dbi σε σύγκριση με τα 3 dbi της γνωστής μας ground plane λ/4.

Υπολογισμός της 3λ/4 για τα 2m στους 145 MHz.

Μήκος κύματος λ = 300/145 = 2,06 m
Το λ/4 = 2,06/4 = 0,51 m = 51 cm
Το 3λ/4= (3x0,515)=1,54 m = 154 cm.
Το κατακόρυφο στοιχείο θα είναι 1,5 μέτρο περίπου σε ύψος. 
Τα radial θα είναι λ/4 και 10% μεγαλύτερα δηλαδή 55 cm.

Οι μπρουτζοκολλήσεις πωλούνται με το κιλό σε καταστήματα με βιομηχανικά υλικά. Αν όμως ζητήσετε από κάποιο γνωστό αλουμινά θα σας δώσει 2 τεμάχια...  Κατασκευάσαμε λοιπόν με 2 βέργες μπρουτζοκόλλησης μήκους ενός μέτρου και πάχους 2,4mm την 3λ/4 ground plane που προτείνουμε. Στις φωτογραφίες μας φαίνονται τα υλικά που απαιτούνται... 

Το κατακόρυφο στοιχείο της 3λ/4 (για τα UHF 435 MHz) κόπηκε στα 53 cm και για να την ρυθμίσουμε κόβαμε μικρομετρικά με έλεγχο στη γέφυρα στασίμων και τελικά σε εμάς συντόνισε με μήκος 50,5 cm στους 435 MHz με λόγο στασίμων 1,1:1 και 10 μέτρα κάθοδο RG-213.

Τα τρία radials που τοποθετήσαμε σχημάτιζαν γωνία 135 μοιρών περίπου με το κατακόρυφο στοιχείο και με τον ιστό 45 μοίρες. Το μήκος τους ήταν 18,5 cm.

Έχουμε αναφέρει ότι το μήκος του κατακόρυφου στοιχείου κυρίως επηρεάζεται από το πάχος τους σύρματος ή του αλουμινίου που θα χρησιμοποιήσουμε για να το κατασκευάσουμε.

Έτσι θα πρέπει να κοντύνουμε κατά 5 με 6% τα 51,6 cm. Το τελικό μήκος του κατακόρυφου στοιχείου της UHF θα πρέπει να είναι τελικά 50,5 cm περίπου. Αυτά εξελίσσονται με δοκιμές και τη βοήθεια της γέφυρας.

Τα radials πρέπει να έχουν 10% μεγαλύτερο μήκος από το λ/4 που υπολογίσαμε 17+1,7=19cm.

Ωφέλιμη πληροφορία: Σημειώνουμε επίσης εκ της θεωρίας ότι η ground plane (λ/4) έχει μέγιστη γωνία ανύψωσης ακτινοβολούμενου λοβού 26° σε σχέση με μία κάθετη λ/2 που έχει 21°. Πιο σημαντικό όμως είναι ότι το -3-dB κατακόρυφο εύρος δέσμης πέφτει από 42° έως 29°. Σε μία κάθετη 5λ/8 πέφτει το μέγιστο του λοβού στις 15° με πλάτος δέσμης -3 dB στις 23°. Η κεραία που αναφερόμαστε σε αυτό το άρθρο η vertical τύπου ground plane 3λ/4 έχει μέγιστη ακτινοβολία στη γωνία των 45° και 4dbi.

 Μια πολύ καλή ιδέα είναι ο σχεδιασμός και η κατασκευή δύο κεραιών στο ίδιο κέντρο τύπου λ/4 ground plane. Η μία θα είναι αυτή που υπολογίσαμε και η άλλη για τα  2 μέτρα (145 MHz). Θα υπάρχουν 4 radials δύο στο μήκος της μίας και άλλα δύο στο μήκος της άλλης. Ένα τέτοιο παράδειγμα με δύο κατακόρυφα στοιχεία και 4 ground planes ανά δύο για κάθε μπάντα υπάρχει στην ανάρτηση: https://sv1ahh.blogspot.com

Ένα εξαιρετικό επιστημονικό άρθρο βρίσκεται στη διεύθυνση: 

https://www.researchgate.net/ 

και αναφέρεται στα πλεονεκτήματα της κεραίας 3λ/4. 

Η τελευταία μας δοκιμή με κεραία σύρματος 3λ/4 που πραγματοποιήσαμε ήταν στους 50 MHz, το αποτέλεσμα ήταν πολύ ενθαρρυντικό... ζωντάνεψε η μπάντα των 6 μέτρων. 

Το ενεργό στοιχείο είχε μήκος 4,35m (μπλε) και το μοναδικό radial που χρησιμοποιήθηκε 1,5m (μαύρο) σε ένα παλιό κέντρο που είχαμε. Η γωνία ανάμεσα τους γύρω στις 130 μοίρες. Μετρήσαμε στάσιμα 1:1 μετά από τρεις τροποποιήσεις μήκους του ενεργού στοιχείου των 4,35 μέτρων ξεκινώντας από τα 4,5 μέτρα και τυλίγοντας το άκρο του ενεργού στοιχείου γύρω από τον εαυτό του. 

Παρατηρήσαμε επίσης ότι η κεραία αυτή συντονίζει και στην μπάντα των 12 μέτρων με χαμηλά στάσιμα 1.2:1. Την συγκρίναμε με την endfed των 20 μέτρων (49:1 ballun) και διαπιστώσαμε ότι ακούει και εκπέμπει πολύ καλλίτερα, η διαφορά (ακουστικά) είναι 3 με 4 db στο όργανο του πομποδέκτη υπέρ της. 

Έτσι έχουμε μια πολύ καλή κεραία για τους 50 και 24,9 MHz. Η κάθοδος μας ήταν 12 μέτρα περίπου. Φαίνεται να συντονίζει και στην μπάντα των 12 μέτρων ως 3λ/8  δηλαδή [(3X12)/8]=4,5m

Ίσως θα πρέπει να ξεκινήσουμε δοκιμές και με τέτοιου είδους κεραίες (3λ/8) αφού δεν υπάρχουν και γι' αυτές σχετικές πληροφορίες στη βιβλιογραφία. 

 

H 3λ/4 με 2 radial  

Ο τύπος αυτός της  κεραίας και εννοούμε την 3λ/4 είναι σχεδόν άγνωστος αφού δεν υπάρχουν σχετικές αναρτήσεις στο διαδίκτυο αλλά και στη βιβλιογραφία. Για το λόγο αυτό ασχοληθήκαμε και έχουμε εντυπωσιαστεί από τις επιδόσεις της.