OBRAZ ANTÉNY
Často je vhodné použít pro znázornění účinku odrazu představu obrazu antény. Jak ukazuje obrázek 9, odražený paprsek urazí cestu stejné délky (AD se rovná BD), jakou by urazil, kdyby byl vyslán druhou anténou stejných vlastností, jako je anténa skutečná, jejíž hloubka pod zemí by byla stejná jako výška antény nad zemí. Tento obraz antény je obrácený, podobně jako obraz v zrcadle, jak je vidět na obrázku 1. Je-li skutečná anténa vodorovná a v daném okamžiku je nabita tak, že jeden konec je kladný a druhý záporný, pak zrcadlená anténa, rovněž vodorovná, má opačnou polaritu, podobně jestliže nižší konec svislé půlvlnné antény je kladný, horní konec obrácené (zrcadlené) je záporný. Podíváme-li se nyní na anténu a její obraz ze vzdáleného bodu na zemském povrchu, bude zřejmé, že proudy ve vodorovné anténě a jejím imaginárním protějšku jsou opačným směrem, neboli jsou o 180° posunuty neboli jsou ve fázi. Účinek zemního odrazu neboli zrcadlení antény je tedy odlišný pro vodorovné a pro svislé antény.
Obrázek 1
V kterémkoli vzdáleném bodě P bude síla vyzařovaného pole výslednicí dvou paprsků, jednoho přímého od antény, druhého odraženého od země. Odražený paprsek má cestu delší než paprsek přímý o úsek BC, přičemž si představujeme, že odražený paprsek vychází ze zrcadlového obrazu antény.
Obrázek 2
Vodorovné a svislé půlvlnné antény a jejich zrcadlové obrazy.
Činitel odrazu.
Účinek odrazu je možno vyjádřit jako součinitel, který násoben vzdáleností příslušnou pro obrazce záření ve volném prostoru při daném svislém úhlu antény, dává jako výsledek relativní intenzitu záření při témž úhlu. Omezující podmínky jsou představované přímým paprskem a paprskem odraženým, které jsou buď přesně ve fázi, nebo přesně v opačné fázi, předpokládáme-li, že není žádných zemních ztrát a že mají přesně stejnou amplitudu. Tedy výsledná síla pole může býti buď dvojnásobek síly pole z antény, nebo nula.
Způsob, jak se činitel odrazu (za předpokladu dokonale vodivé země) mění s výškou antény, je znázorněn v řadách diagramů na obrázcích 3 – 14. Obrázky 1 – 12 se týkají vodorovných antén jakékoli délky a svislých antén se sudým násobkem délky vlny. Obrázky 13 až 18 jsou pro svislé antény s lichým násobkem délky vlny. Srovnáme-li obě řady diagramů, vidíme, že poloha minima (násobitel je nula) a maxima (násobitel se rovná dvěma) jsou pro oba druhy antén opačné.
Je nutno připomenout, že tyto grafy nejsou nákresy svislých vyzařovacích diagramů antén, ale představují jen číslo – násobitele, zhodnocující výsledek odrazu od země. S uvedeným rozlišením mezi vodorovnými a svislými anténami se grafy hodí stejně dobře pro všechny antény. Samozřejmě jsou použitelné jen pro svislé úhly, neboť země při odrážení vln nerozeznává zeměpisné směry.
Obrázek 21 ukazuje úhly, při nichž minima a maxima jsou funkce výšky antény. Tento graf znázorňuje zhruba diagram zemního odrazu pro mezilehlé výšky ve vztahu k těm, které jsou znázorněny na obrázcích 11-28 a usnadňuje také zjištění správné výšky pro každý žádaný úhel záření.
Vlastnosti země.
Jak již zde bylo naznačeno, diagramy vycházení z předpokladu dokonale vodivé země. Při vysokých kmitočtech ale země prakticky není dokonalým vodičem. Účinek zemních ztrát snižuje amplitudu odražené vlny tak, že maximální odrazový činitel je o něco menší než 2 a minimum nedosahuje nuly. Odraz může mít také za následek posun ve fázi, což také ve skutečnosti navíc mění skutečný obraz.
U všech úhlů, vyjma nejmenších, jsou tyto účinky malé a nedopustíme se žádného vážného omylu když budeme předpokládat, že země působí jako dokonalý reflektor. Účinek při úhlech menších než asi 10 stupňů oslabuje mnohem více, než je naznačeno na diagramu, až konečně při úhlech asi tři stupně a menších záření mizí prakticky úplně. To platí o vodorovných i svislých anténách, takže odrazový činitel při obzoru pro půlvlnnou svislou anténu, který se teoreticky rovná dvěma, je ve skutečnosti roven nule. Patrné výhody svislé antény při velmi malých úhlech nedosáhneme tedy při vysokých frekvencích.
Při kmitočtech řádu 1,75 a 3,5 MHz zemní ztráty mají malý účinek a diagramy se pro všechny svislé úhly více blíží skutečnosti.
„Skutečná rovina odrazu“ země – tedy plocha, od niž se jak předpokládáme – vlna odráží při výškách daných na diagramech, se zřídka shoduje se skutečným povrchem země. Obyčejně se zjistí, že tato rovina se objeví několik metrů pod povrchem země. Jinými slovy, výška antény vzatá pro výpočet odrazu, je o několik metrů větší, než skutečná výška antény. Mnoho záleží na vlastnostech půdy a v některých případech může odrazová rovina ležet překvapivě hluboko. Diagramy tedy v některých případech nebudou přesně zobrazovat účinky odrazu s přihlédnutím k různým okolnostem, příslušným vysokým kmitočtům a malým úhlům.
Zemní odraz a vyzařovací odpor.
Vlny vyzářené z antény přímo dolů se odrážejí svisle od země a při míjení antény po cestě vzhůru do ní indukují proud. Velikost a fáze tohoto indukovaného proudu závisí na výšce antény nad odrazovou plochou. Celkový proud v anténě se tedy skládá ze dvou složek, jedné, která je dodávaná výkonem vysílače, a druhé, vyvolané pohlcováním energie z odražených vln. Druhá složka je samozřejmě menší než první, ale v určitých výškách jsou obě více méně ve fázi, takže takto dávají větší celkový anténní proud, než jaký by vyplýval jen z příkonu energie anténě ve volném prostoru. V jiných výškách budou zase obě vlny v opačné fázi a pak samozřejmě platí opak.
Změna proudu v poměru k výšce antény při konstantním příkonu, rovná se změně vyzařovacího odporu antény. Na příklad vodorovná půlvlnná anténa bude značně měniti vyzařovací odpor při změně výšky a pouze v jistých výškách bude vyzařovací odpor roven 75 ohmům, jak je vidět z obrázku 22.
Odrazná plocha na zemi.
Účinek dokonale vodivé země lze v sousedství antény nahradit kovovým pletivem nebo mříží pod anténou, blízko zemského povrchu, nebo jen tak na zemi. Taková odrazná plocha často zdokonalí výkon antény tím, že zmenší ztráty v zemi blízko antény, kde vzhledem k vysoké intenzitě jsou takové ztráty velmi vážné. Odrazná plocha je nejúčinnější při vyšších kmitočtech. Je dobře, sahá-li nejméně na půl délky vlny všemi směry od antény, ačkoli byly hlášeny dobré výsledky s odraznou plochou s rozměry o 25% menšími.
Zemní odrazná plocha kromě toho, že snižuje ztráty, také určuje do značné míry výšku antény, pokud jde o vyzařovací odpor. Pro tento předpoklad bude výška skutečnou výškou antény nad odraznou plochou. Protože ale odraz od této plochy správných rozměrů nastává pouze při velkých úhlech, jeho přítomnost nebude příliš měniti vliv skutečné země při úhlech menších, protože vlny s malým úhlem se odrážejí ve značné vzdálenosti od antény.
Obrázky ČAV