Na małych antenach odbiorczych i nadawczych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Anteny. Teoria

 Komentarze do artykułu

Ostatnio w amatorskiej literaturze radiowej pojawiło się wiele publikacji na temat małych anten odbiorczych i nadawczych. Są szeroko stosowane (zwłaszcza w sprzęcie przenośnym i na obiektach ruchomych) do odbioru stacji nadawczych i telewizyjnych, łączności radiowej, namierzania itp. Dlatego analiza porównawcza takich anten, omówienie ich zalet i wad, a także rozmowa o niektórych „legendach” związanych z elektrycznie małymi antenami. Czy zawsze jest na przykład, że odbiorcza antena magnetyczna jest lepsza niż elektryczna pod działaniem bliskich zakłóceń [1]? Spróbujmy to rozgryźć. Zacznijmy od definicji.

Anteny elektrycznie małe (ESA) to anteny, których wymiary są znacznie mniejsze niż długość fali l lub, zgodnie z definicją S. Shchelkunova i G. Friis [2], gdy maksymalny rozmiar anteny, mierzony od zacisków wejściowych, nie przekracza l/8. Elektrycznie mała antena pętlowa nazywana jest anteną magnetyczną (MA). W bliskiej strefie (w odległościach znacznie mniejszych niż l), transmitującej MA, wszędzie dominuje składnik magnetyczny H pola elektromagnetycznego (stosunek składnika elektrycznego E do magnetyczny - E / H - jest znacznie mniejszy niż w strefie dalekiej ). Odbiorczy MA jest odpowiednio bardziej podatny na zmienne pole magnetyczne niż na elektryczne, czyli ma selektywność składową [3]. Antena elektryczna (EA) - krótki pin nad powierzchnią przewodzącą lub dipol o długości znacznie mniejszej niż l - przeciwnie, jest bardziej podatna na składową E. Jeśli obwód ramy jest porównywalny z długością fali roboczej, wtedy nie ma właściwości MA. Na przykład ramka o obwodzie 11 m nie ma znaczącej selektywności składowej w zakresie KB, powiedzmy, w paśmie częstotliwości 10-20 MHz. Podobnie dipol o wielkości porównywalnej do l nie jest anteną elektryczną we wskazanym sensie. Obecność rdzenia ferromagnetycznego w MA nie jest wcale konieczna, ale jeśli tak, antena nazywa się ferrytem.

Teraz o głównym

1. Antena magnetyczna przy odbiorze w warunkach zakłóceń nie zawsze jest lepsza od anteny elektrycznej. MA może zapewnić najlepszą odporność na zakłócenia wśród prostych EMA ze względu na selektywność składową, gdyby źródła zakłóceń wytworzyły pole elektromagnetyczne z przewagą składowej E w bliskiej strefie urządzenia odbiorczego [3]. Jednak nie zawsze tak się dzieje. Na przykład przełączanie w sieciach elektroenergetycznych prowadzi do pojawienia się na odcinkach tych sieci tłumionych fal elektromagnetycznych o szerokim spektrum. Jeśli antena odbiorcza znajduje się w pobliżu przewodów takiej sieci, to w polu bliskim jest odbierana jako szum impulsowy. Amplitudy składowych prądowych i napięciowych zakłóceń w danym wąskim paśmie odbioru są najczęściej nierównomiernie rozłożone wzdłuż przewodów: występują strefy antywęzłów prądowych (maksymów) i antywęzłów napięciowych (rys. 1).

Ris.1

Pole elektromagnetyczne w strefie bliskiej jest również niejednorodne wzdłuż linii. W pobliżu antywęzłów prądu dominuje składnik magnetyczny, a w pobliżu antywęzłów napięcia składnik elektryczny. W rejonie 1 (rys. 1) najlepszą odporność na zakłócenia da MA, aw rejonie 2 – EA. Eksperymenty wykazały [4], że natężenie fal stojących oraz rozkład antywęzłów napięcia i prądu zależą od wielu różnych warunków, w tym od liczby i charakteru odbiorników podłączonych do sieci. Średnio z tym samym prawdopodobieństwem odbiornik może znajdować się w pobliżu antywęzła prądu lub napięcia. Tak więc nie zawsze i nie wszędzie antena magnetyczna jest mniej podatna na zakłócenia „przemysłowe”, jak to się czasem donosi. Co więcej, nie można tego powiedzieć, mówiąc ogólnie o antenach pętlowych. Dlaczego tak naprawdę zawsze jest to znacząca poprawa przy przejściu z krótkiego przewodu (pinu) na dobrą symetryczną, ekranowaną ramkę, taką jak opisano w [1]? (I ten fakt aktywnie wspiera omawiane złudzenie). Faktem jest, że najczęściej krótki przewód jako antena nie jest jedynym elementem wypromieniowującym (odbiorczym) systemu antenowego, uczestniczą w nim również przewody zasilające, uziemiające i inne metalowe konstrukcje połączone z obudową nadajnika (odbiornika). promieniowanie (odbiór).

Wielu zna sytuację, w której neonówka świeci po dotknięciu korpusu nadajnika, rur grzewczych ... Jeśli taki „system antenowy” jest używany w recepcji, wszystkie wymienione elementy odbierają wszelkiego rodzaju zakłócenia i zakłócenia w budynek z wieloma komutowanymi obwodami i liniami (zasilanie, telefon itp.). Ale zrobienie krótkiego symetrycznego dipola jest jeszcze łatwiejsze niż wysokiej jakości rama. Należy jedynie wykluczyć podatność linii zasilającej na pola elektromagnetyczne i wyeliminować przenikanie sygnałów do odbiornika drogami bocznymi innymi niż antena.

Jeśli błędne przekonanie omówione powyżej było przeszacowaniem selektywności odbierającego MA, to innym, również bardzo powszechnym błędem jest to, że rzekomo nadające MA są znacznie gorsze niż EA. W wielu publikacjach argumentuje się, że podczas pracy nad transmisją małe ramki są znacznie mniej skuteczne niż anteny elektryczne o porównywalnych rozmiarach, ze względu na znacznie niższą odporność na promieniowanie. Rzeczywiście, dla dipola o długości l_SD=20p²(ll)², natomiast okrągła rama z obwodem l_SP=20p²(ll)⁴. Przy tym samym l=1 m i l=80 m, R_SP/R_SD=1/6400. Moc promieniowana to: P_S= ja²R_S, gdzie Ia jest efektywną wartością prądu anteny w punktach połączenia. Z ostatniego wyrażenia wynika, że ​​możemy oczekiwać równości mocy promieniowanych przez nasze anteny, jeśli prąd w pętli jest 80 razy większy od prądu wejściowego dipola. To się dzieje naprawdę? Okazuje się całkiem.

2. Biorąc pod uwagę straty w obwodach dopasowujących, dipol elektryczny i pętla są w przybliżeniu równoważne pod względem wydajności podczas pracy nad transmisją. Sprawność E anteny, która jest równa stosunkowi mocy promieniowanej do mocy pobieranej z generatora, zależy nie tylko od własnej rezystancji strat (Ra), ale także od rezystancji strat w wymaganym elemencie dopasowującym ( kompensacja reaktancji) Rc: E \uXNUMXd R_S/ (R_S+R_A+Rc), patrz rys. 2.

Ris.2

Aktywna rezystancja (w omach) anten z uwzględnieniem efektu naskórkowości dla ramy o obwodzie l wynosi

gdzie d jest średnicą przewodu (mm), mg jest względną przepuszczalnością materiału anteny, s i s_м - rezystancje właściwe odpowiednio materiału anteny i miedzi dipola o długości l: R_piekło=R_aP/3. Straty czynne w elementach dopasowujących zależą od ich parametrów i współczynników jakości: Rc=¦Xa¦/Qc, gdzie Xa jest składową bierną impedancji wejściowej anteny, która jest pojemnościowa dla l i indukcyjna dla ramki, a dla EMA ¦X_aP¦<¦X_ogłoszenie¦ Element dopasowujący zapewnia rezonans szeregowy w obwodzie anteny (Xa + Xc = 0). Rzeczywiste współczynniki jakości dla dipola Qsd=200...400, dla ramy Qsr=1000...2000. Reaktancje (w omach) można obliczyć za pomocą wzorów:

Uzyskuje się je, podobnie jak poprzednie, na podstawie znanych relacji (patrz np. [5–7]). W tabelach przedstawiono wyniki obliczeń anten dipolowych i jednoobrotowych anten pętlowych wykonanych z miedzi (d=10 mm), dla l=80 m, Qsd=200, Qcp=1000.

Tabela 1. Obliczone dane dla dipola o długości l

Parametr	ll.
	0,1	0,05	0,025	0,0125	0,00625
RS, Ohm	1,97	0,493	0,123	0,031	0,0077
Ra, Ohm	0,043	0,021	0,011	0,0054	0,0027
Xa, Ohm	-2264	-4120	-7235	-12374	-20524
RC, Ohm	11,3	20,6	36,1	61,8	103
Ed, %	14,8	2,3	0,34	0,05	0,0075
Qeff	85	98	99	100	100

Tabela 2. Obliczone dane dla ramy o obwodzie l

Parametr	ll
	0,1	0,05	0,025	0,0125	0.00625
RS, Ohm	0,0197	0,00123	7,7*10-6	4,8*10-6	3*10-7
Ra, Ohm	0,129	0,064	0,032	0,016	0,008
Xa, Ohm	212	93	40	16,7	6,7
RC, Ohm	0,212	0,093	0,04	0,0167	0,0067
Er, %	5,55	0,78	0,11	0,015	0,002
Er/Ed	0,37	0,33	0,31	0,29	0,27
Qeff	294	293	276	254	227

Tabela 3. Dane obliczeniowe dla ramy o średnicy l

Parametr	ll
	0,05	0,025	0,0125	0,00625
RS, Ohm	0,12	0,075	0,0047	0,00003
Ra, Ohm	0,20	0,10	0,05	0,025
Xa, Ohm	359	159	69	29
RC, Ohm	0,36	0,16	0,07	0,03
Er, %	17,6	2,8	0.39	0,053
Er/Ed	7,54	8,25	7,82	7,12
Qeff	264	297	288	269

Pokazują one, że pod względem wydajności mała pętla może być nawet lepsza niż dipol o porównywalnej wielkości. Chociaż oczywiście sama wydajność jest bardzo mała i gwałtownie spada wraz ze spadkiem względnych rozmiarów. Podobne obliczenia dla aluminium dały pogorszenie sprawności o nie więcej niż 12% dla ramy i 0,2% dla la. Dla l=160 m przy tych samych pozostałych parametrach sprawność okazała się gorsza średnio o 20%. Przedstawione wyniki dobrze zgadzają się z danymi [8] uzyskanymi dla kołka nad powierzchnią doskonale przewodzącą. Tak więc, jeśli wydajność ramki gwałtownie spada z powodu spadku R_SP, wtedy sprawność dipola spada równie szybko ze względu na wzrost strat w dopasowanym elemencie.

3. Co jest lepsze, mała ramka czy mały dipol, jeśli są w przybliżeniu równoważne pod względem wydajności?

Najważniejszą zaletą pracy w stratnym środowisku dielektrycznym (korpus operatora, materiały budowlane itp.) jest to, że wpływ środowiska na częstotliwość rezonansową (odstrojenie) oraz na sprawność (straty wtrąceniowe) pętli jest znacznie słabszy niż wpływ na dipol. Autor przetestował nadajniki z generatorami o tej samej mocy i antenami: średnica ramy 42 cm i długość dipola 120 cm; długość fali 82 m. Wydajność obu anten znajdujących się w wolnej przestrzeni (szacowana z dalekiego pola) okazała się w przybliżeniu taka sama. Pień drzewa, ciało operatora i ręce obok dipola zmieniały dziesiątki razy siłę pola, a stelaż można było włożyć do plecaka na plecy operatora, założyć na szyję lub całkowicie zakopać w śniegu, a to nie prowadzą do zauważalnego pogorszenia parametrów polowych.

Kontakt elektryczny z metalowym przedmiotem może oczywiście znacznie wpłynąć na ramę, ale jest na to proste lekarstwo - izolacja. Inne zalety małych ramek: nie wymagają przeciwwagi (jak np. krótki szpilka), są mniej wymagające pod względem jakości izolacji, mają mniejszy wpływ na tkanki organizmów żywych podczas transmisji (straty w polu elektrycznym bliskim małego dipola są znacznie większe) i są mocniejsze mechanicznie. Kierunkowość z polaryzacją pionową może być przydatna w niektórych przypadkach, ale nie w innych. Szerokość pasma anteny magnetycznej jest nieco węższa niż w przypadku anteny elektrycznej. Jednak, jak widać z tabel, błędem jest myślenie, że im mniejsza antena, tym węższe pasmo. Zwiększeniu współczynnika jakości Qef obwodu dipolowego zapobiega wzrost strat w cewce dopasowującej, a wzrostowi współczynnika jakości obwodu MA przy zmniejszeniu rozmiaru zapobiega spadek jego własnej indukcyjności. Trudności w produkcji i eksploatacji MA polegają na zapewnieniu minimalnych strat czynnych w połączeniach. Prąd pętli jest dziesiątki razy większy niż prąd dipolowy, więc straty energii na złych stykach są setki i tysiące razy większe. W praktyce oznacza to nieprzydatność połączeń gwintowanych (tylko lutowanie lub spawanie) oraz konieczność stosowania bezdotykowych elementów regulacyjnych. Tym samym zalety anteny magnetycznej są większe, zwłaszcza w przypadku pracy w środowiskach nieferromagnetycznych.

4. Czy mała rama wieloobrotowa ma przewagę nad jednoobrotową o tej samej średnicy?

To także jedno z pytań, na które odpowiedź nie jest do końca oczywista. Z tabeli. 2 i 3 widać, że dla ramy jednoobrotowej RE1<_S1/2R_A1. Ponieważ rezystancja promieniowania i rezystancja strat w elemencie dopasowującym są proporcjonalne do kwadratu liczby zwojów (N2), a własna rezystancja strat jest proporcjonalna do liczby zwojów (N), sprawność ramy N-zwojowej wynosi w przybliżeniu oszacowane wzorem: E_N=R_S1N/(1+N)R_A1. Dokładne obliczenia przy l/l=0,0125 (zgodnie z tablicą 2) wykazały, że przy N=2 sprawność przy tej samej średnicy (l jest obwodem wężownicy) wzrosła o 29%, przy N=4 - o 54%, przy N \u10d 75 - o 2%. W konsekwencji wydajność małej pętli N-obrotowej będzie nieco wyższa niż pętli jednoobrotowej, ale nie więcej niż XNUMX razy. Podsumowując, podkreślamy, że wszystkie wnioski dotyczące wydajności anten nadawczych są ważne dla tych anten oraz w trybie odbioru. Błędem jest zakładanie, że tylko wysokość efektywna będzie decydować o skuteczności. Sprawność małej pętli przy odbiorze nie jest gorsza niż dipola tej samej wielkości, mimo że efektywna wysokość dipola jest dziesięciokrotnie większa. Ponadto wydajność ramy N-obrotowej w recepcji nie będzie N razy większa niż wydajność ramy jednoobrotowej, mimo że efektywna wysokość jest proporcjonalna do N. Każdy, kto zajmował się produkcją i testowaniem kierunkowskazów sportowych była wielokrotnie przekonana o tym, co zostało powiedziane.

literatura

1. Andrianov V. Szerokopasmowa antena pętlowa - Radio, 1991, nr 1, s. 54-56.
2. Shchelkunov S., Friis G. Antennas.- M.: Sov. radio, 1950.
3. Grechikhin A. Wybór komponentów - Radio, 1984, nr 3, s. 18-20.
4. Gavrilin A. T., Grechikhin A. I. O strukturze bliskiego pola elektromagnetycznego zakłóceń przełączania.- W książce: Metody i urządzenia do przetwarzania sygnałów w systemach inżynierii radiowej: Mezhvuz. kolekcja - Gorky: GPI, 1987, s. 43-48.
5. Belotserkovsky G. B. Anteny - M .: Oborongie, 1956.
6. Ginkin G. G. Podręcznik inżynierii radiowej.- M.-L.: GEI, 1948.
7. Meinke X., Gundlach F. V. Informator inżynierii radiowej. T. 1.-M.-L.: GEI, 1960.
8. Walter C. H. Newman E. H. Elektrycznie małe anteny.- Raport HDL-TR-041-1 (luty 1974).- Waszyngton, 1974.

Publikacja: N. Bolszakow, rf.atnn.ru

Zobacz inne artykuły Sekcja Anteny. Teoria.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi 05.05.2024

Współczesny świat nauki i technologii rozwija się dynamicznie i każdego dnia pojawiają się nowe metody i technologie, które otwierają przed nami nowe perspektywy w różnych dziedzinach. Jedną z takich innowacji jest opracowanie przez niemieckich naukowców nowego sposobu sterowania sygnałami optycznymi, co może doprowadzić do znacznego postępu w dziedzinie fotoniki. Niedawne badania pozwoliły niemieckim naukowcom stworzyć przestrajalną płytkę falową wewnątrz falowodu ze stopionej krzemionki. Metoda ta, bazująca na zastosowaniu warstwy ciekłokrystalicznej, pozwala na efektywną zmianę polaryzacji światła przechodzącego przez falowód. Ten przełom technologiczny otwiera nowe perspektywy rozwoju kompaktowych i wydajnych urządzeń fotonicznych zdolnych do przetwarzania dużych ilości danych. Elektrooptyczna kontrola polaryzacji zapewniona dzięki nowej metodzie może stanowić podstawę dla nowej klasy zintegrowanych urządzeń fotonicznych. Otwiera to ogromne możliwości dla ... >>

Klawiatura Primium Seneca 05.05.2024

Klawiatury są integralną częścią naszej codziennej pracy przy komputerze. Jednak jednym z głównych problemów, z jakimi borykają się użytkownicy, jest hałas, szczególnie w przypadku modeli premium. Ale dzięki nowej klawiaturze Seneca firmy Norbauer & Co może się to zmienić. Seneca to nie tylko klawiatura, to wynik pięciu lat prac rozwojowych nad stworzeniem idealnego urządzenia. Każdy aspekt tej klawiatury, od właściwości akustycznych po właściwości mechaniczne, został starannie przemyślany i wyważony. Jedną z kluczowych cech Seneki są ciche stabilizatory, które rozwiązują problem hałasu typowy dla wielu klawiatur. Ponadto klawiatura obsługuje różne szerokości klawiszy, dzięki czemu jest wygodna dla każdego użytkownika. Chociaż Seneca nie jest jeszcze dostępna w sprzedaży, jej premiera zaplanowana jest na późne lato. Seneca firmy Norbauer & Co reprezentuje nowe standardy w projektowaniu klawiatur. Jej ... >>

Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie 04.05.2024

Odkrywanie kosmosu i jego tajemnic to zadanie, które przyciąga uwagę astronomów z całego świata. Na świeżym powietrzu wysokich gór, z dala od miejskiego zanieczyszczenia światłem, gwiazdy i planety z większą wyrazistością odkrywają swoje tajemnice. Nowa karta w historii astronomii otwiera się wraz z otwarciem najwyższego na świecie obserwatorium astronomicznego - Obserwatorium Atacama na Uniwersytecie Tokijskim. Obserwatorium Atacama, położone na wysokości 5640 metrów nad poziomem morza, otwiera przed astronomami nowe możliwości w badaniu kosmosu. Miejsce to stało się najwyżej położonym miejscem dla teleskopu naziemnego, zapewniając badaczom unikalne narzędzie do badania fal podczerwonych we Wszechświecie. Chociaż lokalizacja na dużej wysokości zapewnia czystsze niebo i mniej zakłóceń ze strony atmosfery, budowa obserwatorium na wysokiej górze stwarza ogromne trudności i wyzwania. Jednak pomimo trudności nowe obserwatorium otwiera przed astronomami szerokie perspektywy badawcze. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Antena redukuje promieniowanie telefonu 19.11.2002 Brytyjska firma „Sarantel” opracowała antenę „PowerHelix” do telefonów komórkowych, która może prawie o połowę zmniejszyć ich szkodliwe promieniowanie. „PowerHelix” opiera się na dwóch spiralnych rowkach nałożonych na cylindryczną część anteny wykonaną z ceramiki. Początkowo anteny takie przeznaczone były do ​​stosowania w odbiornikach GPS i samochodowych systemach telemetrii. Przy zastosowaniu nowej anteny możliwe jest zmniejszenie mocy pobieranej przez użytkownika telefonu komórkowego o 85%, a także zwiększenie szybkości transmisji danych w sieci komórkowej, bez uciekania się do budowy nowych stacji bazowych i bez zwiększania moc nadajników telefonicznych.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Woda morska zastąpi metale ciężkie w akumulatorach

▪ Autohipnoza lub alergie

▪ Fale dźwiękowe to źródła ujemnej grawitacji, które mają ujemną masę

▪ Bezbarwna, niebrudząca kawa

▪ MAX77950 Uniwersalny bezprzewodowy odbiornik zasilania

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny Komunikacja mobilna. Wybór artykułów

▪ artykuł Zasady zachowania i działania ludności na terytorium skażonym promieniotwórczo. Podstawy bezpiecznego życia

▪ artykuł Kto bezskutecznie próbował zabić 638 razy? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Cięcie tlenem. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy

▪ artykuł Natychmiastowa antena telewizyjna z improwizowanych materiałów. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Ulepszenie regulatora napięcia przełączania. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024