|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Małe anteny: ograniczenia fizyczne. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Anteny. Teoria Anteny są uważane za małe elektrycznie, jeśli ich wymiary nie przekraczają 10 ... 20% długości fali λ. Należą do nich dipol skrócony przez obciążenia pojemnościowe na końcach i cewki indukcyjne umieszczone w pobliżu pojemnościowych „czapek” (ryc. 1) oraz pierścieniowa rama (ryc. 2). Wskazane jest załączenie cewek w dipolu dokładnie tak, jak pokazano na rysunku, ponieważ prąd w części pionowej jest maksymalny i bardziej równomiernie rozłożony, co zapewnia maksymalną efektywną wysokość dipola, która jest praktycznie równa jego wysokości geometrycznej hd = h (dipol hercowski). Gorzej jest z włączeniem jednej cewki w środek - prąd na końcach dipola spada, a efektywna wysokość maleje. Efektywna wysokość ramy wynosi hd = 2πSр/λ, gdzie S to powierzchnia ramy.
Zarówno dipol, jak i rama są dostrojone do częstotliwości pracy w rezonansie: pierwszy - z cewkami, drugi - z kondensatorem zawartym w przerwie drutowej. Zapewnia to kompensację ich reaktancji, która jest konieczna w zależności od warunków dopasowania z obciążeniem (podczas odbioru) lub z generatorem (podczas transmisji). Przypomnijmy, że zgodnie z twierdzeniem o wzajemności właściwości anten są takie same podczas nadawania i odbioru. Ważnym parametrem anten jest rezystancja promieniowania, dla małych anten jest ona równa RΣ = 80π2(hd / λ) 2- To właśnie na tę rezystancję R = RΣ należy obciążyć antenę odbiorczą tak, aby dawała maksymalną moc i to właśnie tę rezystancję „zobaczy” generator, jeśli jest podłączona zamiast R (patrz rysunki). Widzimy, że rezystancja promieniowania gwałtownie spada wraz ze spadkiem rozmiaru, a co za tym idzie, wysokości efektywnej - proporcjonalnie do kwadratu h dla dipola i S dla ramy. W porozumieniu pojawiają się trudności. Jeśli weźmiemy teraz pod uwagę, że sprawność anteny η = RΣ/(RΣ + Rn), gdzie Rn jest rezystancją strat, możemy wyciągnąć następujący wniosek. Wniosek 1. Im mniejsza antena, tym mniejsze powinny być w niej straty omowe. Rezystancję przewodów anteny Rn należy zmniejszyć proporcjonalnie do kwadratu długości dipola i kwadratu powierzchni pętli. Małe anteny wykonane z cienkich drutów nie mogą skutecznie działać - potrzebne są "grube" przewodniki, albo lepiej - wolumetryczne bryły o rozwiniętej powierzchni (efekt naskórkowości!) i małej rezystancji powierzchniowej. Załóżmy, że warunkowo skonstruowaliśmy taką „masową” antenę w postaci walca o promieniu r i wysokości h, promieniującego przez powierzchnię boczną (rys. 3). Nawet nie zastanawiając się, co znajduje się w tym cylindrze, czyli jaka jest konstrukcja anteny, można wyciągnąć następujący ważny wniosek. Cała wypromieniowana moc P jest równa całce jego gęstości strumienia (wektor Poyntinga) P na dowolnej zamkniętej powierzchni otaczającej antenę.
Dla uproszczenia całkowanie zastąpimy mnożąc П przez pole powierzchni bocznej Sbok = 2πrh: P=П·Sbok = EH·2Kπrh. Stąd otrzymujemy EH = P/2πrh. Zakładając, że moc promieniowania jest stała, widzimy, że zmniejszenie rozmiaru anteny (iloczyn rh) prowadzi do wzrostu natężenia zarówno pola elektrycznego E, jak i pola magnetycznego H anteny. To, który z nich wzrasta silniej, zależy od konkretnej konstrukcji anteny. Ponadto uwzględnienie pola bliskiego (quasi-statycznego) może dać jeszcze wyższe natężenia pola. Wniosek 2. Zmniejszenie rozmiaru anteny prowadzi do wzrostu natężenia pola w jej pobliżu, zgodnie z minimalnym oszacowaniem, natężenie pola jest odwrotnie proporcjonalne do rozmiaru anteny. Ponieważ pola są generowane przez napięcia i prądy, przepięcia i przetężenia są nieuniknione w przypadku małych anten. Powyższe wnioski wyjaśniają, dlaczego np. krótki dipol w postaci bicone wolumetrycznego i ramka wykonana z szerokiej taśmy miedzianej są skuteczne, a same anteny wykonane z cienkiego drutu nie. Staje się też jasne, dlaczego antena w kształcie litery L lub T w paśmie 136 kHz jarzy się ogniem św. Rozważmy teraz kwestię współczynnika jakości anteny Q, który określa jej szerokopasmowość 2Δf = f0/Q na przykładzie anteny pokazanej na rys. 1. 2. Ponieważ wymiary anteny są małe w porównaniu do długości fali, prawie cała indukcyjność L jest skoncentrowana w „rozszerzających się” cewkach, a pojemność C znajduje się między „skracającymi” dyskami końcowymi. Podobnie jak w przypadku obwodu oscylacyjnego, współczynnik jakości anteny jest równy stosunkowi reaktywnej rezystancji pojemnościowej lub indukcyjnej (są one równe przy częstotliwości rezonansowej) do rezystancji czynnej. Ta ostatnia, przy braku strat, składa się z rezystancji promieniowania RΣ i jest jej równa, zgodnie z warunkiem dopasowania, impedancja wyjściowa nadajnika lub impedancja wejściowa odbiornika R. Zatem Q = Xc/XNUMXRΣ. Obliczamy pojemność korzystając ze wzoru na pojemność płaskiego kondensatora: С = ε0S/h, Хс = 1/ωС = h/ωε0S. Wyrażając częstotliwość kątową jako długość fali ω = 2πс/λ i korzystając z zależności znanych z równań Maxwella dla prędkości rozchodzenia się fali (prędkości światła) с = 1/(μ0ε0)1/2 oraz oporu falowego wolnej przestrzeni W = 1/(μ0ε0)1/2 = 120π, otrzymujemy Хс = 60λh/S. Podstawiając ten wzór i wyrażenie na odporność na promieniowanie do wzoru na współczynnik jakości, otrzymujemy ostatecznie Q = 3λ3/8π2Sh = λ3/26V. Tutaj V = Sh to objętość zajmowana przez antenę. Tak więc współczynnik jakości anteny okazał się odwrotnie proporcjonalny do jej objętości. Ale co w przypadku krótkiego wibratora liniowego, w którym pojemnościowe „czapki” na końcach (patrz ryc. 1) są zastąpione pionowymi odcinkami drutu (ryc. 4)? W końcu objętość takiego dipola jest praktycznie zerowa. Istnieje jednak pojemność między segmentami końcowymi, która dostraja antenę wraz z indukcyjnością L do rezonansu.
Linie sił pola elektrycznego związanego z tym "kondensatorem" pokazane są jako linie przerywane. Bardzo szybko maleje wraz z odległością od dipola, więc możemy mówić o jakiejś efektywnej objętości, w której to pole jest skoncentrowane. Ma kształt zbliżony do elipsoidy obrotowej (ryc. 4, cienkie linie ciągłe). W rzeczywistości jest to objętość prawie quasi-statycznego pola anteny. W przypadku dipola jest on głównie elektryczny, dlatego nazywa się go anteną elektryczną. Możliwe jest również oszacowanie objętości pola ramki drucianej. Jest głównie magnetyczny. W przypadku ramy reaktancja indukcyjna jest proporcjonalna do pierwszej potęgi średnicy, a rezystancja promieniowania do czwartej, w wyniku czego współczynnik jakości okazuje się proporcjonalny do sześcianu średnicy. Teraz można sformułować jeszcze jeden wniosek. Wniosek 3. Współczynnik jakości małej anteny jest odwrotnie proporcjonalny do objętości zajmowanej przez jej bliskie, quasi-statyczne pole. Współczynnika jakości nie można zmniejszyć, zmieniając konstrukcję anteny, ponieważ w każdym przypadku wraz ze spadkiem rozmiaru rezystancja promieniowania aktywnego zmniejsza się bardzo szybko w stosunku do reaktywnej. Dokonajmy przybliżonych szacunków, zakładając, że objętość anteny jest równa sześcianowi jej wymiarów liniowych. Przy wymiarach anteny rzędu λ/3 wzór, który wyprowadziliśmy, daje Q = 1, czyli taka (duża) antena może być szerokopasmowa. Ale zmniejszając wymiary do λ/10, otrzymujemy współczynnik jakości około 40 i względną szerokość pasma nie większą niż 2,5%, a zmniejszając wymiary do λ/20 daje współczynnik jakości większy niż 300 i zawęża pasmo do 0,3%. Jeśli mała antena ma szerokie pasmo i niski współczynnik jakości, może to oznaczać tylko, że: albo antena nie jest mała i promieniuje niektóre jej części, które wyraźnie nie są uwzględnione w projekcie (oplot kablowy, elementy wsporcze itp.), Albo antena ma wysoką odporność na straty, a jej wydajność jest niska. Niska wydajność nie jest aż tak dużą przeszkodą dla radiokomunikacji amatorskiej. Załóżmy, że rozszerzyliśmy szerokość pasma anteny o wymiarach λ/20 do 10% (o współczynnik 30), wprowadzając straty i zmniejszając wydajność również o współczynnik 30, czyli do 3%. Podłączając stuwatowy nadajnik i emitując moc 3 W, całkiem możliwe jest prowadzenie nawet łączności radiowej na duże odległości, co być może wyjaśnia entuzjastyczne recenzje dotyczące działania anten o małych rozmiarach. Autor: W.Polyakov (RA3AAE)
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Nowa seria inteligentnych zegarków multisportowych Garmin fenix 5 ▪ Elastyczne telewizory LG i Samsung ▪ Kawa może zmienić zmysł smaku ▪ Homeopatia jest bezużyteczna dla zwierząt ▪ Platforma do gier wirtualnych Virtuix Omni
▪ sekcja witryny Technologia fabryczna w domu. Wybór artykułu ▪ artykuł Niebo w diamentach. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Jak powstają wulkany? Szczegółowa odpowiedź ▪ Artykuł Guayavy. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Proszki atramentowe. Proste przepisy i porady ▪ artykuł Podróż losu na loterię. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony