Четвертьволновая антенна: Теория радиоволн: антенны / Хабр

Содержание

Теория радиоволн: антенны / Хабр

Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.


Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.

Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.

Антенны

Симметричный вибратор

В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.

Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.

Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.

Диаграмма направленности симметричного вибратора

В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.

В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:

Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.

Несимметричный вибратор

Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.

Диаграмма направленности следующая:

Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.

Наклонная V-образная

Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V

Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.

Антенна бегущей волны

Также имеет название — антенна наклонный луч.

Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.

Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.

Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:

Антенна волновой канал

Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор.

Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.

За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:

Рамочная антенна

Направленность — двулепестковая

Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.

Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:

Логопериодическая антенна

Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.

Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:

Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.

Поляризация

Поляризация

— это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.

Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.


Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную.

Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.

Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.

При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.

Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.

PS:

Данная статья обрисовывает лишь небольшую часть антенн и не претендует на замену учебнику антенно-фидерных устройств.

Четвертьволновые антенны

Любая длина будет излучать любую частоту, просто для того, чтобы определенные частоты требовали гораздо меньшего напряжения или тока для этого.

При правильной доле (и ее кратных) длинах волн возникает резонанс . Это означает, что вы начнете нагнетать грязь с небольшим толчком. Подумайте о ванне, наполовину наполненной водой. Вы можете положить свою руку в середину и немного переместить ее вперед и назад. На правильной частоте вы можете заставить воду выплескиваться взад и вперед гораздо больше, чем небольшое движение, которым вы управляете ее рукой. Если вы идете немного выше или ниже по частоте, это прекращается. Большинство резонансных систем имеют относительно узкий частотный диапазон, в котором они резонируют. Плотность этого частотного диапазона определяется количественно с помощью коэффициента добротности, причем более высокие числа являются более жесткими.

Резонанс приводит к гораздо более высоким токам или напряжениям в антенне, чем то, чем вы питаете ее. Без этого резонанса вам потребуются чрезмерно высокие напряжения или токи, чтобы в конечном итоге излучать ту же мощность.

Вблизи резонансной частоты антенна также будет выглядеть резистивной. Подумай о том, как это странно. Вы ведете только кусок провода или петлю провода. Вы ожидаете, что это будет выглядеть как разомкнутая цепь или короткое замыкание. Для открытого куска провода требуются высокие напряжения, чтобы получить большую часть любого тока, и тогда этот ток будет в значительной степени не соответствовать фазе с напряжением, поэтому мощность, получаемая от того, что его возбуждает, будет близка к нулю.

На активной частоте антенны напряжение и ток находятся в фазе, поэтому реальная мощность подается на антенну, которую она затем излучает. Простая дипольная антенна будет выглядеть как резистор 75 Ом на правильной частоте. Различные геометрии антенн имеют разные характеристические сопротивления. Сложенный диполь выглядит, например, как резистор 300 Ом.

Поскольку эта характеристика основывается на резонансе, вы не можете далеко отклониться от оптимальной частоты и все же получить желаемые характеристики. Есть некоторые конструкции антенн, которые пытаются работать в более широком диапазоне частот, например, фрактальные антенны. Другие имеют различные элементы, каждый немного отличается по размеру, так что один из них является резонансным. Существуют различные методы создания широкополосных антенн, но это все компромиссы, которые компенсируют широкополосную связь с другими характеристиками.

Это основной принцип физики: любая антенна работает одинаково для приема или передачи. Так что да, антенна, предназначенная для передачи на определенной частоте, также будет хорошо принимать на этой частоте. Вы не можете предотвратить это, если хотите.

Да, у всех антенн есть проблемы с ориентацией. Диаграмма направленности диполя выглядит, например, как пончик. Можно сделать антенны со сферической диаграммой направленности, но тогда поляризация будет выглядеть так, как она есть. Вы можете сделать антенны, которые работают одинаково хорошо, независимо от угла поляризации, но затем диаграмма излучения выходит так, как она появляется. Вы не можете произвольно указать и диаграмму направленности, и диаграмму поляризации.

Сферическая диаграмма направленности

Это в ответ на комментарий о невозможности сферической диаграммы направленности. Это. Я видел это. То, что вы не можете сделать, это указать как диаграмму направленности, так и поляризацию по всей диаграмме в общем случае.

Мы использовали такие антенны в системе для отслеживания активных меток RFID. Каждая метка имела батарею и излучала радиочастотный пакет, несущий информацию каждые 10 секунд. Эти теги могут быть произвольно прикреплены к вещам, и не было никакого способа заставить их ориентироваться определенным образом.

Приемники были частью фиксированной установки в известных местах. Мы получили приблизительное расположение меток, измерив уровень сигнала на нескольких приемниках.

Наш RF-гуру, после многих симуляций и экспериментов, придумал сложенную 3D-фигуру, которая излучала примерно одинаковую мощность во всех направлениях. На самом деле это не так просто, но представьте себе, что антенна имеет прямой кусок провода где-то рядом с каждым из трех ортогональных направлений. Каждый прямой сегмент имеет примерно дипольную диаграмму направленности. Добавьте три ортогональных вместе, и вы получите сферический рисунок.

С метками, излучающими во всех направлениях, но с произвольной поляризацией, нам нужны были приемные антенны, чтобы получать все углы поляризации одинаково. Поскольку приемники были повешены на стенах в здании, и мы хотели, чтобы они собирали метки на одном этаже, идеальная диаграмма излучения была горизонтальной, а не вертикальной. К счастью, такая комбинация возможна.

Представьте себе правильный диполь, ориентированный вертикально. Он имеет горизонтальную диаграмму направленности с нулями прямо вверх и вниз. Это классическая форма «пончика», когда уровень сигнала логарифмического изображения представлен в виде функции направления в 3D. Поляризация вертикальная.

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

Уловка была смесью вертикального диполя и горизонтальной петли. Это спираль с вертикальной осью. Он принимает горизонтально поляризованные волны из-за петель, а вертикальные поляризованные волны из-за вертикальной протяженности. Смешать два правильно и настроить его для правильной частоты не тривиально, но это может быть сделано.

Оказывается, одним из двух продуктов этой конструкции является высокое значение Q, которое отлично, если вы правильно настроили центральную частоту. У нас был специальный джиг в производстве, который измерял бы резонансную частоту и давал указания техническим специалистам подрезать всего один-два миллиметра от одного из концов, чтобы отрегулировать ее.

Полуволновая спиральная антенна или четвертьволновая прямая?

Четверть против полуволны

Четвертьволновая антенна в смысле «проволока или стержень длиной 1/4 длины волны» не является полноценной антенной; это половина одного. Другая половина — это то, что подключено к другому контакту выхода вашего передатчика — возможно, его земля, т. е. заземляющая пластина или шасси (если есть) вашей платы. Это работает хорошо, пока 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 — хороший выбор, 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 (на самом деле 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 элемента антенны — 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 четвертьволновой, занимающей одно и то же пространство, вам нужна полуволна, потому что в противном случае это основание для вашей четверти. -волна слишком мала, поэтому у вас еще хуже укороченная антенна.

  • Для большого передатчика четвертьволновая антенна является лучшим выбором, поскольку занимает меньше места.

(Обратите внимание, что если к устройству подключены какие-либо кабели, 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 создавать помехи. проблема, в зависимости.)

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.

UA3AQL — радиоклуб «Дельта» — Изготовление четвертьволновой антенны

Практический опыт походов с использованием радиостанций однозначно показал, что для связи в группе в полевых условиях используется в 99% случаев одна-единственная частота, и от ней требуется наибольшая эффективность (расход батареи/дальность связи). Отсюда возникла идея и необходимость создания острорезонансных антенн на рабочую частоту группы. Кроме этого к этой антенне есть такое требование, как доступность, т.е. возможность изготовить из подручных средств с минимальным капиталовложением.
Это вполне возможно, если сделать самостоятельно четверть-волновой штырь рассчитанный на рабочую частоту. Почему самостоятельно? Потому что рабочая частота у каждой группы может быть своя. Первые же полевые испытания на граничных для радиообмена дистанциях и горизонтах дали ошеломляющий результат — связь была установлена при помощи такой антенны через перевал с корреспондентом находящимся вне зоны радиовидимости.

 

Отчёт 2010г. «Чулышман». Улаганский перевал.
Стоянка на Улаганском перевале
Пока я ставил на дороге пустую бутыль как маяк и поворачивал знак в надписью в сторону ложного перевала, Грей вызывает Гоба:
— Гоб Грею на связь…
Но тот молчит. Вызываю я (у меня самодельная четвертьволновая антенна), и он с шумком отвечает. Я ему рассказываю, как нас найти и что мы встали, но чувствую, что он ничего не в состоянии понять. Зато сказал, что выехал к верхнему озеру, точнее поднялся на это плато. Ладно, будет ближе — разрисуем. Ракету дадим, если темно совсем будет.
А пока мы спускаемся к озеру на стоянку. От автотуристов как назло уже слышна какая-то похабная быдло-попса в духе ‘Алёна даст’, что немного нервирует — хочется услышать голос озера, кедров и сосен вокруг, а тут под боком эти… Люди, в-общем. Но выбора не много, и мы как скидываем рюкзаки с велов, сразу приступаем к ремонту.
— Есть кто на связи? — с шумом прорывается из рации голос Гоба.
— На связи Беркут.
— Я упал!!! Пуу… Пуу… Пуу… Пуу… Пуу… — рация запищала прерывистым тональником словно на том конце бросили трубку телефона, ‘занято’…
— Беркут, это.. а что, в рации Гоба есть автоцензура?
— Гоб, на связь, каковы потери?
Но в ответ — тишина. Мы вызываем и переглядываемся. Похоже, что-то случилось. А у нас велы разобраны. Только Тиреа в порядке.
— Гоб, ответь на связь…
— Да жив я, жив, только вот кровяки много.
— Помощь…
— Не надо, на стоянке залижем. Ехать могу, я уже иду к вам вверх.
— Так, похоже, всё же надо спасать.. — задумчиво заметил Грей. — Но у меня вел разобран.
— А мой цепляет так, что я спаситель никакущий.
— Но я один не справлюсь, надо вдвоём, — Тиреа понял, что ехать ему.
— Я как сделаю за тобой поеду.
— Хорошо, только поскорее.
Закат на Улаганском перевале

Тиреа впрыгнул в седло, и растворился в сумерках. Я занялся велом. С крылом сначала казалось дело швах — напополам, крепление сломано напрочь, склеить сшить не выйдет в следствии особенностей формы. Но потом пришла альтернативная мысль. Ну да, крыло пополам. То есть это стало два крыла… Вот я и прикрепил заднюю половинку на старый болт в рулевую колонку, а переднюю — на крепление в ‘горилле’ для стандартных крыльев.
Хуже дело с багажником. Заднее колесо никак не хотело вставать так, что бы поворачиваться нормально. Я и крыло подпилил и поправил багажник. Всё равно никак. Максимум, чего добился — это небольшого и ненадёжного зазора, который тут же просядет при нагрузке.
У Грея дела лучше — колесо перестало спускать. Видимо залитый туда антипрокол таки работает. Но он всё равно сменил камеру., и стал ставить палатку. На связь вышел Гоблин. Тиреа до него добрался.
— Не надо мне помогать. Я дойду. Тиреа рядом. Идём вверх к перевалу.
Я несколько удивился. Рация работает через перевал. По идее не должна на этом диапазоне, видимо где-то есть ‘просвет’.
— А моя вообще не берёт. — Грей собирает дуги палатки, — наверно из-за антенны, завтра поменяю на самодельную.

В этом эпизоде связь между Гобом и Беркутом проходила не только через перевал и в общем-то гору, но и на предельной для леса дальности при связи в лесу с земли — около 5-ти километров. Надо сказать, что после приведённого случая Грей уже не снимал со своей рации самодельную острорезонансную антенну.

Что нужно?

Для начала, необходимо установить длину этой самой антенны, и какой разъём находится у радиостанции для антенного выхода.
Длину мы рассчитываем по формуле L=(300/Fр)/4.
Где L — длинна штыря в метрах, Fр — частота требуемого резонанса в Мегагерцах (с учётом килогерц).
Мы используем диапазон VHF, поэтому у нас длинна около полуметра, но в данном случае нужен точный расчёт. Например, для частоты 145.500мГц L=515mm, а для частоты 155,350мГц L=482mm. Это важно для последующего подбора материала для излучателя антенны.
Что касается разъёмов, то тут всё зависит от модели и производителя портативного трансивера (рации). Диапазон используемых разъёмов достаточно велик, в основном это коаксиальные разъёмы типов BNC, TNC, SMA, SMA-R. Однако профессиональные рации часто используют не коаксиальные, а винтовые разъёмы, у которых нет «земли» а один единственный контакт, идущий на излучатель, но их мы рассмотрим отдельно, потому как технология изготовления самодельной антенны для них имеет свои особенности.
В остальном это коакисальные разъёмы. Например, китайские широкораспостранённые радиостанции под разными брендами (Baofeng, Pofung, Wouxun а так же выпускаемые ими аппараты под лейблом Kenwood) используют разъём SMA-reverse (SMA-R). Любительские радиостанции Alinco, Kenwood (Japan) — BNC-разъём. У радиостанций Yaesu серий VX-FT — разъём типа SMA.
После того, как тип разъёма определён, начинаем готовить всё остальное, что нам понадобится.
  • 1. Ответный разъём для антенного выхода (как на «родной» антене», желательно под пайку или обжим).
    2. Сталистая проволока, диаметром от 0,75мм. и длинной на 1-2см больше чем необходимая длинна L. (можно использовать толстые шторные струны, очень хорошо, дёшево и удобно использовать сталистое основание автомобильных щёток-дворников — они плоские и упругие, но надо смотреть чтобы длинна была больше требуемой).
    3. Паяльник.
    4. Припой
    5. Кислотный флюс, для пайки всех металлов (стали).
    6. Термоусадка с клеевой основой (внутри специальные герметизирующий термоклей) диаметром 6-8мм и 15мм. длинной кусков 10см максимум.
    7. Копмаундная смесь — эпоксидный клей или «Поксипол».
    8. Термоусадка обычная, разных диаметров от 2мм (на излучатель) до 17мм (внешний корпус разъёма)
    9. Трубка из изолирующего материала. Хорошо подходит изоляция коаксиальных кабелей между оплёткой и центральной жилой для бытовых телевизионных антенн, особенно старые кабеля советского пр-ва, они жёсткие и толстые.
    10. Дремель или бормашинка с насадкой, если нет — то надфиль, способный обрабатывать сталистую проволоку.
Теперь всё в сборе, можно начинать собирать антенну.

Изготовление.


Сначала нужно припаять излучатель к центральному штырьку разъёма. Сталистая проволока, если не входит в отверстие под пайку, как и плоский прут от автодворника, нужно подпилить с одного конца и обработать так, что бы этот конец влез в отверстие в штырьке (надфилем или дремелем).
Обтачивание излучателя и готовность к пайке.

 

Облудить, и соответственно припаять (паяльник, припой, флюс). На этом часть связанная с пайкой заканчивается.
Теперь самое сложное. Конструкции разъёмов могут быть самые разные, но их объединяет одно, что они не очень-то рассчитаны на крепление там столь жёсткого штыря-излучателя, и поэтому его надо зафиксировать в разъёме так, чтобы при сильных боковых нагрузках и перегибах не возникало усилия расшатывающего пайку. Это очень важно, поскольку если сделать в этой части халатно, то в какой-то момент у вас отвалится пайка, и это не будет визуально заметно, и возникнет ситуация, когда выходной каскад радиостанции просто сгорит, и останетесь без связи. Для того, чтобы этого избежать, должно быть максимально жёсткое крепления основания излучателя в разъёме, на достаточно большую высоту от него. Вот тут и нужны будут компаунды-клеи и трубки. Для примера ниже будет рассмотрен случай с разъёмом типа SMA под пайку (с TNC практически аналогично). Итак, после того, как штырь-излучатель припаян к центральному штырьку разъёма, в сборе мы видим примерно такую картину:

Суть дальнейших действий по сути заключается в устранении той пустоты, что над фторопластовой шайбой вверху разъёма. Заполнять её надо прочным диэлектрическим материалом. Начать придётся с изоляции самого излучателя, обтянув его по всей длине тонкой термоусадкой желаемого цвета. Во избежание случайного выдёргивания его из корпуса разъёма в последствии рекомендуется в нижней части, которая внутри корпуса разъёма, сделать несколько небольших зубцов насечек, и не обтягивать термоусадкой, а сразу залить эпокидной смолой или поксиполом, установив его тем самым «намертво». Но этого недостаточно, чтобы не выломать пайку. Далее обтягиваем термоусадкой, и заполняем трубкой оставшиеся пространство. Когда всё сделано правильно, колебания центрального штыря и изгиб его становится возможен только в нескольких сантиметрах от корпуса разъёма.
Следующий этап — это гидроизоляция и монолитизация корпуса. Монолитность нужна для увеличения надёжности конструкции. Разъёмы рассчитаны на применение на кабеле, который не покрутишь чтобы привинтить разъём. С антеннами другой случай, мы их должны вращать целиком, чтобы завернуть на рации, а подлезть пальцами к основанию и закрутить штатным способом довольно сложно. Все это решается с помощью термоусадок с клеевой основой, и для надёжности и эстетического вида снаружи можно обтянуть обычной. В итоге должно получится примерно такая конструкция, как на рисунке справа:
Про винтовые разъёмы. В случае, если рация с винтовым разъёмом, как это часто у Motorola, Vertex, Maxon и профессиональные Kenwood, вместо разъёма нужно подобрать винт, который в него вкручивается, и гайку на него. Гайкой ограничить длинну винта, на который тот вкручивается в рацию, и припаять ей к винту, или зафиксировать каким-либо ещё доступным способом. После этого, обработать верх винта так, чтобы удобно было его изолировать, срезав, например, головку. Далее всё просто: сверлим отверстие, хоть насквозь, по оси винта, в которое впаиваем наш штырь излучатель, и сверху обтягиваем это всё термоусадками до нужного нам эстетического и практического вида.

Настройка и маркировка.


Теперь, если нужно, маркируем основание на требуемую частоту, и отмеряем точно длину L от указанного на рисунке места. Т.е. от той точки, где заканчивается корпус разъёма электрически соединённый с «землёй» рации. В случае с винтом отсчёт производить от самого разъёма на рации.
В итоге прикручиваем изделие в рации и получаем примерно это:
С технической стороны можно считать работу над антенной законченной, но есть ещё момент, который стоит решить сразу, не отходя от производства. Это верхний кончик антенны. Он получается достаточно острым и жёстким, и может собой повредить или экипировку, или самого обладателя рации. Поэтому, чтобы избежать подобных неприятностей в походах, нужно его сделать так, чтобы он не представлял опасности. Для этого можно или напаять на него дополнительный слой из кусков оставшейся термоусаодки, или обтянуть её вместе с каким-то небольшим булавочным набалдашником, круглым или сферическим, но так, чтобы он не отвалился в процессе эксплуатации.

Готово.


На этом изготовление четвертьволнового штыря для походной радиостанции заканчивается, осталось испытать в действии и насладится результатом. По наблюдениям дальность или качество связи, при использовании обоими корреспондентами сети таких антенн, увеличивается минимум в 2 раза по сравнению, например, с штатными «резинками». Есть небольшое замечание: чем толще излучатель, тем ровнее АЧХ антенны в прилегающих к резонансу частотах, причём без ухудшения параметров на частоте резонанса. Но толстый излучатель не гибок, и может разболтать разъём уже самой рации. В этом плане плоская проволока из автодворников является самым удобным компромиссом.

 

Выбираем эффективную антенну для портативной радиостанции

2016-12-26

Особенности выбора антенны

Чтобы увеличить эффективность функционирования портативной радиостанции, многие меняют так называемую штатную резинку на портативную антенну. Чтобы понять, как правильно подойти к ее выбору необходимо разобраться в особенностях конструкции, а также видах антенн для портативных станций. На сегодняшний день выделяют три вида антенн – это двухдиапазонные спиральные широкополостные, дипольные (однодиапазонные), искусственно удлиненные дипольные, которые бывают, как однодиапазонные, так и двухдиапазонные. Посмотреть ассортимент устройств можно в специализированном интернет – магазине, вот тут http://radio23.ru/antenny/-antenny-dlya-portativnyh-radiostancij/nagoya-na-771.

Виды антенн для компактной радиостанции

Рассматривая более подробно каждый из вышеперечисленных видов антенн отмечают, что широкополостные спиральные отличаются малой геометрической длиной, но низкой эффективностью. Искусственно удлиненные устройства обладают большей эффективностью, но имеют узкие диапазоны частот. Специалисты признают их работу удовлетворительной. Самыми эффективными на сегодняшний день являются дипольные однодиапазонные. Однако, и у них есть определенные нюансы – это небольшая геометрическая длина, работа исключительно в одном диапазоне.

Как увеличить эффективность работы портативной радиостанции

Итак, что же делать? Есть два выхода: повысить эффективность уже имеющейся антенны либо использовать более эффективные внешние устройства. Естественно, оптимальным вариантом является новая антенна, такая как Nagoya 771. Необходимо заметить, что антенна с геометрической длиной всегда имеет гораздо больше преимуществ, нежели укороченная по типу резинки. Если вы решили использовать спиральные резинки, то наличие противовеса никак не повлияет на качество связи. Если используется четвертьволновая антенна, то противовес, напротив, значительно улучшит качество связи, а также увеличит ее дальность.

Что касается выбора антенны, то все зависит от задач, которые планируется выполнять и, конечно, же бюджета. если рассматривать размер, то длинный излучатель будет лучше работать.

Назад к разделу

Просмотров: 419

Помогите решить / разобраться (Ф)

А как подтверждение хочу убедится что при размерах четверть длины волны при заданном токе излучаемая мощность максимальна.

Сначала определитесь в каком смысле максимальна. А то может быть и НЕ МАКСИМАЛЬНА. Например если считать, что в точке питания заданный ток, то четвертьволновая совсем даже не дает максимума мощности.

— Чт окт 13, 2011 19:19:45 —

Думаю надо считать что ток бежит по проводу как волна с соответствующим волновым вектором и частотой и соответственно каждый малый участочек антенны имеет свою фазу. Еще более правдоподобный вариант две протипоположно бегущие волны, образующие стоячую волну тока в антенне. Скоро попробую посчитать так.

Только последний вариант правдоподобен. На самом деле есть действительно такое (довольно грубое) приближение. С ним, правда, есть проблема: а где взять волновое сопротивление такой «линии». Можно, в принципе, эмпирически взять что-то порядка 600 ом.

Это приближение можно улучшить: взять «эффективную линию» с потерями а на потери устроить самосогласование. Т.е. приравнять потери в линии излучаемой мощности. Излучаемая мощность при известном распределении тока считается запросто (ну интегралы повычислять придется). Мощность, теряемая в линии с потерями — тоже. Вот их и приравнять.

Более теоретически последовательный подход дает уравнение Геллена. Можно почитать в учебнике Маркова и Сазонова «Антенны».
Близкий к этому подход используется в известном моделировщике антенн NEC (numerical electromagnetic code, есть разные версии, наиболее распространена NEC-2). В сети можно найти описание NEC-2. В трех томах (на английском, естественно), теория, если не путаю, во втором томе.

— Чт окт 13, 2011 19:32:50 —

Только последний вариант правдоподобен. На самом деле есть действительно такое (довольно грубое) приближение. С ним, правда, есть проблема: а где взять волновое сопротивление такой «линии». Можно, в принципе, эмпирически взять что-то порядка 600 ом.

Добавление.

В принципе «цифирь» я помню плохо, может и не 600 Ом а несколько более (раза в два-три). В принципе грубо можно оценить через электростатическую задачу (метод Хоу). Посчитать емкость этого провода, перевести в емкость на единицу длины, а при известной погонной емкости и скорости волны (почти точно скорость света) запросто определяется волновое сопротивление этой «линии».

1/4 Wave Антенна » Electronics Notes

Четвертьволновая вертикальная антенна является простейшей формой 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 четвертьволновая вертикальная 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 величины 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 радиалов, отходящих от основания антенны, чтобы обеспечить отличные радиочастотные характеристики.

Для установок ОВЧ и УВЧ высота, очевидно, важна, и антенны должны быть подняты, чтобы гарантировать, что они находятся над близлежащими 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 антенны 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.

Складчатая 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».. .

Четвертьволновая плоскостная антенна 70 МГц — M0UKD — Блог радиолюбителя

Ранее у меня был диполь на высоте 4 м ( см. здесь ), который работал нормально, но был довольно уродлив на стреле длиной 1 метр. Я хотел сделать что-то простое, надежное и не требующее балуна или каких-либо преобразователей импеданса, поэтому я решил построить четвертьволновую антенну для дома. Четвертьволновая антенна — это хорошая надежная антенна, а КСВ очень надежен и не подвержен влиянию дождя, снега и т. д.Его можно построить с очень предсказуемыми результатами, даже рядом с деревьями или зданиями, благодаря низкому входному импедансу.

Их легко собрать, особенно для диапазонов УВЧ, так как вы можете просто использовать крепление на шасси SO-239 или N-типа. Однако для VHF и ниже требуется более прочная конструкция. Самой сложной частью, конечно, является монтаж ведомого элемента, при этом он изолирован от основного крепления.

Я сделал калькулятор , который можно найти здесь , для расчета необходимой длины ведомого элемента и радиальных элементов.Окончательные размеры: 100,5 см для ведомого элемента и 112,5 см для радиальных (коэффициент скорости составил 0,943, а центральная частота составила 70,4 МГц). Радиальная длина измеряется от нижней части ведомого элемента, поэтому фактическая длина штока немного короче.

Строительство началось с плоского куска алюминиевого листа, который был отрезан немного больше, чем U-образный болт, который я собирался использовать, а затем согнут под прямым углом. Это было непросто, понадобились паяльная лампа, тиски и молоток! Затем были просверлены и установлены U-образный болт и крепление шасси SO-239.

Основная монтажная конструкция.

Проблема заключалась в том, как жестко закрепить излучающий элемент, будучи изолированным от основной конструкции. Для этой задачи я решил использовать разделочную доску (по мотивам модели George M1GEO ). Итак, взяв ту же ширину, что и алюминиевая пластина, кусок разделочной доски был размечен и обрезан по форме.

Изготовление изолирующей опоры для ведомого элемента.

Затем я вырезал два уголка из алюминия, чтобы прикрепить пластик к основанию.Они были смонтированы с помощью 5-миллиметровых заклепок, затем ведомый элемент был прикреплен к пластику и соединен с креплением шасси SO-239.

Навесной ведомый элемент.

5-миллиметровые заклепки, используемые для крепления изолятора ведомого элемента и соединителя точки питания.

Далее мне пришлось вырезать четыре радиала.

Четыре радиуса, изогнутые под углом 135°, готовые к установке.

Затем были просверлены и закреплены болтами радиальные антенны, после чего антенна была готова к испытаниям.

Готовая антенна, готовая к испытаниям.

Затем антенна была поднята над землей для первоначального тестирования.

Испытание антенны в саду.

КСВ

был хорошим прямо из калькулятора , от 1,2:1 до 1:1 на частоте около 69 МГц, поэтому около 0,5 см было вырезано из ведомого элемента и 1 см из всех радиальных. Это привело к идеальному резонансу на частоте 70,45 МГц и идеальному согласованию с коаксиальным кабелем 50 Ом. Обратный инжиниринг показал, что коэффициент скорости составляет 94,3% (0,943 в калькуляторе).

Идеальное сочетание и резонанс на MFJ-259C.

Затем антенна была загерметизирована силиконом там, где это необходимо, и поднята в воздух на постоянное место. КСВ оставался хорошим при тестировании в конечном положении.

Четвертьволновая плоскостная антенна 70 МГц в окончательном положении.

Хорошо снова вернуться на 4-метровый диапазон. Антенна работает хорошо, и ее было интересно построить. Он должен служить долгие годы!

Удачи, если вы решите построить его, и я надеюсь услышать вас на 70 МГц 🙂

Homebrew – M0UKD – Блог радиолюбителей

Homebrew – M0UKD – Блог радиолюбителей

На этой странице собраны проекты и электронные схемы, которые я построил.Некоторые из них связаны с радиолюбительством, другие нет.

Антенны
  • 70 МГц четвертьволновая заземляющая антенна – Создание простой 1/4-волновой заземляющей антенны для диапазона 4 м.
  • Портативная антенна Yagi Beam 144 МГц — компактная портативная 6-элементная антенна Yagi 144 МГц. для быстрой сборки в поле или в горах.
  • Антенны с магнитной рамкой — Эксперименты с магнитной петлей ОВЧ и большой ВЧ-петлей в саду за домом.
  • Carolina Windom — Детали конструкции многодиапазонной антенны «Carolina Windom», расположенной на расстоянии 20 м (66 футов) от центра.
  • 20-метровый лофт-диполь — грубый укороченный однодиапазонный вибратор, подходящий для среднего лофта. Моя первая КВ антенна!

Балуны, UnUns и согласование импеданса

Емкостные сенсорные клавиши CW

Усилители

Преобразователи

Прочее
  • Интерфейс буровой установки — изолированный интерфейс ПК/трансивера для режимов передачи данных.

Проекты, не связанные с радио
  • Инвертор 12В > 240В — Проект простого инвертора с использованием микрочипа PIC, нескольких МОП-транзисторов и старого трансформатора.
  • Зарядное устройство для щелочных батарей — источник постоянного тока с низким напряжением для экспериментов с перезарядкой неперезаряжаемых батарей.

M0UKD Информационная страница любительской радиостанции © 2007-2017.

Этот веб-сайт использует файлы cookie для улучшения вашего опыта.Мы предполагаем, что вы согласны с этим, но вы можете отказаться, если хотите. Принять Подробнее

Политика конфиденциальности и использования файлов cookie

Монопольная антенна

Несимметричная антенна представляет собой половину дипольной антенны, почти всегда устанавливаемую над какой-либо опорой. наземная плоскость. Корпус несимметричной антенны длиной L , установленной над бесконечным плоскость заземления показана на рис. 1(а).

Рис. 1. Монополь над ФЭП (а) и эквивалентный источник в свободном пространстве (б).

Используя теорию изображений, поля над плоскостью земли можно найти с помощью эквивалентного источник (антенна) в свободном пространстве, как показано на рисунке 1(b). Это просто дипольная антенна. в два раза большей длины. Поля над плоскостью земли на рис. 1(а) идентичны поля на рис. 1(б), которые известны и представлены в секция дипольной антенны. Несимметричные антенные поля ниже уровня земли на рисунке 1(а) равны нулю.

Диаграмма излучения несимметричных антенн над наземной плоскостью также известны из результата диполя.Единственное изменение, которое необходимо отметить, состоит в том, что импеданс несимметричной антенны составляет половину от полной дипольной антенны. Для четвертьволнового монополя ( L =0,25* ), сопротивление составляет половину полуволнового диполя, поэтому Zin = 36,5 + j21,25 Ом. Это можно понять поскольку требуется только половина напряжения, чтобы привести несимметричную антенну к тому же току, что и диполь (подумайте диполя, так как к его концам приложены +V/2 и -V/2, тогда как монопольной антенне нужно только подать +V/2 между несимметричная антенна и земля для подачи одного и того же тока).Поскольку Zin = V/I, импеданс несимметричной антенны уменьшается вдвое.

Направленность несимметричной антенны напрямую связана с антенной дипольная антенна. Если направленность диполя длиной 2L имеет направленность D1 [децибелы], тогда направленность несимметричной антенны длиной L будет иметь направленность D1+3 [децибел]. То есть направленность (в линейных единицах) несимметричной антенны в два раза превышает направленность дипольной антенны вдвое большей длины.Причина этого в том, что нет радиации. происходит ниже плоскости земли; следовательно, антенна фактически в два раза более «направленная».

Монопольные антенны в два раза меньше своих дипольных аналогов и, следовательно, привлекательны. когда нужна антенна меньшего размера. Антенны на старых сотовых телефонах обычно были несимметричные антенны с бесконечной плоскостью заземления, аппроксимируемой оболочкой (корпусом) телефона.

Влияние плоскости заземления конечного размера на монопольную антенну

На практике несимметричные антенны используются на наземных плоскостях конечных размеров.Это сказывается на свойствах несимметричные антенны, особенно диаграмма направленности. импеданс несимметричной антенны на него минимально влияет заземляющая пластина конечного размера для заземляющих пластин по крайней мере нескольких длин волн размером вокруг монополя. Однако на диаграмму направленности несимметричной антенны сильно влияет плоскостью заземления конечного размера. Результирующая диаграмма направленности излучает в «перекошенном» направлении, от горизонтальной плоскости. Пример диаграммы направленности для четвертьволнового диапазона несимметричная антенна (ориентированная в направлении +z) на плоскости земли диаметром в 3 длины волны показана на следующем рисунке:

Обратите внимание, что результирующая диаграмма направленности для этой несимметричной антенны по-прежнему является всенаправленной.Однако направление пикового излучения изменился с плоскости xy на угол, поднятый над этой плоскостью. В общем, чем больше плоскость земли, чем ниже это направление максимального излучения; когда заземляющий слой приближается к бесконечному размеру, излучение картина приближается к максимуму в плоскости x-y.


Антенны Тип

Вверху: монопольные антенны

Дом: Теория антенн

Эта страница о несимметричных антеннах защищена авторским правом. Никакая часть не может быть перепечатана или воспроизведена кроме как с разрешения автора.Авторское право антенна-теория.com, 2009-2011. Монопольные антенны.

Integrated Publishing — ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций

Integrated Publishing — ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций

Администрация — Навыки, процедуры, обязанности и т. д. военного персонала

Продвижение — Военный карьерный рост книги и т. д.

Аэрограф/метеорология — Метеорология основы, физика атмосферы, атмосферные явления и др.
Руководства по аэрографии и метеорологии военно-морского флота

Автомобилестроение/Механика — Руководства по техническому обслуживанию автомобилей, механика дизельных и бензиновых двигателей, руководства по автомобильным деталям, руководства по деталям дизельных двигателей, руководства по деталям бензиновых двигателей и т. д.
Автомобильные аксессуары | Перевозчик, персонал | Дизельные генераторы | Механика двигателя | Фильтры | Пожарные машины и оборудование | Топливные насосы и хранение | Газотурбинные генераторы | Генераторы | Обогреватели | HMMWV (Хаммер/Хамви) | и т. д…

Авиация — Принципы полетов, авиастроение, авиационная техника, авиационные силовые установки, справочники по авиационным частям, справочники по авиационным частям и т. д.
Руководства по авиации ВМФ | Авиационные аксессуары | Общее техническое обслуживание авиации | Руководства по эксплуатации вертолетов AH-Apache | Руководства по эксплуатации вертолетов серии CH | Руководства по эксплуатации вертолетов Chinook | и т.д…

Боевой — Служебная винтовка, пистолет меткая стрельба, боевые маневры, штатное вооружение поддержки и т.д.
Химико-биологические, маски и оборудование | Одежда и индивидуальное снаряжение | Боевая инженерная машина | и т.д…

Строительство — Техническое администрирование, планирование, оценка, планирование, планирование проекта, бетон, кирпичная кладка, тяжелый строительство и др.
Руководства по строительству военно-морского флота | Совокупность | Асфальт | Битумный корпус распределителя | Мосты | Ведро, Раскладушка | Бульдозеры | Компрессоры | Обработчик контейнеров | дробилка | Самосвалы | Землеройные машины | Экскаваторы | и т. д…

Дайвинг — Руководства по водолазным работам и спасению различного снаряжения.

Чертежник — Основы, приемы, составление проекций, эскизов и т. д.

Электроника — Руководства по обслуживанию электроники для базового ремонта и основ. Руководства по компьютерным компонентам, руководства по электронным компонентам, руководства по электрическим компонентам и т. д.
Кондиционер | Усилители | Антенны и мачты | Аудио | Батареи | Компьютерное оборудование | Электротехника (NEETS) (самая популярная) | техник по электронике | Электрооборудование | Электронное общее испытательное оборудование | Электронные счетчики | и т. д…

Машиностроение — Основы и методы черчения, составление проекций и эскизов, деревянное и легкокаркасное строительство и т. д.
Военно-морское машиностроение | Армейская программа исследований прибрежных бухт | и т.д…

Еда и кулинария — Руководства по рецептам и оборудованию для приготовления пищи.

Логистика — Логистические данные для миллионов различных деталей.

Математика — Арифметика, элементарная алгебра, предварительное исчисление, введение в вероятность и т. д.

Медицинские книги — Анатомия, физиология, пациент уход, средства первой помощи, фармация, токсикология и т. д.
Медицинские руководства военно-морского флота | Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний

Военные спецификации — Государственные спецификации MIL и другие сопутствующие материалы

Музыка — Мажор и минор масштабные действия, диатонические и недиатонические мелодии, паттерны такта, и т. д.

Основы ядерной энергетики — Теории ядерной энергии, химия, физика и т.
Справочники Министерства энергетики США

Фотография и журналистика — Теория света, оптические принципы, светочувствительные материалы, фотофильтры, копирование редактирование, написание публикаций и т. д.
Руководства по фотографии и журналистике военно-морского флота | Руководство по армейской фотографии, печати и журналистике

Религия — Основные религии мира, функции поддержки богослужений, свадьбы в часовне и т. д.

Значение 1/4 длины волны по отношению к антеннам

Добро пожаловать в Ham SE, @Newbie, и спасибо за ваш вопрос.

Если вы разорвете отрезок провода, чтобы создать две клеммы, и приложите переменное напряжение к клеммам, вы возбудите в проводе переменный ток. Провода некоторых длин будут потреблять больше энергии от генератора, чем провода других длин.

Антенна, указанная в вашем справочнике, имеет две клеммы, но, поскольку Земля обладает некоторой электропроводностью, одна из двух клемм на самом деле является Землей под «излучающим элементом $\lambda$\4»:

Способность «антенны» — в данном случае комбинации излучающего элемента и земли под ним — принимать питание от генератора зависит от того, насколько антенна сопротивляется потоку тока.Говоря о напряжениях переменного тока, мы называем это импедансом, который обозначается буквой Z и измеряется в омах точно так же, как сопротивление для постоянного тока. При заданном напряжении генератора больший ток протекает через антенну, когда импеданс ниже. Когда на антенну течет больший ток, излучаются более сильные электромагнитные волны.

Полное сопротивление на клеммах — «точке питания» — зависит от частоты. Если мы сделаем антенну высотой 5 метров, импеданс, видимый генератором, будет следовать зеленой кривой на графике ниже, когда мы изменим частоту генератора:

Обратите внимание, что антенна имеет наименьшее сопротивление потоку тока — самый низкий импеданс — около 14.6} = 20,9-метров$

$

Итак, наша антенна высотой 5 м составляет примерно 1/4 длины волны в свободном пространстве 20,9-метрового сигнала, подаваемого на клеммы антенны.

Причины, по которым антенна не , а именно $\lambda/4$, выходят за рамки вашего вопроса. Антенны, подобные этой «четвертьволновой вертикали», действительно популярны, но часто по сложному набору причин — стоимости, доступному пространству, имеющимся материалам, малозаметности и т. д., а не только из-за их «производительности».

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 как на прием, так и 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 было, чтобы приемные антенны одинаково принимали все углы поляризации.Поскольку 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.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.