Antena EH
W ostatnim czasie w Internecie oraz w krótkofalarskiej prasie zagranicznej sporo miejsca poświęca się nowym projektom anteny EH. Do redakcji ŚR, jak dotąd, nie dotarły sprawdzone opisy amatorskiego wykonania w kraju takich anten. Z tego też względu, opierając się na dostępnych informacjach i zagranicznych stronach internetowych, podajemy garść podstawowych informacji na temat teoretycznych podstaw działania anteny EH.
Od ponad 120 lat większość anten była konstruowana w oparciu o antenę
Hertza (poza antenami CFA - Crossed Field Antenna).
Antena EH została opatentowana w USA przez Teda Harta W5QJR i George'a
Jonesa KA4Q (obecnie szefów EH Antenna Systems). Antena EH jest niczym
innym, jak zwykłą anteną Hertza z przesunięciem fazy.
Jak podają autorzy, każda antena może zostać przekształcona na antenę
EH minimalnym kosztem.
Obwód zastępczy anteny Hertza składa się z rezystancji promieniowania
(RR) i rezystancji strat (RL) oraz indukcyjności i pojemności oznaczonych
odpowiednio +jXL i -jXC (rysunek 1). Każda z tych wartości ma bezpośrednie
znaczenie dla fizycznych właściwości anteny. Małe anteny Hertza są w zasadzie
pojemnością z małą indukcyjnością i dodaje się w nich zewnętrzną indukcyjność,
aby skompensować reaktancję pojemnościową. Mamy wtedy do czynienia z rezonansem
- napięcie i prąd są ze sobą w fazie, zapewniając dostarczanie największej
mocy do anteny.
Ze wzrostem rozmiarów anteny rośnie pojemność i indukcyjność, aż ich reaktancja
staje się równa - przy ok. 1/4 długości fali antena staje się samorezonansowa.
Większe anteny również mają większą rezystancję promieniowania i strat.
Z kolei gdy antena jest krótka, ale ma dużą średnicę, to ma dużą pojemność
i małą indukcyjność, a w efekcie zachodzi konieczność redukowania wielkości
zewnętrznej indukcyjności niezbędnej do rezonansu. Tak więc można efektywnie
zwiększać szerokość pasma i (gdy zmniejszenie zewnętrznej pojemności jest
proporcjonalne do indukcyjności) zwiększyć efektywność systemu (sprawność).
Ta funkcja, opisana na rysunku jako -jD, oznacza przesunięcie między przyłożonym
napięciem i przepływającym prądem przez naturalną pojemność anteny. Oznacza
to, że pole H (wektor natężenia pola magnetycznego) wyprzedza w fazie
pole E (wektor natężenia pola elektrycznego). Oczywiście powinno to być
integralną częścią każdej anteny Hertza, ale powszechnie zostało uznane,
że nic nie da się z tym zrobić i zostało to zignorowane. Tak było aż do
tej pory.
Antena Hertza została przez W5QJR i KA4Q przekonwertowana do anteny EH
przez dodanie obwodu przesunięcia fazowego, który usuwa efekt -jD. Kiedy
faza prądu ze źródła jest opóźniona o 90 stopni do napięcia, E i H będą
w fazie. Jest to kryterium zagospodarowania promieniowania tak, jak zostało
ono zdefiniowane w twierdzeniu Poyntinga.
Dodatkowa rezystancja (RR) poprawia efektywność anteny i rozszerza pasmo.
To i dodanie -jXL efektywnie zwiększa pojemność anteny przez odejmowanie
od -jXC, tak więc zmniejsza się wielkość indukcyjności strojeniowej potrzebnej
do dobrania rezonansu, co prowadzi do zmniejszenia strat w tej indukcyjności
i zmniejszenia Q.
Ta składowa efektywnie zwiększa pojemność (do kwadratu) dla bardzo małych
anten EH, które mają pomijalnie małe indukcyjności przewodowe.
Ponieważ mała antena EH nie ma pola H wytworzonego na indukcyjności przewodowej,
może być bardzo mała oraz osiągać bardzo dobrą wydajność i mieć szerokie
pasmo (duże wartości E i H nie są już wymagane). Kiedy EH jest używana
jako antena odbiorcza, ma doskonały współczynnik sygnału do szumu.
Jaka jest różnica między anteną Hertza a anteną EH, pokazuje wykres na
rysunku 2.
W antenie Hertza napięcie i prąd są w fazie, a E i H nie są w fazie -
promieniowanie nie może dotrzeć na dalekie odległości. Właściwy układ
przesunięcia fazy przekształca zwykłą antenę w antenę EH, gdzie występuje
90 stopni opóźnienia między prądem a napięciem, natomiast E i H są w fazie,
tak że antena EH bezpośrednio przekształca dostarczaną moc na promieniowanie.
Główną zaletą anteny EH są małe wymiary, co jest bardzo korzystne, bo
taką antenę np. na pasmo 80m można zamontować nawet na balkonie. Jak potwierdziły
pomiary, antena EH z elementami 0,005 długości fali i średnicy 1/3 długości
elementów wytwarza promieniowanie o większym poziomie niż półfalowy dipol
anteny Hertza.
W ostatnim czasie anteny takie są wykonywane przez wielu zagranicznych
krótkofalowców, na różne pasma KF, z wykorzystaniem kanalizacyjnych rur
PCV a nawet puszek po kawie. Kilka zdjęć zaczerpniętych ze stron internetowych
obrazuje wygląd zewnętrzny i konstrukcję takich anten.
Na zamieszczonych schematycznych rysunkach 3 i 4 pokazano sposoby wykonania
anten, zaś w tabelach 1 i 2 orientacyjne wartości elementów na poszczególne
pasma KF.
Jeżeli ktoś z Czytelników ma doświadczenia z antenami EH, prosimy o listy.
Chętnie opublikujemy praktyczne opisy wykonania takich anten.
Więcej informacji można znaleźć m.in. na następujących stronach:
http://www.eh-antenna.com
http://www.eheuroantenna.com/
http://hem.bredband.net/sixens/links_part_1.htm