Способ питания укороченной рамочной антенны. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны УКВ

 Комментарии к статье

В последнее время возрос интерес к рамочным антеннам. Если раньше подобные антенны использовались сравнительно редко, то сейчас их применяют в качестве антенн мобильных систем связи, систем охранной сигнализации и т.п.

Основным достоинством подобных антенн является значительно меньшее влияние среды на параметры рамочной антенны, что в ряде случаев является определяющим при выборе антенны. Однако использовать подобные антенны с размерами, соизмеримыми с длиной волны L, в диапазоне KB весьма затруднительно. Поэтому представляет определенный интерес использование рамочных антенн с периметром S, меньшим длины волны L. Подобные антенны можно использовать и как дополнительные, примирившись с их односторонней направленностью, и устанавливать их в окнах, лоджиях, на балконах, а также в составе сложных направленных антенн в низкочастотных КВ-диапазонах. Основным элементом таких антенн является рамка с периметром S, меньшим длины волны. Для размещения на окнах, балконах наиболее удобной формой рамки является прямоугольная. Рассмотрим такую рамку с периметром S, равным длине волны L, расположенную в вертикальной плоскости[I].

При питании подобной антенны со стороны вертикальных элементов оба эти элемента возбуждаются синфазно, и на них располагаются пучности тока и узлы напряжения. Горизонтальные элементы с пучностями напряжения, в свою очередь, возбуждаются противо-фазно. Вертикальные элементы можно представить в виде двух параллельно расположенных вибраторов с изогнутыми концами, размещенных на расстоянии L/4 и возбуждаемых в одинаковой фазе. Вследствие сложения полей этих вибраторов, возбуждаемых синфазно, максимальная напряженность поля в горизонтальной плоскости оказывается в направлениях оси рамки, расположенной перпендикулярно плоскости рамочной антенны.

Такая картина распределения токов и напряжений вдоль рамки, рассмотренная для случая S=L, сохраняется и при некотором уменьшении S по сравнению с L. При дальнейшем уменьшении размеров рамочной антенны меняется распределение тока по периметру рамки, и при значительном сокращении размеров по сравнению с L (S/L<0,25) вместо узлов и пучностей тока возникает однородное распределение тока (ток почти не меняется вдоль рамки). Ток в этом случае в каждый момент времени течет в одну сторону, следовательно, синфазен, и поэтому излучение любых противоположно расположенных элементов рамки складывается в пространстве в противофазе, приводя, в отличие от полноразмерной рамки, к минимальной напряженности в направлении оси рамки. Таким образом, подобная рамка по своим излучающим свойствам оказывается аналогичной обычной катушке индуктивности, заставить излучать которую можно лишь значительно повысив ее добротность Q и увеличив ток.

Однако КПД подобной излучающей антенны будет очень мал из-за низкого сопротивления излучения R-изл, а следовательно, мала и излучаемая антенной мощность Ризл [2]. Поэтому более целесообразным является использование антенн с коэффициентом укорочения 0,25<К<1 (K=S/L), которые, несмотря на уменьшение КПД по сравнению с полноразмерной рамкой, неплохо излучают и имеют максимум излучения в направлении оси рамки. Одним из способов снижения резонансной частоты рамочной антенны является включение емкости в точки антенны, .обладающие максимальным противофазным напряжением [З]. В этом случае возможно значительное снижение резонансной частоты. В то же время, подобное снижение частоты рамки, позволяющее использовать ее на более низких частотах, приводит к уменьшению отношения S к L, а следовательно - к значительному уменьшению сопротивления излучения Ризл, определяемому [4] соотношением Кизл=197(S/L)4. В этом случае непосредственное включение кабеля в рамку для ее питания, как это часто делается при использовании полноразмерных рамок, невозможно. Для согласования рамки с кабелем при малом Кизл используется у- или O-согласование [1,3]. Схема рамочной антенны с укорачивающей емкостью и у-согласованием приведена на рис.1.

В рассмотренном варианте возбуждения вертикальных элементов точки на серединах горизонтальных элементов А и В обладают минимальным противофазным напряжением. Это также означает, что сопротивление между указанными точками оказывается весьма значительным (порядка нескольких килоом).

Питание антенны можно осуществить включением в эти точки резонансного контура, также обладающего большим сопротивлением на резонансной частоте. В этом случае согласование антенны с фидером осуществляется подбором коэффициента трансформации при подключении кабеля к части витков резонансного контура. Кроме автотрансформаторной, возможна трансформаторная связь кабеля и контура с помощью катушки связи. Наряду с возможностью возбуждения и согласования, включение контура в точки А и В позволяет также снизить собственную резонансную частоту рамочной антенны за счет емкости, входящей в состав параллельного резонансного контура. При этом значение емкости резонансного контура в настроенной антенне оказывается несколько больше, чем в случае одиночного контура, настроенного на ту же частоту. Схема антенны с резонансным контуром приведена на рис.2.

Для проверки эффективности согласования и укорочения антенн с помощью резонансного контура изготовлены две прямоугольные рамочные антенны с периметрами S=5,6 м и S=12,8 м. Обе антенны были выполнены из медного провода диаметром 2 мм и установлены в оконном проеме и на балконе девятиэтажного дома. Антенны настраивались и согласовывались с кабелем с сопротивлением 50 Ом двумя способами: укорачивающим конденсатором с у-согласованием и с помощью резонансного контура. Расчетные резонансные частоты этих рамок - 53 и 23 МГц, а экспериментальные - 38 и 21,2 МГц соответственно. Смещение резонансной частоты по сравнению с расчетным значением объясняется значительной емкостью между элементами рамки и металлическими элементами: арматурой, сливами, ограждением балкона и т.д.

Экспериментальное определение резонансной частоты рамок осуществлялось генератором Г4-18 и индикатором поля (для работы на частотах выше 35 МГц параллельно выходу генератора 0,1... 1 В включается диод, и настройка антенны осуществляется с помощью 2-й гармоники частоты сигнала). Резонансный контур 1-й антенны состоит из катушки индуктивности диаметром 35 мм, содержащей 5 витков провода с d=2 мм (длина намотки -20 мм), и переменного конденсатора 12...495 пф. Трансформаторная связь осуществлялась катушкой связи, состоящей из 1 витка, а на частоте 14 МГц - из 2-х витков, расположенных на поверхности катушки резонансного контура. Компенсация индуктивности катушки связи осуществляется емкостью С2. Резонансный контур, включаемый во вторую антенну, состоял из катушки индуктивности диаметром 35 мм, содержащей 29 витков провода d=l мм (длина намотки - 65 мм) и конденсатора. Катушка связи имела 3 витка провода d=l мм. Резонансные частоты антенн, размеры и параметры согласующих элементов приведены в таблице.

Установлено, что при использовании обеих систем настройки и согласования достигается сравнительно низкое значение КСВ (приблизительно одинаковое для различных способов согласования), однако процесс согласования и настройки сильно различается. При использовании укорачивающей емкости и у-согласования этот процесс выглядит достаточно сложно и состоит из нескольких этапов: настройки рамки на требуемую резонансную частоту, а затем - последовательного изменения длины шлейфа, расстояния, на котором он располагается, и емкости, компенсирующей индуктивности шлейфа, сопровождаемого настройкой резонансной частоты и контролем КСВ. Такой процесс согласования и настройки вызывает значительные трудности, особенно при отсутствии достаточного опыта.

Согласование с помощью резонансного контура значительно проще: антенна настраивается изменением емкости резонансного контура, а затем изменением коэффициента трансформации устанавливается минимальное значение КСВ (иногда требуется включение емкости С2, компенсирующей индуктивность L2.) Следует отметить, что несмотря на то, что на низкочасчотных диапазонах достижим значительно меньший КСВ, эффективность антенны как излучающей системы определяется в первую очередь КПД.

Если у большинства полноразмерных антенн этот параметр, определяющий

Р изл Rизл
n=--------- - -----------------
Рподв Rизл+Rпотерь

близок к 1, то у укороченных антенн, имеющих сопротивление излучения Rизл, сравнимое с Rпот, КПД оказывается значительно уменьшенным. Поэтому всегда нужно помнить, что сильно укороченные антенны вместо излучения превращают подводимую энергию в тепловую. Вне зависимости от способа согласования и настройки, укороченные антенны оказываются узкополосными и требуют подстройки при изменении частоты. И если для антенны с у-согласованием и укорачивающей емкостью процесс перестройки требует повторения практически всех перечисленных этапов при изменении частоты, то для антенны с резонансным контуром процесс подстройки сводится к небольшому изменению емкости резонансного контура. Это делает такие антенны весьма удобными, особенно при доступности элемента настройки.

Литература

1. Ротхаммель К. Антенны. - М.: Энергия, 1969
2. Гречихин А. Электрически малые антенны: возможности и заблуждения/ /Радио. - 1992. - № 11. - С.8 -10.
3. Беньковский 3., Липиньский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн. - М.: Радио и связь, 1983.
4. Мейнке X., Гундлах Ф. Радиотехнический справочник. Т.1. М-Л, ГЭИ, 1960.

Авторы: М.Анисимов (UA3POC), М.Анисимов (UA3PML), г.Тула; Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Антенны УКВ.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Сенсорные экраны станут дешевле 15.03.2013 Компания Fujifilm разрабатывает технологию, позволяющую удешевить производство сенсорных экранов для ноутбуков и мобильных устройств, сообщает Bloomberg. Вместо дорогостоящего оксида индия-олова (ITO), который используется в современных емкостных сенсорных экранах для создания резистивного слоя, Fujifilm предлагает использовать более дешевый галогенид серебра. Представители компании, однако, не указали, когда может быть налажен выпуск экранов на базе нового материала и насколько дешевле будут стоить такие сенсорные панели. Помимо Fujifilm, в проекте принимают участие производитель полупроводников Atmel и компания Uni-Pixel, выпускающая компоненты экранов. Uni-Pixel намерена применять для изготовления датчиков прикосновения медь, указывая, что этот материал может быть задействован в том числе и в гибких дисплеях. Галогенид серебра является одним из компонентов фотоэмульсии. Фотоэмульсионный слой придает фотопленке способность реагировать на свет. Компания Fujifilm является одним из крупнейших в мире производителей фотоматериалов.

Другие интересные новости:

▪ Смоуничтожающийся смартфон

▪ Автономный боевой робот

▪ Одноплатный компьютер UP Xtreme i11

▪ Консервативный ум

▪ В дителлуриде урана нашли майорановские фермионы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Микроконтроллеры. Подборка статей

▪ статья Прочтет, улыбнется, и снова прочтет, и снова без отдыха пишет. Крылатое выражение

▪ статья Где и когда винные этикетки выполняли функцию денег? Подробный ответ

▪ статья Сирень. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Щуп-делитель напряжения для цифрового мультиметра. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Фокус с часами и игральной костью. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026