Что такое штыревая антенна. Как устроены штыревые антенны. Какие бывают виды штыревых антенн. Каковы основные характеристики штыревых антенн. Как правильно согласовать штыревую антенну. Где применяются штыревые антенны.
Что такое штыревая антенна и каковы ее основные особенности
Штыревая антенна — это несимметричный вертикальный вибратор, расположенный перпендикулярно земле или металлическому экрану. Основные особенности штыревых антенн:
- Вертикальное расположение относительно земли
- Несимметричность конструкции
- Наличие противовесов или заземления
- Излучение преимущественно в горизонтальной плоскости
- Простота конструкции
Штыревые антенны широко применяются в мобильной и портативной радиосвязи благодаря своей компактности и всенаправленности излучения в горизонтальной плоскости.
Принцип работы и основные характеристики штыревых антенн
Принцип работы штыревой антенны основан на возбуждении вертикального проводника высокочастотным током. При этом вокруг антенны формируется электромагнитное поле, обеспечивающее излучение радиоволн.
Основные характеристики штыревых антенн:
- Диаграмма направленности — близка к круговой в горизонтальной плоскости
- Коэффициент усиления — 2-3 дБ
- Входное сопротивление — 30-70 Ом
- Полоса пропускания — 3-10% от рабочей частоты
- КПД — 40-60% для четвертьволновых антенн
Важной особенностью является зависимость характеристик от качества заземления или системы противовесов. Чем лучше выполнено заземление, тем выше эффективность антенны.
Виды и конструкции штыревых антенн
Существует несколько основных видов штыревых антенн:
- Четвертьволновый штырь — классическая конструкция длиной λ/4
- Укороченный штырь с удлиняющей катушкой
- Штырь с емкостной нагрузкой
- Широкополосные конические антенны
- Несимметричный петлевой вибратор
- Мачтовые антенны с верхним и средним питанием
Выбор конкретной конструкции зависит от требований к размерам, полосе пропускания и другим параметрам. Наиболее распространены четвертьволновые и укороченные штыри.
Система заземления и противовесов штыревых антенн
Качество заземления или системы противовесов оказывает критическое влияние на эффективность работы штыревой антенны. Основные требования:
- Длина противовесов не менее λ/4
- Минимальное количество противовесов — 2-4
- Оптимальное количество — 12-16 противовесов
- Угол наклона противовесов 90-135°
- Изоляция противовесов от земли
- Соединение концов противовесов кольцевой перемычкой
Чем больше противовесов и чем лучше они выполнены, тем выше КПД антенны и ближе ее диаграмма направленности к идеальной.
Методы согласования штыревых антенн
Для эффективной работы штыревая антенна должна быть согласована с питающим фидером. Основные методы согласования:
- Подбор длины антенны (λ/4 для согласованного штыря)
- Включение последовательной индуктивности для укороченных антенн
- Включение параллельной емкости для удлиненных антенн
- Гамма-согласование
- Согласование с отводом от основания антенны
Выбор метода зависит от конструкции антенны и требований к полосе пропускания. Важно использовать элементы согласования с высокой добротностью для минимизации потерь.
Диаграмма направленности и влияние высоты подъема штыревой антенны
Диаграмма направленности (ДН) штыревой антенны зависит от ее электрической длины и высоты подъема над землей. Основные закономерности:
- ДН в горизонтальной плоскости близка к круговой
- В вертикальной плоскости ДН имеет максимум под углом 15-30° к горизонту
- С увеличением высоты подъема угол максимума излучения уменьшается
- При высоте более λ появляются дополнительные лепестки ДН
Оптимальная высота подъема зависит от требуемой дальности связи. Для дальней связи желательно поднимать антенну на 0,5-0,7λ над землей.
Применение штыревых антенн в различных системах связи
Благодаря простоте конструкции и хорошим характеристикам, штыревые антенны широко применяются в различных системах радиосвязи:
- Мобильная радиосвязь (автомобильные, судовые, авиационные антенны)
- Портативные радиостанции
- Базовые станции сотовой связи
- Радиовещание в диапазонах СВ и КВ
- Любительская радиосвязь
- Системы радионавигации
Штыревые антенны особенно эффективны там, где требуется всенаправленное излучение в горизонтальной плоскости при вертикальной поляризации сигнала.
Преимущества и недостатки штыревых антенн
Штыревые антенны имеют ряд достоинств и ограничений, которые следует учитывать при их применении:
Преимущества:
- Простота конструкции и изготовления
- Всенаправленность в горизонтальной плоскости
- Компактность (особенно укороченные варианты)
- Широкая полоса при использовании толстых вибраторов
- Возможность работы в широком диапазоне частот
Недостатки:
- Необходимость качественного заземления или противовесов
- Сравнительно низкий КПД укороченных антенн
- Чувствительность к близкорасположенным объектам
- Сложность получения направленного излучения
Правильный учет этих особенностей позволяет эффективно применять штыревые антенны в различных системах радиосвязи.
Штыревые антенны
1. Определение и понятия.
Несимметричными (штыревыми) называют антенны, расположенные непосредственно у земли (или металлического экрана) перпендикулярно (реже наклонно) к ее поверхности.
Если считать землю идеально проводящей и учитывать зеркальное отображение, то несимметричный вибратор можно считать половиной эквивалентного ему симметричного вибратора (рис. 1).
Сопротивление излучения несимметричного вибратора в два раза меньше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при одинаковых токах первый излучает в два раза меньшую мощность (нет излучения в нижнее полупространство) [1].
Входное сопротивление несимметричного вибратора в два раза меньше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при одинаковах токах питания у первого напряжение питания в два раза меньше (рис. 1).
Коэффициент направленного действия несимметричного вибратора в два раза больше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при однаковой мощности излучения первый обеспечивает в два раза большую угловую плотность мощности, так как вся его мощность излучается в одно полупространство (рис.
2).
Все сказанное справедливо для идеального несимметричного вибратора, то есть когда земля представляет собой идеальный проводник. Если же земля обладает плохими проводящими свойствами, поле излучения вибратора меняется. Кроме того, это приводит к уменьшению амплитуды тока в вибраторе и, следовательно, к повышению его сопротивления и уменьшению излучаемой мощности. Почва является диэлектриком с большой диэлектрической проницаемостью (равной почти 80), что приводит к изменению электрической длины мнимого диполя, а также длины пути токов смещения. Результат — полное искажение диаграммы направленности (поднятие лепестков вверх и исчезновение излучения под малыми углами к горизонту) и увеличение сопротивления штыря.
По этой причине практически не используют почву в качестве «земли», а используют искусственную землю.
2. Земля штыревой антенны
Теоретические расчеты показывают, что наибольшие потери имеют место в зоне с радиусом 0,35 длины волны, поэтому в этой зоне желательно провести «металлизацию» земли: соединить радиальные провода между собой перемычками (рис.
3). Очень хорошо, если эта металлизация будет проведена на всем расстоянии противовесов.
Рис.3
Противовесы следует изолировать от земли. Если они будут лежать на земле, то от влаги их электрическая длина не будет резонансной для антенны. Так же должны быть изолированы от земли и их концы. Только в одном случае можно не изолировать концы противовесов от земли: если они надежно соединены кольцом-перемычкой (рис.3).
Никогда не следует забывать о том, что идеальная штыревая антенна имеет КПД 47%, а КПД антенны с 3 противовесами — менее 5%. Значит, работая со штыревой антенной с тремя противовесами, из ваших 200 ватт, подводимых к штырю, 180 ватт (!!!) напрасно теряются, попутно создавая TVI. Многие процессы в ионосфере нелинейны, т.е. отражение радиоволн начинается, скажем, при подводимой мощности к вашей антенне в 7 ватт, и уже полностью не происходит при 5 ваттах. Значит, вы теряете уникальные возможности DX QSO, сэкономив на проводе для противовесов.
Следует еще учесть искажения диаграммы направленности при малом количестве противовесов.
Из шарообразной она становится лепестковой, имеющей направление вдоль противовесов. Задача о нахождении оптимального количества противовесов была решена мною с помощью ЭВМ. Решение представлено на рис.4. Из него видно, что минимально необходимое число противовесов равно 12. При большем их количестве КПД растет медленно. Противовесы должны быть расположены на одинаковом расстоянии относительно друг друге.
Рис.4
Угол их расположения относительно штыря должен быть от 90° до 1350. При больших и меньших углах падает КПД и д.н. искажается. Противовесы должны быть длиной не менее основного штыря. Это’можно объяснить тем, что протекающие между штырем и противовесами токи смещения занимают определенный объем пространства, который участвует в формировании диаграммы направленности. Уменьшая длину противовесов, а, следовательно, уменьшая объем пространства, служащий формированию д.н., мы существенно ухудшаем характеристики антенны. С большим приближением можно сказать, что каждой точке на штыре соответствует своя точка на противовесе.
Однако нет необходимости использовать противовесы длиннее чем основной штырь.
Противовесы и сам штырь должны быть покрыты защитной краской. Это необходимо для того, чтобы материал, из которого выполнена антенна, не окислялся. Окисление вибраторов приводит в негодность антенну из-за того, что тонкая пленка окисла имеет значительное сопротивление, а так как на ВЧ сильно выражен поверхностный эффект, то энергия передатчика поглощается и рассеивается в тепло этой пленкой.
Крайне желательно использовать для этого радиокраску (ту, которой красят локаторы). Обычная краска содержит частички красителя, поглощающие ВЧ энергию. Но, в крайнем случае, можно использовать и обычную краску.
3. Размеры вибраторов штыревой антенны
Как известно, сопротивление излучения антенны Ризл пропорционально отношению L/d, где L — длина и d — диаметр антенны. Чем меньше отношение L/d, тем широкополоснее антенна и больше КПД.
Следует учесть, что при использовании толстых вибраторов сказывается «торцевой эффект».
Он обуславливается емкостью между торцами вибратора и землей. Физически это выражается в том, что антенна получается «длиннее» расчетной. Для его уменьшения обычно широкополосные штыри имеют конусообразную форму. Расчеты показывают, что минимально необходимая толщина противовесов должна составлять
d=D/2,4n, где
d — диаметр противовесов, D — диаметр штыря, n — количество противовесов.
Часто радиолюбители не могут установить четвертьволновый штырь и используют штырь, имеющий меньшие размеры. В принципе можно согласовать штырь любой длины с помощью согласующих устройств. Однако короткие штыри имеют малое активное и большое реактивное сопротивление [3] и будут согласованы весьма неоптимально (на самих согласующих устройствах может рассеяться до 90% энергии). А если еще при этом используются и суррогатные короткие противовесы, то эффективность такой антенной системы будет весьма низка. Однако в средствах подвижной связи часто такие суррогатные антенны применяются. Но это только потому, что другие виды укороченных антенн будут работать еще хуже!
4.
Диаграммы направленности штыревых антенн
Многих интересует, как влияет высота подъема штыря на его диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и зависит ли его сопротивление от высоты подвеса. Важнейший результат [4] заключается в том, что распределение токов в штыре не зависит от высоты его подвеса при наличии идеальной «земли». Практически это означает, что на какой бы высоте штырь ни находился, его сопротивление будет постоянным. Общий результат решения показывает, что если штырь настроен в резонанс, то его нижний конец можно заземлить. При этом его можно питать в любой точке.
На результатах этого важного вывода и созданы штыревые антенны (флаг-антенны, мачта-антенны), нижний конец которых соединен с «землей» и которые питаются через гамма-согласование.
Диаграммы направленностей вертикальной плоскости полуволнового штыря приведены на рис.5. Из этого рисунка видно, что чем выше поднимается антенна, тем положе угол излучения к горизонту. Это объясняется тем, что происходит сложение излученной штырем волны и волны, отраженной от земли.
Если почва обладает плохими проводящими свойствами, то диаграмма направленности будет близка к диаграмме направленности штыря над землей. Поднимать антенну на высоту более длины волны не имеет смысла, т.к. при этом уже не происходит уменьшения угла излучения, а только начинают дробиться верхние боковые лепестки.
Рис.5
Следует запомнить еще одну интересную особенность штырей, высота которых равна длине волны и более. Такие антенны в профессиональной связи используются как антифединговые [5]. Это означает, что такая антенна будет принимать без проблем сигнал, приходящий с замираниями на четвертьволновый штырь или диполь.
5. Согласование штыревых антенн
Для успешной работы штыревая антенна должна быть согласована. Несмотря на все кажущееся многообразие согласующих устройств и штырей, их можно разбить на 3 группы.
1. Штырь согласованный, электрическая длина равна четверти длины волны;
2. Штырь с электрической длиной больше требуемой, эту длину «убирают» с помощью емкости;
3.
Штырь длиной меньше четверти длины волны. Недостающую длину »добавляют» катушкой индуктивности.
Необходимо помнить, что конденсатор и катушка должны иметь максимально возможную добротность, а также желательно, чтобы ТКЕ и ТКИ были как можно лучше. Обычно емкость укорачивающего конденсатора может быть в пределах 100 пф на 28 — 18 МГц, параметры удлиняющей катушки — единицы мкГн до 21 МГц, десятки — до 3,5 МГц.
В заключение следует отметить, что подобная практика согласования применима к штырям длиной, кратной четверти длины волны.
6. Типы штыревых антенн
Несимметричный вибратор с экраном конечных размеров (рис.3). Эту антенну и’применяют в основном радиолюбители. В качестве экрана обычно применяют противовесы длиной не менее четверти длины волны.
Несимметричный петлевой вибратор (рис.6). Его д.н. совпадает с д.н. классического штыря. Однако он обладает преимуществом, выражающемся в том, что один его конец заземлен. Подбором толщины dl и d2 можно изменять его входное сопротивление в больших пределах.
При d1=d2 сопротивление вибратора будет равно 146 Ом.
Рис.6
Сопротивление несимметричного вибратора, имеющего разные толщины, рассчитывается по формуле /1 /: Ra=(1+n2).36n, где n=ln(d/d1)/ln(d/d2).
Широкодиапазонные вибраторы, изготавливаются из толстых труб, штырей, пластин. Могут быть как коническими, так и ромбическими, цилиндрическими, сплошными и решетчатыми (рис.7). Перекрытие диапазона рабочих частот зависит от отношения I/O. Чем оно меньше, тем широкополосиее вибратор. Всем хорошо известная антенна UW4HW является широкополосным несимметричным вибратором, а вертикальный излучатель UA1DZ — широкополосным симметричным вибратором
.
Рис.7
Конические антенны — частный случай широкополосных вибраторов (рис.8).
Рис.8
Поле излучения создается токами, обтекающими конус, а диск играет роль экрана и почти не излучает. При угле раскрыва 600 достигается наибольший коэффициент перекрытия диапазона, равный пяти, при КБВ > 0,5 в фидере с волновым сопротивлением 50 Ом.
При этом максимальная длина волны равна 3,6 . Диаграмма направленности дискоконусной антенны KB и УКВ примерно такая же, как и обыкновенного штыря. На KB применяют проволочный вариант конусной антенны (рис.8б), в которой вместо конуса используется плоский проволочный веер, а вместо диска — система заземления из радиальных проводов.
Отдельно хочу обратить внимание на антенны-мачты. Особенно-стью таких антенн является то, что нижний их конец заземлен.
Рис.9
Антенна верхнего питания (рис.9) возбуждается с помощью фидера, проложенного внутри мачты. Это принципиально. Д.н. его такая же, как и у обычного штыря, но потери при излучении и приеме больше, так как радиоволна отражается от земли при излучении.
Антенна среднего питания (рис.10) представляет собой мачту из двух частей, возбуждаемую последовательно в точках 1 и 2 напряжением, которое подается с помощью фидера, проложенного внутри нижней части. Сопротивление антенны в точках питания Ra=Rb/cos2kll, где к — коэффициент укорочения, Rb — сопротивление «чистого» вибратора в точке 3.
Подбирая соотношение между 11 и 12, можно согласовать антенну с фидером питания. Принципиальное значение имеет то, что фидер должен проходить внутри нижней части антенны. Недостаток — трудности с изолятором для верхней ее части.
Рис.10-11
Антенна шунтового питания (рис.11) возбуждается параллельно при помощи шунта, подсоединяемого к мачте на некоторой высоте 11. Обычно входные реактивные сопротивления нижней и верхней частей антенны имеют индуктивный и соответственно емкостной характер, и по входному сопротивлению в точке 1 антенна эквивалентна параллельному контуру. Подбором величины 11 обеспечивается наилучшее согласование с фидером питания. Распределение токов таково, что частично ослабляет излучение антенны, поэтому шунт следует делать минимальных размеров. Классическая реализация шунтового питания — гамма-согласование.
Часто, особенно при построении антенн для низкочастотных диапазонов, нет возможности расположить вибратор вертикально относительно земли. При расположении штыря наклонно относительно земли диаграмма направленности, конечно, исказится.
Следует располагать по возможности больше противовесов под той частью антенны, которая наклонена. Надо, также по возможности, поднимать противовесы так, чтобы они образовывали с антенной угол не более 135°. Следует помнить, что такая антенна более тяжела в согласовании из-за наличия значительной реактивной составляющей.
Литература:
1. Н.Т.Бова, Г.Б.Резинков. Антенны и устройства СВЧ; Киев, Высшая школа, 1982.
2. Н.Н.Федоров. Основы электродинамики; М., Высшая школа, 1980.
3. З.Беньковский, Э.Липинский. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн; М.,Радио и связь, 1983.
4. Г.З.Айзенберг. Коротковолновые антенны; М., Радио и связь 1985.
5. Г.Б.Белоцерковский. Основы радиотехники и антенн; М., Радио и связь, 1983.
РЛ 7/92
Теги:
- Антенна
ШТЫРЕВЫЕ АНТЕННЫ
ШТЫРЕВЫЕ АНТЕННЫ
1. Определение и понятия.
Несимметричными (штыревыми) называют антенны, расположенные непосредственно у земли (или металлического экрана) перпендикулярно (реже наклонно) к ее поверхности.
Если считать землю идеально проводящей и учитывать зеркальное отображение, то несимметричный вибратор можно считать половиной эквивалентного ему симметричного вибратора (рис. 1).
Сопротивление излучения несимметричного вибратора в два раза меньше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при одинаковых токах первый излучает в два раза меньшую мощность (нет излучения в нижнее полупространство) [1].
Входное сопротивление несимметричного вибратора в два раза меньше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при одинаковах токах питания у первого напряжение питания в два раза меньше (рис. 1).
Коэффициент направленного действия несимметричного вибратора в два раза больше, чем у эквивалентного симметричного вибратора, поскольку при однаковой мощности излучения первый обеспечивает в два раза большую угловую плотность мощности, так как вся его мощность излучается в одно полупространство (рис.
Все сказанное справедливо для идеального несимметричного вибратора, то есть когда земля представляет собой идеальный проводник. Если же земля обладает плохими проводящими свойствами, поле излучения вибратора меняется. Кроме того, это приводит к уменьшению амплитуды тока в вибраторе и, следовательно, к повышению его сопротивления и уменьшению излучаемой мощности. Почва является диэлектриком с большой диэлектрической проницаемостью (равной почти 80), что приводит к изменению электрической длины мнимого диполя, а также длины пути токов смещения. Результат — полное искажение диаграммы направленности (поднятие лепестков вверх и исчезновение излучения под малыми углами к горизонту) и увеличение сопротивления штыря.
По этой причине практически не используют почву в качестве «земли», а используют искусственную землю.
2. Земля штыревой антенны
Теоретические расчеты показывают, что наибольшие потери имеют место в зоне с радиусом 0,35 длины волны, поэтому в этой зоне желательно провести «металлизацию» земли: соединить радиальные провода между собой перемычками (рис.
3). Очень хорошо, если эта металлизация будет проведена на всем расстоянии противовесов.
Рис.3
Противовесы следует изолировать от земли. Если они будут лежать на земле, то от влаги их электрическая длина не будет резонансной для антенны. Так же должны быть изолированы от земли и их концы. Только в одном случае можно не изолировать концы противовесов от земли: если они надежно соединены кольцом-перемычкой (рис.3).
Никогда не следует забывать о том, что идеальная штыревая антенна имеет КПД 47%, а КПД антенны с 3 противовесами — менее 5%. Значит, работая со штыревой антенной с тремя противовесами, из ваших 200 ватт, подводимых к штырю, 180 ватт (!!!) напрасно теряются, попутно создавая TVI. Многие процессы в ионосфере нелинейны, т.е. отражение радиоволн начинается, скажем, при подводимой мощности к вашей антенне в 7 ватт, и уже полностью не происходит при 5 ваттах. Значит, вы теряете уникальные возможности DX QSO, сэкономив на проводе для противовесов.
Следует еще учесть искажения диаграммы направленности при малом количестве противовесов. Из шарообразной она становится лепестковой, имеющей направление вдоль противовесов. Задача о нахождении оптимального количества противовесов была решена мною с помощью ЭВМ. Решение представлено на рис.4. Из него видно, что минимально необходимое число противовесов равно 12. При большем их количестве КПД растет медленно. Противовесы должны быть расположены на одинаковом расстоянии относительно друг друге.
Рис.4
Угол их расположения относительно штыря должен быть от 90° до 1350. При больших и меньших углах падает КПД и д.н. искажается. Противовесы должны быть длиной не менее основного штыря. Это’можно объяснить тем, что протекающие между штырем и противовесами токи смещения занимают определенный объем пространства, который участвует в формировании диаграммы направленности. Уменьшая длину противовесов, а, следовательно, уменьшая объем пространства, служащий формированию д.
н., мы существенно ухудшаем характеристики антенны. С большим приближением можно сказать, что каждой точке на штыре соответствует своя точка на противовесе. Однако нет необходимости использовать противовесы длиннее чем основной штырь.
Противовесы и сам штырь должны быть покрыты защитной краской. Это необходимо для того, чтобы материал, из которого выполнена антенна, не окислялся. Окисление вибраторов приводит в негодность антенну из-за того, что тонкая пленка окисла имеет значительное сопротивление, а так как на ВЧ сильно выражен поверхностный эффект, то энергия передатчика поглощается и рассеивается в тепло этой пленкой.
Крайне желательно использовать для этого радиокраску (ту, которой красят локаторы). Обычная краска содержит частички красителя, поглощающие ВЧ энергию. Но, в крайнем случае, можно использовать и обычную краску.
3. Размеры вибраторов штыревой антенны
Как известно, сопротивление излучения антенны Ризл пропорционально отношению L/d, где L — длина и d — диаметр антенны.
Чем меньше отношение L/d, тем широкополоснее антенна и больше КПД.
Следует учесть, что при использовании толстых вибраторов сказывается «торцевой эффект». Он обуславливается емкостью между торцами вибратора и землей. Физически это выражается в том, что антенна получается «длиннее» расчетной. Для его уменьшения обычно широкополосные штыри имеют конусообразную форму. Расчеты показывают, что минимально необходимая толщина противовесов должна составлять
d=D/2,4n, где
d — диаметр противовесов, D — диаметр штыря, n — количество противовесов.
Часто радиолюбители не могут установить четвертьволновый штырь и используют штырь, имеющий меньшие размеры. В принципе можно согласовать штырь любой длины с помощью согласующих устройств. Однако короткие штыри имеют малое активное и большое реактивное сопротивление [3] и будут согласованы весьма неоптимально (на самих согласующих устройствах может рассеяться до 90% энергии). А если еще при этом используются и суррогатные короткие противовесы, то эффективность такой антенной системы будет весьма низка.
Однако в средствах подвижной связи часто такие суррогатные антенны применяются. Но это только потому, что другие виды укороченных антенн будут работать еще хуже!
4. Диаграммы направленности штыревых антенн
Многих интересует, как влияет высота подъема штыря на его диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и зависит ли его сопротивление от высоты подвеса. Важнейший результат [4] заключается в том, что распределение токов в штыре не зависит от высоты его подвеса при наличии идеальной «земли». Практически это означает, что на какой бы высоте штырь ни находился, его сопротивление будет постоянным. Общий результат решения показывает, что если штырь настроен в резонанс, то его нижний конец можно заземлить. При этом его можно питать в любой точке.
На результатах этого важного вывода и созданы штыревые антенны (флаг-антенны, мачта-антенны), нижний конец которых соединен с «землей» и которые питаются через гамма-согласование.
Диаграммы направленностей вертикальной плоскости полуволнового штыря приведены на рис.
5. Из этого рисунка видно, что чем выше поднимается антенна, тем положе угол излучения к горизонту. Это объясняется тем, что происходит сложение излученной штырем волны и волны, отраженной от земли. Если почва обладает плохими проводящими свойствами, то диаграмма направленности будет близка к диаграмме направленности штыря над землей. Поднимать антенну на высоту более длины волны не имеет смысла, т.к. при этом уже не происходит уменьшения угла излучения, а только начинают дробиться верхние боковые лепестки.
Рис.5
Следует запомнить еще одну интересную особенность штырей, высота которых равна длине волны и более. Такие антенны в профессиональной связи используются как антифединговые [5]. Это означает, что такая антенна будет принимать без проблем сигнал, приходящий с замираниями на четвертьволновый штырь или диполь.
5. Согласование штыревых антенн
Для успешной работы штыревая антенна должна быть согласована. Несмотря на все кажущееся многообразие согласующих устройств и штырей, их можно разбить на 3 группы.
1. Штырь согласованный, электрическая длина равна четверти длины волны;
2. Штырь с электрической длиной больше требуемой, эту длину «убирают» с помощью емкости;
3. Штырь длиной меньше четверти длины волны. Недостающую длину »добавляют» катушкой индуктивности.
Необходимо помнить, что конденсатор и катушка должны иметь максимально возможную добротность, а также желательно, чтобы ТКЕ и ТКИ были как можно лучше. Обычно емкость укорачивающего конденсатора может быть в пределах 100 пф на 28 — 18 МГц, параметры удлиняющей катушки — единицы мкГн до 21 МГц, десятки — до 3,5 МГц.
В заключение следует отметить, что подобная практика согласования применима к штырям длиной, кратной четверти длины волны.
6. Типы штыревых антенн
Несимметричный вибратор с экраном конечных размеров (рис.3). Эту антенну и’применяют в основном радиолюбители. В качестве экрана обычно применяют противовесы длиной не менее четверти длины волны.
Несимметричный петлевой вибратор (рис.
6). Его д.н. совпадает с д.н. классического штыря. Однако он обладает преимуществом, выражающемся в том, что один его конец заземлен. Подбором толщины dl и d2 можно изменять его входное сопротивление в больших пределах. При d1=d2 сопротивление вибратора будет равно 146 Ом.
Рис.6
Сопротивление несимметричного вибратора, имеющего разные толщины, рассчитывается по формуле /1 /: Ra=(1+n2).36n, где n=ln(d/d1)/ln(d/d2).
Широкодиапазонные вибраторы, изготавливаются из толстых труб, штырей, пластин. Могут быть как коническими, так и ромбическими, цилиндрическими, сплошными и решетчатыми (рис.7). Перекрытие диапазона рабочих частот зависит от отношения I/O. Чем оно меньше, тем широкополосиее вибратор. Всем хорошо известная антенна UW4HW является широкополосным несимметричным вибратором, а вертикальный излучатель UA1DZ — широкополосным симметричным вибратором.
Рис.7
Конические антенны — частный случай широкополосных вибраторов (рис.
8).
Рис.8
Поле излучения создается токами, обтекающими ко-нус, а диск играет роль экрана и почти не излучает. При угле раскрыва 600 достигается наибольший коэффициент перекрытия диапазона, равный пяти, при КБВ > 0,5 в фидере с волновым сопротивлением 50 Ом. При этом максимальная длина волны равна 3,6 . Диаграмма направленности дискоконусной антенны KB и УКВ примерно такая же, как и обыкновенного штыря. На KB применяют проволочный вариант конусной антенны (рис.8б), в которой вместо конуса используется плоский проволочный веер, а вместо диска — система заземления из радиальных проводов.
Отдельно хочу обратить внимание на антенны-мачты. Особенно-стью таких антенн является то, что нижний их конец заземлен.
Рис.9
Антенна верхнего питания (рис.9) возбуждается с помощью фидера, проложенного внутри мачты. Это принципиально. Д.н. его такая же, как и у обычного штыря, но потери при излучении и приеме больше, так как радиоволна отражается от земли при излучении.
Антенна среднего питания (рис.10) представляет собой мачту из двух частей, возбуждаемую последовательно в точках 1 и 2 напряжением, которое подается с помощью фидера, проложенного внутри нижней части. Сопротивление антенны в точках питания Ra=Rb/cos2kll, где к — коэффициент укорочения, Rb — сопротивление «чистого» вибратора в точке 3. Подбирая соотношение между 11 и 12, можно согласовать антенну с фидером питания. Принципиальное значение имеет то, что фидер должен проходить внутри нижней части антенны. Недостаток — трудности с изолятором для верхней ее части.
Рис.10-11
Антенна шунтового питания (рис.11) возбуждается параллельно при помощи шунта, подсоединяемого к мачте на некоторой высоте 11. Обычно входные реактивные сопротивления нижней и верхней частей антенны имеют индуктивный и соответственно емкостной характер, и по входному сопротивлению в точке 1 антенна эквивалентна параллельному контуру. Подбором величины 11 обеспечивается наилучшее согласование с фидером питания.
Распределение токов таково, что частично ослабляет излучение антенны, поэтому шунт следует делать минимальных размеров. Классическая реализация шунтового питания — гамма-согласование.
Часто, особенно при построении антенн для низкочастотных диапазонов, нет возможности расположить вибратор вертикально относительно земли. При расположении штыря наклонно относительно земли диаграмма направленности, конечно, исказится.
Следует располагать по возможности больше противовесов под той частью антенны, которая наклонена. Надо, также по возможности, поднимать противовесы так, чтобы они образовывали с антенной угол не более 135°. Следует помнить, что такая антенна более тяжела в согласовании из-за наличия значительной реактивной составляющей.
Литература:
1. Н.Т.Бова, Г.Б.Резинков. Антенны и устройства СВЧ; Киев, Высшая школа, 1982.
2. Н.Н.Федоров. Основы электродинамики; М., Высшая школа, 1980.
3. З.Беньковский, Э.Липинский. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн; М.
,Радио и связь, 1983.
4. Г.З.Айзенберг. Коротковолновые антенны; М., Радио и связь 1985.
5. Г.Б.Белоцерковский. Основы радиотехники и антенн; М., Радио и связь, 1983.
И.ГРИГОРОВ (UZ3ZK), 308015, Белгород-15, а/я 68.
(РЛ 7/92)
Диаграмма резки антенны — PCI Race Radios
Некоторые антенны могут выглядеть одинаково или иметь одинаковые названия на протяжении многих лет. Пожалуйста, подтвердите, что у вас есть правильная антенна, сверившись с видимым описанием и фотографиями с каждой антенной.
Длина антенны ОЧЕНЬ важна для двусторонней радиосвязи. Когда мы отправляем вам антенну, она предварительно обрезана до «Среднего» или 151.625. Если вы используете более высокую частоту или хотите выполнить дополнительную настройку, вы можете обратиться к этим технологическим картам резки. Мы бесплатно настроим вашу антенну на гонке в нашей штаб-квартире, звоните или пишите нам с любыми вопросами!
Jump to:
NGP Stealth PCI Antenna
Quarter Wave Base Loaded Antenna
3db Gain Antenna
NGP Legacy Antenna
NGP STEALTH PCI ANTENNA CUT CHART
Видимый Описание: Черная спираль, Черная пружина, Черный хлыст.
Логотип PCI на катушке. «132-174 ГПС» под катушку.
| ЧАСТОТА | ДЛИНА БЕЛКА |
| 135 | 43 3/16″ |
| 136 | 42 13/16″ |
| 137 | 42 1/4″ |
| 138 | 41 11/16″ |
| 139 | 41″ |
| 140 | 40 7/16″ |
| 141 | 40 3/16″ |
| 142 | 39 15/16″ |
| 143 | 39 11/16″ |
| 144 | 39 1/4″ |
| 145 | 38 15/16″ |
| 146 | 38 9/16″ |
| 147 | 38 1/4″ |
| 148 | 37 13/16″ |
| 149 | 37 9/16″ |
| 150 | 37 1/4″ |
| 151 | 37 1/16″ |
| 152 | 36 3/4″ |
| 153 | 36 1/2 дюйма |
| 154 | 35 15/16″ |
| 155 | 35 5/8″ |
| 156 | 35 1/4″ |
| 157 | 34 5/8″ |
| 158 | 34 3/8″ |
| 159 | 34 3/16″ |
| 160 | 33 15/16″ |
| 161 | 33 1/16″ |
| 162 | 32 1/2 дюйма |
| 163 | 32 1/4″ |
| 164 | 31 15/16″ |
| 165 | 31 5/8/» |
| 166 | 31 1/2 дюйма |
| 167 | 31 5/8″ |
| 168 | 31 1/4″ |
| 169 | 31 1/8 дюйма |
| 170 | 30 15/16″ |
Вернуться к началу
1/4 WAVE АНТЕННА С НАГРУЗКОЙ НА ОСНОВЕ ТАБЛИЦА РЕЗКИ
Visibile Описание: Черная катушка, серебряная пружина, серебряный штырь.
«Б132С» под катушку.
Выглядит идентично NGP Legacy — проверьте наличие B132S под катушкой!!!!
| ЧАСТОТА | ДЛИНА ШТАНГИ |
| 150 | 16 7/8″ |
| 152 | 16 1/2 дюйма |
| 154 | 16 1/2 дюйма |
| 156 | 16 дюймов |
| 158 | 15 5/8″ |
| 160 | 15 3/8″ |
Вернуться к началу
ТАБЛИЦА РАЗРЕЗОВ АНТЕННЫ 3DB GAIN
Visibile Описание: Черная катушка, черная резиновая пружина, серебряный штырь. На катушке будет логотип PCTel или Laird.
| ЧАСТОТА | ДЛИНА ШТАНГИ |
| 150 | 45 1/8″ |
| 151 | 44 3/8″ |
| 152 | 44 1/8″ |
| 153 | 43 3/4 дюйма |
| 154 | 43 3/8″ |
| 155 | 42 7/8″ |
| 156 | 42 5/8″ |
| 157 | 42 1/4″ |
| 158 | 41 3/4 дюйма |
| 159 | 41 1/4 дюйма |
Вернуться к началу
NGP LEGACY ANTENNA CUT CHART
Visibile Описание: катушка черного цвета, пружина Silver W (дополнительно).
«Б1442НС» под катушку.
Выглядит идентично загруженной базе 1/4 волны — проверьте наличие B1442NS под катушкой!!!!
| ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С ПРУЖИНОЙ | ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БЕЗ ПРУЖИНЫ | ||
| ЧАСТОТА | ДЛИНА ШТАНГИ | ЧАСТОТА | ДЛИНА ШТАНГИ |
| 148 | 38 1/2 дюйма | 148 | 41 1/2 дюйма |
| 149 | 37 3/4″ | 149 | 40 3/4″ |
| 150 | 37 » | 150 | 40 1/4″ |
| 151 | 36 1/2 дюйма | 151 | 39 5/8″ |
| 152 | 36 дюймов | 152 | 39 дюймов |
| 153 | 35 1/2 дюйма | 153 | 38 1/2 дюйма |
| 154 | 35 дюймов | 154 | 38 дюймов |
| 155 | 34 1/2 дюйма | 155 | 37 1/2″ |
| 156 | 34 дюйма | 156 | 37 дюймов |
| 157 | 33 1/2 дюйма | 157 | 36 1/4″ |
| 158 | 33 дюйма | 158 | 35 1/2 дюйма |
| 159 | 32 1/2 дюйма | 159 | 35 дюймов |
| 160 | 32 дюйма | 160 | 34 1/2 дюйма |
| 161 | 31 1/2 дюйма | 161 | 34 дюйма |
| 162 | 31″ | 162 | 33 1/2 дюйма |
Наверх
Что такое штыревая антенна?
`;
Технология
Факт проверен
Шеннон Кэм 906:40
Штыревая антенна является наиболее распространенным примером несимметричной радиоантенны. Технически это означает, что вместо двух антенн, работающих вместе, расположенных рядом или образующих петлю, заменяется одна антенна. Штыревые антенны часто используются в таких устройствах, как портативные радиостанции и мобильные телефоны. Их название происходит от гибкого, похожего на хлыст движения, которое они демонстрируют при ударе.
Длина хлыста определяет его потенциальную длину волны. Также возможно укоротить штырь с нагрузочной катушкой в любом месте по длине антенны.
Это позволяет увеличить индуктивность без увеличения размера штыря. Также очень распространены полуволновые и четвертьволновые хлысты.
Штыревая антенна почти всегда устанавливается вертикально на базовое транспортное средство, что приводит к вертикальной поляризации. Поскольку они излучаются во всех направлениях в горизонтальной плоскости, хлысты часто называют всенаправленными. Однако это не совсем так, поскольку все штыревые антенны имеют коническую слепую зону непосредственно над собой.
Хотя обычно штыревая антенна считается формой несимметричной антенны, на самом деле штыревая антенна является несимметричной только в том случае, если транспортное средство, на котором она установлена, значительно больше, чем сама штыревая антенна.
Если антенна и транспортное средство имеют одинаковые размеры, образуется асимметричный диполь. Многодиапазонная работа возможна, если катушка индуктивности размещена либо на половине длины антенны, либо на одной трети и двух третях ее длины.
Использование штыревой антенны имеет ряд достоинств и преимуществ. Одним из примеров является электрическая и механическая простота. Установка практически не требуется, и они относительно просты в эксплуатации. Однако из-за отсутствия стабильной системы электрического заземления штыревые антенны несколько неэффективны. Кроме того, они часто складываются или выдвигаются, так что антенну легко перемещать и хранить, когда она не используется.
Кроме того, любой штырь, напрямую подключенный к передатчику, излучает радиочастотную энергию в окружающую среду. Это может быть причиной для беспокойства, особенно в случаях с сотовыми телефонами и портативными радиостанциями, когда руки и голова пользователя подвергаются воздействию мощных электромагнитных полей. Также известно, что эти поля вызывают сбои в работе находящихся рядом электронных устройств, включая медицинское оборудование.
При работе с мощной или дальней беспроводной связью наружная антенна с хорошо спроектированной и стабильной системой подачи работает намного лучше, чем штыревая антенна.
