|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Штирьові антени. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени УКХ 1. Визначення та поняття Несиметричними (штирьовими) називають антени, розташовані безпосередньо біля землі (або металевого екрану) перпендикулярно (рідше похило) до її поверхні. Якщо вважати землю, що ідеально проводить і враховувати дзеркальне відображення, то несиметричний вібратор можна вважати половиною еквівалентного йому симетричного вібратора (рис. 1).
Опір випромінювання несиметричного вібратора вдвічі менше, ніж в еквівалентного симетричного вібратора, оскільки при однакових струмах перший випромінює вдвічі меншу потужність (немає випромінювання в нижній напівпростір) [1]. Вхідний опір несиметричного вібратора вдвічі менше, ніж у еквівалентного симетричного вібратора, оскільки при однакових струмах живлення у першого напруга живлення вдвічі менше (рис. 1). Коефіцієнт спрямованої дії несиметричного вібратора вдвічі більший, ніж у еквівалентного симетричного вібратора, оскільки при однаковій потужності випромінювання перший забезпечує вдвічі більшу кутову щільність потужності, тому що вся його потужність випромінюється в один напівпростір (рис. 2). Все сказане справедливо для ідеального несиметричного вібратора, тобто коли земля є ідеальним провідником. Якщо ж земля має погані провідні властивості, поле випромінювання вібратора змінюється. Крім того, це призводить до зменшення амплітуди струму у вібраторі і, отже, до підвищення його опору та зменшення випромінюваної потужності. Ґрунт є діелектриком із великою діелектричною проникністю (рівною майже 80), що призводить до зміни електричної довжини уявного диполя, а також довжини шляху струмів усунення. Результат - повне спотворення діаграми спрямованості (підняття пелюсток догори та зникнення випромінювання під малими кутами до горизонту) та збільшення опору штиря. З цієї причини практично не використовують ґрунт як "землю", а використовують штучну землю. 2. Земля штирьової антени Теоретичні розрахунки показують, що найбільші втрати мають місце у зоні з радіусом 0,35 довжини хвилі, тому у цій зоні бажано провести "металізацію" землі: з'єднати радіальні дроти між собою перемичками (рис. 3). Дуже добре, якщо ця металізація буде проведена на всій відстані противаг.
Противаги слід ізолювати від землі. Якщо вони лежатимуть на землі, то від вологи їхня електрична довжина не буде резонансною для антени. Також мають бути ізольовані від землі та їх кінці. Тільки в одному випадку можна не ізолювати кінці противаг від землі: якщо вони надійно з'єднані кільцем-перемичкою (рис. 3). Ніколи не слід забувати про те, що ідеальна антена штиря має ККД 47%, а ККД антени з 3 противагами - менше 5%. Значить, працюючи зі штирьовою антеною з трьома противагами, з ваших 200 ватів, що підводяться до штиря, 180 ватів (!!!) марно губляться, попутно створюючи TVI. Багато процесів у іоносфері нелінійні, тобто. відображення радіохвиль починається, скажімо, при потужності, що підводиться до вашої антени в 7 ватів, і вже повністю не відбувається при 5 ватах. Отже, ви втрачаєте унікальні можливості DX QSO, заощадивши на дроті для противаг. Слід ще врахувати спотворення діаграми спрямованості за малої кількості противаг. З кулястої вона стає пелюстковою, що має напрямок уздовж противаг. Завдання про перебування оптимальної кількості противаг було вирішено мною з допомогою ЕОМ. Рішення подано на рис. 4. З нього видно, що мінімально необхідна кількість противаг дорівнює 12. При більшій їх кількості ККД зростає повільно. Противаги повинні бути розташовані на однаковій відстані відносно один до одного.
Кут їх розташування щодо штиря має бути від 90° до 1350. При більших і менших кутах падає ККД та д.н. спотворюється. Противаги мають бути довжиною не менше основного штиря. Це можна пояснити тим, що струми зміщення, що протікають між штирем і противагами займають певний обсяг простору, який бере участь у формуванні діаграми спрямованості. Зменшуючи довжину противаг, а, отже, зменшуючи обсяг простору, що служить формуванню д.н., ми суттєво погіршуємо характеристики антени. З великим наближенням можна сказати, що кожній точці на штирі відповідає своя точка на противагу. Однак немає необхідності використовувати противаги довші за основний штир. Противаги і сам штир повинні бути покриті захисною фарбою. Це необхідно для того, щоб матеріал, з якого виконана антена, не окислювався. Окислення вібраторів призводить до непридатності антену через те, що тонка плівка оксиду має значний опір, оскільки на ВЧ сильно виражений поверхневий ефект, то енергія передавача поглинається і розсіюється тепло цієї плівкою. Вкрай бажано використовувати для цього радіофарбу (ту, якою фарбують локатори). Звичайна фарба містить частинки барвника, що поглинають енергію ВЧ. Але в крайньому випадку можна використовувати і звичайну фарбу. 3. Розміри вібраторів штирьової антени Як відомо, опір випромінювання антени Ризл пропорційно відношенню L/d, де L - довжина і d - діаметр антени. Чим менше відношення L/d, тим широкосмуговіша антена і більше ККД. Слід врахувати, що з використанні товстих вібраторів позначається " торцевий ефект " . Він обумовлюється ємністю між торцями вібратора та землею. Фізично це виявляється у тому, що антена виходить "довшою" за розрахункову. Для його зменшення зазвичай широкосмугові штирі мають конусоподібну форму. Розрахунки показують, що мінімально необхідна товщина противаг має становити d=D/2,4n, де d - діаметр противаг, D - діаметр штиря, n - кількість противаг. Часто радіоаматори не можуть встановити чвертьхвильовий штир і використовують штир, що має менші розміри. В принципі можна узгодити штир будь-якої довжини за допомогою узгоджувальних пристроїв. Однак короткі штирі мають малий активний і великий реактивний опір [3] і будуть узгоджені неоптимально (на самих узгоджувальних пристроях може розсіятися до 90% енергії). А якщо ще при цьому використовуються і сурогатні короткі противаги, ефективність такої антеної системи буде дуже низька. Однак у засобах рухомого зв'язку часто такі сурогатні антени застосовуються. Але це тільки тому, що інші види укорочених антен працюватимуть ще гірше! 4. Діаграми спрямованості штирьових антен Багатьох цікавить, як впливає висота підйому штиря на його діаграму спрямованості у горизонтальній площині та чи залежить його опір від висоти підвісу. Найважливіший результат [4] у тому, що розподіл струмів у штирі залежить від висоти його підвісу за наявності ідеальної " землі " . Практично це означає, що на якій би висоті штир не знаходився, його опір буде постійним. Загальний результат рішення показує, що якщо штир налаштований на резонанс, то його нижній кінець можна заземлити. При цьому його можна живити у будь-якій точці. На результатах цього важливого висновку і створені штирьові антени (прапор-антени, щогла-антени), нижній кінець яких з'єднаний із "землею" і живляться через гамма-узгодження. Діаграми спрямованостей вертикальної площини напівхвильового штиря наведено на рис. 5. З цього малюнка видно, що чим вище піднімається антена, тим важче кут випромінювання до горизонту. Це тим, що відбувається додавання випромінюваної штирем хвилі і хвилі, відбитої від землі. Якщо грунт має погані провідні властивості, то діаграма спрямованості буде близька до діаграми спрямованості штиря над землею. Піднімати антену на висоту довжини хвилі немає сенсу, т.к. при цьому вже не відбувається зменшення кута випромінювання, а лише починають дробитися верхні бічні пелюстки.
Слід запам'ятати ще одну цікаву особливість штирів, висота яких дорівнює довжині хвилі та більше. Такі антени у професійному зв'язку використовуються як антифедінгові [5]. Це означає, що така антена прийматиме без проблем сигнал, що приходить із завмираннями на чвертьхвильовий штир або диполь. 5. Узгодження штирьових антен Для успішної роботи штирева антена має бути узгоджена. Незважаючи на все різноманіття узгоджувальних пристроїв і штирів, їх можна розбити на 3 групи. 1. Штир узгоджений, електрична довжина дорівнює чверті довжини хвилі; 2. Штир з електричною довжиною більше необхідної, цю довжину "прибирають" за допомогою ємності; 3. Штир довжиною менше чверті довжини хвилі. Довжину ''додають" котушкою індуктивності. Необхідно пам'ятати, що конденсатор і котушка повинні мати максимально можливу добротність, а також бажано, щоб ТКЕ і ТКІ були якнайкраще. Зазвичай ємність укорочує конденсатора може бути в межах 100 пФ на 28 - 18 МГц, параметри котушки, що подовжує - одиниці мкГн до 21 МГц, десятки - до 3,5 МГц. На закінчення слід зазначити, що подібна практика узгодження застосовується до штирь довжиною, кратної чверті довжини хвилі. 6. Типи штирьових антен Несиметричний вібратор із екраном кінцевих розмірів (рис. 3). Цю антену застосовують переважно радіоаматори. Як екран зазвичай застосовують противаги довжиною не менше чверті довжини хвилі. Несиметричний петлевий вібратор (рис. 6). Його д.м. збігається із д.н. класичного штиря. Однак він має перевагу, що виражається в тому, що один його кінець заземлений. Підбором товщини dl і d2 можна змінювати вхідний опір у великих межах. При d1=d2 опір вібратора дорівнюватиме 146 Ом.
Опір несиметричного вібратора, що має різні товщини, розраховується за формулою /1 /: Ra=(1+n2).36n, де n=ln(d/d1)/ln(d/d2). Широкодіапазонні вібратори виготовляються з товстих труб, штирів, пластин. Можуть бути як конічними, так і ромбічними, циліндричними, суцільними та ґратчастими (рис. 7). Перекриття діапазону робочих частот залежить від відношення I/O. Чим воно менше, тим широкосмуговий вібратор. Всім добре відома антена UW4HW є широкосмуговим несиметричним вібратором, а вертикальний випромінювач UA1DZ – широкосмуговим симетричним вібратором . Конічні антени - окремий випадок широкосмугових вібраторів (рис. 8).
Поле випромінювання створюється струмами, що обтікають конус, а диск грає роль екрану і майже не випромінює. При куті розкриття 600 досягається найбільший коефіцієнт перекриття діапазону, що дорівнює п'яти, при КБВ > 0,5 у фідер з хвильовим опором 50 Ом. При цьому максимальна довжина хвилі дорівнює 3,6. Діаграма спрямованості дискоконусної антени KB і УКХ приблизно така сама, як і звичайного штиря. На KB застосовують дротяний варіант конусної антени (рис. 8б), у якій замість конуса використовується плоске дротяне віяло, а замість диска - система заземлення з радіальних дротів. Окремо хочу звернути увагу на антени-щогли. Особливістю таких антен є те, що нижній їхній кінець заземлений.
Антена верхнього живлення (рис. 9) збуджується за допомогою фідера, прокладеного всередині щогли. Це принципово. Д.М. його така ж, як і у звичайного штиря, але втрати при випромінюванні та прийомі більше, оскільки радіохвиля відбивається від землі при випромінюванні. Антена середнього живлення (рис. 10) є щоглою з двох частин, що збуджується послідовно в точках 1 і 2 напругою, яке подається за допомогою фідера, прокладеного всередині нижньої частини. Опір антени в точках живлення Ra=Rb/cos2kll, де - коефіцієнт укорочення, Rb - опір "чистого" вібратора в точці 3. Підбираючи співвідношення між 11 і 12, можна узгодити антену з фідером живлення. Принципове значення має те, що фідер повинен проходити всередині нижньої частини антени. Недолік - труднощі з ізолятором для її верхньої частини.
Антена шунтового живлення (рис. 11) збуджується паралельно за допомогою шунта, що приєднується до щоглі на деякій висоті 11. Зазвичай вхідні реактивні опори нижньої і верхньої частин антени мають індуктивний і відповідно ємнісний характер. Підбором величини 1 забезпечується найкраще узгодження з фідер живлення. Розподіл струмів такий, що частково послаблює випромінювання антени, тому шунт слід робити мінімальних розмірів. Класична реалізація шунтового харчування – гамма-узгодження. Часто, особливо при побудові антен для низькочастотних діапазонів, немає можливості розташувати вібратор вертикально щодо землі. При розташуванні штиря похило щодо землі діаграма спрямованості, звичайно, спотвориться. Слід розташовувати якомога більше противаг під тією частиною антени, яка нахилена. Треба також по можливості піднімати противаги так, щоб вони утворювали з антеною кут не більше 135°. Слід пам'ятати, що така антена більш важка відповідно до наявності значної реактивної складової. література
Автор: І.Грігоров (UZ3ZK); Публікація: cxem.net
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Мобільний телефон з розкладною QWERTY-клавіатурою ▪ Відеокарта GeForce GTX 760 iChill HerculeZ 3000 від Inno3D ▪ Дзеркало заднього виду з Android ▪ Електричні бинти ефективніші за звичайні
▪ Розділ сайту Історія техніки, технології, предметів навколо нас. Добірка статей ▪ стаття Звідки їсти пішла. Крилатий вислів ▪ стаття Чому перси вирішили подарувати Росії алмаз Шах? Детальна відповідь ▪ стаття Функціональний склад телевізорів Telefunken Довідник ▪ стаття Фокус з календарем. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page