Pionowa antena ćwierćfalowa zbudowana na uziemionym maszcie znana jest od wielu, wielu lat. Taka antena zasilana jest kablem koncentrycznym poprzez dopasowanie typu gamma, jak pokazano na poniższym rysunku. Dolna część metalowego masztu jest zakopana, co sprawia, że antena jest uziemiona dla prądu stałego.

Czy byłoby jednak możliwe stworzenie nie ćwierćfalowej, ale półfalowej anteny pionowej przy użyciu uziemionego metalowego masztu? Okazuje się, że tak. Poniższy rysunek przedstawia wstępną koncepcję takiej anteny  

Uziemiony półfalowy wysoki maszt jest zasilany kablem koncentrycznym w połowie jego wysokości. Oplot kabla jest podłączony do masztu, a jego środkowa żyła łączy się z radiatorem schodzącym prawie do ziemi, równolegle do masztu. Promiennik ten powinien mieć ćwierć długości fali, ale wtedy jego koniec stykałby się z ziemią. Aby temu zapobiec, na jego końcu zastosowano prostą parasolkę pojemnościową w postaci dwóch poziomych przewodów. Górna połowa masztu tworzy jedno ramię dipola, podczas gdy promiennik równoległy do masztu tworzy dolne ramię dipola. Chociaż przez dolną połowę masztu również przepływa prąd w.cz., jego wartość maleje w miarę zbliżania się do punktu uziemienia. Jest to bardzo ważna obserwacja. Ponieważ w punkcie uziemienia płynie prąd o niewielkiej wartości, oznacza to, że rezystancja uziemienia takiej anteny nie jest krytyczna i może mieć dużą wartość bez negatywnego wpływu na działanie anteny. Innymi słowy, proste uziemienie odgromowe masztu jest wystarczające i nie jest konieczne budowanie rozległego systemu uziomów promieniowych (tzw. radiali). Symulacja anteny z prostym uziemieniem w postaci jednego pionowego pręta i z systemem radiali pokazała, że skuteczność anteny pozostaje praktycznie niezmienna. Symulacja wykazała również, że impedancja wejściowa takiej anteny miała niezbyt "wygodną" wartość około 20 omów, charakterystyka promieniowania nie była idealnie dookólna, a szerokość pasma była nieco mniejsza niż w przypadku dipola zasilanego centralnie.

W toku dalszych prac powstała ostateczna wersja anteny (patrz rysunek poniżej). Uzyskano dla niej impedancję wejściową bliską 50 omów i niemal idealnie dookólny wzór promieniowania. Zysk anteny okazał się nawet nieco wyższy niż w przypadku dipola półfalowego. Szerokość pasma pozostała mniejsza niż w przypadku pionowego dipola zasilanego centralnie, ale przy dobrym dostrojeniu anteny jest wystarczająca dla prawie każdego krótkofalowego pasma amatorskiego, z wyjątkiem pasma 80 m. Ale półfalowa antena pionowa dla tego pasma i tak byłaby mało praktyczna. 

Antena została powiększona z połowy do około 5/8 długości fali. Jej punkt zasilania został podniesiony do około 3/8 lambda. Promiennik zakończony parasolką pojemnościową został zastąpiony wydłużoną pętlą, co podniosło impedancję punktu zasilania. Pionowe przewody pętli zostały umieszczone dokładnie po przeciwnych stronach masztu, dzięki czemu uzyskano niemal idealnie dookólną charakterystyką promieniowania. Oplot kabla koncentrycznego został dodatkowo podłączony do masztu tuż nad ziemią. Być może takie połączenie nie jest absolutnie konieczne, ale w ten sposób niemal całkowicie wyrównuje się potencjał masztu i potencjał oplotu kabla koncentrycznego.

Dodatkowym efektem tak zmienionej konstrukcji jest to, że teraz każdy punkt anteny ma galwaniczne połączenie z ziemią. Dotyczy to również środkowej żyły kabla koncentrycznego. Antena jest zwarta z ziemią dla prądu stałego, a zatem jest uziemiona dla wyładowań atmosferycznych. Zwiększa to bezpieczeństwo korzystania z systemu antenowego, a także może przyczyniać się do obniżenia poziomu odbieranych zakłóceń atmosferycznych.

Tabela poniżej przedstawia wymiary anten w metrach obliczone dla różnych pasm krótkofalowych. W obliczeniach przyjęto zastosowanie teleskopowego masztu aluminiowego. Antenę należy dostroić poprzez wysuwanie/wsuwanie górnej sekcji masztu lub poprzez wydłużanie/skracanie wysokości pętli.

W celu sprawdzenia, czy symulacja anteny odzwierciedla jej rzeczywiste zachowanie, zbudowano prototyp anteny na pasmo 10 m. Punkt zasilania i punkt podłączenia plecionego kabla koncentrycznego do masztu zostały zabezpieczone za pomocą małych plastikowych obudów. Poprzeczki podtrzymujące górną i dolną część pętli wykonano z płyt poliamidowych o grubości 5 mm. Plastikowe obudowy i poprzeczki zostały przymocowane do masztu za pomocą metalowych zacisków rurowych dopasowanych do średnicy masztu na danej wysokości. Zaciski zapewniały zarówno mocowanie mechaniczne, jak i kontakt elektryczny. Szczegóły konstrukcyjne prototypu anteny pokazano na poniższych zdjęciach.

Ogólny widok anteny.

Górna poprzeczka (pokazana z dwóch stron).

Dolna poprzeczka ustalająca dolną część pętli.

Osłona chroniąca połączenie oplotu kabla z masztem u jego podstawy.

Współczynnik fali stojącej mierzony od razu po zbudowaniu anteny osiągnął minimum 1,1:1 przy 29,08 MHz i około 2:1 na skrajach pasma (mierzone z 22 metrami kabla koncentrycznego RG58). Antenę można by było nieco skrócić, ale ponieważ zbudowałem ją tylko po to, aby udowodnić koncepcję, a nie używać jej na stałe, nie zawracałem sobie tym głowy

Charakterystyka promieniowania półfalowej anteny pionowej jest podobna do charakterystyki dipola zamontowanego na tej samej wysokości, ale ma nieco większy zysk.

Testy porównawcze odbioru i nadawania anteny i pionowego dipola półfalowego wykazały, że ich zyski były praktycznie nie do odróżnienia od siebie. Różnica około 1 dB jest niezauważalna na pasmach KF.

Powstaje jednak pytanie, czy podobny efekt uzyskalibyśmy, stosując pionową antenę ćwierćfalową. Taka antena byłaby ponad dwukrotnie niższa. Przeprowadzenie odpowiednich symulacji i porównanie charakterystyk promieniowania takich anten nie jest trudne.

Powyższy rysunek przedstawia charakterystykę promieniowania w płaszczyźnie pionowej uziemionej anteny półfalowej (czerwona krzywa) i ćwierćfalowego monopola (niebieska krzywa). Porównano anteny zaprojektowane dla pasma 20 m, ale dla innych pasm wyniki będą praktycznie takie same. Przewaga anteny półfalowej nad ćwierćfalową w zależności od kąta elewacji wynosi: 3,8 dB dla 15 stopni, 4,4 dB dla 10 stopni i aż 4,8 dB dla 5 stopni. Aby antena ćwierćfalowa była odbierana równie silnie jak antena półfalowa dla kąta elewacji 5 stopni, konieczne byłoby trzykrotne zwiększenie mocy nadawania!

Podsumowując, możliwe jest zbudowanie pionowej anteny półfalowej na uziemionym maszcie promieniującej pod niskim kątem, a zatem dobrej do pracy DX-owej. Taka antena ma nieco mniejszą szerokość pasma SWR niż klasyczny pionowy dipol półfalowy zasilany centralnie, ale jej konstrukcja mechaniczna jest bardziej wytrzymała, ponieważ metalowy maszt nie musi być przerywany izolatorami. Zasilanie kablem koncentrycznym 50 omów jest bardzo proste. Kabel koncentryczny należy poprowadzić wzdłuż ziemi, a następnie wzdłuż masztu do punktu zasilania. Antena nie wymaga żadnego obwodu dopasowującego ani dławika sygnału wspólnego. Wymiary anteny i proporcje pętli są tak dobrane, aby impedancja punktu zasilania była zbliżona do 50 omów. Chociaż antena wymaga uziemienia, uziemienie to nie musi mieć bardzo niskiej rezystancji. Zwykły uziom pionowy powinien wystarczyć. Wystarczające może być nawet wykorzystanie zakopanej części masztu, jeśli jest ona wystarczająco długa. Należy jednak upewnić się, że uziemienie jest wystarczająco dobre dla ochrony odgromowej!

Kliknij tutaj, aby pobrać model tej anteny dla pasma 10 m. Uwaga! Do symulacji tego modelu należy zastosować  symulator oparty na silniku NEC-5 lub NEC-4.2. Symulatory oparte na NEC-2 dadzą błędne wyniki.