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:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Снижение вреда от жирной пищи 21.03.2021 Употребление жирной пищи приводит к нарушению обмена веществ, к старению и к другим проблемам. Чтобы снизить все эти факторы, ученые из Швеции придумали оригинальный способ. Риск нарушения обмена веществ можно уменьшить, если снизить уровень белка аполипопротеина C3. Неправильное питание с употреблением большого количества жирных блюд приводит к возникновению заболеваний печени, сосудов, сердца, а также к развитию сахарного диабета. Однако найден метод, помогающий снизить или даже полностью ликвидировать последствия употребления жирных продуктов. В течение долгого времени шведские ученые проводили эксперимент. Для своего исследования они отобрали несколько мышей и разделили их на две группы. В одной группе грызунам давали только жирную пищу, мыши из второй группы получали здоровые продукты питания. В итоге через какое-то время мыши из первой группы начали стремительно набирать вес, страдали ожирением и другими заболеваниями, но после того, как они получили препарат для снижения уровня белка аполипопротеина C3, у них сразу начал приходить в норму вес. Также нормализовался метаболизм глюкозы и работа печени.

Другие интересные новости:

▪ Разгадана причина свежего запаха леса после дождя

▪ У лягушки без легких найдены легкие

▪ Пластиковый электропроводящий материал

▪ Многозадачность снижает продуктивность мозга

▪ Специальные электроды для работы аккумуляторов при морозе

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Охрана и безопасность. Подборка статей

▪ статья Сочетать приятное с полезным. Крылатое выражение

▪ статья Какая группа распалась, воссоединилась в другом проекте и вернула бывшее название? Подробный ответ

▪ статья Горы Гуйлинь. Чудо природы

▪ статья Сверление железа. Простые рецепты и советы

▪ статья Зарядное устройство для аккумуляторов, 2,5 ампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025