ATENTIE - ANTENE!

Ca de obicei, cititi avertismentul general si avertismentul specific:

ANTENA GROUND PLANE (GP)

Cartile de antene au cel putin o pagina dedicata antenei Ground Plane (sau GP), unii autori dezvoltand subiectul pe larg si cu multa competenta. Ca o descriere a experientei personale, intr-o tratare fara pretentii, dedic si eu o pagina de web acestei antene simple.

Sa intram, asadar, in subiect...
Populara mai ales pentru frecvente peste 30MHz, un GP poate sa fie solutia cand nu este timp sau spatiu pentru o antena "serioasa". E usoara, nepretentioasa la reglaje, ieftina, poate sa fie destul de simplu de realizat in varianta demontabila, se poate instala rapid aproape oriunde. Daca e cat de cat degajata, merge bine la distante uneori surprinzator de mari datorita unghiului de plecare favorabil. Eu folosesc o antena GP de foarte multi ani pentru traficul local in unde ultrascurte, iar GP-ul (mai recent) pentru banda de 10m mi-a dat frumoase satisfactii. Cu numai 20W am lucrat in 28 MHz statii PY, CX, ZS, plus Europa, Rusia si nordul Africii, toate in SSB, cu controale de care nu mi-e rusine.

Antena Ground Plane sau GP (in traducere "cu plan de pamant") este in principiu un radiant vertical in sfert de unda . Radiantul vertical este legat la firul central al cablului coaxial. Izolat fata de radiant, se monteaza "pamantul artificial", un plan de masa din 3 sau mai multe conductoare, dispuse circular echidistant in jurul radiantului, numite contragreutati sau "radiale". Contragreutatile formeaza cu radiantul vertical un unghi de 90...135 de grade si sunt legate toate la tresa (ciorapul) cablului. Antena este prin natura ei asimetrica si nu are nevoie de dispozitiv de simetrizare. Comportarea este a unui dipol deschis, deci de impedanta joasa, ceea ce permite alimentarea directa cu cablu coaxial de 50 sau 75 de ohm.

Am modelat cateva GP cu binecunoscutul simulator MMANA, pus gratuit la dispozitia comunitatii radioamatoriale de  catre autorul sau, Makoto Mori,   JE3HHT. Many thanks, Mako-san!
In imagine este marcat cu rosu unghiul lobului principal de radiatie in plan vertical, numit adesea si "unghi de plecare" sau "lansarea" antenei. Unghiurile de plecare (lansarile) intre 3 si 10 grade sunt cele mai favorabile DX-urilor prin propagare troposferica. Acest unghi depinde evident de inclinarea radialelor fata de verticala.
In plan orizontal, diagrama de radiatie este circulara (omnidirectionala).

Impedanta de intrare variaza de la cca. 72 la cca. 57 de ohm, o data cu inclinarea in jos a contragreutatilor, de la orizontala la 45 de grade. Este evident ca inclinarea la 90 de grade inseamna punerea in prelungire, deci ajungerea la clasicul dipol deschis, de 50 de ohm.

Raportul de unde stationare depinde in unde ultrascurte atat de antena, cat si de lungimea si calitatea cablului. Folosind o teava cu diametru mare, un cablu adus la dimensiunile optime (multiplu intreg de sfert de lungime de unda inmultit cu factorul de viteza al cablului) si "ciupind" cu grija din varful antenei se poate ajunge la SWR sub 1,5 pentru o largime de banda de cca. 1MHz.

O observatie importanta: marirea numarului de contragreutati (de obicei la 4, dar sunt si versiuni cu 12) modifica usor impedanta si imbunatateste randamentul, dar complica realizarea mecanica, fapt care altereaza una din calitatile esentiale ale acestei antene: costurile reduse - materiale si de efort.

Antena Grund Plane este des utilizata si in benzile de 28 si 50 MHz. Cei care au posibilitati tehnice deosebite si spatiu suficient, au experimentat-o cu bune rezultate si in benzile joase de unde scurte, unde se foloseste ca antena de emisie. In acest caz, planul de pamant (contragreutatile) sunt obtinute prin ingroparea la 10-20 cm a catorva sute de metri de sārma sau plasa de cupru sau inox.

Calculele dimensionale sunt simple si destul de precise pentru frecvente intre 25 si 500 MHz:

LRadiant [mm]=72200 / f [MHz]
LContragreut. [mm] =75300 / f [MHz]
Diam.Radiant [mm] = 6…10 pentru UHF/VHF si 10...20 pentru banda de 10m
Diam.Contragreut. [mm] = 3...6 pentru UHF/VHF si 10...20 pentru banda de 10m
Diametrele mici ale elementelor dau o largime de banda mai redusa.

Iata mai jos dimensiunile devenite clasice pentru banda de 2m (zona de FM) intre 145.000 si   146.000.   Lungimea teoretica a radiantului vertical este de 497 mm, contragreutatile avand fiecare cate 518mm. Radiantul se taie ceva mai lung (500...505mm) pentru a permite, prin scurtare succesiva cu cate 2-3 mm, acordul exact in centrul benzii dorite, de regula faimosul canal S20 pe 145,500MHz.

Pentru 10m (28-29 MHz) dimensiunile sunt dupa cum urmeaza:

La antena pentru banda de 10m, e bine ca elementele sa fie telescopice sau macar sa aiba un mic tronson telescopic la capat. Reglajul se face atat din lungimea radiantului cat si a contragreutatilor, astfel incat sa se mentina acea mica diferenta intre lungimea radiantului si cea  a contragreutatilor. De remarcat ca, din motive constructive,   diametrul antenei este mic in raport cu lungimea de unda, fapt care reduce largimea de banda la cca. 100 kHz pentru un SWR sub 1,3 si la 400...500 kHz pentru SWR sub 2, dincolo de aceste limite fiind necesara folosirea unui adaptor de impedanta de tip transmatch. Cei care dispun de tub de aluminiu de diametru mare (50...100 mm) vor avea o acoperire mai buna a benzii. Oricum, tot din considerente mecanice,  e bine ca radialele sa fie facute "telescopice", pentru a reduce momentul incovoietor destul de mare care apare la imbinarea radialelor pe inelul de fixare de la baza antenei. Chiar si asa,  este bine ca radialele sa fie sprijinite de pilon cu contrafise. O alta solutie este folosirea a 6 sau 8 radiale din fir de cupru, care devin astfel si ancore poentru pilon. Antena incepe deja sa functioneze bine chiar la inaltimi mici (1-2m) ale contragreutatilor fata de acoperis sau sol.

Ca o curiozitate, iata o realizare exclusiv filara a unei GP pe 10m, buna pentru "iesiri la iarba verde", de obicei cu un QRP miniatural pentru CW. Antena se suspenda de o creanga situata la 4-5 m de sol, radialele folosind ca ancore.

Baza antenei este o bucata de plexiglas sau sticlostratitex de 5...8 mm grosime, taiata in forma de triunghi echilateral cu latura de 70-80 mm. In centrul triunghiului se plaseaza o mufa SO-239 (Amphenol) de centrul careia se lipeste firul vertical. Radialele se trec prin gaurile practicate in varfurile triunghiului, se lipesc impreuna si se leaga la masa mufei. Atat la capetele libere ale radialelor cat si la cel al radiantului vertical se plaseaza unul sau doi izolatori "nuca" de portelan sau pur si simplu o placuta de plexiglas de 50x20 mm cu gauri la capete. De izolatoare se leaga ancorele. Pentru ancora firului vertical se va prevedea un intinzator mobil si un carlig, iar ancorele radialelor vor avea cate o tepusa cu ochi (tip ancora de cort) si respectivul element de intindere, tot tip cort sau realizat din plexiglas ca in figura. Dimensiunile sunt identice cu ale versiunii din teava, prezentate in tabelul de mai sus. In stare impachetata, antena ocupa in rucsac spatiul a doi hamburgheri.