Persamaan antena elektrik dan magnet. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik / Antena. Teori

Komen artikel

Artikel ini, yang mengkaji beberapa isu elektrodinamik, bukan sahaja untuk kepentingan teori, tetapi juga membawa kepada kesimpulan praktikal penting yang mungkin berguna dalam reka bentuk dan pengiraan antena untuk gelombang panjang dan sederhana, serta dalam memahami ciri-ciri mereka. operasi.

Malah pengasas elektrodinamik dan kejuruteraan radio, Heinrich Hertz, bereksperimen dengan pelbagai antena penerima pada akhir abad ke-1, menggunakan penggetar belah pendek dengan beban kapasitif di hujungnya dalam bentuk bola atau cakera (antena elektrik) dan cincin wayar (antena magnet), ditunjukkan dalam Rajah. 1,a dan rajah. XNUMX, b. Penunjuk medan adalah jurang yang sangat kecil antara terminal antena X-X.

Dalam teori antena, konsep dipol elektrik asas (dipol Hertz) dan dipol magnet asas - cincin dengan arus - digunakan secara meluas. Kedua-dua antena asas adalah kecil berbanding dengan panjang gelombang. Dengan perkembangan teori, prinsip dualiti telah dirumuskan, yang timbul daripada hubungan medan elektrik dan magnet. Menggunakannya, A. Pistolkors pada tahun 1944 menunjukkan analogi antara vibrator dan antena slot [1].

Di Timur Jauh, antena elektrik dibuat dalam bentuk wayar menegak atau tiang dengan beban kapasitif di bahagian atas dalam bentuk wayar mendatar atau rangkaian wayar. Bumi di Timur Jauh adalah konduktor yang baik, dan hanya gelombang terkutub menegak yang boleh merambat di sekelilingnya. Oleh itu, hanya separuh daripada dipol Hertz biasanya naik di atas tanah (Rajah 1, c), separuh lagi adalah pantulan cerminnya di dalam tanah (ditunjukkan dengan garis putus-putus). Antena sedemikian memerlukan pembumian yang sangat baik.

Antena magnet dibuat sama ada dalam bentuk bingkai kecil atau gegelung yang sangat kecil pada rod ferit. Antena magnet tidak memerlukan pembumian dan mempunyai imuniti bunyi yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, kecekapan antena magnet biasa adalah sangat rendah, jadi ia tidak sesuai sebagai pemancar. Tetapi antena magnet tidak selalu kecil - pada awal 20-an abad yang lalu, antena gelung DV dengan diameter sehingga 20 m digunakan di pusat penerimaan! Minat terhadap antena gelung besar berterusan sehingga hari ini, ia disebabkan oleh keinginan untuk mendapatkan isyarat maksimum daripada antena, contohnya, untuk penerima pengesan [3].

Maka timbul persoalan, antena manakah yang lebih berkesan, antena elektrik atau gelung magnet yang besar? Dan adakah prinsip dualiti terpakai dalam kes ini? Tidak boleh dikatakan bahawa persoalan itu dibangkitkan buat kali pertama - ia diselesaikan pada 20-an abad yang lalu, secara semula jadi, pada tahap pengetahuan dan idea pada masa itu [4]. Jawapannya diperoleh berdasarkan konsep ketinggian berkesan antena - ternyata jauh lebih besar untuk antena elektrik dan lebih disukai.

Di Timur Jauh, hampir mustahil bagi amatur radio untuk membina antena bersaiz penuh yang sepadan dengan panjang gelombang. Oleh itu, kami akan mempertimbangkan hanya antena kecil yang digunakan sebagai antena penerima. Kami akan meletakkan antena berhampiran permukaan bumi konduktif (Rajah 2).

Di sebelah kiri (Rajah 2a) vektor gelombang elektromagnet yang tiba dari stesen radio ditunjukkan: kekuatan medan elektrik E (polarisasi menegak), kekuatan medan magnet H dan ketumpatan fluks tenaga P. Daripada persamaan Maxwell untuk gelombang dalam ruang bebas ia mengikuti bahawa P = E N, atau hanya untuk modul (nilai mutlak) P = E - N = E2/120π.

Dalam Rajah. Rajah 2b menunjukkan antena berbentuk L elektrik dalam bentuk penurunan menegak ketinggian h, dimuatkan dengan wayar mendatar panjang L. Untuk memudahkan pengiraan, mari letakkan L >> h, maka hampir keseluruhan kemuatan antena akan tertumpu antara wayar melintang dan tanah. Arus dalam mana-mana bahagian konduktor menegak adalah sama, dan ketinggian berkesan antena elektrik hde = h.

Perlu diingatkan bahawa pengurangan menegak dengan terminal X-X boleh disambungkan di mana-mana tempat lain wayar mendatar, contohnya, di tengah, menghasilkan antena berbentuk T. Ini tidak akan menjejaskan keputusan analisis kami dalam apa cara sekalipun. Selain itu, pembumian boleh digantikan dengan pengimbang - sekeping wayar panjang L diletakkan di sepanjang tanah (garis putus-putus dalam Rajah 2, b). Gandingan kapasitif kuat pengimbang ke tanah akan menyediakan litar pintas dekat untuk arus frekuensi tinggi.

Antena magnetik (Rajah 2c) akan dibuat dalam bentuk rangka satu pusingan segi empat tepat dengan dimensi yang sama. Wayar bawah bingkai akan melepasi terus ke permukaan bumi, jadi kearuhannya akan menjadi sangat kecil berbanding dengan kearuhan bahagian atas. Ambil perhatian bahawa wayar bawah boleh digantikan dengan dua alasan, tetapi rintangan kehilangan mereka dalam realiti akan lebih besar daripada rintangan wayar. Ketinggian berkesan antena magnet ialah hdm = 2πS/λ = kS, dengan S ialah kawasan bingkai; k = 2π/λ.

Mudah untuk mendapatkan formula ini: emf bersamaan dengan Eh teraruh pada bahagian menegak bingkai, dan pada bahagian jauh (kanan) bingkai, emf ketinggalan dalam fasa dengan sudut kecil kL. Emf di terminal X-X ialah EhkL. Oleh kerana S = hL. kita dapat hdm = kS. Memandangkan L<<λ, menjadi jelas bahawa ketinggian sebenar bingkai hdm adalah lebih rendah daripada hde. Untuk kedua-dua antena, EMF yang dibangunkan di terminal X-X ialah Ehd, itulah sebabnya dalam [4] keutamaan diberikan kepada antena elektrik, kerana ia membangunkan EMF yang besar.

Tetapi kecekapan antena harus dinilai bukan oleh EMF (lagipun, ia boleh ditingkatkan dengan pengubah konvensional), tetapi dengan kuasa isyarat yang diterima dari antena pada kekuatan medan tertentu. Kuasa maksimum dikeluarkan apabila beban dipadankan dengan sumber isyarat (antena). Penyelarasan pula terdiri daripada memastikan bahawa reaktansi beban adalah sama dalam nilai mutlak, tetapi secara songsang dalam tanda kepada reaktans sumber, dan rintangan aktifnya adalah sama.

Bahagian pertama keadaan padanan (pampasan reaktans) boleh dipenuhi dengan menyambungkan reaktans -jX secara bersiri dengan beban r, seperti ditunjukkan dalam Rajah. 3. Untuk antena elektrik, ini akan menjadi kearuhan yang mengimbangi kemuatan antena, dan untuk antena magnetik, ini akan menjadi kapasitans yang mengimbangi kearuhan bingkai. Pampasan sedemikian, sebenarnya, bermakna menala antena kepada resonans pada frekuensi stesen radio yang diterima. Litar setara litar berayun yang dibentuk oleh antena elektrik dan magnet ditunjukkan dalam Rajah 4, masing-masing. 4a dan rajah. XNUMX, b.

Kami tidak akan dapat memenuhi bahagian kedua keadaan sepadan - kesamaan rintangan aktif sumber dan beban. Hakikatnya ialah rintangan aktif antena ideal (tak rugi) adalah rintangan sinarannya. Untuk antena kami, ia sangat kecil kerana saiznya yang kecil, jadi kami tidak akan memberikan formulanya. Jika anda memilih rintangan beban rendah yang sama, maka faktor kualiti litar (Rajah 4) akan menjadi terlalu tinggi, dan lebar jalur akan terlalu sempit untuk isyarat stesen penyiaran.

Kita perlu memilih rintangan beban r berdasarkan faktor kualiti yang diperlukan bagi litar Q. Sebagai contoh, jika kita akan menerima stesen radio Mayak pada frekuensi 198 kHz, maka faktor kualiti litar hendaklah tidak lebih daripada 20 untuk menyediakan lebar jalur kira-kira 10 kHz. Faktor kualiti akan menentukan nilai rintangan aktif beban r = X/Q, dan rintangan aktif kecil antena kini boleh diabaikan. Secara praktikalnya menyusahkan untuk menyambungkan rintangan beban kecil secara bersiri ke litar antena; adalah lebih baik untuk menyambungkannya secara selari dengan litar, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 4,c dan rajah. 4, g. Rintangan selari R akan menjadi XQ, dan formula penukaran kelihatan seperti ini: R = X2/r.

Kuasa yang dibangunkan oleh antena dalam rintangan beban yang dipilih dengan cara ini ialah P = (Ehd)2/r, dan r ditentukan oleh reaktansi antena X dan faktor kualiti Q. Jadi, sekarang kita perlu mengira reaktans kedua-dua antena: Xe = 1 /ωSant - untuk elektrik dan Xm =ωLant - untuk magnet. Memandangkan andaian kami L>> h, cara paling mudah ialah menggunakan formula untuk buka dan tutup pada penghujung garisan panjang: Xe = W·ctgL = W/tgkL dan Хм = W · tgkL. Oleh kerana nilai kL yang kecil, tangen boleh digantikan dengan hujahnya, maka Xe = W/kL dan Xm = WkL.

Galangan ciri garis W= (L/C)1/2 ditemui oleh formula (dengan mengambil kira tanah konduktif) W = 60 ln(h/d), di mana logaritma asli diambil daripada nisbah jarak antara wayar dan tanah h kepada diameter wayar d.

Daripada formula yang diberikan kita mengira kuasa yang diberikan oleh antena elektrik: P = (Ehde)2 Q/Xe = E2Qkh2L/W. Mari kita lakukan perkara yang sama untuk antena magnet: P = (Ehdm)2 Q/Xm, = E2Qkh2L/W. Hasilnya ialah formula yang sama, yang membuktikan kecekapan yang sama bagi antena elektrik dan magnet kecil. Di bawah syarat yang kami pilih, ia memberikan kuasa yang sama dengan saiz yang sama. Adalah logik untuk menganggap bahawa corak itu lebih umum dan prinsip dualiti sentiasa berfungsi.

Sekarang mari kita lihat sama ada dinasihatkan untuk menggunakan bingkai berbilang pusingan. Dengan menggulung N lilitan dengan dimensi yang sama, kita akan mendapat N kali lebih besar emf, tetapi reaktans X akan meningkat sebanyak N2 kali, kerana kearuhan adalah berkadar dengan kuasa dua bilangan lilitan. Rintangan beban perlu ditingkatkan dengan jumlah yang sama, sambil mengekalkan faktor kualiti yang sama Q. Akibatnya, kuasa yang dibekalkan oleh antena tidak akan berubah. Oleh itu, penggunaan bingkai berbilang pusingan hanyalah satu cara untuk mengubah rintangan, tetapi bukan cara untuk meningkatkan kecekapan.

Formula yang kami perolehi untuk kuasa yang dihantar oleh antena memerlukan analisis yang lebih terperinci. Pertama sekali, kuasa P adalah berkadar dengan kuasa dua kekuatan medan E, iaitu, ketumpatan fluks tenaga. Keputusan ini telah diperolehi dalam [5] untuk antena tanpa kehilangan yang ideal apabila memadankan beban dengan rintangan sinarannya. Mari kita ingat formula yang diperolehi di sana: Po = E2λ2/6400. Kini kami memilikinya untuk antena yang tidak sepadan.

Pergantungan pada panjang gelombang λ kini berbeza, λ berada dalam penyebut, memasukkan formula melalui nombor gelombang k, namun, jika kita menyatakan dimensi antena dalam panjang gelombang, maka pergantungan sebelumnya pada panjang gelombang akan dipulihkan. Oleh itu, jika dimensi antena h dan L adalah tetap (dalam meter), maka adalah lebih menguntungkan untuk menggunakan gelombang yang lebih pendek. Jika kita menetapkan dimensi antena dalam panjang gelombang, iaitu menukar antena dalam perkadaran kepada λ, maka yang panjang dan lebih panjang adalah lebih menguntungkan.

Untuk mendapatkan kuasa maksimum daripada antena, adalah dinasihatkan:

- mengurangkan impedans ciri antena W, yang secara praktikal dilakukan dengan meningkatkan kapasiti dan mengurangkan kearuhan antena dengan menyambungkan beberapa wayar selari dan jarak ruang;

- meningkatkan faktor kualiti sistem antena Q, memilih beban yang sesuai dan mengurangkan kerugian dalam tanah, penebat dan konduktor;

- meningkatkan kelantangan yang diduduki oleh medan antena.

Perkara terakhir memerlukan penjelasan. Dalam Rajah. Rajah 5 menunjukkan konfigurasi talian kuasa kedua-dua elektrik (garisan pepejal) dan medan magnet antena (garisan putus-putus). Antena ditunjukkan dari hujung, dan jelas bahawa lebar ruang di mana garis medan paling padat adalah daripada susunan h. Oleh itu, produk h2L ialah isipadu di mana medan antena kebanyakannya tertumpu. Jumlah inilah yang berfaedah untuk meningkat.

Untuk menggambarkan semua yang telah diperkatakan, kami membentangkan satu pengiraan anggaran praktikal antena elektrik dan magnet mengikut Rajah. 2, b dan c. Ketinggian antena h = 10 m dan panjang L = 30 m. Panjang gelombang λ = 1500 m, faktor kualiti litar antena Q = 20. Pada kekuatan medan E = 0,1 V/m, kuasa yang dikeluarkan daripada kedua-dua antena akan menjadi kira-kira 5 mW, yang cukup memadai untuk penerimaan pengesan bersuara kuat. Pada masa yang sama, syarat untuk memadankan dan memuatkan antena akan berbeza sama sekali.

Impedans ciri garis yang dibentuk oleh wayar mendatar antena di atas tanah dengan diameter wayar 1 mm ialah W = 60 In104 = 550 Ohm, dan kL = 0,125. Ini memberikan He = 550/0,125 = 4,4 kOhm, dan Xm = 550 0,125 = 70 Ohm. Reaktans gegelung pemampas untuk antena elektrik (aruhan L ialah kira-kira 3 mH) dan kapasitor pemampas untuk antena magnet (kapasiti kira-kira 10 pF) hendaklah sama. Oleh itu, rintangan litar antena pada resonans adalah (mesti didarab dengan faktor kualiti) 000 dan 88 kOhm. Rintangan beban ini R, atau rintangan input pengesan, yang harus memuatkan litar. Dengan antena elektrik anda tidak boleh melakukannya tanpa unsur yang sepadan [1,4]. Lebih mudah dengan antena magnet - pengesan dengan rintangan input rendah boleh disambungkan terus ke kapasitor C.

Kesusasteraan

1. Belotserkovsky G. B. Antena. - M.: Oborongiz, 1956.
2. Polyakov V. Radio menerima antena. - Radio, 1998, No. 2. hlm. 60.
3. Besedin V. Satu lagi ... - Radio amatur, 1994, No. 6, hlm. 34, 35.
4. Slepyan L. Pengiraan bingkai menerima. - Radio Amatur (Radio), 1925, No. 10, hlm. 224, 225.
5. Polyakov V. Mengenai kuasa penerima radio dengan "tenaga bebas". - Radio, 1997, No 1, hlm. 22, 23.
6. Polyakov V. Penambahbaikan penerima pengesan. - Radio, 2001, No. 1, hlm. 52, 53.

Pengarang: V.Polyakov, Moscow

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 Telefon pintar boleh lipat Microsoft Surface Duo 2 24.09.2021 Microsoft secara rasmi mengumumkan telefon pintar Android boleh lipat generasi kedua, Surface Duo 2. Kebaharuan ini telah mengekalkan reka bentuk peranti generasi pertama. Pada masa yang sama, jurutera telah menambah baik aspek-aspek yang menyebabkan kritikan. Telefon pintar Microsoft Surface Duo 2 mengandungi dua paparan OLED 5,8 inci dengan resolusi 1344x1892 piksel dan kadar penyegaran 90 Hz. Engsel yang digunakan membolehkan peranti dibuka seperti buku atau dipasang seperti khemah. Bersama-sama, dua paparan Duo 2 berukuran 8,3 inci dalam pepenjuru. Lengkung sedikit paparan membolehkan anda melihat imej kecil (masa, pemberitahuan) apabila ditutup. Skrin ditutup dengan kaca pelindung Corning. Pen digital siri Surface Pen disokong dan versi Surface Slim Pen 2 boleh dilekatkan pada sisi telefon pintar anda menggunakan lampiran magnetik. Kebaharuan ini membawa pemproses Qualcomm Snapdragon 888 dan menyokong komunikasi 5G. Ciri-ciri ini telah dipertingkatkan dengan ketara berbanding pendahulunya. Satu lagi peningkatan ialah sokongan untuk pengecasan tanpa wayar NFC Qi. Kapasiti bateri tidak dinyatakan, tetapi ia sepatutnya cukup "untuk sepanjang hari" Dalam model generasi pertama, hanya satu kamera yang tersedia. Versi Microsoft Surface Duo 2 telah menerima unit tiga kamera. Ia termasuk modul sudut lebar standard 16 megapiksel dengan penstabilan imej optik, modul ultra lebar 12 megapiksel dan modul telefoto 12 megapiksel dengan penstabilan imej optik. Sistem pengendalian menggunakan Android 11. Microsoft mengatakan 150 permainan, termasuk Asphalt Legends 9, Modern Combat 5 dan Dungeon Hunter 5, dioptimumkan untuk menggunakan satu skrin sebagai pengawal sambil melihat permainan itu sendiri pada skrin lain. Kebaharuan ini akan mula dijual mulai 5 Oktober pada harga $1499,99. Pilihan pengguna akan tersedia dalam pilihan warna putih dan hitam untuk kes tersebut.

Berita menarik lain:

▪ Lebah saling memberi amaran tentang bahaya

▪ Mengecas kenderaan elektrik dalam 10 minit

▪ Bateri mudah alih Xiaomi Mi Powerbank Pro dengan port USB Jenis-C

▪ Emas dari sampah

▪ Moidodyr untuk troli beli-belah

Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu

Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma:

▪ bahagian tapak Power Amplifier. Pemilihan artikel

▪ bahasa pemasangan artikel. seni video

▪ artikel Siapa yang paling berkemungkinan terselamat daripada perang nuklear? Jawapan terperinci

▪ artikel Penyelenggaraan dandang stim untuk bahan api cecair dan gas. Arahan standard mengenai perlindungan buruh

▪ artikel Menggantikan cip CD4060B dalam meter frekuensi amatur. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

▪ pasal stesen radio VHF FM. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Tinggalkan komen anda pada artikel ini:

Semua bahasa halaman ini

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

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

www.diagram.com.ua
2000-2024