Antena kecil: had fizikal. Skim, penerangan

Perpustakaan teknikal percuma

ENSIKLOPEDIA ELEKTRONIK RADIO DAN KEJURUTERAAN ELEKTRIK
Perpustakaan percuma / Skim peranti radio-elektronik dan elektrik

Antena kecil: had fizikal. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Perpustakaan teknikal percuma

Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik / Antena. Teori

Komen artikel

Antena yang dimensinya tidak melebihi 10...20% daripada panjang gelombang λ dianggap kecil secara elektrik. Ini termasuk dipol yang dipendekkan oleh beban kapasitif di hujung dan induktor yang terletak berhampiran penutup kapasitif (Rajah 1), dan bingkai cincin (Rajah 2). Adalah dinasihatkan untuk menghidupkan gegelung dalam dipol tepat seperti yang ditunjukkan dalam rajah, kerana arus di bahagian menegak adalah maksimum dan diagihkan dengan lebih sekata, yang memastikan ketinggian berkesan maksimum dipol, hampir sama dengan ketinggian geometri hd = h (dipol Hertz). Menghidupkan satu gegelung di tengah lebih teruk - arus ke arah hujung dipol jatuh, dan ketinggian berkesan berkurangan. Ketinggian berkesan bingkai ialah hd = 2πSр/λ, dengan S ialah luas bingkai.

Antena Kecil: Had Fizikal

Kedua-dua dipol dan bingkai ditala kepada frekuensi operasi dalam resonans: yang pertama - oleh gegelung, yang kedua - oleh kapasitor yang disambungkan ke putus wayar. Ini memberikan pampasan untuk reaktansi mereka, yang diperlukan di bawah syarat penyelarasan dengan beban (semasa penerimaan) atau dengan penjana (semasa penghantaran). Ingat bahawa mengikut teorem timbal balik, sifat antena adalah sama semasa penghantaran dan penerimaan.

Parameter penting antena ialah rintangan sinaran, untuk antena kecil ia sama dengan RΣ = 80π2(hд/λ)2. Rintangan R = RΣ inilah yang menyebabkan antena penerima mesti dimuatkan supaya ia memberikan kuasa maksimum, dan ia adakah rintangan ini yang penjana akan "lihat" jika ia bersambung dan bukannya R (lihat gambar). Kami melihat bahawa rintangan sinaran berkurangan secara mendadak dengan saiz yang semakin berkurangan, dan oleh itu ketinggian berkesan - berkadar dengan kuasa dua h untuk dipol dan S untuk bingkai. Kesukaran penyelarasan timbul. Jika kita kini mengambil kira bahawa kecekapan antena ialah η = RΣ/(RΣ + Rn), di mana Rn ialah rintangan kehilangan, maka kita boleh membuat kesimpulan berikut.

Kesimpulan 1. Semakin kecil antena, semakin kurang kerugian ohmik yang sepatutnya ada. Rintangan konduktor antena Rn mesti dikurangkan mengikut perkadaran dengan segi empat sama panjang untuk dipol dan segi empat sama kawasan untuk bingkai. Antena kecil yang diperbuat daripada wayar nipis tidak boleh berfungsi dengan berkesan - konduktor "tebal" diperlukan, atau lebih baik lagi, badan volumetrik dengan permukaan yang maju (kesan kulit!) dan rintangan permukaan yang rendah.

Mari kita anggap bahawa kita telah membina antena "volumetrik" sedemikian, secara bersyarat dalam bentuk silinder jejari r dan ketinggian h, memancar melalui permukaan sisi (Rajah 3). Tanpa mengambil kira apa yang ada di dalam silinder ini, iaitu, apakah reka bentuk antena, kita boleh membuat kesimpulan penting berikut. Keseluruhan kuasa terpancar P adalah sama dengan kamiran ketumpatan fluksnya (vektor Poynting) P di atas sebarang permukaan tertutup yang mengelilingi antena.

Antena Kecil: Had Fizikal

Untuk kesederhanaan, kami menggantikan pengamiran dengan mendarab P dengan luas permukaan sisi Sside = 2πrh: P=P·Sside = EH·2Kπrh. Dari sini kita memperoleh EH = P/2πrh. Dengan mengandaikan bahawa kuasa yang dipancarkan adalah malar, kita melihat bahawa pengurangan dalam saiz antena (hasil rh) membawa kepada peningkatan dalam kekuatan kedua-dua medan elektrik E dan magnet H antena. Yang mana antara mereka meningkat lebih kuat bergantung pada reka bentuk antena tertentu. Di samping itu, mengambil kira medan dekat (kuasi statik) boleh memberikan nilai kekuatan yang lebih besar.

Kesimpulan 2. Mengurangkan saiz antena membawa kepada peningkatan kekuatan medan berhampirannya; mengikut anggaran minimum, kekuatan medan adalah berkadar songsang dengan saiz antena. Oleh kerana medan dijana oleh voltan dan arus, lebihan voltan dan arus lebihan tidak dapat dielakkan dalam antena kecil.

Kesimpulan di atas menjelaskan mengapa, sebagai contoh, dipol pendek dalam bentuk bicone volumetrik dan bingkai yang diperbuat daripada pita kuprum lebar adalah berkesan, tetapi antena yang sama yang diperbuat daripada wayar nipis tidak. Ia juga menjadi jelas mengapa L- atau antena berbentuk T dalam julat 136 kHz bersinar dengan lampu Holy Elma sudah dengan kuasa input 100 W, dan antena kecil elektrik yang sama bagi penerima pengesan membangunkan (tanpa beban) voltan berpuluh-puluh volt.

Sekarang mari kita pertimbangkan persoalan faktor kualiti antena Q, yang menentukan jalur lebarnya 2Δf = f0/Q menggunakan contoh antena yang ditunjukkan dalam Rajah. 1. Oleh kerana dimensi antena adalah kecil berbanding dengan panjang gelombang, hampir semua kearuhan L tertumpu pada gegelung "sambungan", dan kapasitans C berada di antara cakera hujung "memendekkan". Sama seperti litar berayun, faktor kualiti antena adalah sama dengan nisbah reaktansi kapasitif atau induktif reaktif (pada frekuensi resonans mereka sama) dengan yang aktif. Yang terakhir, jika tiada kerugian, terdiri daripada rintangan sinaran RΣ dan rintangan keluaran pemancar atau rintangan masukan penerima R, yang sama dengannya mengikut keadaan padanan. Oleh itu, Q = Xc/2RΣ .

Kami akan mencari kapasitansi menggunakan formula untuk kemuatan kapasitor rata: C = ε0S/h, Xc = 1/ωС = h/ωε0S. Menyatakan frekuensi sudut melalui panjang gelombang ω = 2πс/λ dan menggunakan hubungan yang diketahui daripada persamaan Maxwell untuk kelajuan perambatan gelombang (kelajuan cahaya) с = 1/(μ0ε0)1/2 dan rintangan gelombang ruang bebas W = 1/(μ0ε0)1/ 2 = 120π, kita dapat Xc = 60λh/S. Menggantikan formula ini dan ungkapan untuk rintangan sinaran ke dalam formula untuk faktor kualiti, akhirnya kita memperoleh Q = 3λ3/8π2Sh = λ3/26V. Di sini V = Sh ialah isipadu yang diduduki oleh antena. Oleh itu, faktor kualiti antena ternyata berkadar songsang dengan isipadunya.

Tetapi apa yang perlu dilakukan dalam kes penggetar linear pendek, di mana "topi" kapasitif di hujungnya (lihat Rajah 1) digantikan dengan segmen wayar menegak (Rajah 4)? Lagipun, isipadu dipol sedemikian boleh dikatakan sifar. Walau bagaimanapun, di antara segmen akhir terdapat kapasitansi yang menala antena bersama-sama dengan kearuhan L kepada resonans.

Antena Kecil: Had Fizikal

Garisan medan elektrik yang dikaitkan dengan "kapasitor" ini ditunjukkan sebagai garis putus-putus. Ia berkurangan dengan cepat dengan jarak dari dipol, jadi kita boleh bercakap tentang beberapa isipadu berkesan di mana medan ini tertumpu. Ia mempunyai bentuk yang hampir dengan ellipsoid revolusi (Rajah 4, garis pepejal nipis). Pada asasnya, ini ialah isipadu medan kuasi statik hampir medan antena. Untuk dipol ia kebanyakannya elektrik, itulah sebabnya ia dipanggil antena elektrik. Anda juga boleh menganggarkan isipadu medan bingkai wayar. Ia kebanyakannya magnetik. Untuk bingkai, tindak balas induktif adalah berkadar dengan kuasa pertama diameter, dan rintangan sinaran adalah berkadar dengan keempat, akibatnya, faktor kualiti ternyata berkadar dengan kiub diameter. Sekarang kita boleh merumuskan satu lagi kesimpulan.

Kesimpulan 3. Faktor kualiti antena kecil adalah berkadar songsang dengan isipadu yang diduduki oleh medan separa statik yang hampir. Faktor kualiti tidak boleh dikurangkan dengan mengubah reka bentuk antena, kerana dalam apa jua keadaan, dengan pengurangan saiz, rintangan sinaran aktif berkurangan dengan cepat berhubung dengan yang reaktif.

Marilah kita membuat anggaran anggaran, dengan mengambil kira isipadu antena sama dengan kiub dimensi linearnya. Dengan dimensi antena tertib λ/3, formula yang kami perolehi memberikan Q = 1, iaitu antena (besar) sedemikian boleh menjadi jalur lebar. Tetapi mengurangkan dimensi kepada λ/10, kami mendapat faktor kualiti kira-kira 40 dan lebar jalur relatif tidak lebih daripada 2,5%, dan mengurangkan dimensi kepada λ/20 memberikan faktor kualiti lebih daripada 300 dan mengecilkan lebar jalur kepada 0,3 %.

Jika antena kecil mempunyai lebar jalur lebar dan faktor kualiti rendah, maka ini hanya boleh menunjukkan perkara berikut: sama ada antena tidak kecil dan beberapa bahagiannya memancarkan yang jelas tidak termasuk dalam reka bentuk (jalinan kabel, elemen sokongan, dsb. .), atau antena mempunyai rintangan kehilangan yang tinggi dan kecekapannya rendah.

Kecekapan rendah bukanlah halangan besar kepada komunikasi radio amatur. Mari kita anggap bahawa kita telah mengembangkan lebar jalur antena dengan dimensi λ/20 hingga 10% (30 kali), memperkenalkan kerugian dan juga mengurangkan kecekapan sebanyak 30 kali, iaitu kepada 3%. Dengan menyambungkan pemancar 3 watt dan memancarkan kuasa XNUMX W, sangat mungkin untuk menjalankan komunikasi radio jarak jauh sekalipun, yang mungkin menerangkan ulasan hebat tentang prestasi antena bersaiz kecil.

Pengarang: V.Polyakov (RA3AAE)

Lihat artikel lain bahagian Antena. Teori.

Baca dan tulis berguna komen pada artikel ini.

<< Belakang

Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:

Kandungan alkohol bir hangat 07.05.2024

Bir, sebagai salah satu minuman beralkohol yang paling biasa, mempunyai rasa uniknya sendiri, yang boleh berubah bergantung pada suhu penggunaan. Satu kajian baru oleh pasukan saintis antarabangsa telah mendapati bahawa suhu bir mempunyai kesan yang ketara terhadap persepsi rasa alkohol. Kajian yang diketuai oleh saintis bahan Lei Jiang, mendapati bahawa pada suhu yang berbeza, molekul etanol dan air membentuk pelbagai jenis kelompok, yang mempengaruhi persepsi rasa alkohol. Pada suhu rendah, lebih banyak gugusan seperti piramid terbentuk, yang mengurangkan kepedasan rasa "etanol" dan menjadikan rasa minuman kurang alkohol. Sebaliknya, apabila suhu meningkat, gugusan menjadi lebih seperti rantai, menghasilkan rasa alkohol yang lebih ketara. Ini menjelaskan mengapa rasa beberapa minuman beralkohol, seperti baijiu, boleh berubah bergantung pada suhu. Data yang diperoleh membuka prospek baharu bagi pengeluar minuman, ...>>

Faktor risiko utama untuk ketagihan perjudian 07.05.2024

Permainan komputer menjadi satu bentuk hiburan yang semakin popular di kalangan remaja, tetapi risiko ketagihan permainan yang berkaitan masih menjadi masalah yang ketara. Para saintis Amerika menjalankan kajian untuk menentukan faktor utama yang menyumbang kepada ketagihan ini dan menawarkan cadangan untuk pencegahannya. Sepanjang enam tahun, 385 remaja telah diikuti untuk mengetahui faktor yang boleh menyebabkan mereka ketagihan perjudian. Keputusan menunjukkan bahawa 90% peserta kajian tidak berisiko mengalami ketagihan, manakala 10% menjadi penagih judi. Ternyata faktor utama dalam permulaan ketagihan perjudian adalah tahap tingkah laku prososial yang rendah. Remaja dengan tahap tingkah laku prososial yang rendah tidak menunjukkan minat terhadap bantuan dan sokongan orang lain, yang boleh menyebabkan kehilangan hubungan dengan dunia sebenar dan pergantungan yang semakin mendalam pada realiti maya yang ditawarkan oleh permainan komputer. Berdasarkan keputusan ini, saintis ...>>

Kebisingan lalu lintas melambatkan pertumbuhan anak ayam 06.05.2024

Bunyi yang mengelilingi kita di bandar moden semakin menusuk. Walau bagaimanapun, sedikit orang berfikir tentang bagaimana bunyi ini menjejaskan dunia haiwan, terutamanya makhluk halus seperti anak ayam yang belum menetas dari telur mereka. Penyelidikan baru-baru ini menjelaskan isu ini, menunjukkan akibat yang serius untuk pembangunan dan kelangsungan hidup mereka. Para saintis telah mendapati bahawa pendedahan anak ayam zebra diamondback kepada bunyi lalu lintas boleh menyebabkan gangguan serius kepada perkembangan mereka. Eksperimen telah menunjukkan bahawa pencemaran bunyi boleh melambatkan penetasan mereka dengan ketara, dan anak ayam yang muncul menghadapi beberapa masalah yang menggalakkan kesihatan. Para penyelidik juga mendapati bahawa kesan negatif pencemaran bunyi meluas ke dalam burung dewasa. Mengurangkan peluang pembiakan dan mengurangkan kesuburan menunjukkan kesan jangka panjang bunyi lalu lintas terhadap hidupan liar. Hasil kajian menyerlahkan keperluan ...>>

Berita rawak daripada Arkib

Sabun pintar akan menggantikan mesin basuh 15.10.2018

Pemaju kebaharuan mendakwa bahawa peranti boleh guna semula yang mereka cipta boleh menggantikan mesin basuh. Malah, perkembangan itu, yang dipanggil wartawan sebagai "sabun pintar", boleh bertukar menjadi mesin basuh mana-mana singki di mana anda memutuskan untuk mencuci pakaian anda dengan cepat dan cekap.

Prinsip operasi peranti yang dipanggil "Dolfi", yang parameternya setanding dengan saiz sekeping sabun tandas, adalah berdasarkan penggunaan gelombang ultrasonik untuk membersihkan pakaian daripada sebarang pencemaran. Untuk membasuh pakaian dengan peranti sedemikian, ia akan mengambil masa kira-kira tiga puluh minit, iaitu, hampir sama seperti yang akan dibelanjakan oleh mesin basuh tradisional apabila memilih program yang paling menjimatkan. Pada masa yang sama, "Dolfi" untuk mencuci akan memerlukan 80% kurang tenaga daripada unit isi rumah standard.

Sikap berhati-hati "Dolfi" terhadap fabrik patut diberi perhatian khusus. Pemaju memberi jaminan bahawa dengan peranti sedemikian, produk kasmir pun boleh dibasuh tanpa merosakkan fabrik.

Kos barangan baharu dianggarkan sebanyak 189 dolar AS.

Berita menarik lain:

▪ Photocells untuk kegunaan dalaman

▪ Artik yang memanas membawa kepada musim sejuk yang membeku

▪ Drone secara automatik akan terbang ke tempat kejadian pertempuran

▪ laser jahit

▪ Sangkar untuk karbon dioksida

Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu

Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma:

▪ bahagian tapak Perlindungan peralatan elektrik. Pemilihan artikel

▪ artikel oleh Orhan Pamuk. Kata-kata mutiara yang terkenal

▪ artikel Di manakah penguin tinggal? Jawapan terperinci

▪ artikel Simpulan peluntur. Petua pelancong

▪ artikel sambungan bintang. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

▪ artikel Peranti untuk menyemak dan memulihkan kineskop. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Tinggalkan komen anda pada artikel ini:

Semua bahasa halaman ini

Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web