О влиянии металлической траверсы на работу антенны. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны. Теория

Комментарии к статье

В предлагаемой статье авторы попытались уточнить имеющиеся в радиолюбительской литературе рекомендации относительно влияния металлической траверсы антенны на полуволновый вибратор. В результате были получены пригодные для практического использования величины поправок к длине вибратора в зависимости от соотношения размеров "вибратор-траверса", рабочей частоты и удаленности аибратора от конца траверсы, для трех основных способа его крепления.

Металлическая несущая траверса, на которой укреплены элементы вибраторной антенны, находится в ближнем поле антенны и может оказывать существенное влияние на ее параметры. В частности, размеры всех элементов антенны типа "волновой канал", рассчитанной без учета такого влияния, требуют коррекции.

В доступной авторам литературе не обнаружено подробного анализа этого влияния, методики его учета или эффективной не трудоемкой коррекции. В описаниях антенн в лучшем случае присутствует указание на то, что размеры даны для монтажа на металлической траверсе определенного диаметра [1] или имеется замечание о том, что в диапазоне 432 МГц большое влияние на свойства антенны оказывает способ крепления вибраторов к несущей конструкции [2]. В [3] рекомендуется удлинять вибраторы на 0,5...1% при наличии металлической траверсы, а в [4] приводится рекомендация о необходимости учета влияния траверсы посредством увеличения расчетной длины вибраторов на 2/3 диаметра траверсы. В книге [5] отмечается, что для рефлектора и последнего директора условие "2/3" действует только в том случае, если соответствующие концы траверсы выступают не менее чем на пять диаметров траверсы. В русском переводе книги К. Ротхаммеля и А. Кришке [6] отмечаются приближенность и ограниченность эмпирического правила "2/3" и указывается на влияние способа крепления элемента, а также толщины и формы сечения траверсы. Там же, со ссылкой на работы DL6WU [7, 8], приводится краткая таблица поправок к длине пассивных элементов антенн "волновой канал" диапазонов 145 и 432 МГц.

Методика и модели

Влияние проводящей траверсы на резонансную длину полуволнового вибратора исследовалось посредством электродинамического моделирования с помощью программы WIPL [9], служащей для анализа излучающих и рассеивающих структур из проводов и пластин без учета потерь.

Моделировались три типовых способа симметричного крепления круглого вибратора к траверсе шестигранного сечения (рис. 1): 1 - вибратор изолирован от траверсы, оси вибратора и траверсы не пересекаются; 2 - вибратор изолирован от траверсы, их оси пересекаются; 3 - вибратор соединен с траверсой (имеет место хороший электрический контакт - сварка), оси вибратора и траверсы пересекаются.

Считалось также, что на траверсе находится только один вибратор и ничто, кроме траверсы, не влияет на его резонансную длину. Влияние нерезонансных вибраторов в многозлементных антеннах и коррекция их длины будут рассмотрены ниже.

Точная резонансная длина полуволнового вибратора данного диаметра при симметричном возбуждении на данной частоте определялась по условию Х=0, где X - мнимая часть комплексного входного сопротивления Z=R+jX вибратора. Сначала определялась резонансная длина Lо в свободном пространстве (без траверсы) а затем аналогично резонансная длина L при данных условиях крепления элемента к данной траверсе. Необходимая величина поправки вычислялась как l=L-Lо или в процентах как σ=(l/Lo)·100%.

Исследовалось влияние на резонансную длину способа крепления элемента на траверсе (1, 2. 3), диаметра b эквивалентной траверсы круглого сечения, длины выступающего конца траверсы t при креплении вибратора у ее конца, диаметра вибратора d и его длины (косвенно через частоту f, определяющую длину волны X), а также влияние зазора s между изолированным вибратором и траверсой.

В табл. 1 приведены интервалы относительных параметров моделирования, результаты которого использованы в дальнейшем для получения эмпирических расчетных соотношений.

Для шестигранной траверсы при способе крепления вибратора 3 размер b=1,09D.

Оценку "действующей длины" траверсы, т. е. такого расстояния вибратора от концов траверсы, увеличение которого уже практически не приводит к изменению величины поправки, можно сделать по результатам моделирования, приведенным на рис. 2. С учетом ограничений программы WIPL, для моделирования в диапазоне частот 150... 1200 МГц и во всем интервале диаметров траверсы 7,4...29,6 мм действующая длина t1 принята равной 92 мм.

Результаты моделирования

На рис. 2 - 4 приведены выборочные графики, показывающие характер зависимостей поправки от параметров моделирования. Отметим некоторые общие закономерности.

Присутствие металлической траверсы, толщина которой больше толщины вибратора, при всех способах крепления приводит к заметному электрическому укорочению вибратора, т. е, к повышению его резонансной частоты. Для восстановления на прежней частоте резонансной длины надо увеличить расчетную длину вибратора на величину укорочения l.

Анализ показал, что этот эффект обусловлен поперечными токами траверсы. Поэтому его нельзя обнаружить моделированием траверсы с применением программ для тонких проводников (MININEC, ELNEC, MMANA), где учитываются только продольные токи проводников, даже если задавать достаточно большой диаметр провода.

Из рис. 2 следует, что чем длиннее вибратор, тем меньше величина поправки l. При частотах 600 и 1200 МГц заметен эффект резонанса траверсы, хотя и незначительный.

Влияние траверсы сильнее всего сказывается в соединениях, выполненных по способу 3, а при креплениях вибратора без электрического контакта существенно зависит от величины зазора s в способе 1 и почти не зависит от размера щели (в разумных пределах) в варианте крепления 2.

Величина поправки при данной толщине траверсы по-разному зависит от толщины вибратора (рис. 3): для соединений с контактом типа 3 с ростом диаметра вибратора она заметно уменьшается, для соединений типа 2 без контакта - наоборот, увеличивается, а в способе 1 такая зависимость очень незначительна и практически отсутствует при нулевом зазоре. Влияние частоты сводится к умеренному росту величины l с ростом частоты - в 1,5...2 раза в диапазоне 100...1200 МГц.

Наиболее сильное влияние на величину поправки оказывает толщина (диаметр) траверсы (рис. 4). Так, при частоте 800 МГц, диаметре вибратора 2 мм (резонансная длина без траверсы 176,2 мм) и диаметре траверсы b=14,8 мм поправка составила 9,74 мм (что, кстати, в этом случае близко к величине 2b/3, приводимой в литературе в качестве рекомендации по коррекции длины любого вибратора с соединением 3-го вида). Двукратное увеличение b привело к увеличению I в 2,47 раза, а двукратное уменьшение - к соответствующему уменьшению l в 2,59 раза.

Существенный рост поправки при удалении места крепления вибратора от конца траверсы определен до расстояний 3...5 диаметров траверсы (рис, 4), причем если вибратор укреплен на самом конце траверсы (t = 0), то величина l может составлять примерно 60...70% от максимальной.

На рис. 5 приведены эскизы нескольких моделей с прямоугольным и квадратным сечениями траверсы.

На модели по рис. 5,а сделаны расчеты поправок для сравнения с аналогичным способом крепления (1) на шестигранной траверсе при одинаковых эквивалентных для 3-го способа диаметрах круглого сечения (b = 14,8 мм). Это сравнение отражено на рис. 6, из которого следует, что в данном случае, когда вибратор параллелен одной из граней квадратной траверсы, влияние такой траверсы заметно сильнее. Диаметр траверсы круглого сечения, эквивалентный квадратной траверсе с креплением, выполненным по способу 3 (рис. 5, г), считается как b= 1.14D.

Рис. 5 дает некоторое представление о зависимости влияния траверсы от формы ее сечения и расположения вибратора. Все модели на рис. 5 расположены сверху вниз по возрастанию поправки на длину вибратора при постоянной площади сечения траверсы и прочих одинаковых параметрах.

Практическое применение

По результатам моделирования для разных способов крепления вибратора к траверсе получены эмпирические выражения, связывающие величину необходимой поправки с исходными данными (размеры и частота). Для нахождения этих зависимостей использовались процедуры множественной регрессии (Stat-graphtcs plus v.2.1 [10]). Среднеквадратическая погрешность расчета относительной величины поправки l/b по формулам составляет 0,0115 для способа крепления 1, 0,00758 - для способа крепления 2 и 0,0132 - для способа 3. Формулы расчетов весьма громоздки и здесь не приводятся.

По полученным формулам составлены расчетные программы. Тексты программ: русскоязычной boom_r.bas и англоязычной boom_e.bas на языке Turbo-Basic, а также исполняемые файлы соответственно boom_r.exe и boom_e.exe можно скачать отсюда. Ввод данных производится в режиме диалога с ограничениями в соответствии с табл. 1. Поскольку программы работают по относительным размерам, частотный диапазон для расчетов не ограничен диапазоном моделирования.

В табл. 2 приведены для сравнения значения поправок (способ крепления 3) для частоты 432 МГц, полученные DL6WU [8] для неизвестного диаметра элемента d и рассчитанные по нашей программе для трех значений d.

Нерезонансные вибраторы

Полученные результаты можно применять и для коррекции длины нерезонансных пассивных вибраторов антенн "волновой канал". Для этого сначала надо рассчитать относительную величину б поправки для резонансного вибратора при тех же условиях. В программе boom выполняется пересчет абсолютной поправки l (в миллиметрах) в относительную σ (в процентах). Затем эту же величину относительной поправки l применить к расчетной (без учета влияния траверсы) длине пассивного вибратора и получить в результате абсолютную величину коррекции. Например, расчетная длина рефлектора диаметром 20 мм при частоте 50 МГц равна 3060 мм. Диаметр траверсы b=80 мм, t=140 мм, крепление типа 3 или типа 1 с зазором s=20 мм. Расчет по программе boom дает поправку l=32,74 мм (σ=1,15 %) для крепления типа 3, l=8,44 мм (σ=0,3%) - для типа 1 Следовательно, в первом случае ре флектор нужно удлинить на 1,15 % его расчетной длины, т. е. на 3060-0,0115=35,2 мм, а во втором - на 0,3% расчетной длины, т. е. на 3060 0,003=9,18 мм.

Эта методика с погрешностью по фазовому сдвигу до ±3° применима для вибраторов, отличающихся подлине от резонансных на ±10% и меньше. Влияние траверсы без коррекции может привести в этом случае к отклонению фазы на угол до ±15°.

Влияние других вибраторов также нетрудно учесть с помощью простых средств моделирования проволочных антенн, например, MININEC и т. п.

Пригодность этой методики была проверена на практике, в частности, при разработке стационарных 11-элементных антенн "волновой канал" диапазона 820...875 МГц для удаленных абонентов сотовой связи. Расчетные длины всех злементоа (d=5,6 мм) были увеличены на 2,3 % для установки на алюминиевой траверсе диаметром 15 мм по способу 2 при длине выступающих концов траверсы не менее 60 мм. Однако если элемент (рефлектор или последний директор) установлен на расстоянии 10 мм от конца траверсы, его длина должна быть увеличена только на 1.5 %.

Надеемся, что полученные результаты могут быть полезны радиолюбителям, а также разработчикам и конструкторам вибраторных антенн для телевидения, радиосвязи и других приложений. Вопросы, отзывы, предложения, замечания, критику с благодарностью примем по адресу: <ua3tz@unc.sci-nnov.ru>. Авторы признательны В. В. Крылову и И. П. Ковалеву за ценные советы и замечания.

Литература

1. Шпиндлер Э. Практические конструкции антенн. Пер. с нем. - М.: Мир, 1989.
2. Беньковский 3., Липинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн. Пер. с польск. - М.: Радио и связь, 1983.
3. The Radio Amateur's Handbook -ARRL, 1973.
4. Ротхаммель К. Антенны. Пер. с нем. - М.: Энергия, 1979.
5. Rambousek A. Amaterska technika velmi kratkach vln. - Praha: Nase vojsko, 1961
6. Ротхаммель К., Кришке А. АнтенныТом 2. Пер с нем. - Мн.: OMO "Наш город", 2001
7. Hoch G. Wirkungswelle und optimale Dimensionerung von Yagi-AntBnnen. - UKW-Berichte, 1/1977, s.27-36.
8. Hoch G. Mehr Gewinn mit Yagi-Antennen. - UKW-Berichte, 1/1978, s. 2-9.
9. Kolundzija B.M. e. a. WIPL: A Program tor Electromagnetic Modeling of Composite Wire and Plate Structures. - IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol.38, No.1, February 1996
10. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. - С.-Пб. Питер, 1997.

Авторы: А.Гречихин (UA3TZ), Н.Селезнев, г.Нижний Новгород

Смотрите другие статьи раздела Антенны. Теория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Биопластик из отходов хлеба и авокадо 28.01.2026

Проблемы пищевых отходов и загрязнения окружающей среды пластиком все чаще рассматриваются как взаимосвязанные вызовы современности. Ученые по всему миру ищут решения, которые позволили бы одновременно сократить объем выбрасываемых продуктов и заменить традиционные полимеры экологически безопасными материалами. В этом контексте особенно интересны разработки, использующие то, что раньше считалось бесполезным мусором. Исследовательская группа из Австралии предложила технологию превращения пищевых отходов в биопластиковые пленки, применяя кожуру авокадо, черствый хлеб и крахмал саговой пальмы. Работа была выполнена учеными Университета Дикина, а ее результаты опубликованы в журнале Matter, о чем сообщил Anthropocene Magazine. По словам авторов, метод изначально разрабатывался как масштабируемый и экономически оправданный, чтобы его можно было внедрять в промышленность без существенных затрат. Австралийские исследователи подчеркивают, что полученные материалы потенциально пригодны не ...>>

Смартфон NexPhone на трех операционных системах 28.01.2026

Идея объединить смартфон и персональный компьютер в одном устройстве давно волнует инженеров и пользователей, однако до сих пор такие проекты оставались нишевыми или компромиссными. Компания Nex Computer решила подойти к этой задаче радикально и представила NexPhone - смартфон, который позиционируется как полноценная альтернатива ПК. Его ключевая особенность заключается в одновременной поддержке сразу трех операционных систем, каждая из которых рассчитана на свой сценарий использования. В NexPhone реализована система мультизагрузки, позволяющая работать с Android 16, Linux на базе Debian и Windows 11. Android 16 выступает основной мобильной платформой и предназначен для повседневных задач, таких как общение, мультимедиа и приложения. Linux запускается как отдельная рабочая среда, ориентированная на разработчиков и пользователей, привыкших к классическим настольным инструментам. Windows 11 устанавливается во второй раздел накопителя и требует перезагрузки устройства, но именно она до ...>>

Солнечный свет помогает мозгу работать быстрее 27.01.2026

Влияние света на самочувствие человека давно интересует ученых, однако лишь в последние годы стало возможным изучать этот эффект вне строгих лабораторных условий. Современные носимые датчики и мобильные приложения позволяют наблюдать, как освещение в повседневной жизни отражается на внимании, памяти и уровне бодрствования. Именно таким путем пошли исследователи из Манчестерского университета, решив выяснить, какую роль играет дневной свет в поддержании когнитивной активности. В ходе исследования 58 добровольцев на протяжении недели носили специальные сенсоры, фиксирующие интенсивность окружающего освещения. Параллельно участники выполняли задания в приложении Brightertime, которое оценивало их внимание, скорость реакции, рабочую память и субъективную сонливость. Для этого использовались шкала сонливости Каролинского университета, тест на бдительность, трехзадачный тест памяти и задания на визуальный поиск, что позволяло отслеживать изменения когнитивной производительности практическ ...>>

Случайная новость из Архива Работая, женщины сохранют ясность ума 04.07.2025 Пока ведутся жаркие споры о балансе между карьерой и личной жизнью, наука подсказывает неожиданный ответ: работа - не только способ самореализации и источник дохода, но и эффективная профилактика возрастных когнитивных нарушений. Свежие данные международного исследования подтверждают, что профессиональная занятость женщин положительно влияет на состояние их памяти в пожилом возрасте. Исследование охватило более шести тысяч женщин в возрасте от 16 до 55 лет, за которыми наблюдали в среднем 12 лет. Память участниц проверялась каждые два года, и результаты оказались весьма показательными. Оказалось, что у тех, кто не работал, ухудшение памяти после 60 лет происходило примерно в полтора раза быстрее, чем у тех, кто был трудоустроен. Этот эффект проявлялся независимо от уровня образования, что делает выводы еще более весомыми. Ученые объясняют это тем, что трудовая деятельность требует регулярной умственной активности, навыков планирования и принятия решений. Все это заставляет мозг постоянно тренироваться, а значит - замедляет естественные возрастные изменения. Даже повседневные задачи, возникающие на работе, могут оказывать стимулирующее воздействие на память и когнитивные способности в целом. Особенно интересно, что влияние трудовой активности на мозг проявлялось не только у тех, кто начал карьеру в юности. Женщины, приступившие к профессиональной деятельности после 30 или даже 40 лет, также демонстрировали более высокую устойчивость к возрастному снижению памяти. Это опровергает распространенный миф о том, что начинать карьеру поздно - бессмысленно. Оказывается, с точки зрения мозга это вполне разумное решение. Авторы исследования подчеркивают, что речь не идет исключительно о карьерных успехах или высоких должностях. Даже простая регулярная работа, предполагающая взаимодействие с людьми, выполнение задач и ответственность, способна поддерживать в тонусе важнейшие участки мозга, связанные с памятью и вниманием. Науке уже давно известно, что образование в молодости способствует сохранению когнитивных функций в старости. Однако теперь становится ясно, что не менее важным фактором является и ежедневная активность, связанная с профессиональной жизнью. Это дает женщинам дополнительный стимул быть вовлеченными в социальную и интеллектуальную сферу как можно дольше. Трудовая занятость - эффективный способ сохранить ясность ума, крепкую память и снизить риск деменции в пожилом возрасте. И в этом смысле никогда не поздно начать.

Другие интересные новости:

▪ Туннель затыкается огромной пробкой

▪ Жидкокристаллический кабель для передачи тока

▪ Журнал с телерекламой

▪ Выращивание помидоров в теплицах с кондиционерами

▪ Жир - главная причина старения

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Акустические системы. Подборка статей

▪ статья Первая леди страны. Крылатое выражение

▪ статья Что такое камедь? Подробный ответ

▪ статья Ездовая петля. Советы туристу

▪ статья Автомат включения освещения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Усовершенствование головки прямого излучения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026