Електрично укорочена рамкова антена. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени УКХ

Коментарі до статті

У ряді практичних випадків розміри антени, порівняні з довжиною хвилі, неприпустимо великі. Тому і були розроблені електрично укорочені (малі) антени. Важливо також, щоб антена була єдиним елементом, що випромінює або приймає електромагнітну енергію. Один із варіантів таких антен, електрично укорочена рамкова антена, розглядається у статті. Експерименти проводилися на частотах 14, 27 та 430 МГц.

Рамкова антена має найкращі властивості, коли при даному периметрі покриває найбільшу площу, тобто є круглою рамкою. Але для зручності розгляду звернемося до квадратної рамки і вертикальної поляризації хвиль, що випромінюються (приймаються) (рис. 1 а).

Коефіцієнт спрямованої дії (КНД) квадратної рамки з периметром е = λ (λ - довжина хвилі) у вільному просторі порівняно з напівхвильовим диполем становить 1,35 дБ при опорі rΣ = 100 Ом [1].

Квадратну рамку з вертикальною поляризацією можна представити з двох напівхвильових вертикальних диполів, навантажених з кінців (ємне навантаження) і рознесених на чверть довжини хвилі. Випромінювання вгору та вниз відсутнє, оскільки струми в горизонтальних провідниках рамки компенсують один одного. Розподіл струму I та напруги U вздовж провідника рамки представлено на рис. 1, б. Точки А та С, пучності струму, є точками нульового потенціалу. При підключенні антени в розрив у точці А один диполь запитується струмом, а інший - у точках і D - протифазними напругами. Діаграми спрямованості рамки, що знаходиться у вільному просторі, у вертикальній та горизонтальній площинах, наведено на рис. 1 в г і за своєю формою близькі до діаграми спрямованості напівхвильового диполя [2].

Електричне укорочення рамкової антени може бути здійснено збільшенням ємнісного навантаження диполів шляхом включення в пучності напруги, тобто в точки В і D, ємностей, що додатково змінює фазу напруги в цих точках на 180 ° (рис. 2,а). Назвемо цю антену укороченою рамковою антеною із двох напіврамок.

Струм у контурі рамки протікає тепер лише в одному напрямку (рис. 2, б), тобто струми в протилежних провідниках рамки виявляються відносно один одного протилежно спрямованими. Це означає, що випромінювання в напрямку, перпендикулярному площині рамки, відсутня, тобто діаграма спрямованості становить приблизно коло у вертикальній площині та "вісімку" у горизонтальній (рис. 2, в, г). Якщо вважати аналогом даної антени два напівхвильові диполі з протилежно спрямованими рівними струмами, то КНД у горизонтальній площині щодо кругової діаграми спрямованості становить 3,8 дБ [1].

Таким чином, дана антена за своїми властивостями наближається до магнітної антени - антени з постійним розподілом струму вздовж контуру рамки, що випромінює переважно магнітну складову електромагнітного поля в ближній зоні.

Розглянута антена має чотири точки нульового потенціалу: А, С – пучності струму та В, D – середини відстаней між обкладками конденсаторів – вузли напруг. Відповідно запитувати антену можна поблизу цих точок. Найпростіше застосувати Т-подібне узгодження при живленні в пучності струму (рис. 3, а) [2] або ємнісний дільник напруги при підключенні у вузлі напруги (рис. 3, б) [1].

Орієнтовно параметри ланцюга, що підключає, можна визначити з наступних міркувань.

• Спочатку рамка обраного периметра e<λ налаштовується в резонанс на робочу частоту f за допомогою двох однакових конденсаторів ємністю 2С і вимірюється добротність ненавантаженої рамки Q.
• Хвильовий опір рамкової антени як LC-контуру PА=1/(2πfC).
• Коефіцієнт включення лінії живлення з хвильовим опором рл в антенний контур, з умови, що з узгодженні добротність контуру зменшується вдвічі, к = (PАQ/Рл)1/2.
• Відстань між точками підключення Т-подібного узгодження е = е/к.
• Елементи ємнісного дільника Сн = кС, С' = 4С · до / (к -2).
• Якщо підключити лінію живлення до розриву рамки в точці А, то вхідний опір rвх = Pa/Q.
• Опір випромінювання рамки [3] гΣ = 80π2(2πSp/λ2)2, де Sp - площа рамки, або для круглої рамки гΣ=20π2(e/λ)4.

Відомий ще один варіант електрично укороченої рамкової антени - напівхвильовий диполь з ємнісним навантаженням, згорнутий у рамку (рис. 4, а). Для реалізації цієї антени периметр рамки має бути меншим за половину довжини хвилі. Точки нульового потенціалу – точка А та середина відстані між обкладками конденсатора С (рис. 4, б). Діаграма спрямованості приблизно збігається з діаграмою спрямованості рамкової антени двох напіврамок. Підключення лінії живлення проводиться поблизу точок нульового потенціалу, як це робиться в рамковій антені з двома напіврамками.

Укорочена рамкова антена з двох напіврамок характеризується більш рівномірним розподілом амплітуди струму вздовж провідника рамки в порівнянні з рамковою антеною з безперервною рамкою, тому при однакових периметрах має великий опір випромінювання rΣ і, як наслідок, більшою ефективністю ηA (коефіцієнт). Виграш за даними вимірів досягає 3 дБ при е/λ = 0,2.

Дослідження укороченої рамкової антени з двох напіврамок проводилося на частотах 14, 27 і 430 МГц. опір випромінювання rΣ = 14 Ом, вхідний опір у пучності струму rвх = 2 Ом, ефективність ηA – 0 та смугу пропускання 2 МГц. Для підключення кабелю з хвильовим опором Pл = 22 Ом ємнісний дільник напруги складався з конденсаторів С = 100 пФ і Сн = 2 пФ, а довжина відрізка провідника рамки для Т-подібного узгодження е = 10 мм. Симетрування здійснювалося за допомогою феритового кільця та кількох витків коаксіального кабелю [0,1]. Антена застосовувалась як кімнатна приймальня для спостереження за роботою аматорських радіостанцій. У ряді випадків вдавалося зменшити рівень сигналів, що заважають, внаслідок симетрії антени, що послаблює синфазні перешкоди, і наявності "нулів" на діаграмі спрямованості.

Для частоти 27 МГц було виготовлено кілька антен із двох напіврамок з периметрами е =(0,1...0,5)%. Їх дослідження дало наступне. У рамкової антени, що розглядається, опір випромінювання дуже сильно падає при зменшенні розмірів. Воно залежить у квадраті від площі (чи четвертою мірою від периметра круглої рамки). Тому для рамкових антен з периметром е < 0,1 А. опір випромінювання значно менший за опір втрат, і смуга пропускання антени визначається лише параметрами антенного LC-контуру. Для рамкової антени із периметром е > 0.2А. опір випромінювання стає порівнянно з опором втрат, добротність починає падати, а смуга пропускання антени та ефективність - зростати. Крім того, бажано при запитуванні антени прагнути до того, щоб центральні частини вібраторів, тобто пучності струму, були вільні від елементів, що підключають. Тому ємнісний дільник напруги краще Т-подібного узгодження.

Рамкова антена для частоти 430 МГц мала розміри 36x22 мм і була виготовлена ​​із срібного мідного дроту діаметром 1,5 мм. Ємності 2С складалися з підстроювальних конденсаторів 1...5 пФ. Застосовувалося несиметричне Т-подібне узгодження. Обплетення кабелю з Pл = 50 Ом підключалося до точки нульового потенціалу - пучності струму, а центральна жила - на відстані 10 мм від неї. Смуга пропускання навантаженої антени – 4,5 МГц, ефективність-0,05...0,1.

Розглянута рамкова антена є симетричною, не вимагає противаги, має точки нульового потенціалу (що дозволяє застосовувати загальноприйняті способи живлення), може підлаштовуватися конденсаторами змінної ємності, мало чутлива до наявності в безпосередній близькості від неї діелектричних і слабо провідних предметів, що не містить індуктивних узгоджувальних елементів. При заданому периметрі найбільшою ефективністю має укорочена кругла рамкова антена, що складається з двох напіврамок, запитана через ємнісний дільник напруги при мінімально можливих втратах у матеріалі рамки та конденсаторах.

література

1. Devoidere John. Low-Band DXing. American Radio Relay League, Inc. - 1987, p. 266.
2. Григоров І. Практичні конструкції антен. - М: ДМК, 2000, 352 с. мул,
3. Гречихін Л. Електрично малі антени: можливості та помилки. – Радіо, 1992, № 11, с. 8-10.

Автор: Н.Туркін, м.Санкт-Петербург

Дивіться інші статті розділу Антени УКХ.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем ​​з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Приміальна клавіатура Seneca 05.05.2024

Клавіатури – невід'ємна частина нашої повсякденної роботи за комп'ютером. Однак однією з головних проблем, з якою стикаються користувачі, є шум, особливо у випадку преміальних моделей. Але з появою нової клавіатури Seneca від Norbauer & Co може змінитися. Seneca – це не просто клавіатура, це результат п'ятирічної роботи розробників над створенням ідеального пристрою. Кожен аспект цієї клавіатури, починаючи від акустичних властивостей до механічних характеристик, був ретельно продуманий і збалансований. Однією з ключових особливостей Seneca є безшумні стабілізатори, які вирішують проблему шуму, характерну для багатьох клавіатур. Крім того, клавіатура підтримує різні варіанти ширини клавіш, що робить її зручною для будь-якого користувача. І хоча Seneca поки не доступна для покупки, її реліз запланований на кінець літа. Seneca від Norbauer & Co є втіленням нових стандартів у клавіатурному дизайні. Її ...>>

Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія 04.05.2024

Дослідження космосу та її таємниць - це завдання, яка привертає увагу астрономів з усього світу. У свіжому повітрі високих гір, далеко від міських світлових забруднень, зірки та планети розкривають свої секрети з більшою ясністю. Відкривається нова сторінка в історії астрономії із відкриттям найвищої у світі астрономічної обсерваторії – Атакамської обсерваторії Токійського університету. Атакамська обсерваторія, розташована на висоті 5640 метрів над рівнем моря, відкриває нові можливості для астрономів у вивченні космосу. Це місце стало найвищим для розміщення наземного телескопа, надаючи дослідникам унікальний інструмент вивчення інфрачервоних хвиль у Всесвіті. Хоча висотне розташування забезпечує більш чисте небо та менший вплив атмосфери на спостереження, будівництво обсерваторії на високій горі є величезними труднощами та викликами. Однак, незважаючи на складнощі, нова обсерваторія відкриває перед астрономами широкі перспективи для дослідження. ...>>

Випадкова новина з Архіву Високоточний оптичний зонд для вивчення людського мозку 08.01.2024 Вчені з Массачусетського університету в Амхерсті представили нову еру в галузі оптогенетики, представивши високоточний оптичний зонд, спеціально розроблений контролю активності мозку. Цей інноваційний клас зондів включає мікроскопічні світлодіоди (LED) на своєму кінці, що дозволяють модулювати активність нейронів шляхом пригнічення або збудження сигналів в нервових тканинах мозку. Високоточний оптичний зонд від Массачусетського університету представляє значний крок уперед у дослідженнях мозку, відкриваючи нові можливості для лікування неврологічних розладів. Цей інноваційний інструмент обіцяє покращити наші методи та підходи до розуміння та лікування різних захворювань, пов'язаних з мозком. Оптогенетика, заснована на модифікації генів нейронів, створює оптичний канал для регулювання збудження та інгібування. Шляхом використання світла певної довжини хвилі вчені можуть маніпулювати активністю нейронів. Новий зонд, на відміну від існуючих в оптогенетиці, випромінює світло двох кольорів – червоного та синього, що дозволяє як пригнічувати, так і збуджувати активність нейронів. Розроблений розмірами 0,2 мм завширшки та 0,05 мм завтовшки, цей мікрозонд обіцяє бути надзвичайно ефективним інструментом для дослідження функцій певних груп нейронів. Застосування цієї технології в медичній сфері, особливо у вивченні та лікуванні неврологічних розладів, включаючи епілепсію, є очевидним. Можливість інгібувати та збуджувати нейрони за допомогою цього зонда надає нові перспективи для боротьби з епілептичними нападами. Дослідження, проведені на мишах, які стали об'єктом вивчення з використанням нових зондів, обіцяють поглибити наше розуміння неврологічних механізмів та сприяти розробці ефективніших методів лікування різних розладів.

Інші цікаві новини:

▪ Лазерна мітла чисто мете

▪ У мозку є вбудована система шумоподавлення

▪ Western Digital представив пристрій 3 до 1

▪ ТБ від SEIKO EPSON з вбудованим фото-принтером

▪ Швидкісний зарядний пристрій для смартфонів

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Індикатори, датчики, детектори. Добірка статей

▪ стаття Дельтаплан. Історія винаходу та виробництва

▪ стаття На чиєму могильному камені написано, що він був чоловіком вдови іншої людини? Детальна відповідь

▪ стаття Ворсувальна шишка. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Маркування люмінесцентних ламп. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Два простих аналогових стабілізатора. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

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

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024