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:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Найдено новое свойство графена 19.05.2020 Графен считается одним из наиболее перспективных материалов будущего полупроводниковой отрасли. Он ультратонкий, сверхпрочный и обладает двумерной структурой, которая делает его отличным проводником. В ходе недавних экспериментов удалось обнаружить новое свойство графена, после того как его сложили в несколько слоев и скрутили. Впервые аномалия была обнаружена учеными Массачусетского технологического института еще в 2018 году. Тогда в ходе экспериментов специалисты заметили, что при смещении двух слоев графена относительно друг друга на 1,1 градуса материал внезапно превращается из сверхпроводника в изолятор. В ходе дополнительных исследований удалось выяснить, что схожим образом можно получить и другие свойства. В начале мая та же команда исследователей использовала технику сканирования, которая позволила смещать слои друг относительно друга с шагом до 0,002 градуса. Было обнаружено, что изоляционные и сверхпроводящие свойства становятся более выражены, когда смещение приближается к 1,1 градуса. Таким образом, контролируя угол поворота между слоями, можно регулировать проводящие характеристики. Второй эксперимент показал, что эффект с переходом от сверхпроводника к изолятору работает и с четырьмя слоями графена. Однако в этом случае использование электрического поля позволяет точно настраивать изолирующие способности материала, что ранее было невозможно.

Другие интересные новости:

▪ Северное полушарие ждет самое жаркое лето за 600 лет

▪ Хранение информации в одном атоме

▪ Ракета, летающая на пластиковых отходах

▪ Усовершенствование сухих электродов для литий-ионных аккумуляторов

▪ Хотите похудеть - нюхайте ваниль

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Домашняя мастерская. Подборка статей

▪ статья Лапти плести. Крылатое выражение

▪ статья Кто такой нарвал? Подробный ответ

▪ статья Силковый узел. Советы туристу

▪ статья Гирлянда, дающая ток. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Распределительные устройства напряжением до 1 кB переменного тока и до 1,5 кB постоянного тока. Установка приборов и аппаратов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026