Диаграмма направленности рамочной антенны: особенности и характеристики — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Какие факторы влияют на диаграмму направленности рамочной антенны. Как размер и форма рамки определяют ее направленные свойства. Чем отличаются диаграммы малых и больших рамочных антенн.

Содержание

Основные характеристики рамочных антенн

Рамочные антенны представляют собой один или несколько витков провода, обычно расположенных в вертикальной плоскости. Они широко применяются в различных диапазонах частот — от длинных волн до УКВ. Основные характеристики рамочных антенн:

Диаграмма направленности имеет форму «восьмерки» с максимумами излучения в плоскости рамки
Размер рамки по отношению к длине волны определяет вид диаграммы направленности
Малые рамки (менее 0.1λ) имеют минимумы излучения перпендикулярно плоскости рамки
Большие рамки (более 0.5λ) могут иметь более сложную многолепестковую диаграмму
Форма рамки (круг, квадрат, треугольник) влияет на характеристики направленности

Диаграмма направленности малой рамочной антенны

Для рамочных антенн с размерами значительно меньше длины волны (менее 0.1λ) диаграмма направленности имеет характерную форму «восьмерки» в горизонтальной плоскости:

Максимумы излучения направлены вдоль плоскости рамки
Минимумы (нули) излучения — перпендикулярно плоскости рамки
Ширина главного лепестка по уровню половинной мощности около 90°
Коэффициент направленного действия около 1.5 (1.76 дБ)

Такая диаграмма направленности позволяет использовать малые рамки для пеленгации источников радиоизлучения.

Особенности диаграммы направленности больших рамочных антенн

При увеличении размеров рамки относительно длины волны диаграмма направленности усложняется:

Появляются дополнительные лепестки и провалы
Главный лепесток сужается
Уровень боковых лепестков растет
Направление максимума излучения может отклоняться от плоскости рамки

Для рамок с периметром около λ максимум излучения направлен перпендикулярно плоскости рамки. При дальнейшем увеличении размеров появляются многолепестковые диаграммы.

Влияние формы рамки на диаграмму направленности

Форма рамочной антенны также оказывает влияние на ее направленные свойства:

Круглая рамка имеет наиболее симметричную диаграмму
Квадратная рамка дает более выраженные боковые лепестки
Треугольная рамка имеет асимметричную диаграмму с разными уровнями лепестков

При этом общий характер диаграммы сохраняется для рамок одинакового периметра. Выбор оптимальной формы зависит от конкретного применения антенны.

Диаграмма направленности рамки в вертикальной плоскости

В вертикальной плоскости диаграмма направленности рамочной антенны зависит от ее ориентации:

Для вертикальной рамки максимумы излучения направлены вдоль горизонта
Горизонтальная рамка имеет максимум излучения в зенит
Наклонная рамка позволяет получить максимум под нужным углом места

Это позволяет оптимизировать рамочную антенну для работы на разных расстояниях и трассах распространения радиоволн.

Многовитковые рамочные антенны

Увеличение числа витков рамочной антенны приводит к следующим эффектам:

Сужению главного лепестка диаграммы направленности
Повышению коэффициента усиления антенны
Уменьшению уровня боковых лепестков
Усложнению согласования антенны с фидером

Многовитковые рамки позволяют улучшить направленные свойства, но усложняют конструкцию антенны. Оптимальное число витков выбирается исходя из требований к характеристикам.

Методы улучшения диаграммы направленности рамочных антенн

Для оптимизации направленных свойств рамочных антенн применяются следующие методы:

Использование экранов и рефлекторов для подавления обратного излучения
Применение ферритовых сердечников для повышения чувствительности

Создание многоэлементных систем из нескольких рамок
Электрическое управление диаграммой с помощью фазированных решеток

Эти методы позволяют существенно улучшить направленность и усиление рамочных антенн для конкретных применений.

Моделирование диаграммы направленности рамочных антенн

Для точного расчета диаграммы направленности сложных рамочных антенн применяются методы численного электродинамического моделирования:

Метод моментов
Метод конечных элементов
Метод конечных разностей во временной области

Современные программные пакеты позволяют учесть влияние окружающих объектов, земли и других факторов на диаграмму направленности рамочной антенны.

Применение рамочных антенн с различными диаграммами направленности

Рамочные антенны с разными диаграммами направленности находят применение в различных областях:

Малые рамки с «восьмеркой» — в радиопеленгации
Рамки с круговой диаграммой — для приема сигналов со всех направлений

Многолепестковые диаграммы — в многодиапазонных КВ антеннах
Остронаправленные рамки — для дальней радиосвязи

Правильный выбор размера и формы рамки позволяет получить оптимальную диаграмму направленности для конкретной задачи.

Russian HamRadio — Рамочные антенны

Существует несколько вариантов рамочных антенн, отличающихся друг от друга геометрической формой активного элемента, который может быть выполнен в виде круга или многоугольника, например, четырех или треугольника. В любом случае периметр рамки должен быть равен примерно длине волны. Наиболее удачной формой является квадрат, так как он представляет собой синфазную решетку из двух полуволновых укороченных вибраторов.

Рис.1.

На рис.1а показан полуволновой вибратор, а на рис.1б — полуволновой укороченный вибратор, вертикальные стороны которого не излучают, а значит, и усиление укороченного вибратора будет меньше.

Но квадрат можно рассматривать как синфазную решетку из двух укороченных полуволновых вибраторов, поэтому общее усиление рамочной антенны в виде квадрата будет больше, чем у одиночного полуволнового вибратора. Для настройки в резонанс общий периметр излучающей рамки должен быть на 1,5% больше l (т. е. равна 1,015l ).

Рис.2.

Направленные свойства антенны, кроме диаграммы направленности, выражаются количественной мерой — коэффициентом направленного действия (КНД) G. Этот важный параметр показывает, во сколько раз должна быть увеличена мощность, излучаемая антенной в главном направлении, если ее заменить ненаправленной антенной, излучающей одинаково во всех направлениях. Обычно КНД выражают в децибелах.

Так, например, полуволновой вибратор имеет КНД по мощности G = 1,64 (что составляет 2,15 дБ). На практике чаще пользуются КНД, отнесенным к полуволновому вибратору. Легко видеть, что разница составляет 2,15 дБ. Так, например, если КНД антенны, отнесенной к идеальному излучателю, равен 10 дБ, то КНД, отнесенный к полуволновому вибратору, составит

10 — 2,15 = 7,85 (дБ).

Иногда используют другой параметр, подобный КНД. Его называют «усилением» антенны. Он равен произведению КНД на КПД антенны. КПД учитывает все потери в антенне. Одиночный полуволновой вибратор имеет G=2,15 дБ, вибратор в виде квадрата — 3,1 дБ.

Рис.3.

Мнение о том, что рамочные антенны менее подвержены индустриальным низкочастотным помехам, необоснованно. Разрезной полуволновой вибратор, имеющий симметрирующее устройство в виде короткозамкнутого четвертьволнового шлейфа, в такой же степени защищен от низкочастотных индустриальных помех, как и рамочный излучатель.

Рассмотрим влияние конфигурации рамки (рис.2) на параметры антенны. Изменение конфигурации рамки при одной и той же длине проводника приводит к ухудшению КНД, изменению входного сопротивления и поляризации излучающего элемента.

Рис.4.

Превращая квадрат в петлевой вибратор (рис.2а), мы уходим от синфазной укороченной решетки. Это приводит к падению усиления и росту сопротивления. Вытягивая квадрат в высоту, приходим к неизлучающей двухпроводной линии (рис.2с).

В «дельте» (или треугольнике) в трех острых углах токи текут встречно, образуя неизлучающие участки, т.е. уменьшается апертура, и, соответственно, падает усиление. При низком размещении антенны над землей, наибольшее влияние земля оказывает на треугольник, запитанный в середину нижней стороны.

Рис.5.

Теория и практика показывают, что вибратор с горизонтальной поляризацией, расположенный близко от проводящей поверхности, образует со своим зеркальным отображением плохо излучающую систему (условно можно считать, что процессы в такой системе похожи на процессы в двухпроводной линии).

На рис.3 показано изменение входного сопротивления антенны типа «треугольник» при разной высоте подвеса над землей.

На НЧ-диапазонах наиболее удачным вариантом конфигурации и размещения рамки относительно земли является «квадрат», установленный на одном из углов и запитанный сверху (рис.4). По высокой частоте нижний угол является точкой нулевого потенциала, и его смело можно (и нужно) заземлить.

Для улучшения формы диаграммы направленности и усиления, оптимальная высота подвеса должна составлять 0,5l от геометрического центра фигуры (рис. 4а), но т.к. квадрат является синфазной решеткой, можно поставить нижний угол прямо на землю, немного потеряв при этом в усилении (рис.4б).

Рис.6.

Еще один положительный фактор заключается в том, что на квадрат, установленный на одном из углов и запитанный сверху, мачта практически не оказывает никакого влияния.

Квадрат запитывается в верхней точке при помощи короткозамкнутого четвертьволнового шлейфа, который несет в себе сразу две функции, являясь трансформатором сопротивлений и симметрирующим устройством.

Шлейф представляет собой двухпроводную линию длиной 0,25l , закороченную с нижнего конца.

Он может быть выполнен из антенного канатика (рис.5), являясь продолжением полотна рамки, или из биметалла. Расстояние между проводниками шлейфа — 50…150 мм (не критично).

При помощи ВЧ-моста или КСВ-метра в верхней части шлейфа находится точка подключения кабеля питания. На НЧ-диапазонах в одиночных квадратах стороны рамки могут выполнять роль части оттяжек, поддерживающих мачту.

Если позволяет место, оттяжки можно удлинить до 0,5l и использовать как дополнительные антенны для создания синфазной решетки с большим коэффициентом усиления (рис.6).

Рис.7.

Для этого параллельно нижним полотнам квадрата установлены дополнительные проводники, образующие двухпроводные линии.

В точках 2 и 4 эти проводники крепятся к изоляторам и переходят в полуволновые вибраторы-оттяжки (отрезки 1-2 и 4-5). Двухпроводные линии в точке 6 закорочены и заземлены на мачту.

Рис.8.

В результате мы получили два короткозамкнутых четвертьволновых шлейфа, которые являются фазосдвигающими цепями, запитывающими два дополнительных вибратора. В точках 7 и 8 требуется установить короткозамыкатели для регулировки длины шлейфов.

Схема эквивалентна запитке обычной коллинеарной антенны (рис.7).

На базе такой антенны возможно изготовление двухэлементной антенны с активным питанием элементов, в которой можно изменять или переключать диаграмму направленности. Антенны располагаются параллельно друг другу на расстоянии 0,15 ± 0,25l .

Схема питания двухэлементной антенны с переключением диаграммы направленности показана на рис.8.

Длина линии задержки зависит от расстояния между антеннами.

Если расстояние между антеннами составляет 0,25l , то длина линии задержки равна 90l . Длина кабеля линии задержки равна 0,25l — k (где k — коэффициент укорочения кабеля).

Отрезки кабеля, соединяющие обе антенны, могут быть любой длины, главное, чтобы они были равны между собой. Кабель, соединяющий антенны, и кабель линии задержки имеют волновое сопротивление 75 Ом.

Рис.9.

При соединении двух антенн сопротивление в точке подключения реле составит 37,5 Ом, поэтому после реле необходимо установить четвертьволновый отрезок кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом, тем самым

, трансформируя 37,5 Ом в 75 Ом. 75-омный кабель, который проложен к передатчику, может иметь произвольную длину.

Поворотные антенны типа двойной квадрат также целесообразно располагать как квадрат, установленный на одном из углов и запитанный сверху (рис. 9).

Такая конструкция более ветроустойчива, в точку питания не затекает вода, настроечные шлейфы находятся в нижней части рамок, что создает дополнительные удобства при их настройке. Четвертьволновое симметрирующее устройство, выполненное из РК-кабеля, крепится к верхней вертикальной стойке.

Рис.10.

Рассмотрим конструкцию узла крепления симметрирующего устройства и полотна рамки (рис.10).

1. Кабель РК.

2. Несущая вертикальная стойка.

3. Антенный канатик или провод (полотно рамки).

4. Диэлектрическая крышка.

5. Изолятор (пластина из стеклотекстолита).

6. Медные или латунные пластинки для распайки РК — кабеля и полотна.

Крышка по одному из размеров больше изолятора (для создания вентиляционных щелей).

Симметрирующий мостик крепится к вертикальной стойке в нескольких местах изоляторами, показанными на рис.11.

Рис.11.

Окончательную настройку антенны необходимо производить на высоте ее постоянной эксплуатации или не ниже 0,5l , от земли. Для такой настройки необходимо изготовить несложные приспособления, позволяющие изменять периметр рамок дистанционно.

На рис.12 показан один из вариантов изготовления узла, позволяющего дистанционно изменять длину настроечного шлейфа каждой из рамок. Этот узел состоит из стеклотекстолитовой пластины (2), которая крепится к нижней трубе (1).

Рис.12.

На этой пластине крепится латунная или медная пластина (3) с роликом (4) и прижимным механизмом, (рычаг и пружина) который фиксирует ролик и не позволяет ему произвольно проворачиваться, обеспечивая дополнительный контакт шлейфа с полотном ролика.

Шлейф (5) выполнен из медного канатика. Длина шлейфа регулируется при помощи капроновых шнурков (6). Ролик (7) и корпус (8) изготовлены из пластмассы.

При настройке элементов, антенну временно фиксируют двумя дополнительными оттяжками, чтобы конструкция не раскачивалась во время настройки.

Вначале производят настройку активного элемента в резонанс, контролируя этот процесс ВЧ-мостом или при помощи КСВ-метра. Затем настраивают рефлектор по максимальному подавлению заднего лепестка диаграммы направленности антенны.

Настройка осуществляется с помощью измерительного зонда, расположенного на расстоянии не менее 2l от антенны. После настройки рефлектора необходимо еще раз подстроить активный элемент. Эти операции повторяются несколько раз.

После окончательной настройки, антенна опускается вниз, и измеряется длина настроенных шлейфов на каждой из рамок.

После этого с узла снимается ролик (4) прижим, пружина и пластмассовый блок. Гибкий шлейф меняют на жесткий, выполненный из биметалла, фиксируя его на пластине (2).

Рис.13.

Симметрирующий короткозамкнутый шлейф (рис.13) изготавливается из того же кабеля, которым запитывается антенна. Его длина — 0,25…0,96l

, в нижней части шлейфа оплетки спаяны перемычкой.

По длине шлейфа установлены несколько изоляторов, выполненных из фторопласта или любой другой пластмассы (рис.11).

К точкам А подпаивается полотно рамки активного элемента (рис. 10). В правом четвертьволновом отрезке шлейфа центральная жила кабеля не используется. Расстояние между проводниками шлейфа не критично, выбирается чисто из конструктивных соображений от 50 до 150 мм.

Короткозамкнутый четвертьволновый шлейф, являясь симметрирующим устройством, дополнительно несет несколько функций — улучшает КСВ по краям диапазона и является дополнительным фильтром верхних частот (ФВЧ), снижая уровень низкочастотных индустриальных помех.

Рис.14.

К наиболее неудачным конструкциям рамочных антенн следует отнести антенны типа G4ZU или им подобные, где рамки расположены не параллельно друг другу.

Степень подавления заднего лепестка в диаграмме направленности такого типа антенн напрямую связана с углом прихода радиоволн.

На трассах разной протяженности, с изменением угла прихода, подавление заднего лепестка может колебаться от нуля до максимум 12 дБ, коэффициент усиления таких антенн всегда ниже, чем у классических антенн, имеющих такое же количество элементов. Это связано с наличием больших боковых лепестков.

На рис.14 приведена диаграмма направленности антенны типа G4ZU, полученная в результате измерений на профессиональном стендовом оборудовании.

Пунктирной линией отображена диаграмма направленности антенны без симметрирующего устройства.

В. Приходько (EW8AU)

Материал подготовил А. Кищин (UA9XJK).

Исследование основных параметров магнитной рамочной aнteнны

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

1. Цель работы

Ознакомиться с основными теоретическими сведениями о рамочных антеннах. Экспериментально исследовать и оценить основные параметры рамочной антенны.

2. Краткие теоретические сведения

Рамочная антенна представляет собой один или несколько последовательно соединенных витков провода, расположенных обычно в вертикальной плоскости. Диапазон использования рамочных антенн достаточно широк от ДВ до УКВ. В диапазонах ДВ и СВ такая антенна применяется при решении задач радиопеленгования, в диапазонах КВ, УКВ – для осуществления радиосвязи.

Из-за небольших размеров рамки по сравнению с длиной волны в ДВ и СВ диапазонах ток распределяется вдоль провода рамки с неизменной амплитудой. Вертикальные размеры рамки могут быть от десятка сантиметров до нескольких десятков метров. Применяют рамочные антенны в основном для приема радиосигналов.

Рассмотрим плоскую вертикальную антенну, состоящую из одного или нескольких близко расположенных витков произвольной формы малых размеров по сравнению с длиной волны . Определим ЭДС, наводимую в ней при падении на нее вертикально поляризованной волны, приходящей с горизонтального направления.

Плоскость рамки совпадает с плоскостью ХОУ, а плоскость, в которой рамочная антенна проявляет направленные свойства (азимутальная плоскость) совпадает с плоскостью ZOY (рисунок 1).

Направление прихода волны образует угол относительно плоскости рамки.

Вектор Н составляет угол относительно оси рамки OZ и лежит в горизонтальной плоскости (параллельной УОZ).

Комплексная амплитуда ЭДС, наводимой в каждом витке, определяется скоростью изменения магнитного потока , пронизывающего рамку:

(1)

ЭДС в рамке будет наводиться за счет составляющей вектора напряженности магнитного поля Н, перпендикулярного плоскости рамки:

, (2)

Тогда , (3)

где — абсолютная магнитная проницаемость среды, в которой расположена рамочная антенна; S – площадь, охватываемая витком рамки.

Напряженность магнитного поля изменяется по гармоническому закону во времени и ее комплексное значение задано выражением:

, (4)

где — амплитуда напряженности магнитного поля; — угловая частота передатчика; — начальная фаза напряженности магнитного поля в точке наблюдения.

Подставим (4) в (3) и далее в (1). В результате подстановки получим:

(5)

Для воздушной среды абсолютная магнитная проницаемость приравнена к абсолютной магнитной проницаемости вакуума и составляет , угловая частота и комплексная амплитуда напряженности магнитного поля определены как ;.

С учетом сделанных замечаний получим следующую комплексную амплитуду ЭДС, наведенной на рамочной антенне:

. (6)

Учтем, что скорость света составляет . Тогда

. (7)

Если рамочная антенна состоит из нескольких последовательно соединенных витков числом N, то комплексная амплитуда ЭДС определяется как

. (8)

Амплитуда ЭДС есть модуль полученного выражения. Тогда

. (9)

Если волна приходит с направления, совпадающего с плоскостью рамки или , то

(10)

Действующая высота (длина) рамки есть коэффициент пропорциональности между амплитудой наведенной на рамочной антенне ЭДС и амплитудой напряженности электрического поля в точке приема. Тогда она определена выражением

(11)

Нормированная ДН рамочной антенны имеет вид правильной восьмерки с максимумами в плоскости рамки и минимумами в направлениях, перпендикулярных плоскости рамки, в полярной системе координат.

Нормированная диаграмма приемной рамочной антенны в азимутальной плоскости приведена на рисунке 2.

Рис.2. Нормированная диаграмма направленности рамочной антенны

в азимутальной плоскости

Из выражения (5) следует, что амплитуда ЭДС рамки пропорциональна абсолютной магнитной проницаемости среды.

Если намотать рамку на магнитодиэлектрический сердечник (рисунок 3) с абсолютной магнитной проницаемостью большей, чем у воздуха, то амплитуда ЭДС на рамочной антенне возрастет.

Рис. 3

амки, намотанные на сердечники, иногда называют магнитными антеннами. В качестве материала для стержневых сердечников используют магнитодиэлектрики: альсифер (сплав алюминия, кремния и железа), ферриты, карбонильное железо и др. У стержневых сердечников из-за размагничивающего действия полюсов происходит уменьшение абсолютной магнитной проницаемости и тем больше, чем короче стержень по сравнению с поперечными размерами. Поэтому амплитуда ЭДС рамки с сердечником определяется как:

. (12)

где — эффективная относительная магнитная проницаемость сердечника, определяемая из графиков , приведенных в справочной литературе.

Реактивная составляющая входного сопротивления рамки имеет индуктивный характер и для настройки рамки в резонанс включается конденсатор, переменной емкости. При этом действующая длина настроенной рамки возрастает в Q раз, где Q — добротность контура рамки, достигающая значения 200-300.

Теория антенн с большой рамкой – Практические антенны

Теория антенн с большой рамкой

В то время как петли с длиной волны 1 излучают поперек плоскости антенн, большие размеры, как правило, больше излучают по краям и могут иметь нулевую ширину поперек. С более крупными петлями (с точки зрения длины волны) шаблоны могут иметь несколько лепестков и нули. Чаще всего мы сталкиваемся с этим, когда используем одну рамочную антенну на нескольких диапазонах.

Обратите внимание, что хотя петли, которые я использую для иллюстраций, будут правильными многоугольниками, на практике петли могут быть самых разных форм и размеров. Диаграмма направленности и импеданс точки питания будут изменяться в процессе, но в большинстве случаев петля по-прежнему будет работать подобно многоугольнику с той же окружностью (при условии, что площадь, ограниченная петлей, не слишком мала). Так что не рассматривайте эти примеры как единственные варианты. Однако существует ограничение на количество различных примеров, которые я могу включить в одну статью, и они должны помочь вам получить общее представление о влиянии формы и окружности.

Давайте начнем с простой квадратной петли в свободном пространстве, питаемой посередине одной стороны, и посмотрим, как меняются диаграмма направленности и другие характеристики при изменении частоты (или изменении длины в длинах волн, что одно и то же).

Квадратные петли в свободном пространстве

Полуволновая петля

Начнем с малого: петля около 1/2 длины волны по периметру (обычно ближе к 0,52 длины волны при резонансе). Если мы проанализируем распределение тока , будет только один максимум тока в точке, противоположной точке питания, и точка питания находится в точке с высоким импедансом.

Распределение тока контура 1/2 длины волны. Точка питания имеет очень высокий импеданс: эта форма чаще реализуется путем открытия стороны, противоположной точке питания, что делает ее изогнутым диполем. Это дает ту же диаграмму направленности, но более разумный импеданс.

Поскольку максимум тока только один, результирующая диаграмма больше похожа на диполь, но излучение от загнутых концов делает диаграмму более всенаправленной: разница в усилении составляет не более примерно 4 дБ для любых двух направлений. Однако импеданс точки питания очень высок — десятки тысяч Ом согласно моделирующему программному обеспечению, что затрудняет согласование. Если петля размыкается в точке, противоположной точке питания, она становится изогнутым диполем, а не петлей, и импеданс точки питания становится намного более управляемым (около 10–15 Ом). Эта форма лежит в основе антенн «гало» для УКВ и антенны «паутинка» для КВ.

В то время как в моей Книге по антеннам ARRL 1956 года обсуждается полуволновая петля, я не могу придумать ни одной практической антенны, которая фактически использовала бы ее как петлю, а не изогнутый диполь.

Полноволновая петля

Это, вероятно, самый распространенный размер контура, и у него есть собственная теоретическая страница , в которой гораздо более подробно рассматриваются различные формы и импедансы в точках питания.

Распределение тока по одноволновой петле.

Для целей этого обсуждения обратите внимание, что он имеет два максимума тока, с токами в фазе для максимального излучения поперек плоскости контура. У него управляемый импеданс в точке питания (около 120 Ом), а коэффициент усиления немного выше, чем у диполя.

2-х волновая петля

Петля с двумя длинами волн значительно меняет диаграмму направленности. Посмотрим на текущую раздачу:

Распределение тока в петле с двумя длинами волн .

При взгляде сбоку на плоскость петли (вид страницы читателем) каждая текущая стрелка имеет другую подобную стрелку, но в противоположном направлении. Это означает нулевой борт к антенне. Теперь рассмотрим излучение справа от рисунка: верхняя и нижняя стрелки не дают вклада (поскольку они находятся под прямым углом), а правая и левая стрелки не совпадают по фазе. Но стороны разнесены на 1/2 длины волны, и к тому времени, когда излучение с левой стороны достигает правой стороны, ток в антенне сдвинул фазу на 180 градусов , поэтому излучение с двух сторон находится в фазе от сторон петли.

С другой стороны, если смотреть на антенну из правого верхнего угла, токи в нижнем и левом проводах компенсируют друг друга, как и токи в верхнем и правом проводах. (Токи в каждой паре равноудалены от наблюдателя, поэтому нам не нужно делать поправку на время прохождения. ) В результате у нас есть нули за углами, а рисунок в плоскости петли выглядит следующим образом:0005 Диаграмма направленности в плоскости двухволновой петли в свободном пространстве. Фактически, эта диаграмма построена с точкой питания на левой стороне антенны, поэтому самый сильный лепесток находится справа.

Учитывая, что петля имеет нулевую боковую сторону и полезные лепестки по краям, наиболее эффективным способом использования ее в качестве антенны является установка ее горизонтально над землей. Петли в вертикальной плоскости, как правило, теряют больше излучения при больших углах, когда они имеют две длины волны или больше, что ограничивает их применение в качестве многодиапазонных антенн.

Импеданс в точке питания контура с двумя длинами волн составляет около 260 Ом на резонансной частоте (что немного ниже, чем удвоенная основная частота). Опять же, это относительно удобно для сопоставления.

По мере увеличения длины контура (или частоты) мы склонны видеть больше лепестков и нулей в образце. Точные местоположения зависят от формы петли и местоположения точки питания, поскольку они зависят как от местоположения текущих максимумов, так и от расстояния между ними.

При использовании в качестве многодиапазонной антенны горизонтальная петля будет иметь максимальное излучение прямо вверх (в зависимости от высоты) на основной частоте, где она равна 1 длине волны, что делает ее полезной для трасс NVIS и постепенно уменьшая углы излучения на более высоких диапазонах. где это полезно для DX. В результате горизонтальные петли на 40 м, 80 м или 160 м являются популярными антеннами для многодиапазонной работы, несмотря на наличие различных лепестков и нулей в диаграмме направленности.

Нерезонансные длины также будут работать: диаграмма направленности может быть не такой симметричной, а импеданс точки питания может быть не так просто согласовать (и может составлять тысячи ом, если петля является нечетным кратным 1/2 длины волны). но антенна все еще может быть весьма полезной. Например, я установил петлю под карнизом дома, где длина фиксировалась размером здания. При балансном питании к тюнеру он работал на всех КВ диапазонах, даже если схемы не совсем соответствовали приведенным здесь.

Теперь, когда мы понимаем, почему большие петли лучше всего устанавливать горизонтально, давайте добавим под них землю и посмотрим на некоторые типичные схемы.

Горизонтальные рамочные антенны над землей

Следующие графики относятся к горизонтальным петлям, резонирующим на частоте 3,55 МГц, установленным на высоте 10 м (33 фута) над землей. Узоры даны для квадратных и треугольных петель, подведенных в угол или посередине одной стороны. Цель здесь состоит в том, чтобы посмотреть на общие тенденции и различия, а не на точные закономерности. В каждом случае азимутальный график ориентируется так, чтобы точка питания антенны находилась внизу. Азимутальные диаграммы снимаются под углом максимального излучения или под углом 45 градусов, в зависимости от того, что меньше. На практике углы места будут варьироваться в зависимости от высоты петли.

Шаблоны 80 м (полная петля волны)

Существует небольшая практическая разница между азимутальными диаграммами направленности, когда петля представляет собой одну длину волны.

Вариаций так мало, что я даже не отметил, какой сюжет какой. Максимальное излучение во всех случаях направлено вверх, хотя эти графики находятся под углом 45 градусов. Это хорошо работает для ссылок NVIS. Максимальное излучение находится в направлении точки питания, но недостаточно, чтобы заметить: оно почти всенаправлено при больших углах излучения.

Шаблоны 40 м (2 длины волны)

Как мы видели ранее, вертикальная диаграмма направленности квадратной петли, подаваемой в середине одной стороны, имеет нулевое значение служебной информации, что делает ее менее полезной для локального использования NVIS. (Петля Bow-Tie Loop была разработана, чтобы обойти это ограничение.) Давайте начнем с рассмотрения вертикальных диаграмм направленности каждой из наших 4 петель:

Квадратная петля с подачей в один угол на 40 м
Квадратная петля с подачей с одной стороны на 40 м

Квадратная петля, подаваемая в один угол (слева) или с одной стороны (справа), имеет нулевую верхнюю часть и максимальное излучение в направлении, противоположном положению точки подачи. Радиация максимальна при температуре чуть выше 45 градусов.

Треугольная петля с подачей в один угол на 40 м
Треугольная петля с подачей в одну сторону на 40 м

У треугольных циклов не так много служебных нулей. Максимальное излучение направлено против точки подачи при подаче в один угол (слева), но немного в направлении точки подачи при подаче в середине одной стороны (справа).

Квадратная петля с подачей в один угол на 40 м
Квадратная петля с подачей с одной стороны на 40 м

Азимутальная диаграмма на 40 м показывает более лепестковую структуру при подаче сбоку (справа), чем в углу (слева), но в целом различия невелики.

Треугольная петля с односторонним подачей на 40 м
Треугольная петля с односторонним подачей на 40 м

Треугольные петли более двунаправлены на 40 м, хотя различия все же невелики. Опять же, максимальное излучение реверсируется между ними (всегда с плоской стороны петли). Максимальное усиление треугольных контуров до 1 дБ больше, чем у прямоугольных контуров, из-за более двунаправленной диаграммы направленности.

Диагональ 30 м (около 3 длин волн)

30-метровые паттерны показывают гораздо больше вариаций. Они построены для частоты 10,1 МГц, хотя петли, как правило, имеют резонанс около 10,7 МГц. Поскольку различия между ними больше, я сгруппирую графики для каждой антенны вместе. Хотя я покажу графики как по азимуту, так и по высоте, фактические закономерности для этих и более высоких частот более сложны, и два графика сами по себе не покажут всех деталей.

Квадратная петля в одном углу на 30 м
Квадратная петля с подачей в один угол на 30 м

Квадрат, поданный в одном углу, имеет ярко выраженный двунаправленный рисунок. Как правило, максимальное излучение находится напротив точки питания.

Квадратная петля с односторонней подачей на 30 м
Квадратная петля с односторонней подачей на 30 м

На 30-метровом квадрате, расположенном в середине одной стороны, показана 5-лепестковая структура, которая обычно является всенаправленной. Усиление не превышает усиления диполя в любом направлении, но нули не такие глубокие.

Треугольная петля с подачей в один угол на 30 м
Треугольная петля с подачей в один угол на 30 м

На 30 м треугольник с закруглением в одном углу напоминает квадрат с закруглением в одном направлении, как правило, с разнонаправленным рисунком.

Треугольная петля с односторонней подачей на 30 м
Треугольная петля с односторонней подачей на 30 м

На 30 м треугольник, питаемый с одной стороны, имеет максимальное излучение напротив точки питания, но он находится под большим углом, чем другие петли. Боковые «крылья» в паттерне имеют меньший максимум, но и вершину под меньшим углом.

Шаблоны 20 м (4 длины волны)

Квадратная петля с подачей в угол на 20 м
Квадратная петля с подачей в угол на 20 м

На 20 м квадратная петля, подаваемая в один угол, имеет очень чистый 4-лепестковый рисунок, по крайней мере, в модели, где можно точно контролировать геометрию. Острые лепестки и нули могут не выдержать незначительных изменений в размерах, когда они натянуты между деревьями.

Квадратная петля с боковой подачей на 20 м
Квадратная петля с боковой подачей на 20 м

Квадратная петля, подаваемая с одной стороны, имеет совершенно другой рисунок. Однако в обоих случаях излучение максимально от углов контура, а не относительно точки питания.

Треугольная петля с подачей в угол на 20 м
Треугольная петля с подачей в угол на 20 м

Треугольная петля, подаваемая в один угол, имеет более двунаправленный рисунок.

Треугольная петля с боковой подачей на 20 м
Треугольная петля с боковой подачей на 20 м

Треугольная подача с одной стороны в данном случае очень похожа на угловую подачу.

Шаблоны 15 м (6 длин волн)

На 15 м антенна находится более чем на 1/2 длины волны над землей, и мы начинаем видеть небольшие вертикальные лепестки в дополнение к ожидаемому увеличению числа азимутальных лепестков.

Квадратная петля с подачей в угол на 15 м
Квадратная петля с подачей в угол на 15 м

На 15-метровой диаграмме видны 4 очень узких основных лепестка со значительным усилением по сравнению с диполем (около 5 дБ). Ширина луча этих лепестков составляет всего около 20 градусов, что требует тщательного прицеливания, чтобы использовать их для определенного пути. Опять же, этот шаблон показывает тщательные размеры, установленные в программном обеспечении для моделирования, которые вызывают устранение и усиление лепестков из-за расстояния: менее точные размеры, более типичные для реальной конструкции, могут дать другой результат.

Квадратная петля с боковой подачей на 15 м
Квадратная петля с боковой подачей на 15 м

Квадратная петля с одной стороны показывает, что происходит, когда излучение от различных проводов не точно совпадает. Основные лепестки примерно на 3 дБ лучше, чем у диполя, а большое количество лепестков и более мелкие нули делают диаграмму направленности более всенаправленной.

Треугольная петля с угловой подачей на 15 м
Треугольная петля с угловой подачей на 15 м

На 15 м треугольник, подаваемый в одном углу, имеет ровно 2 длины волны на ветвь и создает чистую 6-лепестковую диаграмму с усилением в каждом лепестке немного лучше, чем у диполя.

Треугольная петля с боковой подачей на 15 м
Треугольная петля с боковой подачей на 15 м

Треугольник с одной стороной имеет аналогичный рисунок, но не такой симметричный.

Шаблоны 10 м (8 длин волн)

На 10 м паттерны распадаются на множество лепестков, каждый из которых уже. Это может обеспечить связь во многих направлениях, но не обязательно с какой-либо конкретной станцией.

Квадратная петля с подачей в один угол на 10 м
Квадратная петля с подачей в один угол на 10 м

Квадрат, подаваемый в одном углу, по-прежнему показывает максимальное излучение вдали от точки подачи, теперь с 12 узкими лепестками в диаграмме. На этом графике высоты не показаны более высокие угловые лепестки в других направлениях.

Квадратная петля с односторонней подачей на 10 м
Квадратная петля с односторонней подачей на 10 м

Квадратная петля, подаваемая с одной стороны, также имеет 12 лепестков, но они не так равномерно распределены по компасу, и в обоих направлениях на линии, проходящей через точку подачи, имеется нуль.

Треугольная петля с подачей в один угол на 10 м
Треугольная петля с подачей в один угол на 10 м

Треугольник, питаемый в углу, имеет очень узкий лепесток напротив точки питания, с меньшими лепестками в 5 других направлениях, которые имеют примерно ту же силу, что и диполь, а также некоторые более угловые лепестки.

Треугольная петля с односторонней подачей на 10 м
Треугольная петля с односторонней подачей на 10 м

На 10 м треугольник, подаваемый с одной стороны, имеет узкий двунаправленный рисунок с 16 идентифицируемыми лепестками. Для наведения главного лепестка на конкретную станцию потребуется тщательное прицеливание.

Резюме

80-метровая петля представляет собой эффективную многодиапазонную антенну, которая достаточно хорошо работает во всех диапазонах КВ. На более высоких частотах диаграмма направленности распадается на несколько лепестков: она может охватывать многие направления, но с худшими характеристиками в других.

Точные детали шаблона будут зависеть от того, насколько точно можно сохранить размеры петли: это может быть проблемой в поле, где доступные деревья для его поддержки могут быть расположены не идеально. Как правило, максимальное излучение находится в направлении, противоположном точке подачи, но если это критично для вашего приложения, вы можете захотеть смоделировать предложенную форму, чтобы убедиться, что она указывает в нужном направлении.

Эти шаблоны масштабируются для других диапазонов: для полной петли на 160 м должны применяться графики для половины указанной частоты. Вообще говоря, петля должна быть рассчитана на 2 длины волны в самом низком диапазоне, где излучение под малым углом предпочтительнее, чем излучение под большим углом. Однако необходимо учитывать разбиение диаграммы направленности на несколько лепестков на более высоких частотах.

Вертикальный угол излучения в значительной степени определяется высотой над землей: на диапазонах, где петля составляет 2 длины волны или более, тенденция петли излучать «за края» помогает свести к минимуму излучение под большим углом .

Горизонтальные проволочные петли

Л. Б. Чебик, W4RNL (SK)

Несколько лет назад я предоставил несколько обширных примечания по горизонтально ориентированному, горизонтально поляризованному проводу рамочные антенны (HOHPL). См. Горизонтально ориентированный, Горизонтально поляризованные большие проволочные рамочные антенны . Я получил достаточно электронных писем в результате этих заметок, чтобы убедить меня что, возможно, есть такие вещи, как зубрежка слишком много информации, так что результатом является набор трудностей в сортировке всего этого. Кроме того, когда я писал эти отмечает, что наиболее распространенной практикой с горизонтальными петлями было использование 1-волновая окружность при самом низком рабочем частота. С тех пор я изменил рекомендацию, которую обычно сделать, в зависимости от свободного места для построитель петель.

Итак, давайте начнем снова и поработаем с другим план. Мой план атаки основан на трех наиболее часто задаваемых вопросах:

Насколько большой?
Насколько высоко?
Какая форма?

Так как мы отложим вопрос формы до наконец, для начала нам понадобится модель парадигмы. Давайте используйте почти идеально круглую петлю в качестве отправной точки, как показано в Рис. 1 . В петле используется 40 проводов. чтобы сформировать круг, поэтому приближение довольно хорошее. Для наших первых 2 вопросы, точка подачи будет справа, в направлении +Х. (Мы изменим это для нашего последнего вопроса для причины, которые станут очевидными, когда мы приедем вопросы формы.) Обратите внимание на ориентацию осей X, Y и Z в контурный рисунок. Эти линии осей будут важно ориентироваться на некоторые закономерности в предстоящем цифры.

Круговая петля в качестве отправной точки имеет некоторые преимущества перед началом с другими формами. Как с обычным, так и с неправильных многоугольников, мы склонны находить различия в производительности в зависимости от от того, питаем ли мы антенну на углу или где-то внутри стороны. Поскольку у круга нет сторон (или бесконечно мало те, в лучшем случае), мы можем избежать тех, различия, пока мы не достигнем нашего последнего вопроса.

Насколько большой?

Вопрос, какого размера сделать горизонтальную петлю антенна является функцией частоты, в частности, самой низкой частоты предполагаемого использования.

Практически любой размер будет работать до некоторой степени, но некоторые размеры лучше других. Помните, что здесь мы речь идет об относительно больших петлях, а не об используемых мини- или микропетлях как настольные антенны. Поскольку я не могу знать наименьшая частота предполагаемого использования, давайте выразим размеры как функция длины волны при наименьшем рабочем частота. Так как горизонтальная петля обычно используется как многодиапазонная антенну, скорее всего будем питать параллельно линия передачи и антенный тюнер. Следовательно, сверхточность размер не требуется (как это может быть для антенна, которая должна иметь определенный импеданс точки питания). Итак, если я предложить длину, например 3 длины волны, для размер петли, все, что относительно близко к этому размеру, подойдет. «Относительно близко» означает около +/- 15% от предполагаемого размер.

Основной размер петли обычно равен ее окружность, то есть общая длина проволоки, из которой состоит петля. Конечно, петля подразумевает, что существует относительная четность креста. габариты, хоть и растянутые прямоугольники, ромбы и т.д. будут работать. Однако мы должны ограничить нашу работу тем, что мы можем справиться, поэтому мы останемся с правильные многоугольники в этих заметках.

Для нашей работы, если вы хотите перевести длину длин волн в английскую меру, вы можете использовать очень простую уравнение: L _(футы) = (984 / F _(МГц) ) * n, где n — указанное количество длин волн. Если вы хотите использовать метрическую систему, тогда используйте это уравнение: L _(метры) = (300 / F _(МГц) ) * н. Эти уравнения не точны, но они находятся в пределах, необходимых нам для преобразования горизонтальная петля на отрезке проволоки.

Чтобы увидеть, насколько большой будет наша петля на самом низком уровне рабочей частоты, давайте поместим петлю в свободное пространство и изучить некоторые трехмерные диаграммы направленности. Эти узоры расскажут нам что-то о том, почему я изменился моя рекомендуемая длина для горизонтальной петли. Следующая таблица содержит основные размеры петель, чьи узоры появляются в Рис. 2 . Основной размер петли окружность, но диаметр дает представление пространства на заднем дворе, необходимого для удержания петли.

 Some Possible Circular Loop Sizes 
 (All dimensions in Wavelengths) 
 Circumference     Diameter 
 0.5 WL            0.159 WL 
 1.0               0.318 
 1.5               0.476 
 2.0               0.636 
 3.0               0.955 
 4.0               1.273

Трехмерные узоры могут показаться немного запутанными, но давайте выровняемся с Рис. 1 и его линиями осей. ось X и ось Y указывает горизонтальное направление относительно ориентация петли предполагается горизонтальной, даже если мы работаем в свободном пространстве без реальных «взлетов» и «падений». Ось Z это вертикальное направление под прямым углом к плоскости, образованной петлей.

Поскольку каждый трехмерный рисунок имеет примерно одинаковую общую объем, относительно осевых линий, мы можем увидеть несколько тенденций. Во-первых, Петля 1/2 длины волны образует овал с чуть более сильным излучением в в направлении X, чем в направлении Z. следующие две петли (длина волны 1,0 и длина волны 1,5) имеют более сильное излучение вдоль оси Z, чем вдоль оси X- или оси Y. Не раньше, чем мы достигнем длины окружности в 2 длины волны. сила излучения возникают преимущественно в X-Y самолет. Другой способ выразить это состоит в том, чтобы сказать, что когда цикл достигает длины окружности в 2 длины волны, это излучается сильнее от края петли, чем в сторону петля.

Этот вывод хорошо согласуется с нашей практикой использование петель с длиной волны 1 в счетверенных лучах, которые полагаются на излучение ладонью к плоскости петли. Если мы хотим, чтобы петля с двумя длинами волн сильнее излучать в бок направлении, мы должны разорвать соединение напротив точки питания. Однако наша задача не в том, чтобы сделать квадроцикл. луч, а посмотреть, что проволочная горизонтальная петля может сделать для наших сигналов. Так мы можем опустить любое рассмотрение сломанные петли.

Более длинные петли также показывают более сильное излучение в плоскости X-Y, чем в направлении +/-Z. Однако их узоры настолько запутаны, что почти невозможно увидеть точно куда уходит радиация. Чтобы стать лучше за руку на излучение всех размеров петли, вернемся почти на Землю. Мы поместим каждую петлю на 1 длину волны выше средней почвы. (С горизонтальными антеннами фактическое качество почвы мало что меняет к сигналу, поэтому использование среднего грунта не исказит выводы что мы достигаем.) Рис. 3 представляет смоделированные диаграммы возвышения и азимута для исследуемых размеров петель в Рис. 2 . Каждый шаблон указывает на самый сильный лепесток, а небольшая вставка петли показывает, как эта доля ориентирована относительно к точке питания петли.

Основная особенность, на которую стоит обратить внимание, это то, что для циклов с окружностью 1,0 или 1,5 длины волны верхние лепестки возвышения являются сильнее, чем нижняя доля. Учитывая большой угол возвышения (около 35 градусов) верхней доли, нижней доли очевидно, тот, на который мы полагаемся в большей части связи (NVIS кроме, конечно). Когда мы достигнем окружности около 2 длин волн, нижняя доля начинает доминировать еще раз. Следовательно, для пропусков связи наименьшая рекомендуемая окружность для горизонтальной петли составляет около 2 длины волны на самой низкой рабочей частоте. Петли меньшего размера будут работать, но при меньшей силе сигнала.

Второй примечательной особенностью является тот факт, что горизонтальные петли выше половины длины волны над землей отвечают на стандартные углы развития лепестков, применимые практически ко всем горизонтальным антенны и массивы. Все нижние лепестки, независимо от длины петли, имеют угол возвышения 14 градусов. длина петли не меняется угол возвышения.

При заданной мощности передатчика все петли излучают одинаковую мощность над полушарием над землей. Следовательно, они отличаются только максимальным выигрышем, создаваемым образованием лепестки и нули в шаблоне (оба горизонтальные и вертикальные). В следующей таблице приведены данные об увеличении самая сильная нижняя доля и дает индикация импеданса в точке питания. Это сопротивление может варьироваться значительно с вариациями в фактическая длина провода, используемого для создания петли.

 General Performance Values for Circular Loops 
 Height: 1 wavelength above Average Ground 
 Elevation Angle: 14 degrees 
 Circumference     Gain     Impedance 
 wavelengths       dBi      R+/-jX Ohms 
 0.5               7.03     >100k - j85k 
 1.0               6.09     125 - j110 
 1.5               5.56     9200 + j6500 
 2,0 7,23 180 - j125 
 3,0 8,16 215 - j130 
 4,0 9,26 235 - j135

Петли, кратные длине волны 1 имеют тенденцию к более низкому импедансу, в то время как те, что имеют длину волны n,5 Caregory, как правило, имеют очень высокий импеданс. Хотя значение усиления для 1/2-волновая петля выглядит довольно пригодный для использования — по сравнению с другими значениями — импеданс точки питания не особо перспективно. Кроме того, Петля 1/2 длины волны становится петлей длины 1 волны на следующем диапазоне вверх в частоте, и мы теряем много усиления в нижней доле на этой полосе.

Вы можете связать улучшение уровня сигнала максимальные значения, которые сопровождают более длинные петли с шириной лепестки для этих больших петель в Рис. 3 . Следовательно, поскольку мы делаем петля длиннее, ширина луча индивидуальная лопасти сужаются. По мере увеличения количества лепестков мы также увеличить количество нулей, где сигнал сила уменьшается до уровня, который может препятствовать связи.

Наконец, для круговой петли (но не обязательно для других форм) количество лепестков соответствует обычному шаблон. Количество лепестков в два раза больше длины окружности петли. длины волн. Следовательно, 4-волновая петля показывает 8 отчетливых долей. Когда мы нарушаем круглую форму петли, плоские стороны, которые мы производим изменит эту схему лепестков и нулей, и мы выберем те изменения, прежде чем мы закончим.

Чтобы получить оценку того, насколько хорошей может быть петля в нашем собственном заднем дворе, давайте сделаем паузу, чтобы сделать сравнение. Мы должен разместить 1/2-волновой диполь на 1 длину волны выше среднего земля. Для этой антенны получаем следующий отчет о проделанной работе.

 Общие рабочие характеристики для 1/2-волнового диполя 
 Высота: на 1 длину волны выше среднего уровня земли 
 Угол возвышения: 14 градусов0315 0,5 7,98 72 + j2

На рис. 4 показан диполь в трехмерном виде. в свободном пространстве, а также его диаграммы возвышения и азимута в указанный высота. У диполя столько же лепестков, сколько у круглой петли с длиной волны 1, но они сильнее в расцвете сил Угол подъема 14 градусов.

Петля не догоняет диполь, пока мы достигают окружности в 2 длины волны, где мы также имеют 4 лепестка петли.

Как высоко?

Те, кому, кажется, не очень повезло с петли — даже когда по крайней мере 2 длины волны — очень часто пренебрегали в Роль высоты в исполнении любой горизонтально поляризованной антенна. Большинство этих антенн направлены на улучшение производительность на нижних КВ диапазонах. Однако средний рост (от моего отчеты по электронной почте) кажется между 35′ и 50 футов над землей. Этот диапазон высоты охватывает от 0,06 до 0,11 длина волны на 160° и длина волны от 0,12 до 0,18 на 80 метров (нижние конечные цифры).

До сих пор мы рассматривали круговую петлю, когда это на 1 длину волны выше средней земли. Мы не знаем как узоры могут выглядеть на других высотах. Поэтому давайте возьмите петлю окружности длиной 2 длины волны и поместите его на разных высотах, от высокого до маловероятные 2 длины волны до низкого значения 0,15 длины волны над землей. Форма азимутальной диаграммы будет существенно не изменится по сравнению с просмотр на 1 длине волны. Тем не менее, шаблоны высот изменятся значительно.

Для контраста давайте также посмотрим на цифры для диполь на той же высоте. Как всегда, перечислим максимальное усиление самого сильного лепестка или лепестков. Важнее, чем усиления будет угол ТО, т.е. угол места максимального излучения. Следующая таблица суммирует результаты петли и диполя. С данные должны быть применимы к любой самой низкой частоте использования, высоты являются функциями длины волны.

 Сравнительные характеристики круглой двухволновой петли и диполя на различных высотах 
 Диполь с круговой петлей 
 Высота Макс. Усиление до угла Макс. Gain     TO Angle 
 wavelengths     dBi           degrees         dBi           degrees 
 2.0             7.36           7              8.05           7 
 1.0             7.27          14              7.98          14 
 0.75            7.75          19              7.57          19 
 0.5             7.43          29              7. 91          28 
 0.25            5.94          47              6.33          60 
 0,15 4,76 52 6,59 90

Оба типа антенн показывают одинаковую или почти те же углы TO вниз до 1/2 длины волны над землей. Как ну, они оба показывают одну и ту же картину максимальных уровней усиления. небольшое снижение максимального значения усиления что диполь показывает на высоте 0,75 длины волны появляется в петля на высоте 1 длины волны.

Однако петля показывает более быстрое снижение усиление по мере приближения к земле, но оно поддерживает меньший угол TO с уменьшением высоты. Если вы пересмотрите шаблоны в Рис. 4 , можно ясно понять, почему дипольный угол TO быстро растет, когда мы уменьшаем высота ниже 1/2 длины волны. Диполь в свободном пространстве показывает столько же излучения по вертикали, сколько показывает горизонтально. Близко к земле, преобладает излучение, направленное вверх. На высотах примерно от 0,15 до 0,25 длины волны, диполь делает неплохую простую антенну NVIS.

Напротив, если вы вернетесь к Рис. 2 , вы увидим, что круговая петля с двумя длинами волн имеет более сильное излучение от его краев, чем оно имеет перпендикулярно плоскости петли. В результате петля (на замкнутой окружности в 2 длины волны) не делает особенно хорошая антенна NVIS. Если вы изучить Рис. 5 , вы увидите, что в петле отсутствует излучение прямо вверх. Следовательно, его угол TO ниже, чем у диполя, когда он находится близко к земле.

Сравнение между диполем и круговая двухволновая петля не означает, что петля звездный исполнитель, когда близко к земле. Для общего распространения условия, углы 47 и 52 степени все еще слишком высоки для прочной связи. Однако, если вы посмотрите также на углы половинной мощности на диаграммах (красная линия по обе стороны от центра главного лепестка линия), вы увидите, что нижняя из этих углов имеет тенденцию попадать в набор углов, которые обеспечивают относительно надежный связи в диапазоне нижних ВЧ. (см. недавний выпуск Антенна ARRL Book для дополнительную информацию о типичных углах распространения на различных любительские ансамбли.)

Так что репутация петли улучшилась связи относительно диполя на той же высоте имеет некоторая доля правды в этом для высоты антенны ниже 1/2 длины волны. Однако, проверить значения усиления для этих высоты, а затем вычесть еще 2-3 дБ для работы вблизи углы половинной мощности. Поднятие антенны выше не только дает более высокое максимальное значение усиления, но также размещает под углом ближе к — если не в пределах — диапазон углов, обеспечивающий более прочную связь.

Для любой горизонтальной проволочной антенны нет замена высоты. Это эмпирическое правило применяется до не менее чем на 1,25 длины волны над землей, если не выше. На самом низком любительские диапазоны (160 и 80 метров), всегда есть место для увеличения высоты, прежде чем достичь пределов эмпирического правила. Что мы Как правило, недостатком являются средства поддержки антенны. желаемая высота.

Какая форма?

До сих пор мы ограничивали рассмотрение циклов круглой формы — в основном для того, чтобы все сравнительные цифры справедливы. Однако немногие из нас имеют средства для создания действительно замкнутого круга. горизонтальная петля на самых низких любительских диапазонах. В большинстве случаев нам повезло аппроксимировать правильный многоугольник. Следовательно, это здесь невозможно охватить все возможные формы петли, которые могут диктоваться вашими обстоятельствами. На самом деле мы ограничимся кругом, треугольник и квадрат.

Есть две причины заключения. Первый, многоугольники с ограниченным числом сторон имеют две общие точки питания позиции. Один находится в углу, где провод меняет направление. другая — середина стороны. Конечно, мы можем направить петлю в любом месте вдоль стороны, но, опять же, это дало бы нам слишком много переменных, чтобы охватить. Так что мы будем посмотрите на 1 круг, но 2 треугольника и 2 квадрата.

Во-вторых, большинство горизонтальных петель предназначены для многодиапазонное использование. Поэтому для каждого варианта нам нужно рассмотреть несколько вариантов. Если 2-волновую петлю разрезать на 160 м, то 80, 40 и 20 метры представляют собой последовательность частот (F) которые включают 2F, 4F и 8F. Если мы обрежем исходную антенну до 2 длины волн на 80 метров, то соответствующие гармонически связанные диапазоны: 40, 20 и 10 метров для та же последовательность F, 2F, 4F и 8F. Пространство не позволяет нам включать негармонически связанные полосы в прогрессии.

По мере увеличения рабочей частоты высота антенны также изменяется в зависимости от длины волны. Следовательно, если мы начнем на 1 длину волны выше земли, верхние полосы будут видны. антенна на 2, 4 и 8 длинах волн над землей. Угол TO 14 градусов на высоте 1 длины волны становится постепенно 7, 4 и 2 степени (с угол ограничен целыми значениями).

В этих условиях двухволновой круговой петля показывает азимутальные диаграммы в Рис. 6 . У меня есть переместил точку питания «влево» на антенне так, чтобы ее положение соответствует положению точки питания из оставшихся форм, которые мы будем исследовать. Хотя доли увеличиваются числа, как отмечалось ранее, мы могли бы подумать о их как имеющие равную силу. Однако паттерн 8F проясняет тот факт, что лепестки имеют небольшие различия в прочность, несмотря на то, что во всех моделях используется провод без потерь. взаимодействие между частями круга достаточно для создания небольших различий. Эти различия не будут быть маленьким с другими формами.

У нас может возникнуть соблазн мысленно провести линию соединяя крайние кончики долей, и думайте, что антенна имеет полученный ближний круг в качестве диаграммы направленности. Однако каждый пара лепестков имеет промежуточный нуль. Практичный эффект наличия большого количества узких лепестков и нулей имеет тенденцию быть резкие колебания мощности сигнала, особенно в ветреные дни, что может немного изменить точную ориентацию проволочной антенны. На более низких частотах, где лепестки широкие, антенна почти невосприимчива к этому эффекту.

Одна из популярных компоновок двухволновой петли. представляет собой треугольник, поскольку для этой формы требуется наименьшее количество опорных стоек. или деревья. Сначала мы рассмотрим треугольник, загнутый в угол, в частности, самый левый угол относительно направленность узоров. Конечно, мы сохраним Длина окружности 2 длины волны и высота антенны 1 длины волны.

На рис. 7 показаны шаблоны, полученные для каждой частоте при использовании треугольника с угловой подачей. Почти равные сила лепестков исчезает даже на самой низкой частоте. антенна имеет небольшой эффект излучения вдоль линии которая проходит от точки питания до середины стороны, противоположной точка подачи. Во всех случаях сильнейшее излучение находится в направлении той дальней стороны треугольника. Поэтому, если вы используйте равносторонний треугольник для петли, это окупается ориентировать антенну в направлении основной целевой области связи.

Если мы накормим треугольник посередине стороны, как показанные на рис. 8 , получаем узоры, которые в общем условия не сильно отличаются от условий для угловой точки питания. Однако обратите внимание, что шаблоны для 2F и 4F являются наиболее сильными поперек антенны и вдали от стороны точки питания, в то время как шаблоны для F и 8F сильнее всего на стороне, содержащей точку питания.

Когда мы переходим к квадратным формам, петля с боковой подачей выглядит квадратным, в то время как квадрат с угловой подачей выглядит как ромб в точки зрения ориентации на образцы. Посмотрим на подкормку сначала квадрат. Узоры находятся в Рис. 9 .

Квадрат имеет рисунок в точке F, который очень аналогично тому, что для круга. Однако, начиная с этой частоты вверх, все изменяется. Каждый шаблон имеет меньше лепестков, чем соответствующий шаблон для треугольника. Кроме того, самые сильные лепестки не выровнены с точкой питания и наоборот сторону площади. Вместо этого самые сильные доли происходят под косыми углами к квадрату от 2F до 4F. С тех пор угол изменяется с рабочей частотой, найти хорошую ориентацию для всех предполагаемых частот может быть трудность.

Когда мы кормим квадрат на углу, мы еще раз выровняйте шаблоны по линии от угла точки подачи к противоположному углу ромба, по крайней мере, через 4F. Рис. 10 предоставляет шаблоны. В 8F, самые сильные лепестки находятся под углом к массиву. Следующая таблица дает сводку по моделированию максимальные значения усиления. Однако выше примерно 2F (окружность 4 длины волны), лепестки становятся настолько узкое, что максимальное значение усиления может вводить в заблуждение в качестве ориентира для общие коммуникации возможностей каждой антенны.

 Максимальные значения усиления для каждой антенны на каждой дискретизированной частоте 
 Все петли имеют 2 длины волны при F. 
 Частота F 2F 4F 8F 
 Угол TO (градусы) 14 7 4 2 
 Антенна 
 Круг 7,27 9,22 10,71 11,57 
 с подачей 8,34 9,95 14,38 8,41 
 Треугольник, с боковой подачей 8,34 10,45 13,24 8,94 
 Квадрат, с боковой подачей 8,42 11,2913,59 14,29 
 Квадратный, с угловой подачей 6,95 11,51 14,28 14,92 
 Эталонный диполь/двойной 7,99 9,66 9,64 11,16

Данные усиления полезны только для сравнения внешние кольца каждой модели. Обратите внимание на уменьшение усиления для два треугольника при работе на 8-кратной самой низкой частоте. У меня есть включены данные для 1/2 длины волны диполь на F, чтобы можно было сравнивать различные гармоники при использовании эта антенна как многодиапазонный дублет. Узоры для дублета появляются в Рис. 11 . Только до 2F (или 1-волновой) дублет показать его самые сильные лепестки в стороны к проволоке. Выше этой частоты самые сильные доли отходят от косые углы, изменяющиеся с частотой.

Эти небольшие демонстрации показывают, что цикл форма может иметь большое значение для азимута картины излучения от него. Я не выберу версию лучше, чем другие, так как я не могу знать расположение земли для каждой установки. Тем не менее, появляется который работает на 2-х волнах петля, намного превышающая удвоенную расчетную частоту, дает узкие лепестки, которые может быть, а может и не быть полезным коммуникации. Оставшееся тело излучения в диаграмме значительно слабее, чем основные доли. Шаблоны, связанные с другими формами петель, см. статья упомянутая в начале этого.

Выводы

На основании того, что мы исследовали в сфере проволочные горизонтальные петли, можно сделать несколько выводов. Эти рекомендации основаны на идее использования цикла более одна полоса.

1. Насколько большой? Число циклов должно быть не менее 2. длины волны по окружности, независимо от конечной формы. В большинстве случаев антенну следует рассматривать для использования на частоте 2:1. частотный диапазон, даже если он нагрузка на других диапазонах намного выше проектной частоты. Исключение эта рекомендация является тем случаем, когда антенна предназначена для использования NVIS на нижнем диапазоне и для обычного пропуска связи выше этой полосы. В таком случае, 1-волновая петля на более низкой частоте обеспечит наилучшее компромисс.

1. Насколько высоко? Поскольку используется антенна в основном на нижних КВ диапазонах, можно с уверенностью предположить, что антенна должна быть как можно выше. Высота 1 длины волны над землей конечно не слишком высоко, хотя в большинстве случаев антенна будет ограничена ниже высоты. Исключение составляет случай в котором антенна служит для связи NVIS на нижнем диапазоне. В этом случае 1-волновая петля должно быть между 0,15 и 0,25 длины волны над землей для сильнейший восходящий паттерн. На второй гармонике, антенна будет длиной 2 длины волны и между 0,3 и 0,5 длина волны над землей для лучшего, если не идеального, связи дальнего действия.

3. Какая форма? Из выбранных форм круглая версия производит самый ровный набор лепестков на все частоты. Следовательно, многоугольник, приближающийся к круглой форме, более вероятно, будет меньше взаимодействий между секциями антенны, чтобы создать диаграмму только с несколькими остроконечные доли. Однако даже циркуляр дизайн будет производить 4 основных лепестка, когда это 2 длины волны в длина окружности.

Ни одна из этих рекомендаций не является абсолютной, поскольку петля будет работать на многих длинах, высотах и формах.