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:

Рыжий ген и ускоренная эволюция 30.04.2026

Вопрос о том, как и насколько быстро меняется человеческий вид, давно занимает биологов и генетиков. Долгое время считалось, что эволюционные процессы происходят крайне медленно, однако новые данные заставляют пересматривать эти представления. Особенно интересные результаты связаны с изменением частоты редких генетических признаков, включая рыжий цвет волос. Рыжеволосость сегодня остается редкой чертой: ее носители составляют менее 2 процентов мирового населения. Однако анализ древней и современной ДНК показывает, что ген, связанный с этим признаком, за последние примерно 10 тысяч лет стал заметно более распространенным, особенно среди популяций Европы. Более того, вместе с ним исследователи фиксируют и другие изменения в генетическом профиле человека, затрагивающие внешность и физиологические особенности. Среди сопутствующих тенденций, выявленных в генетических данных, отмечается увеличение частоты светлой кожи, снижение вероятности мужского облысения, а также некоторые физиолог ...>>

Нейтринный лазер 30.04.2026

Нейтринный лазер - это гипотетическое устройство, способное управлять потоками одних из самых трудноуловимых частиц во Вселенной. Такая разработка открывает новые горизонты в изучении фундаментальных законов природы и может изменить представления о космосе. Идею нового типа излучателя представили физики из Massachusetts Institute of Technology, предложив лазер, который вместо света генерирует поток нейтрино. Эти частицы, почти не взаимодействующие с материей, настолько слабо проявляют себя, что их часто называют "частицами-призраками". Тем не менее они пронизывают все вокруг: по оценкам, триллионы нейтрино ежесекундно проходят через человеческое тело, не оставляя следа. Несмотря на их колоссальную распространенность во Вселенной, нейтрино остаются одними из наименее изученных частиц. Их крайне сложно регистрировать, а еще сложнее контролировать, поэтому традиционно их получают в крупных установках вроде ядерных реакторов или ускорителей частиц. Такие комплексы требуют огромных за ...>>

Мороженое не такое вредное, как принято считать 29.04.2026

В питании часто встречаются продукты, которые одновременно вызывают удовольствие и сомнения с точки зрения здоровья. К таким относится и мороженое: оно воспринимается как типичный десерт с высоким содержанием сахара и жиров, однако современные научные данные постепенно усложняют это привычное представление. Долгое время считалось, что мороженое не может быть частью рационального питания, однако исследования последних лет показывают более неоднозначную картину. Ученые подчеркивают, что влияние этого продукта на организм зависит не только от его сладости или калорийности, но и от состава, качества ингредиентов и общего образа жизни человека. Одни из наиболее масштабных данных были получены в рамках долгосрочных наблюдений в США, включавших проекты Nurses Health Study, Nurses Health Study II и Health Professionals Follow-Up Study. В этих исследованиях на протяжении 20-40 лет наблюдали примерно 190 тысяч взрослых участников, регулярно собирая данные об их питании, физической активнос ...>>

Случайная новость из Архива Во сне мозг видит что-то новое 24.08.2015 Наш сон делится на медленную и быструю фазы, и быстрая называется еще REM-сном, где REM - rapid eyes movement, быстрые движения глаз. Обычно говорят, что в этот момент мы видим сны, и глаза двигаются вслед за картинами, которые проносятся в спящем мозге. Однако прямых доказательств тому не было - до сегодняшнего дня. В экспериментах нейробиологов из Тель-Авивского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Висконсинского университета в Мадисоне участвовали 19 больных эпилепсией, которым предстояла хирургическая операция. Перед тем, как удалить участок нервной ткани, вызывающий припадки, пациенту вводили электроды, которые должны были указать, откуда, от каких нейронов начинается эпилептический приступ. Обычно в таких случаях параллельно с медицинской процедурой проводятся и какие-то фундаментальны исследования, ведь это уникальная возможность заглянуть в живой человеческий мозг. Ицхак Фрид (Itzhak Fried) и его коллеги отслеживали активность индивидуальных нервных клеток в средней височной доле коры, где осуществляется переход между визуальным восприятием и памятью. Здешние нейроны реагируют как на новую картинку, так и на то, что нам уже знакомо, (например, на фотографии друзей или мест, где мы побывали), причем, во втором случае даже необязательно смотреть на фото, достаточно закрыть глаза и увидеть нечто знакомое, хранящееся в памяти, "мысленным взором". Характер нейронной активности в обоих случаях отличается. Работу нервных клеток записывали, когда человек спал, когда просыпался и лежал в темной комнате (и ничего не видел) и когда смотрел какое-то видео и общался с людьми. В отдельном тесте добровольца просили зафиксировать на чем-то взгляд, чтобы понять, как ведут себя нейроны при неподвижных глазах. И вот оказалось, что во время быстрого сна нейроны работают так, как если бы мозг видел нечто новое - будто мы, бодрствуя, зашли в совершенно незнакомое нам место. Во сне нервные клетки срабатывали точно после очередного движения глаз, так что можно с большим основанием можно утверждать, что работа глаз и работа нейронов друг с другом действительно связаны. Результаты экспериментов описаны в статье в Nature Communications. Эти данные в некотором смысле идут вразрез с точкой зрения, согласно которой в спящем мозге совершается бессознательная работа с образами, которые попали в память, пока мы бодрствовали. Повторим, что нейроны работают так же, как наяву, и "видят" не что-то знакомое, которое могло бы прийти из памяти, а что-то новое. Но тут, впрочем, слишком много неясностей и подводных камней, чтобы делать глобальные выводы. Во-первых, что значит "новое" и "старое"? Может быть, комбинация старых образов дает новое зрительное ощущение? Если же клетки действительно реагируют на что-то новое, то откуда оно берется, с закрытыми-то глазами? И, наконец, самое главное - хотя мы и считаем, что быстрые движения глаз во сне свидетельствуют о сновидении, строгих доказательств тому нет. То есть мы не знаем, почему двигаются глаза, является ли это реакцией на сновидения. По некоторым предположениям, сновидения вообще относятся к моменту, когда мы только погружаемся в сон или когда просыпаемся, и представляют они собой сигналы, доходящие до полуспящего мозга извне. Остается надеяться, что дальнейшие исследования помогут нам понять, что происходит с сознанием при переходе из бодрствования в сон и обратно.

Другие интересные новости:

▪ Микрооригами

▪ Роботы вместо астронавтов

▪ Зеркало из атомов

▪ Принтер для мобильников

▪ Шаг к настольному ускорителю

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Ограничители сигнала, компрессоры. Подборка статей

▪ статья Питомец муз и вдохновенья. Крылатое выражение

▪ статья Кто придумал велосипед? Подробный ответ

▪ статья Кассир с кассовым аппаратом. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Доработка сварочного аппарата. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Превращение 10 копеек в 1 рубль. Секрет фокуса

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026