Добротность и КПД рамочной антенны. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны УКВ

Комментарии к статье

Малогабаритные рамочные антенны многие годы вызывают интерес радиолюбителей. В последнее время появились выпускаемые промышленностью антенны, дистанционно настраиваемые с помощью КПЕ с моторным приводом.

Общеизвестно, что добротность Q малой (по сравнению с длиной волны X) рамки высока, и поэтому полоса пропускания 2Δf = f 0/Q составляет не более нескольких процентов от ее резонансной частоты f 0. Об эффективности же (КПД) рамок ходят либо легенды, либо совсем недостоверные данные.

В радиолюбительских условиях несложно изготовить рамочную антенну, настроить ее на нужную частоту f 0 и согласовать с фидером. Легко определить и полосу пропускания 2Δf, хотя бы по возрастанию модуля входного сопротивления в 1,4 раза при расстройке на Δf. КСВ в фидере при этом изменяется от единицы на частоте f 0 до примерно 2,6 на частотах f 0 ± Δf. Оказывается, этих данных вполне достаточно, чтобы оценить эффективность построенной рамочной антенны, размеры которой, разумеется, тоже известны Давайте вместе с автором выведем несколько простых формул, которые позволят оценить КПД. Если же кто-то не любит математики, он может просто посмотреть окончание статьи с выводами и результатами. Надеюсь, они не покажутся ему сложными (hi).

Итак, речь пойдет о "круглой" рамке с периметром р = πD, заметно меньшим λ/2 (рис. 1). Индуктивность рамки компенсируется емкостью конденсатора настройки С, таким образом, антенна настраивается в резонанс, и ее сопротивление становится чисто активным и равным R∑ + Rn, где R∑ - сопротивление излучения; Rn - сопротивление потерь. При этом в рамке устанавливается кольцевой ток максимальной амплитуды с практически равномерным распределением по периметру. Согласование с кабелем делается по-разному: петлей связи, ферритовым трансформатором или гамма шлейфом, как на рис. 1.

Приведем сначала известные из теории антенн формулы, полезные при расчете рамочной антенны. Ее сопротивление излучения R∑ = 20π2р4/λ4, как видим, достаточно мало и быстро падает с уменьшением периметра. Сопротивление потерь тоже стараются сделать малым, поскольку КПД = R∑/(R∑ + Rn).

Добротность рамки, как и обычного колебательного контура, равна отношению индуктивного сопротивления на резонансной частоте X = 2πf 0L к активному: Q = X/2(R∑ + Rn). Двойка в знаменателе введена для учета трансформированного к рамке выходного сопротивления передатчика или входного сопротивления приемника, равных (по условиям согласования) активному сопротивлению антенны. У антенны без потерь (Rn = О, КПД = 100 %) добротность - конечная величина, поскольку остаются полезные потери на излучение: Q0 = X/2R∑. Легко также показать, что КПД = Q/Q0.

Для расчета индуктивности рамки в литературе предложено довольно много формул, незначительно отличающихся числовыми коэффициентами (абсолютно точной формулы не существует, так как трудно учесть малые эффекты: отличие формы от круга, конечный диаметр провода, распределение тока по его поверхности, скин-эффект и т. д.). Автор предпочитает пользоваться наиболее простой и довольно точной формулой- L = μ0R ln(R/r), где μ0=4π10-7 Гн/м - магнитная константа; R = D/2 и r = d/2 - радиусы соответственно рамки и провода. Все размерности здесь - в системе единиц СИ. Видим, что индуктивность прямо пропорциональна диаметру рамки D, помноженному на коэффициент формы β = ln(D/d). Его значения приведены на графике (рис. 2)

Вычислим индуктивное сопротивление X = 2πf0L = πf0Lμ0Dβ и перейдем от частоты к длине волны, учитывая, что f0 = c/λ. с = 1√μ0/e0(скорость света) и √μ0/e0 = 120π (волновое сопротивление свободного пространства):

Осталось найти добротность:

Как и для других малых антенн (см. предыдущие статьи автора на эту тему), добротность оказалась обратно пропорциональной кубу линейных размеров или объему ближнего поля антенны. Упростим формулу: поскольку π ≈ 3 с ошибкой не более 5 %, то запишем окончательно:

Q0 = β(λ/p)3.

Такой должна быть добротность рамочной антенны с КПД = 100 %. Если измеренное значение Q меньше (а больше оно теоретически быть не может), то КПД = Q/Q0. Теперь радиолюбители смогут, рассчитав по известному периметру рамки ее необходимую добротность Q0 и измерив реальную добротность Q, определить КПД своей антенны.

Автор: Владимир Поляков (RA3AAE), г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Антенны УКВ.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Мини-ПК GMKtec Evo-X5 Pro 09.10.2026

Компания GMKtec представила Evo-X5 Pro, оснащенный топовым процессором AMD Ryzen AI Max+ Pro 495 из семейства Gorgon Halo и впечатляющим объемом оперативной памяти - 192 ГБ LPDDR5X-8533. Главная особенность компьютера - используемый процессор. Ryzen AI Max+ Pro 495 является самой мощной моделью в линейке Ryzen AI Max+ 400, известной под кодовым названием Gorgon Halo. В отличие от серии Ryzen AI 400, или Gorgon Point, где применяется комбинация крупных ядер Zen 5 и компактных Zen 5c, Gorgon Halo полностью отказался от Zen 5c. Все 16 ядер Ryzen AI Max+ Pro 495 относятся к архитектуре Zen 5, благодаря чему процессор способен одновременно обрабатывать до 32 потоков. По своим характеристикам чип предлагает базовую частоту 3,1 ГГц и способен разгоняться до 5,2 ГГц в режиме Boost. Объем кеш-памяти третьего уровня составляет 64 МБ. Фактически Ryzen AI Max+ Pro 495 можно рассматривать как мобильный аналог Ryzen 9 9950X, но с существенно меньшим энергопотреблением. Именно сочетание высокой ...>>

Плоская Вселенная не обязательно бесконечна 08.10.2026

Как устроено пространство Вселенной - один из фундаментальных вопросов современной космологии. На первый взгляд может показаться, что если пространство не имеет заметной кривизны, то оно должно простираться бесконечно во всех направлениях. Однако геометрия и топология пространства - не одно и то же, поэтому плоская Вселенная вовсе не обязана быть бесконечной. Новые результаты американских ученых позволяют увереннее говорить о геометрии космоса, но одновременно показывают, почему вопрос о его истинных размерах остается открытым. Ключом к определению геометрии Вселенной стал космический микроволновый фон (CMB) - излучение, сохранившееся с ранних этапов ее развития. Оно представляет собой своеобразный космический снимок очень молодой Вселенной, а распределение температуры в этом излучении содержит информацию о свойствах пространства, через которое свет распространялся на протяжении миллиардов лет. Анализируя характерные особенности CMB, исследователи могут проверять, соответствует ли н ...>>

Случайная новость из Архива Наномембрана для контроля звуковых волн в микрочипах 29.06.2025 Группа немецких ученых представила уникальное устройство - ультратонкую наномембрану, способную контролировать звуковые волны с беспрецедентной точностью. Это открытие обещает стать прорывом в области микроэлектроники и обработки сигналов. Созданный прибор представляет собой мембрану из нитрида кремния толщиной всего 20 нанометров - это в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Ее поверхность покрыта регулярной решеткой из треугольных отверстий, благодаря которым мембрана получила неофициальное название "нанобатут". Эта структура позволяет мембране колебаться с минимальными потерями энергии и сохранять импульс практически без затухания. Особенность устройства в том, что различные участки поверхности движутся не только вверх и вниз, но и в боковом направлении, что существенно расширяет возможности управления волнами. Создатели - физики из Университета Констанца, Копенгагенского университета и ETH Цюриха - использовали мембрану для демонстрации новых способов транспортировки фононов. Фононы, являющиеся кванта звуковых колебаний в кристаллической решетке, играют ключевую роль в передаче информации на наноуровне. Эксперименты показали, что с помощью "нанобатута" можно направлять фононы даже под острыми углами до 120 градусов с минимальными потерями энергии - менее одного на десять тысяч квантов отклоняется от заданного пути. Это уровень эффективности, сопоставимый с современными телекоммуникационными системами, что открывает новые горизонты для микроэлектронных схем. Одна из целей проекта - создание "дорог" для фононов, по которым сигналы смогут эффективно перемещаться даже по сложным маршрутам внутри микрочипов. Концепция и дизайн устройства разработаны физиком Одедом Цильбербергом из Констанца, а коллеги из других университетов воплотили ее в реальность. Интересный факт: ученый даже шутливо предположил возможность создания подобного "батута" человеческих размеров, что, по его мнению, было бы забавным экспериментом, однако он настоятельно рекомендует использовать защитный шлем для подобных испытаний. Проект получил финансирование от Европейского исследовательского совета, а также поддерживается фондами Дании, Швейцарии и программой Horizon 2020. Полученные результаты могут стать основой для создания нового поколения микросхем с революционными возможностями передачи звуковых и колебательных сигналов. Разработанная наномембрана демонстрирует, как инновационные материалы и продуманные архитектуры могут кардинально улучшить управление микроскопическими волнами, что важно для развития электроники и телекоммуникаций будущего.

Другие интересные новости:

▪ Бесплатное электричество и чистая вода

▪ Электрический седан Nio ET7

▪ Корабль для космического туризма Blue Origin

▪ Новый датчик температуры для компьютерных модулей памяти

▪ Что прилипает к тефлону

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Крылатые слова, фразеологизмы. Подборка статей

▪ статья Ом Георг. Биография ученого

▪ статья Почему Сингапур называют fine city? Подробный ответ

▪ статья Грузчик, работающий в организации торговли. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Компактные люминесцентные лампы. Технические характеристики. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Два варианта модема, Hamcomm и Hamcomm+. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026