Vågutbredning

Abstrakt men viktigt

Radiovågor är de elektromagnetiska vågor som överför radiosignalen mellan olika geografiskt platser och antenner. Radiovågors utbredning beror av antennernas konstruktion, sändarens effekt, men också av frekvens och förutsättningar som geografisk plats, årstider, väder, atmosfäriska förhållanden, bebyggelse, störande signalkällor med mera.

Jordplanet

För en antenn är jordplanet den horisontellt liggande och ledande yta under en antenn. Den fungerar som en reflektor för antennens primära del. Jordplanet hjälper till att skapa ett mer effektivt strålningsmönster. Planets form och storlek spelar stor roll för strålningens karaktär och förstärkning.  Planet kan vara ett biltak av plåt, ett metallnät eller 1/4 våglängd långa pinnar av metall, s.k. radiatorer. Planet behöver inte vara anslutet till jord.

Markvågsräckvidd

Kommunikationen på 69 MHz,  d.v.s.  4-metersbandet sker normalt som direktvåg och markreflekterad våg med en utbredning som kan vara upp till 20 km. Även upp till 50 km i gynnsam terräng. Från högt belägna platser kan det ibland fungera mellan Stockholm – Uppsala. Det avståndet är 63 km. Då avser jag dubbelriktad kommunikation, dvs att det är möjligt att samtala i båda riktningarna.

Tillfälliga ”distansöppningar” förekommer också. Pratade med Gotland från bilen 2024-10-20 15.55. Det avståndet är 230 km. Här fick vi troligen hjälp av reflektion i jonosfären.

Enkelriktad kommunikation, dvs att höra någon, men inte kunna utbyta information, kan ske på betydligt längre avstånd.

Sändarens och mottagarens geografiska höjdläge har stor påverkan på räckvidden då vågutbredningen vid 4-meters våglängd kan liknas med samma räckvidd som fri sikt –  s.k. optisk räckvidd –  och eller till horisonten. Även lite längre avstånd är möjligt då det förekommer en viss nerböjning av vågutbredningen bortom horisonten. Kallas diffraktion. I vissa sällsamma fall med speciella konditioner, som vid solfläcksmaximum, kan signalen reflekteras i F-skiktet och gå extremt långt. Är man i områden som inte kan nås med signal, är man i radioskugga.

Anmärkning: Antalet solfläckar varierar med en cykel på 7 – 14 år med ett medelvärde på cirka 11 år. Ett solfläcksmaximum förväntas under 2025.

Det är värt att komma ihåg, att vid radiokommunikation är en bra utformad antenn, höjden över marken och val av geografisk plats viktigare än hög uteffekt. Inom försvaret lär man ut att en bra stationsplats ska vara högt belägen, ha fuktig mark för bra jordplan och sakna träd och bebyggelse.

Här är 46 sidor lättläst och trevlig information om antenner, från Nordvästra Skånes Radioamatörer: https://www.sk7dd.se/wp/wp-content/uploads/Antenner-och-v%C3%A5gutbredning.pdf

Populär antenntyp

Några populära antenner som passar bra som basantenner för 4-meters bandet är J Pole och Slim Jim. Här är en beskrivning på engelska med kalkylator och metriska mått.

Länk till Amatörradiobloggen M0UKD som drivs av John.: https://m0ukd.com/calculators/slim-jim-and-j-pole-calculator/

Antenntypen brukar kallas Zepp-antenn. Den uppfanns av Dr. Hans August Hugo Beggerow (1874 – 1942). Tyskt patent nummer 225204, 1909. Antennen fungerar utan jordplan och började användas under 1920-talet som hängande vertikal antenn på de tyska luftskeppen Zeppelin.

 https://www.aktuellum.com/content/images/2024/03/patents/225204.pdf

Här finns en bra artikel om en hembyggd Zepp-antenn och även om Sirio CX-4-68 som basantenn. Tillverkaren kallar den 3/4 λ coaxial J-pole.

Fordonsantenner

Det finns några problem med fordonsantenner. Det ena är antennens längd, som kan vara ett problem på en bil. Exempelvis i garage, parkeringshus och skogsbilvägar. Ett annat problem är att få till ett bra jordplan. För att inte få allt för lång antenn, så väljer man gärna en antennlängd på ¼ våglängden, vilket vid 4,3 meters våglängd blir ca 1 meter. Väljer man en ¼ antenn krävs ett bra jordplan, exempelvis ett biltak av plåt.

En annan längd som används vid mobila installationer är länden 5/8 våglängd vilket blir en längd på 2,7 meter. En skrymmande antenn på en bil. Det är därför vanligt att man  med en 5/8 antenn använder en förlängningsspole på antennen. Fördelen med 5/8 antenner är att de har ett strålningsmönster med låga vinkeldirektiv och fungerar bra utan jordplan.

I båda antennvalen 1/4 och 5/8 blir polarisationen vertikal. Utbredningsloberna är sidriktade. En 1/4 antenn med dåligt jordplan, som fallet ofta är i en i en bil, blir utbredningsloben huvudsakligen vertikalt och väldigt lite av strålningen blir sidriktad.

SWR – Standing Wave Ratio

Ett vanligt sätt att mäta installationens och antennens funktion är att mäta stående våg förhållandet. Mätaren kopplas i serie med antennledningen och mätaren ger ett mått på hur stor del av sändareffekten som når antennen och hur stor del av effekten som reflekteras tillbaka från antennen. Instrumentet på bilden är av tvåvisartyp. Den mäter effekten ut och effekten som reflekteras.

SWR mäts som spänning (VSWR) även om jag här också har angivit det som effekt. Reflexen är en icke önskvärd missanpassning. Mätresultatet blir ett kvotmått. Värdet 1:1 är helt perfekt. Vid värdet 1,5:1 reflekteras 4% av effekten tillbaka och vid 5:1 reflekteras 44.4% av effekten tillbaka. Vid värdet 5:1 är det troligen något fel i installationen.

Ett annat sätt att mäta VSWR är att ange det i dB som RL, Return Loss. Här är en tabell med både VSWR och RL. https://www.everythingrf.com/tech-resources/vswr

SWR	Reflekterad spänning i %	Reflekterad effekt i %
1,0:1	0	0
1,1.1	5	0,2
1,2:1	9	0,8
1,3:1	13	1,7
1,4:1	17	2,8
1,5:1	20	4
1,6:1	23	5,3
1,7:1	26	6,7
1,8:1	29	8.2
1,9:1	31	9,6
2,0:1	33	11
2,5:1	43	18,4
3,0:1	50	25
4,0:1	56	36
5,0:1	67	44,4
10,0:1	82	67

Tabellen är lånad från QST ARRL November 2006.

Mer information

Här är två intressanta artiklar. En från Johan Schröder och en från Sven Hubermark. De är lånade från nätet och utlagda av Karlskrona Radioklubb. Tack till er!
Har också tagit med en artikel på engelska om sprötantenner och VHF antenner.
Det finns också en trevlig PDF-bok i på svenska av Täpp-Anders Sikvall om radiokommunikation.

OBS – Det är samma fysikaliska lagar som gäller nu, som gällde när de här artiklarna skrevs 1972, 2019 och 2023. Så de är fortfarande högaktuella!

1967 – John Schröder

En artikel från Radio & Television Nr 4, 1967 lånad av SK7fk Karlskrona Radioklubb.

https://sk7fk.wordpress.com/wp-content/uploads/2019/10/antenner_fc3b6rmobilt_bruk.pdf

1972 – Sven Hubermark

Bra information om antenner på fordon är Sven Hubermarks artikel i Radio & Television Nr 2, 1972.

https://sk7fk.files.wordpress.com/2019/04/komradioantenner.pdf

2023 – Sprötantenner – engelsk artikel

Antennteorier och vågutbredning för vertikala spröt med våglängderna 5/8, ½, ¼ och ¾.

https://practicalantennas.com/designs/verticals/5eights/

Mer om sprötantenner finns här: https://en.wikipedia.org/wiki/Whip_antenna

Radiohandbok

Om du vill läsa mer, så rekommenderas att söka på nätet efter: Radiohandbok HF/VHF/UHF För Sändaramatörer och Privatradio användare. http://sm0uei.se/trafik/radiohandbok-vhfuhf/

Den är skriven av Täpp-Anders Sikvall 2019-06-25. Det är ca 50 sidor i formatet PDF, som kan laddas ner.

Koncept för amatörradiocertifikat

353 läsvärda sidor för blivande sändaramatör. Föreningen Sveriges Sändareamatörer SSA, Koncept för amatörradiocertifikat. Andra upplagan ISBN:987-91-86368-23-4 finns här som PDF: https://www.hamnews.se/wp-content/uploads/2018/10/koncept.pdf