Четвертьволновой диполь: Про антенны для самых маленьких / Хабр

Про антенны для самых маленьких / Хабр

Попробуем разобраться, как работают антенны и почему электромагнитная энергия из комфортного проводника излучается в чужеродный диэлектрик, причем обойдемся без матана, что потребует, разумеется, очень серьезных упрощений и даже вульгаризации, но все же позволит получить начальное представление и, не исключаю, желание почитать материалы для более продвинутых.

Если вы радиоинженер, опытный радиолюбитель-связист или просто хорошо знаете физику, то вам нижеследующее читать строго не рекомендуется во избежание негативных последствий для вашего психического здоровья. Вас предупреждали.

Начнем со скучных основ. В старые добрые времена, когда не было ни интернетов, ни этого вашего фидо, известные явления электричества и магнетизма не считались чем-то единым, имеющим общую природу, пока ровно двести лет назад датчанин Эрстед не обнаружил, что протекание электрического тока по проводнику вызывает отклонение стрелки компаса, т.е. создает доступное наблюдению и измерению простейшими приборами магнитное поле.

Вскорости француз Ампер вывел закон имени себя, описывающий зависимость электрического тока и возникающего от него магнитного поля, а чуть позже включившийся англичанин Фарадей обнаружил и математически изложил явление электромагнитной индукции. Спустя еще совсем немного времени шотландец Максвелл создает теорию электромагнитного поля, на которую нам бы и следовало опираться в дальнейшем рассказе, но мы договорились обходиться без матана настолько, насколько возможно, чтобы даже самые отпетые гуманитарии смогли почувствовать вкус к технике вместо быть распуганными сложными формулами. Все эти работы привели к тому, что 1887 году немец Герц экспериментально доказал существование радиоволн, построив радиопередатчик и радиоприемник, которые, довольно неожиданно, оказались рабочими. Впрочем, сам Герц перспектив своей радиопередачи (первой в мире!) не оценил и поэтому изобретение радио чаще связывают с итальянцем Маркони, который помимо неоспоримого инженерного гения, оказался успешен и в части коммерциализации. Да, если кому интересно, первая радиопередача голоса принадлежит канадцу Фесендену, которому удалось провернуть это дело в 1900 году.

Ток в проводнике создает магнитное поле. Зачем же нам браться рукой за оголенный провод? Затем, чтобы легко запомнить направление вектора магнитного поля в зависимости от направления тока в проводнике — «правило правой руки».

Итак, теперь мы знаем, что протекание электрического тока в проводнике приводит к тому, что около проводника возникает магнитное поле. Вот это вот, если очень-очень упрощенно, и есть электромагнетизм. Поэтому первое, что мы можем усвоить: излучение антенн связано с протеканием в них электрического тока.

Радиосвязь использует переменный ток различной частоты (или длины волны – говоря об антеннах чаще удобнее говорить о длине волны, а о радиотехнике в целом – о частоте).
Различные частоты позволяют одновременно проводить много независимых передач и разделять их прием, выбирая нужные частоты и отбрасывая ненужные. Способов, как это сделать, довольно много, но они — тема отдельных статей. Переменный ток обладает одной неприятной особенностью: хотя он полностью подчиняется закону Ома (взаимозависимость напряжения, сопротивления цепи и тока в ней), напряжение и ток могут не совпадать по времени. Да-да, «сдвиг по фазе» – это необязательно в голове, это более чем электро- и радиотехнический термин. Вот что получается. Если бы мы подавали переменное напряжение на некий идеальный резистор, то синфазный переменный ток в этой цепи был бы равен напряжению в вольтах, деленному на сопротивление в омах – так же, как и приличный постоянный ток. Но если вместо резистора у нас катушка индуктивности, то дело становится более запутанным. Когда мы прикладываем напряжение к катушке, она как бы сопротивляется току через нее, поэтому ток отстает по фазе от напряжения. Кстати, если отключить подачу напряжения от катушки, то она тоже будет сопротивляться и постарается поддержать течение тока через себя (в той мере, в которой катушка может запасти энергию) – напряжения уже нет, а ток все еще идет. Вот это вот сопротивление, оно называется реактивным, тем выше, чем выше частота. То есть с ростом частоты при равной индуктивности или с ростом индуктивности при равной частоте сопротивление переменному току растет. С конденсаторами все то же самое, но только наоборот. При приложении напряжения к конденсатору ток сначала проваливается в него, как в пустую яму, опережая напряжение, а затем падает по мере заряда. Легкость, с которой переменный ток попадает в конденсатор, означает, что с ростом частоты при равной емкости сопротивление переменному току падает, а при равной частоте при росте емкости сопротивление переменному току также падает. Поэтому примем на заметку: реактивное сопротивление, то есть индуктивное или емкостное сопротивление переменному току, зависит от частоты.

Слева традиционная синусоидальная осциллограмма, справа сдвиг фаз на примере «отставания» тока от напряжения при наличии в цепи индуктивного сопротивления.

Суммарное сопротивление, состоящее из активной компоненты (условный резистор, который потребляет мощность «чисто», без влияния на фазу) и реактивной компоненты (сдвигающие фазу индуктивность и/или емкость), называется комплексным сопротивлением или импедансом.

Итак, антенна – это проводник, к которому подводится электрическая энергия и который ее излучает в окружающее пространство. Излучает электрический ток в проводнике, который создает вокруг проводника магнитное поле.

Почему электромагнитная энергия выходит из комфортного для нее проводника в некомфортный для нее вакуум? А она и не выходит! Энергия создает колебания поля, но не движется сама по себе. Давайте сравним со звуковыми волнами. Когда динамик (антенна) создает колебания, воздух (эфир) не движется, ветер не возникает, но колебания распространяются в воздухе (эфире). Так же происходит и с электромагнитными волнами, разве что электромагнитная энергия распространяется не в воздухе, а в эфире. Позже, правда, выяснят, что предполагавшегося эфира не существует, и что земля тоже не плоская, а электромагнитное поле прекрасно себя чувствует и в вакууме

но мы-то знаем, что эфир есть, а земля, конечно, не плоская, а немного выпуклая. То есть, еще раз, энергия не переносится вместе со средой (точнее с полем), а переносится за счет распространения волн в неподвижной в общем случае среде (в поле).

Антенна как колебательный контур. Прежде чем говорить о конкретных конструкциях простых антенн, по принципу устройства которых мы сможем разобраться и в устройстве сложных, поговорим об электрическом резонансе. Для этого вернемся назад к реактивному сопротивлению. Полотно антенны можно представить как распределенную емкость и распределенную индуктивность – как размотанную до прямого провода катушку и как вырожденные до того же самого провода пластины конденсатора. Наличие реактивного сопротивления в цепи, как мы помним, разделяет фазы тока и напряжения. Однако, если мы подберем определенную комбинацию индуктивности и емкости (а это сработает только на одной определенной частоте, ведь мы помним, что с изменением частоты меняется реактивное сопротивление), то получится, что емкость и индуктивность взаимно компенсируют друг друга и мы видим чисто активное сопротивление в нагрузке. Вот такая взаимная компенсация и результат в виде чисто активного сопротивления как результат компенсации называется электрическим резонансом. Сам по себе для работы антенны он неважен, потому что антенна, как мы уже выяснили, излучает током в проводнике. Однако, есть ряд причин, по которым к достижению резонанса в антенне стремятся. Дело в том, что в отличие от постоянного тока, для переменного важно, чтобы волновое сопротивление (напоминаю закон Ома, а именно что сопротивление цепи численно равно приложенному напряжению, деленному на ток) генератора, линии передачи и нагрузки, т.е. собственно антенны, были равны. Если равенства нет, часть электромагнитной энергии отразится назад на генератор, что приведет к целому спектру нежелательных явлений. Значительное реактивное сопротивление приводит к сильному рассогласованию и значительному отражению энергии. Впрочем, это касается и активной компоненты импеданса, согласовать которую легче при незначительной, легко компенсируемой реактивной компоненте. Поэтому технически стараются создавать такие антенны, у которых реактивная компонента отсутствует или легко компенсируется, а активная равна волновому сопротивлению генератора или легко трансформируется. В случае самых простых антенн, создание определенной емкости антенны или определенной индуктивности означает попросту подбор размеров. Поэтому обычно размеры антенн меряют не в линейных единицах, а в долях длины волны.

Простейшие полноразмерные антенны. Полуволновый диполь, четвертьволновый граундплейн и аналогичные конструкции.

Как видим, распределение токов и напряжений одинаково. Только если в четвертьволновом граундплейне одна половина диполя — штырь, а второй половиной является земля, то в полуволновом диполе — второй половиной является его вторая половина. 🙂

Для ознакомления с принципами, одинаковыми для любых более сложных антенн, предлагаю разобраться с устройством и работой базовых антенн – симметричного полуволнового диполя или несимметричного четвертьволнового граундплейна. В известной степени они идентичны и полуволновый диполь можно рассматривать как крайний случай четвертьволнового граундплейна, угол радиалов (противовесов) которого достиг 180° к излучающему штырю, поэтому большинство рассматриваемых особенностей в равной мере применимы к обоим антеннам.

Как видим, такая антенна имеет электрический резонанс, потому что в ее проводнике помещается целое число полуволн тока и целое число полуволн напряжения. Они смещены по фазе друг относительно друга, но их реактивность взаимно компенсируется.

Если бы антенна была немного короче, чем полволны, то у нее бы появилась емкостная компонента импеданса и ее пришлось бы компенсировать индуктивностью (никому не напоминает катушки в основании сибишных автоантенн?), а если наоборот удлинить, то появится индуктивная компонента, которую необходимо скомпенсировать емкостью.

Сопротивление излучения. В сопротивлении излучения нет ничего особенного. Вернее не так. Сопротивления излучения в физическом смысле не существует, это аналитическое значение, которое используется для определения КПД антенны. Проще всего представить себе сопротивление излучения как ту активную компоненту полного сопротивления всей антенны, которая тратится на излучение. Вообще-то есть термин «потери на излучение» и это полезные «потери», если мы говорим об антенне, но это не равно сопротивлению излучения, так что не путайте. Нет никакого воображаемого сопротивления среды воображаемому излучению в нее или что либо еще — есть разные свойства вроде диэлектрической проницаемости, которые мы рассматривать пока что не будем.

Еще в антенне есть сопротивление потерь в виде сопротивления проводника, которое тратится на его нагрев, различные потери в конструктивных элементах и согласующих звеньях. Знание сопротивления излучения необходимо для понимания КПД антенны: у некоторых антенн сопротивление излучения может составлять единицы и доли Ома при том, что сопротивление потерь в разы больше, что значит что КПД такой антенны крайне низок несмотря на то, что в остальном ее конструкция адекватна. В простых антеннах вроде рассматриваемого диполя или граундплейна, сопротивление излучения близко к полному сопротивлению самой антенны, потому что потери в проводнике сравнительно малы, но в любом случае это не тождественные понятия.

Вернемся к диполю. Пока мы подаем энергию в его геометрическом центре, где ток максимален, а напряжение минимально, сопротивление излучения невелико. Теоретически оно равно приблизительно 73 Омам, а практически немного меньше в зависимости от относительной толщины материала. По мере расщепления одной из половин диполя на отдельные радиалы, сопротивление будет немного снижаться и упадет до приблизительно 36 Ом ми угле в 90° к штырю. Это очевидно влияет на КПД антенны. Но, для наглядности, будем рассматривать именно диполь. По мере смещения точки питания от центра к краю мы увидим, что ток падает, а напряжение растет, то есть растет сопротивление излучения, которое достигнет своего максимума при питании с конца. На все остальные характеристики антенны это обстоятельство не влияет, она по-прежнему излучает с той же диаграммой направленности, а значит, имеет ту же эффективность излучения (но не КПД всей антенны в сборе, потому что КПД зависит от относительных потерь).

Полное сопротивление антенны равно напряжению в точке питания, деленному на отдаваемый ток. А состоит оно из, как мы уже выяснили, сопротивления излучения, на котором мы полезно теряем энергию на нужное нам излучение, и сопротивления потерь, на котором мы теряем энергию бесполезно. Разными способами мы можем влиять на полное сопротивление антенны. Не меняя геометрию, мы можем смещать точку питания. Мы можем использовать различные трансформирующие элементы (включая буквально трансформаторы с обмотками на тех частотах, на которых их применение рационально). На эффективность излучения антенны все эти манипуляции никак не влияют и нужны только для согласования антенны с генератором (передатчиком). Например, полуволновый диполь с питанием по центру, сопротивление которого составляет приблизительно 73 Ома, через простой трансформатор 1:4 может быть согласованным с генератором, рассчитанным на антенну сопротивлением 18 Ом или 300 Ом — смотря как подключить выводы. На работе антенны это не скажется никак, кроме влияния потерь в трансформаторе на КПД всей конструкции в сборе.

Если вам кажется, что у антенны есть только монополь – некий штырь, кусок провода или просто дорожка на печатной плате, то на самом деле это вариант граундплейна, у которого нет специально выделенных радиалов, но радиалами служит земля, тело оператора (портативной радиостанции, например) или земляные полигоны на плате. Потери в таких радиалах очевидно больше, чем в специально созданных как часть антенны, поэтому КПД таких конструкций всегда ниже, равно как и степень согласования импедансов из-за непредсказуемости ситуативных вместо расчетных радиалов.

При увеличении длины антенны сверх полуволнового диполя сопротивление излучения сначала растет, достигая максимума при четном числе полуволн, а затем снова падает, достигая минимума при нечетном числе полуволн. Незначительное увеличение длины сужает диаграмму направленности и увеличивает эффективность передачи в выбранном направлении, а значительное приводит к дроблению диаграммы на множество лепестков и в целом неэффективно, поэтому на практике обычно не применяется кроме многодиапазонных антенн, в которых это является компромиссным решением.

Вообще любое увеличение длины диполя сверх половины волны приводит к тому, что на полотне возникают области, где ток течет в противоположном направлении. Этот ток, разумеется, также участвует в излучении, но интерференция создаваемого им поля с полем условно-основной части полотна и приводит к тому, что диаграмма направленности расщепляется, что в большинстве случаев вредно: обычно радиосвязь производится по одному или нескольким известным направлениям а излучение в «ненужную» сторону означает просто напрасные потери. Например, наземная связь проводится в направлении горизонта, а излучение в космос бесполезно тратит мощность передатчика. Поэтому, когда необходимо увеличить направленность антенны, чтобы посылать энергию более сфокусировано в нужном направлении, предпочитают использовать более сложные конструкции на базе диполя, а не удлиняют единичный диполь.

При уменьшении длины антенны от полуволнового диполя (или укорочению штыря четвертьволнового граундплейна) сопротивление излучения экспоненциально падает, что вкупе со все усложняющимся согласующим устройством делает укороченную антенну крайне неэффективной – небольшое сопротивление излучения рядом с большим сопротивлением означает напрасный нагрев согласующего устройства с малым излучением.

Вот, собственно, и все, что нужно знать гуманитарию об антеннах.

1.1. Полуволновый диполь | Техническая библиотека lib.qrz.ru

1.1. Полуволновый диполь

Одной из наиболее простых антенн является полуволновый диполь или, как его еще называют, полуволновый разрезной вибратор (рис. 1.1). Общая длина антенны для работы в сетке «С» составляет 5,40 метра при использовании провода диаметром 2 мм. Если использовать провода или трубки большего диаметра, то длину следует несколько уменьшить (при диаметре трубки 20 мм длина диполя 5,23 м; при 40 мм — 5,18 м).

Рис. 1.1

При горизонтальном расположении полуволновый диполь имеет горизонтальную поляризацию, то есть он способен принимать только те электромагнитные волны, которые излучаются антеннами с горизонтально расположенными вибраторами. Сигналы от антенн с вертикальной поляризацией теоретически не должны приниматься вовсе. На практике, однако, излучает электромагнитные волны не только антенна, но и подводящий кабель, поэтому радиостанции, использующие антенны с различной поляризацией, все-таки слышат друг друга, хотя и с большим ослаблением. Диаграмма направленности полуволнового диполя имеет вид восьмерки в плоскости, проходящей через полотно антенны, и круга в плоскости, перпендикулярной к полотну антенны (рис. 1.2).

Усиление антенны в направлении максимального излучения принимается за единицу, а усиление антенн других типов обычно определяется относительно полуволнового вибратора. Усиление антенны в децибелах относительно полуволнового диполя обозначается дБд, а усиление антенны в децибелах относительно изотропного (всенаправленного) излучателя — дБи. Соотношение между этими величинами таково: 2,14дБи=0дБд. Некоторые фирмы, производящие антенны, иногда «хитрят» и указывают усиление в дБ, подразумевая при этом дБи. Цифра, характеризующая усиление, получается больше, что и привлекает покупателей. Чтобы не попасться на эту приманку, стоит повнимательнее разбираться, в каких же единицах показано усиление. Более подробные

сведения о параметрах антенн и методах их измерения приведены в разделе «Основные параметры антенн».

Рис. 1.2

Сопротивление полуволнового разрезного вибратора в свободном пространстве около 75 Ом, поэтому питают антенну с помощью кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. Согласование с 50-омным выходом трансивера осуществляют одним из способов, приведенных в разделе «Использование 75-омного кабеля». Непосредственное подключение 50-омного кабеля тоже допустимо. Для обеспечения симметрирования антенны на кабель вблизи точки подключения к антенне надевают несколько ферритовых колец небольшого диаметра или делают несколько витков кабеля на ферритовом кольце большого диаметра. Витки на ферритовом кольце делаются неразделенным кабелем, аналогично ферритовые кольца одеваются на кабель до точки разделения оплетки и центральной жилы. Нельзя одеть ферритовые кольца отдельно на центральную жилу и оплетку. Задача ферритовых колец — обеспечить большое индуктивное сопротивление для токов, протекающих по внешней поверхности оплетки кабеля. Поэтому марка феррита большого значения не имеет. Желательно применять ферриты с магнитной проницаемостью от 100 до 2000. Можно использовать ферритовый сердечник от трансформатора строчной развертки телевизора. Кабель на расстоянии 2…3 метров должен быть перпендикулярен полотну антенны. Если требуется расположить полуволновый разрезной вибратор так, чтобы электромагнитная волна имела вертикальную поляризацию, то можно применить конструкцию, изображенную на рис. 1.3.

Рис. 1.3

В качестве нижнего вибратора можно использовать трубку подходящего диаметра, внутри которой будет проходить коаксиальный кабель. Если нижний вибратор будет иметь больший диаметр чем верхний, то его следует сделать на несколько сантиметров короче верхнего. Антенну можно приспособить для использования в. походных условиях. В этом случае верхний вибратор выполняется из гибкой многожильной проволоки, а в качестве нижнего используется гибкая металлическая оплетка, надетая на защитную оболочку питающего коаксиального кабеля. Растягивая или сжимая

металлическую оплетку, можно добиться оптимального согласования антенны с питающим кабелем. Антенну можно изготовить целиком из коаксиального кабеля. Для этого с кабеля на расстоянии около 3 м снимается защитная оболочка, а оплетка сжимается, выворачивается и натягивается на нижнюю часть кабеля. Затем верхняя часть антенны укорачивается до требуемого размера и производится настройка антенны путем растяжения или сжатия нижней части диполя. Гибкая антенна устанавливается с помощью нейлоновой веревки, прикрепленной через изолятор к концу верхнего вибратора. В качестве изолятора используется фарфоровый изолятор или подходящая пластина из стеклотекстолита. Установить антенну в походных условиях очень просто. С помощью грузика нейлоновая оттяжка перебрасывается через подходящую ветку дерева. Затем антенна поднимается на такую высоту, чтобы ее средняя часть (точка подключения коаксиального кабеля к вибраторам) находилась на высоте 5…6 метров. При этом антенна может устанавливаться и не строго вертикально. Наклон антенны не меняет ее характеристик, а только изменяет вектор поляризации.

Полуволновой диполь и модификации

Полуволновой диполь и модификации Полуволновой диполь и модификации

 


     Самой простой из направленных антенн бесспорно явля-ется полуволновой диполь (рис. 1). Конструкция ее не требует комментариев, т. к. эта антенна широко используется при приеме телевидения. При горизонтальном расположении вибратора она имеет горизонтальную поляризацию излучения. Коэффициент усиления этой простой антенны удобно принять за единицу, и именно от него отсчитывать усиления антенн других типов.


Рис 1.

     Диаграмма направленности имеет вид восьмерки в плоскости вибратора и круга в плоскости, перпендикулярной вибратору, если антенна расположена в свободном пространстве. При установке ее над землей или проводящей поверхностью крыши диаграмма ее в вертикальной плоскости сильно искажается. Угол максимума излучения сильно зависит от высоты установки антенны и проводимости земли. При высоте подвеса антенны равной l/4 все излучение направлено вверх. При подвесе антенны на высоте l/2 над землей основной лепесток направлен под углом 30 градусов над горизонтом, что уже приемлемо для связей на средних расстояниях. Если поднять антенну на высоту, равную l, она будет иметь два лепестка в вертикальной плоскости, нижний из которых имеет максимум под углом 15 градусов над горизонтом что наиболее выгодно при проведении дальних связей.
     Подключать к этой антенне можно непосредственно кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Возникающая при этом асимметрия, искажающая диаграмму направленности, проще всего устраняется с помощью ферритового кольца большого диаметра, на которое наматывается 2 — 4 витка используемого кабеля. Кольцо желательно располагать как можно ближе к антенне, а кабель желательно располагать перпендикулярно вибратору хотя бы на длине 3 м от антенны. Для Си-Би диапазона длина вибратора должна быть 5, 22 — 5, 25 м. Эта антенна обычно не требует настройки.(Если вблизи концов вибратора расположены заземленные предметы, его длину иногда приходится сильно уменьшать. Это особенно бывает заметно при размещении антенны в помещении.)
     При подключении к такой антенне 50-омного кабеля (или подключении 75-омного кабеля к радиостанции) КСВ = 1, 5, что вполне приемлемо. 2. Удлиняя вибратор этой простейшей антенны, можно увеличить ее усиление. При этом получаем антенну, получившую название антенны типа «Длинный провод» (рис. 2).


Рис. 2

     Из практических соображений ограничимся рассмотрением антенн длиной l и 2l т.к. более длинные антенны бывает трудновато разместить на современных дачных участках и на крышах городских зданий. Для них, с учетом влияния краевых емкостей, длины должны быть: для l — 10, 8 м, для 2l — 21, 8 м. Для антенны длиной l максимум излучения происходит под углом 50╟ к направлению провода, а усиление по сравнению с полуволновым вибратором равно 0,5 дБ. Для антенны длиной 2l -30╟ и 1,5 дБ соответственно.
     Сопротивление излучения этих антенн при высоте подвеса более 5 м над землей составляет 80 Ом для длины l и 105 Ом для 2l. Для согласования их с 50-омным кабелем можно использовать четвертьволновый трансформатор с волновым сопротивлением 75 Ом, т. е. включить между фидером и антенной кусок телевизионного кабеля подходящего диаметра (желательно не меньше диаметра кабеля 50-омного фидера) длиной 1,8-2 м. На рис. 3 показана несимметричная запитка антенны, на рис. 4 — симметричная запитка. При несимметричной запитке кабель работает в резонансном режиме поэтому его длина должна быть кратной длине волны. При симметричной запитке длина кабеля может быть любой, но для предотвращения затекания тока на внешнюю поверхность кабеля (это искажает диаграмму антенны) желательно намотать 2-4 витка кабеля на ферритовое кольцо большого диаметра вблизи точки присоединения к антенне.

 

Рис. 3 Рис. 4

     Соединив вместе две описанные выше антенны таким образом, чтобы их диаграммы суммировались, получаем антенну типа V (рис. 8. 9). Угол раскрыва a зависит от длины проводов и для длин lи 2l. составляет 100╟ и 70╟, а усиление этих антенн составляет 3,5 дБ и 4,5 дБ соответственно. Как и все предыдущие варианты, эти антенны одинаково излучают в двух направлениях: вперед и назад. Входное сопротивление настроенных в резонанс антенн типа V составляет примерно 100 Ом для l и 120 Ом для 2l. (высота подвеса влияет на сопротивление). Согласование их с 50-омным кабелем можно выполнить с помощью трансформатора, показанного на рис. 4.


Рис. 5

     При соединении вместе двух антенн типа V таким образом, чтобы их диаграммы суммировались, получаем ромбическую антенну (Рис 6). Эта антенна уже по-настоящему направленная. При подключении к вершине ромба, противоположной стороне запитки, нагрузочного сопротивления величиной RН мощностью равной половине мощности передатчика, задний лепесток можно подавить на 15 — 20 дБ. Направление главного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости совпадает с диагональю а. В вертикальной плоскости главный лепесток прижат к горизонту. Размеры ромбических антенн сведены в таблицу 1, обозначения соответствуют рис. 6.
Таблица 1

 

Размер l, м G, дБ RH, Ом a b а, м b, м
l 10,8 5,2 300 110╟ 70╟ 12,3 18
2l 21,8 8,0 500 76╟ 104╟ 34,3 27


Рис. 6

     Согласование приведенных ромбических антенн с 50-омным кабелем удобно осуществляется с помощью четвертьволнового трансформатора, выполняемого из двух отрезков длиной 1,8-2 м (рис. 7) Оплетки кабелей, входящих в трансформатор, соединены между собой, но больше никуда не присоединены.


Рис. 7

     Поскольку трансформатор в этом случае выполнен симметричной линией, симметрирующий трансформатор на ферритовом кольце при этом можно разместить на 50-омном кабеле фидера вблизи трансформатора. Для согласования антенны длиной l в трансформаторе используются отрезки 5О-омного кабеля, для 2l — 75-омного кабеля. Антенны выполняются из антенного канатика. В качестве замены канатика можно использовать жгут из скрученных с помощью дрели эмалированных медных проводов диаметром от 0,3 до 0,7 мм и количеством жил от 3 до 10. В этом случае нужно очень тщательно зачищать от эмали и пропаивать все проводники жгута в местах соединений. Хорошие результаты можно получить и при использовании медного провода диаметром 1 — 3 мм.
     В качестве изоляторов лучше всего использовать орешковые, но годятся и обычные фарфоровые для электропроводки, если принять меры от перерезания канатика на острых гранях. Используемые проволочные оттяжки рекомендуется разделить изоляторами на секции длиной около метра. Длина секционированого участка оттяжки, прилегающего к антенне, — 5 — 6 м.

 

Радиосвязь для всех
Москва
«Ассоциация-27» 1996г.


Как правильно выбрать антенну? — Время электроники

Выбор подходящей антенны — не такая простая задача, как может показаться на первый взгляд. Часто этот вопрос возникает только в конце проектирования. Зачастую разработчики выбирают антенну по коэффициенту усиления, без тщательного анализа параметров, полагаясь на интуицию или собственный вкус. Данная статья поможет избежать ошибок, которые часто возникают при выборе антенны.

Полуволновые и четвертьволновые антенны

Для повышения скорости передачи уже несколько лет используется принцип разделения сигнала на потоки. Это позволяет существенно повысить скорость передачи. Для передачи по одному каналу применяются стандартные полуволновые или четвертьволновые антенны. В полуволновой антенне, которую часто называют «диполь», максимальный ток наблюдается в центральной точке, а максимальное напряжение — на концах (см. рис. 1). Фидер подключают к центральной точке. В этом месте антенна имеет наименьший импеданс.
Простая четвертьволновая антенна по определению представляет собой половину диполя и состоит из вертикального штыря, длина которого обычно несколько меньше четверти длины рабочей волны, излучаемой передатчиком, и противовеса. Он выполняется из нескольких горизонтально расположенных четвертьволновых лучей, соединенных с оболочкой коаксиального кабеля, по которому от передатчика подается высокочастотная энергия. Для согласования антенны с кабелем необходимо использовать дополнительные элементы: катушки индуктивности, конденсаторы или отрезки кабеля с определенными параметрами.

 

Рис. 1. Распределение тока и напряжения по полуволновой антенне

Максимальный ток наблюдается в самой нижней точке антенны, максимальное напряжение — на конце. Вторая половина полуволновой антенны «отражается» в системе заземления. Основная зона охвата широковещательной станции «обслуживается» поверхностной (земной) волной. Для того чтобы волна распространялась вблизи земной поверхности, она должна иметь вертикальную поляризацию, т.е. вектор электрического поля излучения должен быть вертикальным, и, следовательно, необходима вертикальная антенна. В действительности достаточно иметь антенну лишь половинной высоты, причиной тому является ее зеркальный заряд. Когда электромагнитное поле встречает на своем пути проводящую плоскость, оно зеркально отражается от нее. Поэтому электромагнитное поле, создаваемое над проводящей плоскостью некоторой системой токов и зарядов, оказывается идентичным полю, которое существовало бы, если бы вместо проводящей плоскости имелась зеркально отраженная система токов и зарядов, т.е. просто зеркальное отображение реальной системы в данной плоскости. Таким образом, поле над плоскостью — это поле вертикального полуволнового симметричного вибратора (см. рис. 2).
Основной характеристикой антенны является диаграмма направленности. В большинстве портативных устройств применяются ненаправленные антенны, излучающие одинаково по всем направлениям, хотя они имеют более низкий коэффициент усиления. При выборе антенны следует обратить внимание на частоту, полосу пропускания, диаграмму направленности и размер.

 

Рис. 2. Четвертьволновая антенна

 

Конфигурация

Современные антенны могут быть изготовлены в виде чипа, детали корпуса или напыления на пластиковых частях устройства (см. рис. 3). Антенна может быть выполнена в виде небольшой дополнительной печатной платы, которая крепится к основной. Методы изготовления также разнятся, от изготовления вручную до лазерного вырезания. Таким образом, выбор антенны не ограничивается анализом электрических и частотных параметров. Один из определяющих факторов — физический размер. На частотах Wi-Fi 2,4 ГГц и 5 ГГц четвертьволновая антенна имеет малый размер 1,2˝. Для LTE длина антенны составляет уже 4,25˝, поскольку нижняя граница частот равна 694 МГц, т.е. длина волны равна 17˝.

 

Рис. 3. Пример чип-антенн

Согласование импеданса, топология печатной платы, материал корпуса, близлежащие металлические элементы и т.д. — все влияет на качество приема. Для антенн, встроенных в плату, важным фактором является геометрия полигона земли, поскольку от нее зависит импеданс антенны. В соответствии с размером и формой полигона земли подбирается длина антенны. Второе требование заключается в том, что под антенной не должны проходить соединительные проводники и шины земли. Печатная антенна стоит недорого, однако ее характеристики во многом зависят от производственных допусков материала печатной платы и линий связи. Характеристики антенн поверхностного монтажа более повторяемы. Независимо от типа антенны необходимо обеспечивать согласование ее импеданса и линии.

Заземление

Для полуволновых антенн не требуется дополнительный полигон земли, поэтому их можно подсоединять к пластиковому корпусу точки доступа без потери качества. Однако если то же самое сделать с четвертьволновой антенной, ее характеристики будут хуже ожидаемых. Для этого типа антенн заземление необходимо, иначе по всем металлическим элементам вблизи антенны потечет ток.
Если бы в проекте было предусмотрено заранее, что будет использоваться четвертьволновая антенна, то можно было бы нанести слой металлизации на корпус для заземления, либо изготовить печатную плату так, чтобы она могла выступать в качестве «земли» без негативных последствий, как это обычно делается в сотовых телефонах. Неправильное заземление — одна из наиболее распространенных ошибок.

MIMO

При использовании нескольких антенн фундаментальные принципы сохраняются. Рассмотрим антенну 3×3 Wi-Fi 2,4 ГГц. В ней имеются три отдельных антенных элемента, каждый со своим фидером. Каждый элемент — четвертьволновая антенна, которую необходимо заземлить.
Для антенн MIMO есть такой параметр как коэффициент корреляции (Correlation Coefficient). Это число от 0 до 1, характеризующее степень независимости элементов. При К = 1 антенна работает как одиночная, улучшений по скорости передачи не будет. Значение К = 0 говорит о хорошей изолированности антенн и максимальном увеличении скорости передачи. Достаточно обеспечить К ≤ 0,5. Коэффициент корреляции зависит от многих элементов, в т.ч. расстояния между элементами. Минимально допускается расстояние 0,3 от длины волны, при котором К = 0,5.
Возвращаемся к нашему примеру 3×3 Wi-Fi. На частоте 2,4 ГГц для получения К = 0,5, необходимо развести элементы на 1,45˝ (≈3,7 см). Учитывая расстояние, которое требуется для заземления, 1,2˝ для каждого элемента, получаем, что антенны должны отстоять на 1,45 + 1,2 + 1,2 = 3,85˝. Это легко обеспечить, и корпус для антенны с тремя элементами будет не слишком большого размера.
Теперь рассмотрим 3×3 LTE. Для частоты 694 МГц значение К = 0,5 достигается при удалении элементов на 5,1˝. Прибавляя к нему четверть волны на заземление, получаем 5,1 + 4,25 + 4,25= 13,6˝ (≈34,5 см). Это уже не так легко обеспечить в мобильном устройстве.
В технологии MIMO используется то, что сигналы от нескольких передающих антенн имеют несколько разные характеристики и приходят на приемную антенну с несовпадающими задержками с разных направлений. Здесь помогает эффект, который долгое время мешал разработчикам — отражение и многолучевость.
Передатчики разделяют сигнал на потоки, каждый из которых транслируется отдельной антенной с установленной задержкой. В приемнике потоки данных цифровыми методами соединяются, восстанавливается исходный сигнал. Иногда применяется более сложное разделение сигнала с применением различных типов поляризации.
В смартфонах наиболее распространены следующие конфигурации MIMO: рамочные антенны из композита, кубические антенные элементы и тонкопленочные планарные F-образные антенны. Их настройка — задача не из легких.
Для системы с несколькими антенными элементами самая большая проблема заключается в том, чтобы заставить элементы работать независимо. Расстояние между ними настолько мало, что они работают как одна антенна. Для изоляции применяются такие приемы как изменение фазы или балансировка.

Поляризация

Поляризацию сигнала следует выбирать исходя из свойств среды передачи. Невыполнение этого требования является типичной ошибкой.
Уже давно известно, что сильнее всего отражаются сигналы с вертикальной поляризацией, поскольку большинство препятствий — вертикальные. Сигналы с несколькими типами поляризации удобнее применять внутри помещения, поскольку большинство поверхностей неметаллические и невертикальные, поляризация не нарушается. Кроме того, расстояния не такие большие, чтобы поляризация сигнала успела измениться. Помимо этого может применяться пространственное разделение, когда передающие антенны располагаются в разных местах и установлены под разными углами. Сигналы поступают на приемник в разные моменты времени, поэтому можно повысить скорость передачи.
Технология MIMO обеспечивает хороший выигрыш в скорости передачи. Однако нерешенными остается множество проблем. Не стоит сомневаться, что в будущем они будут устранены. Тогда можно будет использовать еще больше антенных элементов, повышая в разы скорость передачи. В настоящее время массово выпускаются точки доступа с 6 антеннами, а в портативных устройствах данные разделяются на 2—3 потока.

Литература

1. Bursky D. Antenna Selection Depends on Many Factors//www.digikey.com.
2. Jerry C. Posluszny. Avoiding Pitfalls When Selecting MIMO Antennas//High Frequency Electronics, декабрь, 2011.

Волновой диполь. Самая простая КВ антенна. Полуволновой Диполь

1.1. Полуволновый диполь

Одной из наиболее простых антенн является полуволновый диполь или, как его еще называют, полуволновый разрезной вибратор (рис. 1.1). Общая длина антенны для работы в сетке «С» составляет 5,40 метра при использовании провода диаметром 2 мм. Если использовать провода или трубки большего диаметра, то длину следует несколько уменьшить (при диаметре трубки 20 мм длина диполя 5,23 м; при 40 мм — 5,18 м).

Количество антенн — это сколько процентов от общей мощности, подаваемой на антенну, излучается. Поскольку емкости могут быть установлены при постоянном токе питания, пропорциональном соответствующим резисторам, для резонансного случая может быть установлено следующее соотношение.

Длинные проволочные антенны редко достигают эффективности более 1%. Параболическая антенна обычно составляет более 50%, рупорная антенна — 80% или более. За исключением маяка, каждая антенна имеет предпочтительное направление, в котором испускается больше энергии, чем в других направлениях. Поэтому он объединяет излучаемую энергию в одном направлении. На диаграмме антенны размер связывания антенны можно считывать в определенных угловых диапазонах.

Рис. 1.1

При горизонтальном расположении полуволновый диполь имеет горизонтальную поляризацию, то есть он способен принимать только те электромагнитные волны, которые излучаются антеннами с горизонтально расположенными вибраторами. Сигналы от антенн с вертикальной поляризацией теоретически не должны приниматься вовсе. На практике, однако, излучает электромагнитные волны не только антенна, но и подводящий кабель, поэтому радиостанции, использующие антенны с различной поляризацией, все-таки слышат друг друга, хотя и с большим ослаблением. Диаграмма направленности полуволнового диполя имеет вид восьмерки в плоскости, проходящей через полотно антенны, и круга в плоскости, перпендикулярной к полотну антенны (рис. 1.2).

Таким образом, коэффициент направленности указывает на то, насколько сильно антенна, о которой идет речь, излучает в основном направлении, чем шаровой излучатель. В качестве основы используется та же самая поляризация. Коэффициент направленности антенны и коэффициент усиления антенны зависят друг от друга. Чем меньше угол открытия антенны, тем выше коэффициент усиления. В случае усиления антенны максимальная плотность излучения антенны сравнивается с плотностью излучения беспроблемного сферического пучка.

Эффективная площадь поглощения

Коэффициент направленности и коэффициент усиления антенны одинаковы для антенн без потерь. Величина усиления антенны, как и коэффициент направленности, является относительным числом и дается преимущественно в логарифмическом децибеле. Графически параметры показаны на диаграмме антенны, в которой можно также считывать дополнительные параметры антенны. Приемная антенна извлекает энергию из плоского волнового фронта. Он пропорционален площади апертурного луча.

Усиление антенны в направлении максимального излучения принимается за единицу, а усиление антенн других типов обычно определяется относительно полуволнового вибратора. Усиление антенны в децибелах относительно полуволнового диполя обозначается дБд, а усиление антенны в децибелах относительно изотропного (всенаправленного) излучателя — дБи. Соотношение между этими величинами таково: 2,14дБи=0дБд. Некоторые фирмы, производящие антенны, иногда «хитрят» и указывают усиление в дБ, подразумевая при этом дБи. Цифра, характеризующая усиление, получается больше, что и привлекает покупателей. Чтобы не попасться на эту приманку, стоит повнимательнее разбираться, в каких же единицах показано усиление. Более подробные



Для линейных антенн также можно указать эффективную область. Через плотность мощности, присутствующую в месте приема, поверхность может быть отнесена к принятой энергии. Многие конструкции антенн рассчитаны на определенную резонансную частоту. Часто, однако, антенны требуются для более чем одной частоты. По этой причине используются широкополосные антенны, которые могут использоваться в широком диапазоне частот. Полоса пропускания антенны представляет собой частотный диапазон, в пределах которого сопротивление базовой точки изменяется незначительно.

сведения о параметрах антенн и методах их измерения приведены в разделе «Основные параметры антенн».

Рис. 1.2

Сопротивление полуволнового разрезного вибратора в свободном пространстве около 75 Ом, поэтому питают антенну с помощью кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. Согласование с 50-омным выходом трансивера осуществляют одним из способов, приведенных в разделе «Использование 75-омного кабеля». Непосредственное подключение 50-омного кабеля тоже допустимо. Для обеспечения симметрирования антенны на кабель вблизи точки подключения к антенне надевают несколько ферритовых колец небольшого диаметра или делают несколько витков кабеля на ферритовом кольце большого диаметра. Витки на ферритовом кольце делаются неразделенным кабелем, аналогично ферритовые кольца одеваются на кабель до точки разделения оплетки и центральной жилы. Нельзя одеть ферритовые кольца отдельно на центральную жилу и оплетку. Задача ферритовых колец — обеспечить большое индуктивное сопротивление для токов, протекающих по внешней поверхности оплетки кабеля. Поэтому марка феррита большого значения не имеет. Желательно применять ферриты с магнитной проницаемостью от 100 до 2000. Можно использовать ферритовый сердечник от трансформатора строчной развертки телевизора. Кабель на расстоянии 2…3 метров должен быть перпендикулярен полотну антенны. Если требуется расположить полуволновый разрезной вибратор так, чтобы электромагнитная волна имела вертикальную поляризацию, то можно применить конструкцию, изображенную на рис. 1.3.

Пределы этого частотного диапазона обычно определяются полушириной. Это диапазон, в котором излучаемая энергия уменьшается до половины. Увеличение полосы пропускания всегда снижает эффективность антенны. В принципе, приемная антенна также подходит для передачи и наоборот. Некоторые конструкции предотвращают обратное использование, например, с ограниченной электрической нагрузкой элементов или точки подачи или с усилителями, встроенными в антенну.

Размер антенных элементов зависит от длины волны, поэтому частота является важным критерием для выбора и построения антенны. Структура конструкций антенн может быть выполнена во многих отношениях. Прожектор имеет только теоретическое значение в качестве эталонной антенны, его невозможно реализовать практически и, следовательно, не является конструкцией антенны.

Рис. 1.3

В качестве нижнего вибратора можно использовать трубку подходящего диаметра, внутри которой будет проходить коаксиальный кабель. Если нижний вибратор будет иметь больший диаметр чем верхний, то его следует сделать на несколько сантиметров короче верхнего. Антенну можно приспособить для использования в. походных условиях. В этом случае верхний вибратор выполняется из гибкой многожильной проволоки, а в качестве нижнего используется гибкая металлическая оплетка, надетая на защитную оболочку питающего коаксиального кабеля. Растягивая или сжимая

Возможное подразделение антенн. Антенны станции Мобильные антенны Порт антенны. . Термин «линейные антенны» относится к антеннам, которые преобразуют линейную волну вдоль линии в волны свободного пространства и наоборот или провода не постоянны, а приближаются к распределению тока по пустой линии и почти синусоидально распределены.

Синусоидальное распределение тока на дипольных антенных стержнях, по общему признанию, хорошо подтверждено экспериментально, но не может быть использовано для расчета входного импеданса антенны, поскольку ток и напряжение сдвинуты по фазе почти на 90 ° во времени. Однако импеданс антенны в точке подачи не должен иметь компонента реактивного сопротивления. В идеале это эквивалентная серия или параллельное сопротивление, которое генерируется излучаемой мощностью и — в малой степени — потерями антенны.

металлическую оплетку, можно добиться оптимального согласования антенны с питающим кабелем. Антенну можно изготовить целиком из коаксиального кабеля. Для этого с кабеля на расстоянии около 3 м снимается защитная оболочка, а оплетка сжимается, выворачивается и натягивается на нижнюю часть кабеля. Затем верхняя часть антенны укорачивается до требуемого размера и производится настройка антенны путем растяжения или сжатия нижней части диполя. Гибкая антенна устанавливается с помощью нейлоновой веревки, прикрепленной через изолятор к концу верхнего вибратора. В качестве изолятора используется фарфоровый изолятор или подходящая пластина из стеклотекстолита. Установить антенну в походных условиях очень просто. С помощью грузика нейлоновая оттяжка перебрасывается через подходящую ветку дерева. Затем антенна поднимается на такую высоту, чтобы ее средняя часть (точка подключения коаксиального кабеля к вибраторам) находилась на высоте 5…6 метров. При этом антенна может устанавливаться и не строго вертикально. Наклон антенны не меняет ее характеристик, а только изменяет вектор поляризации.

Таким образом, импеданс пьедестала антенны является чисто омическим сопротивлением, он должен быть равен импедансу линии питающей линии. Если импеданс пьедестала антенны отличается от него в его реальной или мнимой части, необходимо использовать соответствующие элементы.

В случае линейных антенн длина по отношению к длине волны λ является решающей. Распределение максимумов тока вдоль элементов излучателя симметричной удлиненной антенны также симметрично и фиксировано. Если длина излучателя равна половине длины волны λ, то в центре ровно один максимум тока. Если есть точка подачи, это низкий уровень сопротивления. Если два полуволновых диполя растянуты вместе, образуется так называемый полноволновый диполь. Его два излучающих элемента подаются на противоположных концах, поэтому их импеданс высок.

Радиолюбительские антенны

Антенны на диапазон 160 м

«Скажи мне, что у тебя на крыше, и я скажу тебе, кто ты!»

И действительно: то, какую антенну выбрал коротковолновик, как он ее настроил и согласовал, определяет, как правило, общий «Коэффициент полезного действия» радиостанции, ее «дальнобойность».

Более широкополосной формой является диполь области, он также принадлежит линейным антеннам. Линейные антенны с длиной, существенно меньшей четверти длины волны λ, должны быть электрически расширены, вставив индуктор на или вблизи точки подачи, чтобы стать резонансным. В противном случае на линии снабжения существует реальное и мнимое несоответствие. Кроме того, дополнительная нагрузка в конце укороченного элемента может служить для регулировки. Таким образом, укороченные линейные антенны имеют меньший коэффициент усиления антенны и часто из-за более высоких потерь также уменьшают эффективность.

Наибольшие трудности вызывает у радиолюбителей создание антенных систем на низкочастотные КВ диапазоны и особенно на диапазон 160 м. Ведь для эффективной работы антенны длина ее излучающей части должна быть сравнима с длиной волны. Для диапазона 160 м это означает, что излучатель должен иметь длину по крайней мере 30…40 м. Да и удалять ее от «земли», в частности — от металлической крыши здания, следует примерно на такое же расстояние.

Длина полуволнового диполя равна половине длины волны λ. В точке подачи есть максимальный ток и минимальное напряжение. Поэтому полуволновый диполь имеет низкий импеданс 73, 2 Ом. Дипольную антенну. Сгибающий диполь формируется путем деления пути тока полуволнового диполя на два пути. Он разделяется только одним из этих способов, где расположена точка питания.

Преимуществом складывающего диполя является его возможное заземленное крепление к несущей антенны, а также удобство использования дешевых симметричных линий подачи. Четвертьволновый диполь является особой формой полуволнового диполя. Здесь в качестве стержня антенны используется только одна ветвь полуволнового диполя. Функция другой половины как противоположный полюс захватывается электропроводящей поверхностью или множеством выступающих стержней, на которых четвертьволновый стержень электрически «зеркально отражается».

Выполнить полностью эти требования обычно не представляется возможным, поэтому радиолюбители вынуждены искать компромиссные решения, идти, например, на заведомое снижение эффективности антенной системы, лишь бы ее установка была реальной в конкретных условиях дома, где проживает коротковолновик.

Для диапазона 160 м лучше всего подходят симметричные антенны типа полуволнового диполя или различных модификаций рамок, имеющих периметр длиной в длину волны («Квадрат», «Delta Loop» ). Практически такие антенны можно устанавливать только между домами, причем в этом случае средняя высота их подвеса должна составлять не менее 20…30 м. При меньших высотах из-за влияния «земли» антенна будет излучать радиоволны к горизонту и, следовательно, будет недостаточно эффективна при проведении дальних связей.

Таким образом, почти по характеристикам полуволнового диполя достигаются характеристики излучения и коэффициент усиления. Четвертьволновый диполь излучает только в верхней половине, как полуволновой диполь в свободном пространстве. Мощность излучения генерируется только в верхнем полупространстве, зеркальное изображение не влияет на мощность излучения. Таким образом, при таком же токе подачи излучаемая мощность только вдвое меньше полуволнового диполя.

Четвертьволновый диполь используется в качестве антенны для ручных радиоприемников, мобильных устройств, а. в автомобилях и радиослужбах. Для полноволнового диполя длина волны λ равна длине излучателя. Предложение также осуществляется здесь путем разделения посередине. Однако существует максимум напряжения: обе половины галоидного элемента колеблются в той же фазе, что и полуволновые диполи, так что в точке подачи происходит противофазное напряжение.

Длину l (в мм) излучающей части полуволнового диполя (рис.1) рассчитывают по формуле:

l = 142,5/f.

f — резонансная (рабочая) частота антенны в МГц. Если предполагается работать как телефоном, так и телеграфом, то резонансную частоту антенны следует выбрать близкой к середине диапазона (например, 1,9 МГц). Если же работа будет вестись в основном только одним видом излучения, то ее целесообразно выбрать близкой к середине соответствующего участка любительского диапазона.

В случае длинноволновой антенны длина провода больше длины волны λ. Конкретные конфигурации антенн под этим термином отличаются главным образом типом питания и формой установки радиатора. По мере увеличения длины направление основного луча симметрично приближается к продольному направлению антенны. Если конец провода, удаленный от питания, заземлен согласующим резистором, на антенне не может возникнуть стоячая волна.

Список поверхностных антенн можно найти в разделе. Терминная антенна обозначает антенны, которые, в отличие от линейных антенн, преобразуют линейную волну в поверхностное расширение в волны свободного пространства и наоборот. Технически простым примером является прямоугольный звуковой излучатель, в котором прямоугольный волновод расширяется до тех пор, пока отверстие не будет размерно большим по отношению к длине волны λ.

Рис.1. Симметричная антенна полуволновой диполь

Следует отметить, что на практике длина излучателя может заметно отличаться от расчетной из-за влияния окружающих предметов. Вот почему при изготовлении антенны первоначальную длину излучателя надо взять с некоторым запасом, а затем, в процессе настройки, уточнить ее.

Излучатели диафрагмы представляют собой антенны, которые излучают или поглощают электромагнитную энергию через излучающую апертуру. Излучатели диафрагмы обычно имеют форму волновода. В случае рогового излучателя распределение поля входной волны в основном сохраняется за счет постепенного расширения волновода, а переход в свободное пространство почти свободен от отражения. Чем дольше рог, тем сильнее будет связывание излучения.

Чтобы избежать очень длинных конструкций излучателей рога, винтовых антенн или ягианских антенн, отражатели используются на основе оптических элементов для создания большой площади отверстия с плоским фазовым фронтом. Параболические зеркала используются в параболических антеннах, либо в фокальной точке используется короткий роговой излучатель, либо для коаксиального питания используется диполь с отражателем или спиральная спиральная или спиральная антенна.

Входное сопротивление диполя около 75 Ом, поэтому для его питания следует использовать коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Однако здесь вполне допустимо применение 50-омного кабеля. Во-первых, весьма вероятно, что входное сопротивление диполя при реальных высотах подвеса будет ниже 75 Ом, а во-вторых, такое незначительное рассогласование антенны с фидером (КСВ до 2) практически не влияет на ее эффективность.

Что касается характеристик усиления и направленности, параболические антенны превосходят излучатель рога только с диаметром, в 8 раз превышающим длину волны. В угловой антенне отражатель состоит из двух поверхностей. Также спутниковые антенны, радиотелескоп. Список групповых антенн можно найти в разделе.

Термин «групповая антенна» обозначает антенны, которые построены из ряда отдельных излучателей, излучаемые поля которых накладываются друг на друга и образуют общую диаграмму антенн конструктивными средствами. Почти все конструкции антенн могут использоваться как отдельные радиаторы, то есть также в конструкции более сложных антенн, таких как антенны Яги.

Собственно излучатель выполнен из медного канатика диаметром 2…3 мм. Для того чтобы исключить обрыв коаксиального кабеля в месте его подключения к излучателю необходимо кабель 5 жестко прикрепить (например, U-образными хомутами) к Т-образному изолятору 4, который изготавливают из текстолита толщиной не менее 3 мм. Часть изолятора, которая работает на растяжение, усиливают текстолитовым бруском 6 размерами 15х25х100 мм. Оплетку и центральную жилу коаксиального кабеля припаивают к плечам 2 и 3 излучателя.

Все индивидуальные антенны обычно расположены геометрически в плоскости, перпендикулярной направлению излучения, и должны быть поданы друг к другу в правильной фазе. Специальной формой групповой антенны является антенна с фазированной решеткой. В случае этой группы антенн отдельные излучающие элементы или группы пучков питаются различными фазовыми позициями, а иногда и с разной степенью. Цель этого сложного метода — обеспечить не требующий обслуживания электронный наклон антенной диаграммы.

Моноимпульсная антенна используется в современных радиолокационных устройствах для повышения точности угловых измерений при наклонном определении. В случае моноимпульсной антенны отдельные излучатели делятся на четыре квадранта, соответствующая мощность приема которых связана как суммирование, так и дифференциация. С помощью этих сигналов компьютер может определять положение цели в пределах несущей балки.

Настраивают антенну по измерениям КСВ в полосе частот. Из этих измерений находят резонансную частоту антенны, т.е. частоту, на которой КСВ минимален. Если она меньше (больше) заданной, то диполь укорачивают (удлияют). Величину, на которую надо укоротить или удлинить каждое из плеч диполя, определяют по формуле:

Здесь f2 — частота, на которую должна быть настроена антенна, а l` и f1 — соответственно первоначальная длина диполя и его резонансная частота.
В реальных условиях плечи диполя можно устанавливать под некоторым углом, несколько меньшим 180 градусов, и даже изгибать каждое из плеч (рис.2).


Рис.2. Антенна полуволновой диполь с изгибом плеч

Входное сопротивление антенны при этом несколько понижается, поэтому такие антенны целесообразно соединять 50 Ом коаксиальным кабелем. Изменится также и диаграмма направленности, которая для классического диполя имеет вид «восьмерки». Настройка этой антенны немного сложнее, поскольку влияние окружающих ее предметов сказывается обычно сильнее. Для того чтобы не «проскочить» резонансную частоту, укорачивать плечи диполя здесь следует постепенно, шаг за шагом. Этот вариант установки диполя, естественно, компромиссный, но он позволяет при незначительном снижении эффективности антенны «привязать» ее к конкретным местным условиям.

Длину излучающей части диполя можно уменьшить почти вдвое, если ввести в каждое ее плечо по «удлиняющей» катушке (рис.3).


Рис.3. Антенна полуволновой диполь с удлинняющими катушками

Чтобы не снижать существенно коэффициент полезного действия антенны, «удлиняющие» катушки должны иметь малые собственные потери, т.е. высокую (примерно 150) добротность. Кроме того они должны быть надежно защищены от воздействия атмосферной влаги.

Питание на эту антенну подают 50 Ом коаксиальным кабелем. При указанных на рис.3 размерах излучающей части катушки L1 и L2 должны иметь индуктивность около 70 мкГ. Их можно выполнить на каркасах диаметром 40 мм и длиной 80 мм, на которые наматывают по 65 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,2 мм (намотка рядовая, виток к витку). Если в распоряжении радиолюбителя имеются другие каркасы, то требуемое число витков можно оценить по формуле:

Здесь L — индуктивность катушки в мкГ; D и l — диаметр и длина катушки в см; n — количество витков. Поскольку намотка рядовая, то l = nd, где d — диаметр провода катушки в см. Необходимую резонансную частоту антенны устанавливают подбором длины внешних (14-метровых) отрезков каждого плеча.

Укороченный диполь вполне можно установить на крыше одного здания, модифицировав его в антенну типа «Inverted V» (она показана на рис.3 ). Для установки такой антенны требуется только одна мачта высотой около 15 м. Плечи диполя выполняют одновременно и функции двух (из требуемых четырех) оттяжек для крепления мачты. Как уже отмечалось, при такой высоте подвеса диполь излучает в основном под большими углами к горизонту. Однако даже с учетом этого недостатка описанная укороченная антенна IV может оказаться эффективнее несимметричных антенн, о которых речь пойдет ниже.

Недостатком всех несимметричных антенн (к ним относятся разнообразные «проволочные» антенны типа «Long Wire» , а также вертикальные излучатели типа «Ground Plane» ) является необходимость иметь хорошую «землю», т.е. заземление (в радиотехническом смысле этого слова). Реализовать хорошее заземление в городах практически невозможно, поэтому радиолюбитель, если он решает (или его заставляют обстоятельства) установить антенну с несимметричным питанием, должен позаботиться о хороших противовесах.

Входное сопротивление большинства несимметричных антенн лежит в пределах 10…30 Ом, а для укороченных антенн может составлять единицы Ом и даже доли Ома. Между тем сопротивление потерь для распостраненной системы из трех противовесов под углом 120 градусов друг к другу составляет примерно 30 Ом. Таким образом, при использовании противовесов более половины мощности, отдаваемой передатчиком, бесполезно теряется. Для эффективной работы несимметричной антенны количество противовесов должно быть 10…12, причем совсем не обязательно, чтобы все они имели длину четверть длины волны (рис.4а).

Рис.4а. Размещение противовесов по кругу

Дело в том, что наибольшее значение плотности токов ВЧ — непосредственно у основания антенны, именно здесь надо иметь наибольшее суммарное сечение проводников противовесов. Если противовесы нельзя установить по кругу (обычно дело обстоит именно так), то их следует разместить, как показано на рис.4б.

Рис.4б. Размещение противовесов неравномено

На рис.5 приведены два варианта Г-образной антенны для диапазона 160 м. Питание на обе антенны подают коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Соотношение между длинами отрезков А и Б может быть выбрано произвольным, важно лишь, чтобы их суммарная длина составляла 38 м для варианта а и 43 м для варианта б.


Рис.5а. Г-образная антенна с входным сопротивление 10 Ом

Антенна на рис.5а при длине отрезка А=10 м имеет входное сопротивление около 10 Ом. Катушка L1 имеет индуктивность 13 мкГ. Она выполнена на каркасе диаметром 50 мм и содержит 20 витков медного голого провода диаметром 0,8…1,0 мм. Длина намотки 50 мм. При мощности передатчика до 10 Вт в качестве конденсатора С можно использовать блок конденсаторов от лампового радиовещательного приемника. Настраивают антенну сначала конденсатором С, добиваясь последовательного резонанса на рабочей частоте (устанавливают по максимальной нагрузке антенной передатчика). После этого подбирают положение отвода на катушке L1 по минимуму КСВ.
Антенна, показанная на рис.5б , имеет активную составляющую входного сопротивления около 50 Ом, если длина отрезка А=10 м.


Рис.5б. Г-образная антенна с входным сопротивление 50 Ом

При настройке этой антенны сначала компенсируют конденсатором С реактивную составляющую входного сопротивления (она имеет индуктивный характер), а затем подбирают длину антенны по минимуму КСВ, каждый раз подстраивая конденсатор С. Из-за большого входного сопротивления эта антенна работает эффективнее, чем изображенная на рис.5а , но последняя проще в настройке, так как не требует тщательного подбора общей длины антенны.

В частном случае любая из этих двух антенн может начинаться непосредственно у передатчика и проходить через оконную раму на ближайший дом или какое-нибудь дерево. В этих условиях создать разветвленную систему противовесов практически невозможно, поэтому корпус передатчика надо присоединить короткими проводниками к трубам водоснабжения, отопления и к арматуре балкона (если дом железобетонный). Кроме того, такую систему «заземления» следует дополнить хотя бы одним противовесом максимально возможной длины (но не менее 5 м). Этот противовес может быть растянут на внешней стороне балкона или вдоль стены дома. К корпусу передатчика его подключают через катушку (рис.6) , индуктивность которой следует установить экспериментальным путем по минимальной величине ВЧ напряжения на корпусе передатчика (исходное значение индуктивности 200 мкГ).


Рис.6. Подключение противовеса

Это напряжение можно регистрировать простейшим ВЧ вольтметром (рис.7) , который подключают к корпусу только одним выводом.


Рис.7. Измерение высокочастотного напряжения на корпусе передатчика

Если радиолюбитель имеет возможность сделать хорошую систему противовесов, то для проведения дальних связей все же лучше установить пусть укороченную, но вертикальную антенну типа GP. Вполне приличные результаты можно получить с антеннами, имеющими высоту до 15 м.

Один из вариантов такой антенны показан на рис.8. Она состоит из вертикального излучателя (мачты) длиной 12 м, изолированного у основания от «земли». Излучатель представляет собой металлическую трубу. Он имеет так называемую верхнюю емкостную нагрузку, которая образована четырьмя проводами длиной по 15 м. Угол между этими проводами (они одновременно играют роль оттяжек) и трубой должен быть 90 градусов. Питание в антенну подают коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. При небольшой длине фидера целесообразно не устанавливать у основания антенны никаких согласующих элементов (при этом отпадает нужда в их герметизации), а работать со стоячей волной в кабеле. В этом случае обязательным является наличие на радиостанции отдельного антенного согласующего блока у передатчика, так как возможностей по согласованию у его выходного контура (обычно П-фильтра) может не хватить.

Рис.8. Вертикальная антенна типа GP

Антенна, показанная на рис.9 , имеет полную высоту около 13,5 м. Укорачивание в ней достигнуто за счет включения «укорачивающей» катушки L1 подобно тому, как это делалось в укороченном диполе, о котором рассказывалось раньше. Эта катушка должна обладать индуктивностью около 160 мкГ. Ее наматывают медным голым проводом диаметром 70 мм. Она имеет 90 витков. Длина намотки 220 мм, а полная длина вставки в трубу — 300 мм. Индуктивность согласующей катушки L2 около 10 мкГ (20 витков такого же провода, намотанного на каркас диаметром 40 мм, длина намотки 50 мм).

Рис.9. Антенна с «укорачивающей» катушкой

Настраивают эту антенну на рабочую частоту с помощью гетеродинного индикатора резонанса (подбором длины верхней секции антенны и, если этого недостаточно, — подбором числа витков катушки L1). Затем по минимуму КСВ подбирают положение отвода на катушке L2. Как и все другие укороченные излучатели, эта антенна узкополосна, ее следует настраивать на тот участок диапазона, где чаще всего ведется работа.

При тех трудностях, с которыми связана установка антенн, о направленных передающих антеннах на НЧ диапазоны, и особенно на диапазон 160 м, можно только мечтать. Но вот для приема такие антенны реализовать относительно нетрудно. Обычно они представляют собой рамки, состоящие из одного или нескольких витков. Рамочные антенны имеют два четко выраженных минимума при приеме сигнала, направленные перпендикулярно ее плоскости. Подавление сигналов с этих направлений может достигать примерно 30 дБ (пять баллов по шкале S!). Это дает возможность «убрать» помеху: сигналы другой любительской станции, гармонику от средневолновой вещательной радиостанции и т.д.
Возможный вариант выполнения рамочной антенны показан на рис.10.


Рис.10. Рамочная антенна

Она состоит из трех витков (в форме квадрата со стороной 1,5 м), образующих собственно рамку, и одного витка связи. Диаметр и марка провода некритичны, в частности, подойдет и обычный монтажный провод. Рамка помещается в электростатический экран, разомкнутый в верхней части. Экран можно выполнить из оплетки коаксиального кабеля, а в целом рамку закрепить на крестовине из дерева. Настраивают рамку на рабочую частоту конденсатором С, который должен быть надежно защищен от атмосферной влаги. К приемнику рамку подключают с помощью коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом.

«Радиоежегодник» 1983 год

Дата: 2016-11-11
Дата: 2016-07-13
Дата: 2015-04-28
Дата: 2015-04-28
Дата: 2015-03-18
Дата: 2013-09-09
Дата: 2013-03-05
Добавил: Сергей
Андрей — если тебе это еще актуально.На передачу рис.10 прекрасно работает и без экрана.Вот при приеме, в городе особенно, экран заметно ослабляет помехи.Заметно на слух!Поочередно подключал с экраном и без.А так я натягивал чулок оплетки снятый с кабеля РК-150 на оботку из термостойкого многожильного провода для намотки катушек магнитострикционных УЗ излучателей.там провод похоже что посеребренный.Отлично работают рамки из специального толстого литцендрата, у нас такой провод применялся для намотки контуров мощных генераторов электроэррозионных станков.В принципе достать,если сильно захотеть можно.Успехов! Делал витки и из обычного МГШВ перед тем как одеть экран обматывал слоем тонкой фторопластовой ленты были старые запасы когда кончились, разбирал конденсаторы с изоляцией из фторопластовой ленты.Отлично получалось обмотать тонкой медной лентой и потом аккуратно пропаять.Потом после испытания лучьше будет все обмотать лентой стеклоткани и прокрасить неск. слоями эмали.Для города и относительно близких расстояний неплохой вариант.Для работы на передачу обязательно нужен хороший воздушник.Я использовал конденсаторы от мед.установок высокой частоты.В принципе в каждой больнице есть кладовка куда сваливают всякий списаный хлам.
Дата: 2012-07-23
Дата: 2012-06-17 Дата: 2012-06-17 Дата: 2012-04-07 Дата: 2012-03-17 Дата: 2012-01-27 Дата: 2012-01-22 Дата: 2012-01-09
Добавил: Сергей
Дата: 2012-01-07
Дата: 2011-11-06

Читайте также

Введите ключевые слова.

THE BELL

Есть те, кто прочитали эту новость раньше вас.

Подпишитесь, чтобы получать статьи свежими.

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Прикладные аспекты практической реализации беспроводных узлов

Аннотация: Дальность связи. Энергопотребление Выбор частотного диапазона. Особенности аппаратной часты беспроводных систем. Антенны. Рекомендации по топологии печатной платы Оценка времени и ресурсов на разработку. Жизненный цикл разработки беспроводных систем.

Дальность связи

Одним из факторов, тесно связанных, а в некоторых задачах и влияющих на топологию сети и выбор протокола передачи данных — это предельное расстояние, на которые можно разнести узлы в сети при сохранении устойчивой связи и требуемой скорости обмена данными (хотя бы на минимальных значениях, устраивающих приложение).

Расстояние между узлами можно оценить исходя из сведений о выходной мощности передатчика, чувствительности приемника и характеристик антенн с учетом эмпирических сведений.

Для теоретических оценок используется формула Фриза для свободного пространства:

( 2.1)

или

( 2.2)

где

Формула (2.1) носит еще название энергетического бюджета канала связи (или просто бюджет канала).

В реальной ситуации рассчитанная дальность передачи будет несколько ниже из-за различных эффектов распространения сигнала (рассеяние, дисперсия, многолучевое распространение и др.). Поскольку учесть все или хотя бы часть эффектов практически не реально, пользуются эмпирическими правилами (правила приближенного счета), позволяющими сделать необходимые оценки [4, 5].

Наиболее важными факторами для узлов сети являются характеристики антенны — коэффициент усиления, диаграмма направленности, чувствительность к предметам в ближней зоне и др. Сильно также влияет реализация передачи данных в различных сетевых технологиях (Рис. 1.1, Рис. 1.2).

Энергопотребление

Энергопотребление узлов сети является важным для систем с автономным питанием, а также в рамках общей тенденции к переходу на энергосберегающие технологии.

Кроме технических характеристик микросхем приемопередатчиков, микроконтроллеров и других узлов беспроводных модулей на энергопотребление существенно влияет режим работы сетевого приложения, интенсивность обмена данными (Рис. 2.1).

Выделяют режимы работы с интенсивным рабочим циклом и с малой интенсивностью обмена. В приложениях с интенсивным рабочим циклом основная доля энергопотребления приходится на радиоинтерфейс — прием/передача пакетов, синхронизация и автоподстройка частоты. При этом, в случае преобладания в трафике длинных пакетов, доминирует потребление приемопередатчика, в случае преимущественной передачи коротких пакетов на первый план выходит потребление схем инициализации радиочасти и автокалибровки частоты [5].


Рис. 2.1. Дальность связи, обеспечиваемая различными беспроводными технологиями

В приложениях с малой интенсивностью обмена начинают играть роль такие показатели, как наличие и эффективность режимов пониженного энергопотребления микросхем датчиков, микроконтроллеров и приемопередатчиков (Рис. 2.2).


Рис. 2.2. Диапазон скоростей передачи данных в беспроводных технологиях

Типичный профиль энергопотребления беспроводного узла представлен на Рис. 2.3 (абсолютные величины приведены для устройства диапазона менее 1 ГГц, для устройств диапазона 2,4 ГГц токи потребления будут примерно в два раза выше). При этом относительный уровень потребления устройств, отличающихся по технологиям реализации можно оценить по Рис. 2.4.

Чаще всего производителями предлагаются несколько линеек продуктов с низким энергопотреблением для беспроводных систем со всем необходимым программным и аппаратным обеспечением. Фактически это избавляет разработчиков от необходимости применения специализированных протоколов для снижения энергопотребления — эта часть проблемы решается на уровне компонентов.


увеличить изображение
Рис. 2.4. Минимальные требования к источникам питания беспроводных узлов различных технологий

Изготовление антенны GP на 145 МГц

И так, появилась экстренная необходимость в антенне с круговой диаграммой направленности. В принципе у меня есть четвертьволновой диполь сделанный в виде монолитного штыря. Но он мне показался несколько не соответствующим моим запросам, так как мне нужен был вариант который можно просто насадить на штангу, а диполь себя плохо повёл в конструкции когда заземляющая часть трубки находится рядом с посторонними металическими предметами. По этому было решено делать GP (ground plane). Для сравнения, штыревой вариант выглядит вот так.

И так, для изготовления этой антенны я планировал использовать алюминиевые трубки толщиной 8 мм, но оказалось, что трубки из Леруа Мерлен изготовлены из странного алюминиевого сплава, который не паялся ни одним из имеющихся флюсов. Даже специальный припой для лужения алюминиевых сплавов не смог справиться с этими трубками. Снятие окислов в безвоздушной среде тоже не помогло. Можно было попробовать воспользоваться сваркой в среде аргона, но такой возможности у меня небыло. По этому центральный штырь было решено делать из латуни.

Основа всей конструкции — это разъём SO-239 для крепления на корпус оборудования и проходные колодки для провода толщиной 2 мм.

Одним из крайних концов фиксируем проходные соеденители к корпусу разъёма SO-239.

Выравниваем все проходные соединители так чтобы они были параллельны.

Получается так, что снизу разъёму ничто не мешает прикручиваться к кабелю и имеется доступ к винтам для фиксации противовесов.

Верхняя часть соеденителей оказывается на уровне выхода центральной жилы. Убеждаемся, что винты прикручены намертво и после этого припаиваем их к основанию. Если используется активный флюс, то обязательно следует промыть всю деталь в тёплой воде с мылом. Так как активный флюс очень агресивен и он постепенно окислит те места куда он попал.

Далее отрезаем латунную трубку и припаиваем её к центральной жиле разъёма. Для пайки втулки необходимо сначала набрать припой внутрь трубки и расплавить его там прижав паяльник к основанию трубки. Потом необходимо быстро насадить трубку на контакт центральной жилы. За счёт поверхностного натяжения, контакт разъёма втянет в себя часть припоя и получится очень хороший контакт. Необходимо чтобы вся эта операция была молниеносной и точной. Так как разобрать подобную конструкцию не повредив полиэтилен или контакт — очень сложно.

Далее запаивается верхний конец антенны, для того, чтобы туда не попадала вода и прочие атмосферные осадки. Вода попавшая в полотно антенны может его разорвать зимой.

Далее в соеденители были воткнуты противовесы и зажаты винтами. Угол противовесов должен составлять 45 градусов по отношению к горизонту. Если необходимо получить волновое сопротивление не 50 Ом, а 75 Ом, то противовесы должны быть параллельны горизонту. Если невозможно загнуть противовесы вниз, то можно изготовить трансформатор из нескольких кусочков коаксиального кабеля. Но лучше не маяться дурью и загнуть противовесы к земле.

На текущий момент этого достаточно для работы. Но после того как всё будет готово необходимо протестировать антенку и подобрать нужный КСВ. Для подгонки КСВ необходимо подрезать штырь и противовесы. Чем выше частота тем они короче. Писать размеры слегка не корректно, так как всё зависит от диаметра используемых материалов и материала как такового.

Вот так выглядит мой паучёк поставленный на ноги, то есть на противовесы.

Осталось дело за малым — проверить антенну в боевых условиях.

Тэги: радио

Отредактировано:2020-09-20 13:01:38

Дипольная антенна – обзор

3.6.1.1 Слепота сканирования решетки

В то время как простые модели используются для вывода характеристик микрополосковых антенн, для получения характеристик патч- или дипольных антенн, когда они используются в качестве элементов антенн, требуются сложные математические процедуры. фазированные решетки.

Показано, что такие фундаментальные характеристики сканирования решетки, состоящей из микрополосковых антенн, как коэффициент отражения, тренды входного сопротивления, слепота сканирования и эффекты лепестков решетки, определяются межэлементными расстояниями и параметрами подложки (высотой и относительной диэлектрической проницаемостью) и не по характеру элемента микрополосковой антенны (патчи или диполи) [109].Поэтому мы не будем делать различий между двумя типами антенн. Давайте начнем с физического понимания рассматриваемых проблем, прежде чем мы наметим качественный отчет о производительности массивов, имеющих разнообразный набор параметров.

На рис. 3.13а показан точечный источник тока, расположенный в нижней части металлической накладной антенны, излучающей электромагнитную волну [110]. Волны, обозначенные буквой B, излучаются наружу и вносят свой вклад в диаграмму направленности антенны. Некоторые из волн, обозначенных буквой А, дифрагируют, возвращаются под пластырь и накапливают ЭМ-энергию.Волны, обозначенные C, остаются внутри диэлектрической подложки, захваченные границей воздух-диэлектрик. Это поверхностные волны, которые распространяются вдоль двумерной границы раздела и затухают медленнее, чем космические волны, распространяющиеся в пространство. Для решетки, работающей в режиме передачи, часть мощности, подаваемой на антенну, теряется, что приводит к снижению общей эффективности антенны. Кроме того, вторичная диаграмма направленности в пространстве, окружающем антенну, возникает, когда поверхностные волны рассеиваются на физических границах решетки.Разработчики приняли два метода минимизации вторичной диаграммы направленности: (i) окружить решетку фиктивными антенными элементами; и (ii) разместить поглощающий материал по периметру массива, как показано на рис. 3.13b.

Рисунок 3.13. Механизмы излучения в решетке патч-антенн и один подход, используемый для минимизации диаграммы направленности вторичной решетки. (а) Механизмы излучения в решетках патч-антенн из [110]; (c) 1988. Микроволновый журнал).(b) Один подход, используемый для минимизации вторичной диаграммы направленности по периметру массива.

Когда вторая накладная антенна находится вблизи другой, в ней индуцируются токи за счет связи как с космическими, так и с поверхностными волнами первой накладной; поэтому второй патч становится вторичным радиатором. Поскольку взаимная связь между элементами антенны не может быть сведена к минимуму [111], разработчик должен принять во внимание, что расстояние между элементами является еще одним критическим параметром антенной решетки — учтите также обсуждение, относящееся к рисунку 3.14б.

Рисунок 3.14. (а) Ширина полосы массива (%) и угол слепоты сканирования в зависимости от толщины подложки (h/λ). (b) Угловая слепота сканирования матрицы как функция относительной диэлектрической проницаемости подложки (ε r ), расстояния между элементами a и толщины подложки ( h ). Случай 1, a = 0,52λ и h = 0,06λ. Случай 2, a = 0,5λ и h = 0,06λ. Случай 3, a = 0,48λ и h = 0,06λ; Случай 4, a = 0.5λ и ч = 0,02λ. (в) Величина коэффициента отражения бесконечного массива диполей в зависимости от угла сканирования в E-, H- и D- (диагональной) плоскостях при подложке ε r = 2,55 и толщине h = 0,19λ. Стрелки указывают положение углов слепоты сканирования в D- и E-плоскостях.

(Из [111]; © 1986, Microwave Journal.), (Из [111]; © 1986, Microwave Journal.), (Из [113]; © 1984, IEEE.) (Для этого конкретного примера угол слепоты сканирования в H-плоскости не рассчитывается.)Copyright © 1986

Слепота сканирования больших фазированных решеток по отношению к углу сканирования ψ вызвана поверхностными волнами, которые распространяются синхронно с модой Флоке структуры. При ψ импеданс массива изменяется до такой степени, что массив не излучает мощности. Следовательно, FOV массива определяется углом, под которым расположена слепота сканирования, а не положением ее лепестков решетки. В работах [109], [112] и [113] проблема слепоты при сканировании была рассмотрена более подробно путем рассмотрения бесконечной решетки дипольных антенных элементов, напечатанных на заземленной диэлектрической пластине.Обобщенные здесь результаты основаны на выводе функции Грина для массива бесконечно малых диполей, отсканированных до углов θ и ϕ.

Согласно рисунку 3.11 расстояние между соседними диполями равно a и b по направлениям x- и y- соответственно, а координаты u , 17 x и 0 , y 0 m n диполя задаются как

(3.20) u = sinθcosφandv = sinθsinφ

и

(3.21) x0 = maandy0 = nb

, если мы определяем T E и T M на

(3.22) TE = K1COS (K1H) где k02−β2Im(k2)<0

(3.26)β2=kx2+ky2

(3.27)k0=2π/λ

Нули, полученные из уравнений (3.22) и (3.23), представляют поперечные электрические (TE) и поперечные магнитные (ПМ) поверхностные волны ненагруженной заземленной диэлектрической плиты соответственно.Здесь предполагается, что загрузка элементов антенны вносит незначительную ошибку в расчет слепоты сканирования. Либо T e = 0, либо T m = 0 используется в зависимости от того, требуется ли слепое сканирование в E- или H-плоскости.

Количество поверхностных волн, которые может поддерживать диэлектрический материал, пропорционально его толщине. Таким образом, условие [114]

(3.28)h<λ04ɛr−1

гарантирует, что может распространяться только поверхностная волна низшего порядка (TM 0 ).Угол слепоты сканирования можно предсказать из сравнения постоянных распространения поверхностной волны диэлектрической пластины и различных мод Флоке.

Если β sw – постоянная распространения первой (ТМ) моды поверхностных волн ненагруженной диэлектрической пластины и k 0 < β sw < (ε r ) 1

3 1

3 k 0 , резонанс поверхностной волны возникает, когда β sw соответствует конкретной постоянной распространения моды Флоке.Это происходит, когда

(3.29)[βswk0]2=[kxk0]2+[kyk0]2=[ma/λ+u]2+[nb/λ+v]2

, из которого получен угол слепоты сканирования .

На рис. 3.14а показана зависимость ширины полосы решетки в процентах и ​​угла слепоты сканирования решетки патч-антенн при межэлементном расстоянии λ/2 и подложке GaAs [111]. Как видно, массивы с толстыми подложками имеют увеличенную полосу пропускания, но уменьшают углы слепоты сканирования, определяющие FOV массива. Следовательно, необходимо найти компромисс между увеличенной пропускной способностью, с одной стороны, и расширенным полем обзора массива, с другой.

На рис. 3.14б показана зависимость угла сканирования матрицы от относительной диэлектрической проницаемости подложки при рассмотрении четырех случаев [111]. Для случаев 1, 2 и 3 высота подложки h равна 0,06λ, а расстояние между элементами a принимает значения 0,52λ, 0,5λ и 0,48λ соответственно; как видно, небольшая вариация и влияет на диапазон углов слепоты сканирования матрицы. Точно так же варианты 2 и 4 имеют одинаковое межэлементное расстояние 0,5λ, но высота подложки принимает значения 0.06λ и 0,02λ соответственно; как видно, уменьшение высоты подложки резко влияет на диапазон углов слепоты сканирования матрицы. Относительно тонкие подложки имеют тенденцию увеличивать угол слепоты сканирования. Когда толщина подложки задана, разработчик может существенно изменить слепоту сканирования матрицы, слегка изменив расстояние между элементами.

На рис. 3.14c показана величина коэффициента отражения | Р| бесконечного массива печатных диполей, когда a = 0.5774λ, b = 0,5λ, ε r = 2,35 и h = 0,19λ в зависимости от угла сканирования в E-, H- и D- (диагональной) плоскостях [113]. Углы слепоты при сканировании составляют θ = 68,3° и 49,3° в E- и D-плоскостях соответственно. Обычно FOV массива ограничивается углом сканирования, равным углу слепоты сканирования минус 10°.

Приближенные и замкнутые выражения для мощности космических волн P sp и мощности поверхностных волн P sw были получены в [115], а также для КПД, η, определяется как

(3.30)η=PspPsp+Psw

Когда относительная диэлектрическая проницаемость подложки равна 12,8, пространственно-волновая эффективность массива бесконечно малых диполей монотонно уменьшается по мере увеличения ч /λ; аналогичная тенденция наблюдается при ε r = 2,55 и h /λ между 0 и 0,1; при ч /λ > 0,1 достигается плато эффективности.

1/4 Wave Антенна » Примечания по электронике

Четвертьволновая вертикальная антенна представляет собой простейшую форму вертикальной антенны.Он обеспечивает хорошие характеристики в сочетании с всенаправленной диаграммой направленности и простотой конструкции.


Вертикальные антенны включают:
Типы вертикальных антенн Четверть длины волны по вертикали 5λ/8 по вертикали


Четвертьволновая вертикальная антенна используется во всех диапазонах частот, включая НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ и выше. УКВ и не только.

Четвертьволновая вертикальная антенна обладает свойствами многих вертикальных антенн, включая всенаправленное излучение и вертикально поляризованные сигналы.

Базовая вертикальная четвертьволновая антенна

Как следует из названия, четвертьволновая вертикальная антенна состоит из четвертьволнового вертикального элемента. Антенна является так называемой «несбалансированной», имеющей одно соединение с вертикальным элементом и использующей соединение с землей или смоделированное соединение с землей для создания изображения для другого соединения.

Кривые напряжения и тока показывают, что в конце напряжение возрастает до максимума, а ток падает до минимума.Тогда у основания антенны в точке питания напряжение минимально, а ток максимален. Это дает антенне низкий импеданс облучателя. Обычно это около 20 Ом.

Базовая четвертьволновая вертикальная антенна, показывающая магнитуду тока

Земля, очевидно, является важной частью радиочастотной антенны. Многие СЧ и ВЧ установки используют для этого заземление. Эти наземные системы должны быть очень эффективными, чтобы антенна работала удовлетворительно. Очевидно, что они должны иметь очень низкое сопротивление и часто использовать большие «маты» из радиальных элементов, отходящих от основания антенны, чтобы обеспечить отличные радиочастотные характеристики.

Для установок ОВЧ и УВЧ высота, очевидно, важна, и антенны необходимо поднять, чтобы убедиться, что они находятся над ближайшими препятствиями. Также для мобильных установок явно невозможно использовать заземление. В этих случаях используется имитация земли. Для мобильных приложений это корпус автомобиля. Крепление антенны обычно позволяет выполнить подходящее соединение с кузовом транспортного средства, иногда с использованием емкостного соединения. Однако необходимо следить за тем, чтобы корпус автомобиля был металлическим, а не пластиковым в районе крепления антенны.

Для стационарных станций используется набор радиалов, имитирующих наземную плоскость. Теоретически плоскость заземления должна простираться до бесконечности, но на практике используется ряд радиалов длиной в четверть длины волны. Как правило, для многих приложений ОВЧ достаточно четырех радиалов.


Четвертьволновая вертикальная антенна с радиальными плоскостями заземления

Если радиальные изгибы отогнуты вниз от горизонтали, то импеданс фидера возрастет. Сопротивление 50 Ом достигается, когда угол между стержнями заземления и горизонталью составляет 42 градуса.Другое решение состоит в том, чтобы включить в антенну элемент согласования импеданса. Обычно это катушка с ответвлениями, которую можно удобно разместить в основании антенны.

Складная четвертьволновая вертикальная антенна

Ввиду низкого импеданса фидера четвертьволновой вертикали необходимо реализовать схему согласования, чтобы обеспечить хорошее согласование антенны с фидером.

Выше было описано, как наклонить лучи вниз.Другой — использовать сложенный элемент. Точно так же, как сложенный диполь увеличивает импеданс антенны, можно использовать сложенный вертикальный элемент. Если диаметр обеих секций одинаков, то достигается увеличение в соотношении 4:1. Это доведет импеданс до 80 Ом и обеспечит приемлемое согласование с фидером 75 Ом. Используя заземляющий элемент меньшего диаметра, полное сопротивление питания может быть уменьшено, так что может быть достигнуто хорошее согласование с коаксиальным кабелем 50 Ом.

Четвертьволновая вертикальная антенна широко используется ввиду ее простоты и удобства.Для улучшения его производительности доступны другие типы вертикалей. Также можно использовать дополнительные вертикали и запитывать их разными фазами, чтобы обеспечить усиление всей антенной системы.

Другие темы об антеннах и распространении:
ЭМ волны Распространение радио Ионосферное распространение Грунтовая волна Разброс метеоров Тропосферное распространение Кубический четырехугольник Диполь Отключить Ферритовый стержень Логопериодическая антенна Антенна с параболическим отражателем Вертикальные антенны Яги Заземление антенны телевизионные антенны Коаксиальный кабель Волновод КСВ Антенные балуны MIMO
    Вернитесь в меню «Антенны и распространение».. .

Что такое четвертьволновая дипольная антенна?

Отказ от ответственности: послушайте, найдутся очень умные энтузиасты, которые захотят придираться к этой статье. Я не пытаюсь прибегать к супертехничности. Я пытаюсь объяснить сложную тему понятным языком.

По мере того, как вы продолжаете познавать мир антенн, я не сомневаюсь, что вы услышите термин «четвертьволновый диполь». Звучит как какой-то недоступный, технический термин.Но бояться тут нечего. Но для того, чтобы понять этот термин, вы должны кое-что понимать в радио- и телевизионном электричестве.

Вещание — это действительно беспроводное электричество.

История вещания — это история очень маленьких шагов. Поэтому несправедливо говорить, что тот или иной человек действительно «изобрел» его. Однако один из больших шагов был сделан Генрихом Герцем. Электричество было новинкой на протяжении большей части 18 и 19 веков. Предполагалось, что у него не будет реальных приложений.Основываясь на предшествующих теориях, герр Герц обнаружил, что электричество можно посылать по воздуху предсказуемым образом. Полученное электричество имело те же характеристики, что и отправленное электричество, за исключением того, что оно было слабее.

Это может показаться мелочью, но это основа любого вещания. Это также основа беспроводной зарядки, Bluetooth, Wi-Fi и более или менее всего остального, что делает наш современный мир возможным.

Волновая теория электричества

Физик по имени Джеймс Клерк Максвелл предположил, что все электромагнитное излучение распространяется волнами.Это была довольно серьезная фантазия в 1864 году, и оказалось, что он был прав. Что отличает все цвета света, а также все другие виды передачи, такие как рентгеновские лучи, сотовая связь, инфракрасное излучение и другие, так это размер его волны. Не только это, но с тех пор было установлено, что вы можете вещать на одной длине волны и по большей части это не мешает вещанию на других длинах волн.

Последний бит тоже очень важен, потому что иначе была бы только одна вещательная станция и все.

Как работает трансляция и прием

Вероятно, это та часть, где пуристы захотят разорвать меня на части.

Проще говоря, если вы передаете электрический сигнал из одного места, такой же сигнал будет получен в другом месте. Таким образом, вы можете добавить в этот сигнал всевозможные всплески или аномалии, и они проявятся в точке приема. Вы можете взять эти пики и неровности и сформировать их вокруг волны одного размера, и они будут приняты антенной, предназначенной для приема этой волны.Мы называем это модуляцией, и это еще одна ключевая часть вещания.

Откуда вы знаете, какая антенна уловит одну волну?

Во-первых, вам нужен материал, который является хорошим проводником. Другими словами, электричество должно легко проходить через него. Такой материал, как стекло, не является хорошим проводником, и волны будут отражаться. Их особые характеристики будут потеряны. Такой материал, как алюминий, является очень хорошим проводником. Большинство металлов.

Еще вам понадобится антенна нужной длины.Лучшая антенна для волны определенного размера — это антенна точно такого же размера, как эта волна. Если ваша волна имеет длину около 6 футов (телевизионный канал примерно такой длины), то вам лучше всего подойдет антенна длиной около 6 футов.

Вам также нужна правильная форма. Наиболее эффективная конструкция антенны называется дипольной. Это пара металлических стержней, расположенных друг напротив друга под таким углом, что они обращены к источнику волны по длине. Это какая-то техническая терминология, и она просто сводится к двум кускам металла.

Связывание всего вместе

Возвращаясь к термину «четвертьволновый диполь», теперь у нас есть вся информация, необходимая для объяснения этого забавно звучащего термина.

«Четверть волны» означает, что размер антенны составляет одну четверть длины волны. Антенны, которые составляют даже доли размера волны — например, половина, одна четвертая, одна восьмая и т. д. — не так эффективны, как антенны точного размера, но они все же эффективны.

В случае телевещания просто не имеет смысла иметь антенны на полную длину волны.Полноразмерная антенна для канала 2 будет иметь ширину около 20 футов. Как правило, антенна размером в четверть длины волны является правильной.

Поскольку вы также знаете, что «диполь» — это своего рода антенна, тогда «четвертьволновый диполь» — это антенна, ширина которой составляет примерно 1/4 ширины волны, которую она пытается принять.

Разве это не просто?

Покупайте антенны и аксессуары в Solid Signal

Вы получите лучшие четвертьволновые диполи, а также все, что вам нужно для любого проекта антенны, купив большой выбор в Solid Signal!

rf — Четвертьволновые антенны

Любая длина будет излучать любую частоту, просто для определенных частот требуется гораздо меньшее напряжение или ток.

На правильной доле (и их кратных) длинах волн происходит резонанс . Это означает, что заряды сильно разбрызгиваются при небольшом толчке. Представьте себе ванну, наполовину наполненную водой. Вы можете поставить руку посередине и немного подвигать ею из конца в конец. При правильной частоте вы можете заставить воду плескаться взад и вперед гораздо сильнее, чем небольшое движение, которым вы движете ее рукой. Если вы немного повысите или понизите частоту, это перестанет происходить.Большинство резонансных систем имеют относительно узкий частотный диапазон, в котором они резонируют. Плотность этого частотного диапазона количественно определяется чем-то, что называется добротностью, причем чем выше значение, тем теснее.

Резонанс приводит к гораздо более высоким токам или напряжениям в антенне, чем те, которыми вы ее питаете. Без этого резонанса вам понадобились бы неудобные высокие напряжения или токи, чтобы в конечном итоге излучать ту же мощность.

Вблизи резонансной частоты антенна также будет выглядеть резистивной.Подумайте о том, как странно это на самом деле. Вы управляете просто куском провода или петлей провода. Вы ожидаете, что это будет выглядеть как разомкнутая цепь или короткое замыкание. Для открытого куска провода требуется высокое напряжение, чтобы получить большую часть любого тока, и тогда этот ток будет в значительной степени не в фазе с напряжением, поэтому мощность, потребляемая от того, что его возбуждает, будет близка к нулю.

На резистивной частоте антенны напряжение и ток совпадают по фазе, поэтому на антенну подается реальная мощность, которую она затем излучает.Простая дипольная антенна будет выглядеть как резистор 75 Ом на нужной частоте. Антенны различной геометрии имеют разные волновые сопротивления. Сложенный диполь выглядит, например, как резистор на 300 Ом.

Поскольку эта характеристика зависит от резонанса, вы не можете далеко отклониться от оптимальной частоты и при этом получить желаемые характеристики. Есть некоторые конструкции антенн, которые пытаются работать в более широкой полосе частот, например, фрактальные антенны. Другие имеют различные элементы, каждый из которых немного отличается по размеру, так что один из них является резонансным.Существуют различные методы создания широкополосных антенн, но все они представляют собой компромиссы, в которых широкополосность сочетается с другими характеристиками.

Это основной закон физики, что любая антенна работает одинаково на прием или на передачу. Так что да, антенна, предназначенная для передачи на определенной частоте, также будет хорошо принимать на этой частоте. Вы не можете предотвратить это, даже если захотите.

Да, у всех антенн есть проблемы с ориентацией. Диаграмма направленности диполя выглядит, например, как бублик.Можно сделать антенны со сферической диаграммой направленности, но тогда поляризация как выйдет. Вы можете сделать антенны, которые работают одинаково хорошо независимо от угла поляризации, но тогда диаграмма направленности будет такой, какой она получится. Вы не можете произвольно указать и диаграмму направленности, и диаграмму поляризации.

Сферическая диаграмма направленности

Это ответ на комментарий о том, что сферическая диаграмма направленности невозможна. Это. Я видел это.Чего вы не можете сделать, так это указать как диаграмму направленности, так и поляризацию по всей диаграмме в общем случае.

Мы использовали такие антенны в системе отслеживания активных RFID-меток. У каждой метки была батарея, и каждые 10 секунд она излучала радиочастотный импульс, несущий информацию. Эти ярлыки можно было произвольно прикреплять к вещам, и не было никакого способа заставить их ориентироваться определенным образом.

Приемники были частью стационарной установки в известных местах. Мы получили примерное местоположение меток, измерив уровень сигнала на нескольких приемниках.

Наш гуру радиочастот после множества экспериментов и моделирования придумал трехмерную складчатую форму, излучающую примерно одинаковую мощность во всех направлениях. На самом деле это не так просто, но представьте, что у антенны где-то есть прямой кусок провода, который проходит поперек каждого из трех ортогональных направлений. Каждый прямой сегмент имеет примерно дипольную диаграмму направленности. Сложите вместе три ортогональных, и вы получите сферический узор.

С метками, излучающими во всех направлениях, но с произвольной поляризацией, нам нужно, чтобы приемные антенны одинаково принимали все углы поляризации.Так как приемники висели на стенах в здании, и мы хотели, чтобы они улавливали метки на том же этаже, идеальная диаграмма направленности была горизонтальной, а не вертикальной. К счастью, такое сочетание возможно.

Представьте себе обычный диполь, ориентированный вертикально. Он имеет горизонтальную диаграмму направленности с нулями прямо вверх и вниз. Это классическая форма «бублика», когда сила логарифмического сигнала изображается как функция направления в 3D. Поляризация вертикальная.

Теперь представьте рамочную антенну в горизонтальной плоскости.Он имеет такую ​​же диаграмму направленности, что и диполь, но с горизонтальной поляризацией.

Хитрость заключалась в сочетании вертикального диполя и горизонтальной петли. Это спираль с вертикальной осью. Он принимает горизонтально поляризованные волны из-за петель и вертикально поляризованные волны из-за вертикальной протяженности. Правильное смешивание этих двух параметров и настройка на нужную частоту — не тривиальная задача, но это можно сделать.

Оказывается, одним побочным продуктом этой конструкции является высокая добротность, и это здорово, если вы правильно установили центральную частоту.У нас в производстве было специальное приспособление, которое измеряло резонансную частоту и заставляло техников подрезать всего один или два миллиметра с одного из концов, чтобы отрегулировать ее.

Антенна

. Почему радиолюбители говорят, что двухполупериодный диполь не резонирует?

В каждой авторитетной книге по антеннам, которую я читал, говорится, что дипольные антенны имеют резонанс на целых кратных половине длины волны.

Википедия описывает резонанс как:

явление увеличения амплитуды, возникающее, когда частота периодически приложенной силы равна или близка к собственной частоте системы, на которую она воздействует.Когда колебательная сила применяется на резонансной частоте динамической системы, система будет колебаться с более высокой амплитудой, чем когда та же сила применяется на других, нерезонансных частотах.

Для диполя это означает, что резонанс возникает, когда источник переменного тока применяется с частотой, имеющей длину волны, которая позволяет увеличить амплитуду стоячей волны на антенне, потому что используемый источник «дополняет» циркулирующий энергия точно в нужные моменты из-за резонансной длины.

Всем известно, что резонансный полуволновой диполь с центральным питанием имеет импеданс в точке питания около 70 Ом без реактивного сопротивления.

Реактивное сопротивление отсутствует, поскольку длина элементов приводит к тому, что ток стоячей волны в центральной точке питания находится в фазе с приложенным источником, а напряжение стоячей волны в точке питания (которое всегда составляет около 90 град. не в фазе с током стоячей волны повсюду на антенне), находится в точке пересечения нуля и, таким образом, не вносит реактивного сопротивления в импеданс точки питания.

Итак, полное сопротивление низкое, реактивного сопротивления нет.

Насколько я понимаю, только для резонансного диполя существуют точки, в которых при разделении в этих точках и использовании в качестве точки питания не будет реактивного сопротивления.

Для диполей, которые являются нечетными кратными 1/2 волны частоты приложенного источника по длине, точки, где нет реактивного сопротивления, находятся на максимумах тока или токовых петлях, потому что именно в этих точках ток находится в фаза с приложенным источником напряжения, а противофазное напряжение находится в точке пересечения нуля.

Для двухполупериодного диполя с точкой питания в центре напряжение стоячей волны в точке питания находится в фазе с приложенным источником и имеет максимальное значение, тогда как ток не совпадает по фазе с источником на 180 градусов, но при точка пересечения нуля.

Это означает, что полное сопротивление точки питания высокое, а реактивное сопротивление отсутствует.

Мне кажется, что двухполупериодный диполь является резонансной антенной, и если точка питания находится в центре, она имеет высокий нереактивный импеданс.

Между строк этого вопроса, конечно, есть слабый ток, и это идея о том, что реактивное сопротивление в импедансе точки питания не всегда означает отсутствие резонанса, или, другими словами, резонансная антенна может иметь реактивное сопротивление в точке питания. импеданс точки, он просто зависит от того, где по длине антенны находится точка питания. На самом деле кажется, что резонанс вместе с отсутствием реактивного сопротивления в импедансе точки питания является скорее исключением, чем правилом.

Что я упускаю?


Примечание модератора: Тот же вопрос был задан здесь, на любительском радио.SE, поэтому заинтересованные читатели могут захотеть посетить и эту страницу. Во избежание впечатления, что такая ситуация является нормой, дублирование вопросов на разных сайтах SE, как правило, настоятельно не рекомендуется.

rfm69 — Полуволновая спиральная антенна или четвертьволновая прямая?

Четверть волны против полуволны

Четвертьволновая антенна в смысле «проволока или стержень длиной 1/4 длины волны» не является полной антенной; это половина одного. Другая половина — это то, что подключено к другой клемме выхода вашего передатчика — возможно, это земля, т.е.е. плоскость заземления или шасси (если есть) вашей платы. Это работает хорошо, если есть поверхность в четверть волны или больше, примыкающая к точке питания антенны (место, где два соединения пространственно расходятся друг от друга, а также место, с которого вы начинаете измерять длину).

Полуволновая антенна является хорошим выбором, когда все ваше устройство намного меньше, чем четверть длины волны, или когда вы строите антенну, которая физически отделена от передатчика.

Учитывая, что вы упомянули о размещении компонентов внутри катушки (это может быть не очень хорошей идеей, в зависимости от специфики), я предполагаю, что ваше устройство маленькое, и поэтому потребуется полуволновая антенна.

Спиральные антенны

Намотка антенного элемента — я полагаю, вы имеете в виду спираль, а не плоскую катушку (рамочная антенна), которая имеет другие свойства — это один из способов ее укорачивания. Укороченная антенна всегда менее эффективна, чем полноразмерная.

Резюме

  • С небольшим передатчиком (плата/шасси ≤ 1/4 волны), если у вас есть выбор между спиральной полуволной и прямой четвертьволной, занимающими одно и то же пространство, вам нужна полуволна, потому что иначе ибо у вас четвертьволновка маловата поэтому у вас еще хуже укороченная антенна.

  • Для большого передатчика лучше использовать четвертьволновую антенну, поскольку она занимает меньше места.

(Обратите внимание, что если к устройству подключены какие-либо кабели любого типа, они также могут действовать как часть антенной системы, если только вы специально не спроектировали их таким образом. Это может быть преимуществом в экономии места или может быть проблема помех, в зависимости.)

rf — Четвертьволновая антенна 433 МГц: чем длиннее, тем лучше?

При расчете длины элементов антенны не забудьте использовать скорость распространения, меньшую «c», скорости электромагнитного излучения в свободном пространстве.Что касается коэффициента скорости, 95% — это справедливое предположение … точное количество простых проводов в данный момент ускользает от меня. Более того, скорость ЭМ-излучения в коаксиальном кабеле намного меньше, и она указана для каждого типа коаксиального кабеля. 66% — это верное предположение. Это имеет огромное значение, если вы пытаетесь настроить длину фидерного кабеля … здесь это не имеет значения, но все равно заслуживает внимания.

ОП спросил об использовании «более длинного провода», и я хочу предостеречь вас от этого.Йоханнес превосходно добавил, что ОП действительно начинался с четвертьволнового диполя, который использует фантомную вторую половину (землю в качестве зеркала), чтобы сделать более подходящую антенну… полуволновой диполь. Правильная ориентация четвертьволнового элемента… первоначальный провод… была бы НОРМАЛЬНОЙ и ПРЯМОЙ… т. е. так, чтобы найти то зеркало (землю), от которого он зависит. Я не знаю, как высоко над землей должна быть эта конфигурация; возможно, Йоханнес сможет ответить на этот вопрос.

Что еще более важно, полуволновой диполь ПРОЩАЕТ неофитов из-за своей простой диаграммы направленности «бублик» (всенаправленная) под прямым углом и вокруг проводов.Другими словами, он связывается с другими антеннами, которые имеют взаимную горизонтальную связь. В направлении самого провода усиления нет… (по вертикали).

Принцип «взаимности» гласит, что передающие и принимающие антенны используют один и тот же свод правил! Что ж, это легко принять в таких ситуациях с низким энергопотреблением.

Если вы начинаете использовать более длинные дипольные антенны, вы инстинктивно ищете большее «усиление». Это не простое дело! Вам СЛЕДУЕТ придерживаться правила использования общей длины, кратной половине длины волны (уменьшенной на коэффициент скорости).Если ваш диполь симметричен, это хорошо для новичков. Вот в чем загвоздка: более длинные антенны имеют более высокий коэффициент усиления… но также имеют все более сложные схемы рассеивания/приема; какие «лепестки». (1 для простого диполя с длиной волны 1/2, 3 для диполя с длиной волны 3/2… включая оба элемента диполя в это описание длины) и т. д. какое-то серьезное почесывание вашего зада, интересно, что происходит. Опять же, что хорошо для передатчика, хорошо и для приемной антенны.

Затем идут отражения и экраны. Держитесь подальше от металлических предметов. Посмотрите вверх (люди никогда не поднимают глаз, ха-ха) на любую обычную телевизионную антенну на крыше, и вы увидите один активный диполь (кстати, обычно горизонтально поляризованный) и множество горизонтально поляризованных отражающих элементов… Антенны УКВ имеют ДИПОЛЬНЫЕ отражатели. РАЗНОЙ длины. Когда голубь сел на САМЫЙ ДЛИННЫЙ и повредил его, вы могли бы вспомнить потерю «Канала 2» … если вы достаточно стары, чтобы помнить, что раньше люди зависели от эфирных волн, а не от кабельного телевидения.

0 comments on “Четвертьволновой диполь: Про антенны для самых маленьких / Хабр

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.