Jak vyzařuje dipól ?

.........................................................................................................................................................................................................................................................................................................

O dipólu je na mém webu celá řada článků, které jsou o tom, kde má dipól rezonanci, jaká je jeho impedance v závislosti na výšce, jak vyzařuje vertikální dipól, či článků obecných, např. zde. Na žádost čtenářů doplňuji úplně základní článek o tom, jak vlastně dipól vyzařuje a byl jsem požádán, aby to bylo uvedeno ve srovnatelných a komentovaných diagramech. Vše popisuji na dipólu z Al trubek pro pásmo 20m v dalším textu.

Vyzařování dipólu

Vyzařování dipólu je závislé na jeho výšce. Odlišně vyzařuje dipól horizontální a dipól svislý.

Vyzařování dipólu nad reálnou zemí.
Jednoduchý model dipólu v mém QTH (poměrně vodivá zem s vodou na vrstvě jílu poblíž rybníků):

Horizontální dipóly nízko nad zemí 1. Na obrázku vpravo jsou namalované 3 vyzařovací diagramy: a) modrá čára - tak vyzařuje dipól ve výšce 1/2 lambda b) červená čára - tak vyzařuje dipól ve výšce 1/4 lambda c) zelená čára (světlá) - tak vyzařuje dipól extrémně nízko, ve výšce lambda/8 Komentář: I. Uvědomme si, jak často jsme dipóly pro 80 m instalovali ve výškách mezi 1/4 a 1/2 lambda a jak nám mohly vyzařovat směrem k horizontu! II. Všimněte si, že na elevačním úhlu 45° nám všechny uvedené instalace vyzařují stejně. Dle toho můžeme také usuzovat, že pokud se nám dipól pro 20 metrů choval pro DX spojení lépe ve výšce instalace 10m než oba předchozí, určitě jsme potřebovali vyzařovat energii k horizontu pod úhlem menším než 45°. III. Všimněme si, že na elevačním úhlu 10° vyzařuje dipól instalovaný ve výšce lambda/2 o cca 10 dB méně, než v maximu svého vyzařování!
Horizontální dipóly vysoko nad zemí 2. Na obrázku vpravo vedle textu jsou uvedeny vyzařovací diagramy dipólu instalovaného ve výšce 1 x lambda, 2 x lambda a 3 x lambda: a) modrá čára - vyzařování dipólu ve výšce 1 x lambda b) červená čára - vyzařování ve výšce 2 x lambda c) zelená čára - vyzařování ve výšce 3 x lambda Komentář: I. Zatímco ve výšce lambda/2 vyzařoval dipól viditelně jen s jediným lalokem (mainlobe), již ve výšce jedné vlnové délky vyzařuje s dalším lalokem, který je potlačen maximálně o 1 dB až 2 dB na vysokém úhlu a laloky (sidelobes) přibývají s výškou. II. Vyzařování směrem k horizontu se však zlepšuje s výškou a maxima vyzařování jsou již na nízkých úhlech. III. Vyzařovací diagramy mají na některých úhlech výrazná minima. IV. Přijímač (i velice odolný) může být zahlcován silnými signály blízkých stanic, které nám dopadají na anténu pod vysokými úhly.
Řešení horních laloků 3. Jak nám anténa vyzařuje do postranních laloků jednoduše řešíme v NEC programech. Nejlépe je to vidět, když nastavíme režim "perfect ground". a) na obrázku vpravo vidíme stejný dipól, který byl řešen v prvním obrázku pro nízké výšky instalace, pouze hodnoty jsou pro perfektní zem nepatrně odlišné a minima vyzařování jsou výraznější
b) diagramy téhož dipólu pro výšky h =1 x lambda (modrá), 2 x lambda (červená) a 3 x lambda (zelená) Komentář: I. Výpočtem v režimu "perfect ground" jsou dobře viditelná minima ve vyzařovacím diagramu
Vyzařování dipólu ve výšce 1/2 lambda a 2 x lambda - srovnání Zatímco horizontální dipól v h = 1/2 lambda vyzařuje směrem vzhůru do nebe bez výrazných minim, pak vysoce instalovaný dipól nikoliv. Dipól instalovaný ve výšce 2 x lambda vyzařuje směrem k horizontu až o 30 dB lépe!!!
Srovnání vyzařování stejného dipólu instalovaného horizontálně a vertikálně
4. Dipól instalovaný ve výšce 1/2 lambda vyzařuje stejně směrem k horizontu, pod úhlem cca 15°.  Na nižších úhlech vyzařuje lépe k horizontu vertikální dipól, na vyšších úhlech horizontální dipól.
5. Při výšce instalace 1 x lambda nám u obou dipólů maximum vyzařování klesá a oba dipóly vyzařují stejně pod úhlem kolem 10° - viz obrázek vpravo, zelený kroužek a zelená šipka se směrem vyzařování. K horizontu vyzařuje lépe v této výšce vertikální dipól. Horizontální dipól již přijímá signály blízkých stanic pod vysokými úhly o více než 6 dB silněji. Pozor na tuto skutečnost, budete-li subjektivně posuzovat anténu příjmem "podle ucha" nebo podle S metru a provedete jen maličký počet srovnávacích experimentů. Pokud neprovedete srovnání pro spojení, která vyžadují vyzařování na nízkých úhlech, snadno anténu zavrhnete a určitá DX spojení nikdy nezrealizujete!
6. Ve výšce 2 x lambda již horizontální i vertikální dipól mají mnoho laloků v diagramech a minima mohou být výrazná. Komentář: I. Všimněte si, že tam, kde má jeden dipól minimum, druhý dipól vyzařuje některým z laloků téměř maximálně.

1. Jak řeší konstruktéři vyzařování vertikálů s ohledem na postranní laloky ? Např. anténu navrhují pro konkrétní výšky instalací a při vyšších výškách jim nepříjemná minima vykrývá parazitní vyzařování zářičů pro další pásma. Často konstruují zářiče s různými druhy souběžných transformačních vedení, aby anténa byla nejen přizpůsobená, ale také hezky vyzařovala. Mnohopásmové vertikály jsou často nádherná technická díla ...
2. Jak si myslíte, že vyzařuje vaše směrovka? Horizontální směrovka má horní laloky (sidelobes) a zejména multibandery nemusí být navrženy pro některá pásma optimálně. Výrobci často o vyzařování takových antén ve vertikální rovině mlčí ...
3. Pozorujete, že musíte někdy zapínat atenuátor, protože vám drahé a špičkové rádio zavírají silné nežádoucí stanice? Prověřte návrh antény, jak vyzařuje horními laloky ...
4. Stává se vám, že na spodních pásmech (např. 80 m) obtížně pracujete s DX stanicemi? Pozorujete nepříjemná rušení a slyšíte haldu stanic, které DX stanici neslyší? Pokud používáte horizontální anténu, pak vyzkoušejte někdy na těchto pásmech vertikál. Osobně jsem jich vyzkoušel několik. GAP Titan DX, jehož špička je jen v 8 metrech výšky a je přizpůsobený od výrobce pouze vedením z tenkého koaxiálu a slídovým kondenzátorem s kapacitou kolem 3 nanoFaradů má na pásmu 80 metrů velice mizernou účinnost. Předpokládám, že se transformací ztratí 10 dB vyrobené energie a další se ztratí nízkou výškou instalace. Vyzařovací úhel je všal nízký a anténa vyzařuje směrem k horizontu. Přesto jsem s touto anténkou pracoval na pásmu 80 m se všemi kontinenty včetně VK a ZL. Zní to neuvěřitelně, samozřejmě se taková práce nedá srovnávat s mnohem lepším 12 metrovým vertikálem pro 80 metrů. Snad nepatrně lépe pracoval můj Compact 80/40/30, ale i o tom najdete na webu podrobnější články ...
5. Proč ham, který není líný, používá pro stejná pásma 2 rozdílně zářící antény? Protože ví, že minima ve vyzařovacích diagramech jsou nepříjemná a mnohokrát zažil zkušenost, že stanici slyšel na jednu anténu perfektně a na druhou vůbec....

73, Míra, ok1ufc