Når man ser på antenner til CB, VHF og UHF, støder man ofte på betegnelser som 1/4-bølge, 1/2-bølge og 5/8-bølge.
Betegnelserne beskriver antennens elektriske længde i forhold til radiosignalets bølgelængde. De forskellige konstruktioner kan have forskellig størrelse, behov for modplan og udstrålingsmønster.
1/4-bølge er enkel og ofte afhængig af et godt modplan. 1/2-bølge kan konstrueres, så den er mindre afhængig af en stor metalflade. 5/8-bølge bruges ofte, når man ønsker mere af signalet koncentreret mod horisonten.
Hvad betyder bølgelængde?
Et radiosignal bevæger sig som elektromagnetiske bølger. Afstanden fra et punkt på bølgen til det tilsvarende punkt på den næste kaldes bølgelængden.
Bølgelængden afhænger direkte af frekvensen:
- lav frekvens giver lang bølgelængde
- høj frekvens giver kort bølgelængde
Ved omkring 27 MHz er en hel bølgelængde cirka 11 meter. Ved omkring 446 MHz er bølgelængden kun omkring 67 cm. Derfor kan en fysisk kort UHF-antenne være elektrisk lige så stor som en langt længere CB-antenne.
Sådan beregnes bølgelængden
En praktisk tilnærmelse er:
Bølgelængde i meter = 300 / frekvensen i MHz
Ved 150 MHz bliver beregningen eksempelvis:
300 / 150 = 2 meter
En hel bølgelængde er altså cirka 2 meter.
En kvart bølgelængde bliver cirka:
2 / 4 = 0,5 meter
Den beregnede bølgelængde er et udgangspunkt. I en virkelig antenne påvirker blandt andet lederens tykkelse, konstruktionen og omgivelserne den præcise fysiske længde.
Hvad er en 1/4-bølgeantenne?
En 1/4-bølgeantenne har en elektrisk længde på omtrent en fjerdedel af radiosignalets bølgelængde.
Det er en af de enkleste og mest udbredte antennetyper inden for radiokommunikation.
Den bruges blandt andet til:
- mobilradio
- VHF
- UHF
- CB
- baseinstallationer
1/4-bølge og modplan
En klassisk kvartbølgeantenne bruger normalt et ground plane eller modplan som den elektriske anden halvdel af antennesystemet.
På en bil kan karrosseriets metal fungere som denne modvægt.
En lodret 1/4-bølgeantenne monteret på et metaltag bruger antennestangen som den ene del af systemet og bilens metal som modplan.
Læs mere i artiklen Modplan og ground plane – hvorfor antennen har brug for en modvægt.
Fordele ved 1/4-bølgeantenner
En kvartbølgeantenne har flere praktiske fordele:
- enkel konstruktion
- relativt bred båndbredde
- forudsigelig funktion
- godt rundstrålende mønster ved korrekt montering
- ofte relativt let at tilpasse
Den er derfor en klassisk løsning til mange mobile installationer.
En korrekt monteret 1/4-bølgeantenne med et godt modplan kan være meget effektiv. En mere kompliceret antenne er ikke automatisk bedre.
Hvor lang er en 1/4-bølgeantenne?
Længden afhænger af frekvensen.
Omtrentlige elektriske kvartbølgelængder er:
- 27 MHz: cirka 2,8 meter
- 150 MHz: cirka 50 cm
- 446 MHz: cirka 17 cm
I praksis kan antennen være kortere på grund af blandt andet forkortningsspoler og den konkrete konstruktion.
Hvorfor er en CB-antenne ofte kortere end 2,8 meter?
En fuld fysisk 1/4-bølgeantenne til 27 MHz ville være omkring 2,7-2,8 meter lang, hvilket er upraktisk på mange køretøjer.
Derfor bruger mange CB-antenner en spole, som gør antennen elektrisk længere end dens fysiske længde.
En antenne kan være fysisk kortere end en kvart bølgelængde og stadig være elektrisk tilpasset frekvensen ved hjælp af blandt andet spoler.
Hvad er en 1/2-bølgeantenne?
En 1/2-bølgeantenne har en elektrisk længde på cirka halvdelen af radiosignalets bølgelængde.
Halvbølgeantenner findes i flere forskellige konstruktioner, og betegnelsen fortæller derfor ikke alene præcis, hvordan antennen er opbygget.
En klassisk dipol består eksempelvis af to kvartbølgeelementer og har samlet en længde på cirka en halv bølgelængde.
Halvbølge som mobilantenne
En lodret halvbølgeantenne kan konstrueres, så den er mindre afhængig af en stor metalflade end en traditionel 1/4-bølgeantenne.
Det kan være en fordel på installationer, hvor et stort ground plane ikke er tilgængeligt.
Halvbølgekonstruktioner kan være interessante på eksempelvis glasfiberkøretøjer, både eller andre steder, hvor en traditionel kvartbølgeantenne ikke har et godt metalplan at arbejde imod.
Har en 1/2-bølgeantenne altid højere gain?
Ikke nødvendigvis.
Gain afhænger af den konkrete antennekonstruktion, dens placering og hvordan gain-værdien er defineret.
Det er derfor ikke korrekt blot at antage, at en antenne altid har højere gain, fordi den elektriske længde er større.
Betegnelsen 1/4-, 1/2- eller 5/8-bølge beskriver antennens elektriske konstruktion. Den fortæller ikke alene, hvor mange dBi eller dBd antennen har.
Hvad er en 5/8-bølgeantenne?
En 5/8-bølgeantenne er elektrisk længere end både en kvart- og en halvbølgeantenne.
Den bruges ofte som lodret antenne, hvor konstruktionen kan koncentrere mere af signalet i retning mod horisonten.
Det kan give højere gain i den vandrette retning end en simpel kvartbølgeantenne.
Hvis stationerne befinder sig omtrent i samme højde og langt fra hinanden, kan et fladere udstrålingsmønster være en fordel, fordi mere af energien sendes mod horisonten og mindre opad.
Hvorfor er 5/8 længere end 1/2?
Fem ottendedele af en bølgelængde svarer til 0,625 bølgelængde, mens en halvbølge er 0,5.
5/8-bølgeantennen er derfor elektrisk 25 procent længere end en halvbølgeantenne.
Den ekstra elektriske længde ændrer antennens strømfordeling og udstrålingsmønster.
5/8-bølge kræver tilpasning
En 5/8-bølgeantenne kan normalt ikke blot forbindes direkte til et 50-ohms radiosystem uden en form for elektrisk tilpasning.
Derfor indeholder antennefoden ofte en spole eller anden matching-konstruktion.
En spole i en antenne bruges ikke kun til at gøre en antenne fysisk kortere. I nogle konstruktioner indgår den også i den elektriske impedanstilpasning mellem antennen og radioen.
Er 5/8-bølge altid bedst?
Nej.
En højere gain tæt på horisonten kan være en fordel i fladt terræn, men et fladere udstrålingsmønster kan i visse situationer være mindre fordelagtigt, hvis den anden station befinder sig markant højere eller lavere.
I fladt landskab kan en antenne med mere koncentreret udstråling mod horisonten være attraktiv. I kraftigt kuperet terræn kan et bredere vertikalt udstrålingsmønster i nogle situationer være nyttigt.
Udstrålingsmønsteret er afgørende
En antenne sender ikke nødvendigvis lige meget energi i alle retninger.
For en lodret mobilantenne ønsker man normalt et signal, der fordeler sig rundt om køretøjet og primært bevæger sig ud mod horisonten.
Når antennens elektriske længde og konstruktion ændres, ændres udstrålingsmønsteret også.
1/4-bølge – bredt og enkelt
En typisk kvartbølgeantenne har et relativt bredt vertikalt udstrålingsmønster.
Den er derfor en robust allround-løsning i mange installationer.
5/8-bølge – fladere mod horisonten
En korrekt konstrueret 5/8-bølgeantenne kan koncentrere mere energi mod horisonten.
Det giver en gain-fordel i den retning, men energien kommer stadig fra den samme sender.
En antenne med højere gain producerer ikke mere sendeeffekt. Den ændrer fordelingen af den energi, radioen allerede leverer.
Læs mere i artiklen Antennegain forklaret – hvad betyder dBi og dBd?
Hvordan påvirker antennehøjden resultatet?
Selv en antenne med højt gain kan give dårlige resultater, hvis den er placeret lavt eller skjult mellem forhindringer.
En mindre antenne placeret højt og frit kan derfor i praksis give bedre rækkevidde end en større high-gain-antenne på en dårlig placering.
Ved valg af antenne bør du ikke kun se på 1/4, 1/2, 5/8 eller gain-tallet. En god fysisk placering kan være mindst lige så vigtig.
Læs mere i Hvorfor betyder antennens placering mere end sendeeffekten?.
Fysisk lange antenner og køretøjer
En elektrisk længere antenne bliver ofte også fysisk længere, medmindre konstruktionen bruger spoler eller andre teknikker til at reducere størrelsen.
På et køretøj giver det praktiske overvejelser som:
- vindbelastning
- parkeringskældre
- grene og andre forhindringer
- magnetfodens styrke
- mekanisk belastning af antennefoden
En stor antenne kan have gode elektriske egenskaber, men den skal også kunne monteres sikkert og fungere i den daglige brug.
Forkortede antenner
Hvis en fuld fysisk antennelængde er upraktisk, kan antennen forkortes elektrisk ved hjælp af en spole.
Dette ses meget ofte på mobile CB-antenner.
Spolen kan sidde:
- ved antennens fod
- midt på antennen
- højere oppe på antennen
Placeringen og konstruktionen påvirker antennens elektriske egenskaber.
Base-loaded, center-loaded og top-loaded
Man kan derfor møde betegnelser som:
- Base-loaded – spolen sidder tæt ved antennefoden
- Center-loaded – spolen sidder omkring midten
- Top-loaded – en større del af belastningen ligger højere oppe
Disse betegnelser fortæller, hvor antennens elektriske forkortning eller belastning er placeret.
Spoler gør det muligt at fremstille praktiske antenner til frekvenser, hvor en antenne i fuld fysisk længde ville være for stor. Konstruktionen er derfor ofte et bevidst kompromis mellem størrelse og effektivitet.
Hvad betyder 1/4-bølge på en håndradio?
På en håndradio er den medfølgende antenne ofte fysisk kortere end en fuld kvartbølgelængde, især på VHF.
Antennen bruger en elektrisk konstruktion, som gør den anvendelig på det ønskede frekvensområde trods den kortere fysiske længde.
Radioens kabinet og brugerens krop kan samtidig indgå i antennens elektriske omgivelser.
Hvorfor virker en længere håndradioantenne nogle gange bedre?
En længere antenne kan i nogle tilfælde være mere effektiv end en meget kort standardantenne, fordi den kan komme tættere på en gunstig elektrisk længde.
Men længden alene er stadig ikke en garanti.
En antenne bliver ikke bedre blot ved at være længere. Den skal være elektrisk konstrueret til radioens frekvensområde.
Hvad betyder antennens båndbredde?
En antenne er normalt bedst tilpasset omkring et bestemt frekvensområde.
Båndbredden beskriver, hvor stort et frekvensområde antennen kan arbejde tilfredsstillende over.
Nogle antennekonstruktioner er mere bredbåndede end andre.
Det kan have betydning, hvis radioen skal arbejde over et stort frekvensområde.
Bølgelængde og SWR
Hvis antennens elektriske længde ikke passer til den ønskede frekvens, kan SWR blive for højt.
På justerbare antenner ændres den effektive længde derfor ofte ved at gøre antennepisken lidt længere eller kortere.
Ved antennejustering kan få millimeter eller centimeter være nok til at flytte antennens bedste tilpasning til en anden del af frekvensområdet.
Læs mere i SWR forklaret – sådan måler og justerer du en radioantenne.
Hvilken antennetype skal man vælge?
Der findes ikke én bølgelængde, som altid er den bedste.
Valget afhænger blandt andet af:
- frekvensen
- den ønskede fysiske størrelse
- behovet for modplan
- terrænet
- ønsket udstrålingsmønster
- monteringsmulighederne
- om antennen skal bruges mobilt eller stationært
1/4-bølge: Enkel og effektiv løsning, især med et godt modplan.
1/2-bølge: Kan være interessant, hvor en traditionel modplan er vanskelig at etablere.
5/8-bølge: Kan give højere gain mod horisonten og er ofte interessant til længere forbindelser i relativt fladt terræn.
Kort fortalt
1/4-, 1/2- og 5/8-bølge beskriver antennens elektriske længde i forhold til radiosignalets bølgelængde.
En 1/4-bølgeantenne er enkel og udbredt, men bruger ofte et ground plane.
En 1/2-bølgeantenne kan konstrueres, så den er mindre afhængig af en stor metalflade.
En 5/8-bølgeantenne kan koncentrere mere af radiosignalet mod horisonten og dermed give højere gain i denne retning.
Den bedste antenne er dog ikke nødvendigvis den med den største elektriske længde. Placering, modplan, frekvens, kabel, SWR og de praktiske monteringsforhold skal vurderes samlet.
Copyright © Kinaradio.dk