Konduktor keluli dalam antena. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik / Antena. Teori

Komen artikel

Apabila memilih bahan untuk pembuatan antena, tembaga atau aluminium biasanya lebih disukai, kerana logam ini mempunyai kekonduksian yang lebih baik berbanding, sebagai contoh, keluli. Tetapi keluli lebih murah, dan kadangkala lebih mudah untuk membuat antena daripadanya. Artikel itu menilai kerugian apabila menggantikan wayar tembaga dengan wayar yang diperbuat daripada keluli dan bahan lain, dan memberikan contoh kemerosotan dalam kecekapan antena dengan penggantian sedemikian. Punca kehilangan frekuensi tinggi dalam wayar keluli dipertimbangkan, kaedah untuk mengukur rintangan per unit wayar daripada bahan dengan sifat yang tidak diketahui dalam julat 3,5 ... 28 MHz diterangkan, dan cadangan diberikan untuk pemodelan komputer wayar keluli dan antena penggetar.

Bahan tradisional untuk antena ialah tembaga (wayar) dan aloi aluminium (tiub). Kelebihan mereka adalah kekonduksian yang baik. Kelemahan termasuk kekuatan mekanikal yang rendah dan, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kos yang tinggi.

Pengalaman menggunakan struktur keluli sebagai elemen sekunder sistem antena menunjukkan kemungkinan menggunakan keluli yang murah dan tahan lama sebagai salah satu bahan utama untuk pembuatan antena. Radio amatur menggunakan wayar keluli-tembaga dwilogam tahan cuaca (BSM), serta wayar bertebat polietilena fleksibel (GSP) [1], yang mempunyai urat keluli bersama dengan kuprum. Dalam hal ini, adalah menarik untuk menganggarkan kerugian apabila keluli menggantikan tembaga atau aluminium tradisional.

Sebagai ukuran penilaian, nisbah komponen aktif R bagi rintangan linear dawai keratan rentas bulat daripada bahan yang dikaji pada frekuensi tinggi kepada nilai yang sepadan RM untuk dawai kuprum diameter yang sama pada frekuensi yang sama telah diambil: R/RM.

Seperti yang diketahui, arus elektrik frekuensi tinggi diagihkan secara tidak sekata ke atas keratan rentas wayar: ia adalah maksimum di permukaan dan dengan cepat berkurangan apabila bergerak jauh darinya jauh ke dalam bahan (kesan permukaan). Untuk wayar dengan diameter lebih daripada 1 mm pada frekuensi melebihi 1 MHz, ketebalan berkesan lapisan permukaan di mana arus tertumpu (kedalaman penembusan) ditentukan oleh formula [2]:

di mana f - frekuensi (Hz); δ ialah kekonduksian khusus bahan (S/m); μr - kebolehtelapan magnet relatif bahan; μ0 = 4π 10-7 (H/m). Keratan rentas berkesan wayar dengan diameter d (m) untuk arus frekuensi radio ialah s = 5πd (m2), dan rintangan aktif linear

Dalam jadual. 1 menunjukkan nilai δ, p dan μr beberapa bahan konduktor.

Untuk konduktor bukan feromagnetik, μr - 1, dan formula (2) adalah mencukupi untuk membandingkan rintangan linear wayar, contohnya, daripada aluminium dan kuprum. Ukuran yang dikehendaki dikira secara ringkas: R/RM = = √δM/δ. Jadi, sebagai contoh, untuk aluminium kita dapat: R/RM = √56,6/35,3 = 1,265. Untuk bahan feromagnetik (μr >> 1) semuanya lebih rumit. Hakikatnya ialah dengan peningkatan kekerapan, μr berkurangan dengan cepat, cenderung kepada perpaduan, dan kerugian dalam peningkatan bahan, khususnya, kerugian arus pusar meningkat mengikut kadar kekerapan kuasa dua. Pengurangan dalam μr membawa kepada penebalan lapisan permukaan, iaitu, kepada penurunan rintangan, dan peningkatan dalam kerugian adalah bersamaan dengan peningkatan rintangan. Akibatnya, kerugian melebihi dan rintangan seunit masih meningkat dengan peningkatan kekerapan. Segala-galanya boleh diambil kira (walaupun bukan semata-mata) jika komposisi kimia dan struktur aloi diketahui dengan tepat. Dan kerana ini jarang diketahui, ia tetap beralih kepada kriteria kebenaran lama - untuk berlatih.

Rintangan linear wayar kuprum RM ditentukan dengan pengiraan mengikut formula (2). Untuk menentukan rintangan linear R wayar yang diperbuat daripada sebarang bahan dengan ciri yang tidak diketahui, meter faktor kualiti frekuensi tinggi (kumeter) jenis E9-4 telah digunakan.

Penyediaan awal kumeter terdiri daripada menentukur tetapan aras pada semua skala mengikut kriteria Q = fres / Δf0,707- Untuk ini, kapasitor vernier dengan pembahagian melalui 0,1 pF telah digunakan. Akibatnya, peranti menentukan faktor kualiti Q yang setara bagi keseluruhan litar pengukur, dengan mengambil kira kedua-dua kerugian dalam gegelung induktor yang diuji dan kerugian lain (dalam peranti itu sendiri, dalam kapasitor luaran tambahan, dalam persekitaran dan untuk sinaran). Untuk pengasingan frekuensi tinggi kotak peranti daripada sesalur kuasa dan objek konduktif lain, pencekik tutup dipasang, mengandungi 20 lilitan kord kuasa tiga wayar pada litar magnet cincin K90x70x10 yang diperbuat daripada ferit gred 400NN di tempat kord disambungkan ke peranti. Salah satu wayar kord ialah wayar bumi pelindung (sifar) kotak instrumen. Kumeter dipasang pada dirian dielektrik setinggi 0,5 m pada jarak sekurang-kurangnya 2 m dari dinding dan lain-lain, terutamanya konduktif, objek besar.

Untuk mengurangkan ralat pengukuran, adalah perlu untuk memanaskan peranti selama 60 minit sebelum pengukuran, memantau kemungkinan hanyut sifar dan membuat beberapa (sekurang-kurangnya 5-7) ukuran C dan Q pada setiap kekerapan, diikuti dengan purata. Apabila mengukur pada frekuensi melebihi 10 MHz, hasilnya mungkin dipengaruhi oleh tangan operator yang memutar tombol kapasitor. Untuk bacaan yang tepat, tangan perlu ditarik balik, dan kepala hendaklah disimpan pada jarak tidak lebih dekat daripada 0,5 m dari peranti.

Katakan adalah perlu untuk menentukan rintangan linear R wayar dengan diameter d pada frekuensi f dalam 3 ... 30 MHz. Kami mengambil panjang 1 m dawai ini dan panjang 1 m dawai tembaga dengan diameter yang sama. Kami membuat garisan dua wayar litar pintas yang sama dari wayar ini dengan jarak antara wayar 40 mm. Kami menyambungkan garisan ini secara berselang-seli kepada peranti sebagai induktor, manakala garisan mesti dipasang secara menegak. Kami mengukur faktor kualiti untuk garisan daripada kedua-dua bahan dan nilai resonans kapasitans C pada skala Kumeter. Jika perlu (untuk frekuensi di bawah 10 MHz), kami menyambungkan kapasitor tambahan, sebaik-baiknya mika, tetapi untuk kedua-dua bahan ia sentiasa sama. Kapasitinya mesti diketahui dengan ralat tidak lebih daripada ± 5%.

Seterusnya, anda perlu melakukan beberapa pengiraan. Pertama, kita mengira nilai jumlah rintangan siri setara kerugian req dalam litar pengukur (ini termasuk kedua-dua kerugian dalam wayar dan kerugian lain). Ini dilakukan untuk kedua-dua bahan mengikut ungkapan yang terkenal untuk litar berayun: req = 1/(2πfCQ). Dengan saiz talian yang sama, dengan kapasitor tambahan yang sama dan pada frekuensi yang sama, kerugian lain di atas boleh diandaikan sama untuk kedua-dua bahan. Dan anda boleh mencarinya dengan ukuran pada garisan tembaga, kerana rintangan dawai yang dikira RM dikenali untuknya. Rintangan kerugian lain, oleh itu, adalah perbezaan: r pp \uXNUMXd r ppm \uXNUMXd r equiv m - RM.

Sekarang ia kekal untuk mengira rintangan segmen 1 m wayar dari bahan di bawah ujian R = r eq - r pp dan menentukan nisbah yang dikehendaki R / Rm.

Ralat utama kumeter ialah ±5%. Pengaruh kemungkinan ralat sistematik sebahagiannya diberi pampasan disebabkan oleh fakta bahawa hasil penentuan nilai R mengandungi perbezaan dalam hasil pengukuran nilai req untuk bahan yang berbeza.

Dari wayar yang berbeza dengan diameter 1 hingga 4,5 mm dan panjang 1 m, segmen litar pintas garis dua wayar dibuat dengan jarak antara wayar 40 mm, secara keseluruhan - 25 sampel. Pengukuran dibuat mengikut kaedah yang diterangkan di atas pada lima frekuensi: 3,5; 7; 14; 21; 28 MHz. Keputusan pengiraan Rm ditunjukkan dalam rajah.

Keputusan pengukuran rintangan linear R dan pengiraan nisbah R / RM untuk keluli dan beberapa wayar lain diringkaskan dalam Jadual. 2.

(klik untuk memperbesar)

Daripada Jadual. 2 menunjukkan bahawa untuk wayar keluli dalam julat frekuensi yang ditunjukkan, rintangan per unit meningkat sebanyak 15,9 ... 24,9 kali. Bagi sampel dengan permukaan yang bersih dan licin (1, 6, 8), pergantungan frekuensi R/RM adalah lemah. Pencemaran permukaan sampel 2, 3 dan kekasaran permukaan ketara sampel 4 menentukan peningkatan yang lebih ketara dalam R/RM dengan peningkatan kekerapan. Penyepuhlindapan wayar keluli tidak mempunyai kesan ketara terhadap kehilangan jika skala dikeluarkan dan permukaannya dibersihkan.

Wayar keluli tahan karat titanium dan bukan magnet adalah kira-kira 2,5 kali lebih baik daripada wayar keluli konvensional. Kawat keluli-kuprum dwilogam 9 (BSM) pada semua frekuensi kehilangan wayar tembaga tulen lebih daripada 3 kali, tetapi 5 ... 6 kali lebih baik daripada wayar keluli tulen. Ambil perhatian bahawa dengan ketebalan salutan tembaga kira-kira 0,03 mm, tujuan utamanya adalah untuk melindungi tapak keluli daripada pengaruh atmosfera.

Baris 10, 11 menunjukkan data untuk wayar terkandas dengan keratan rentas 0,5 mm2 dalam penebat. Kawat GSP mempunyai 4 wayar kuprum dan 3 wayar keluli dengan diameter 0,3 mm. Dari segi kerugian pada 28 MHz, ia ternyata berada pada tahap dawai keluli dengan diameter 4,1 mm, dan dalam jalur frekuensi rendah ia adalah lebih baik. Wayar pemasangan MGShV mempunyai 16 wayar tembaga tin dengan diameter 0,2 mm dan lebih daripada 2 kali lebih baik daripada GSP.

Keputusan untuk wayar aluminium 8 dengan permukaan licin dan bersih adalah sesuai dengan keputusan pengiraan oleh formula (2) dan boleh mengesahkan ketepatan pendekatan yang dipilih.

Simulasi komputer telah dijalankan menggunakan program MMANA [3]. Keistimewaan simulasi adalah bahawa sebagai hasil analisis, komponen aktif impedans input kompleks antena ditentukan, dan bukan rintangan linear wayar. Dan impedans input bergantung pada saiz antena, konfigurasinya dan tempat sumber pengujaan disambungkan. Kebergantungan ini, walau bagaimanapun, memungkinkan, pada saiz gelombang yang agak besar antena, untuk mendapatkan kehilangan yang hampir tidak dapat dilihat apabila menggantikan tembaga dengan keluli.

Beberapa antena gelung dan dipol yang berbeza saiz telah diambil untuk analisis. Keputusan simulasi diberikan dalam Jadual. 3.

(klik untuk memperbesar)

Rintangan sinaran R∑ diperoleh sebagai komponen aktif RA galangan input dalam analisis tanpa kerugian. Nilai Um ini diambil tidak berubah semasa peralihan daripada tembaga kepada besi, kerana bentuk dan dimensi antena tidak berubah. Juga diperolehi ialah nilai RAM dan RAzh untuk antena yang diperbuat daripada tembaga dan besi, masing-masing. Kecekapan untuk kuprum dan besi dikira sebagai nisbah R∑ kepada nilai RA yang sepadan. Nisbah Rzh/Rm dikira dengan formula:

Rzh/Rm = (Razh - R∑)/(RAm - R∑)

Untuk semua antena yang dipertimbangkan, ternyata nisbah Rl/RM secara purata hampir kepada 27,8, tanpa mengira kekerapan.

Ini boleh berlaku dengan syarat formula (2) digunakan untuk pengiraan dengan kehilangan besi, contohnya, dengan nilai jadual kerintangan = 0,0918 Ohm mm2/m dan μr malar - 150. Dengan cara ini, hasil yang sama diperoleh dalam program ELNEC dengan parameter yang ditentukan. Berdasarkan data eksperimen di atas, keputusan simulasi ini boleh digunakan sebagai anggaran kehilangan wayar keluli terburuk dalam julat frekuensi sehingga 28 MHz. Bagi kumpulan VHF, mereka nampaknya akan lebih dekat dengan kebenaran.

Daripada Jadual. Ia boleh dilihat daripada Jadual 3 bahawa walaupun dengan penilaian sedemikian untuk kes yang dipertimbangkan, hampir semua pekali kemerosotan kecekapan adalah jauh lebih rendah daripada pekali R/RM untuk keluli dalam Jadual. 2. Kurang kehilangan antena keluli jika antena Rh lebih besar (lihat, sebagai contoh, dipol 2x5,13 m pada frekuensi 28 MHz). Antena kecil elektrik dengan R∑ rendah dan kecekapan rendah pada mulanya untuk kuprum adalah yang paling sensitif terhadap penggantian kuprum dengan keluli.

Sesetengah program simulasi antena wayar (cth. Nec2d, ASAP) tidak memberikan input kebolehtelapan magnet bahan. Nampaknya, apabila memodelkan antena keluli menggunakan formula (2), kita boleh menganggap μr = 1 dan memperkenalkan kekonduksian setara δeq (atau rintangan req) dengan mengambil kira kerugian sebenar. Untuk keluli dalam julat 3,5 ... 28 MHz, anda boleh memasukkan, masing-masing, δeq = 0,19 ... 0.094 MSm / m (req = 5,3 ... 10,6 Ohm mm2 / m) untuk permukaan yang kasar dan tercemar, atau δeq = 0,22 ... / m (req = 0,17 ... 4,5 Ohm mm5,9 / m) untuk permukaan yang kasar dan tercemar, atau δeq = 2 ... / m (req. XNUMX ... / m) bersih licin.

Program MM AN A tidak membenarkan anda memodelkan wayar yang berbeza daripada bahan yang berbeza, seperti kuprum dan keluli. Untuk menilai kecekapan antena dalam kes ini, adalah mungkin untuk secara manual memasuki setiap segmen wayar tembaga, yang sebenarnya harus keluli, kerugian tertumpu, yang dikira berdasarkan panjang segmen, memandangkan rintangan per unit panjang dawai keluli pada frekuensi tinggi adalah 16 ... .25 kali lebih besar daripada tembaga. Sebagai contoh, dalam setiap 10 segmen yang sama dawai kuprum 20 m panjang dan 2 mm diameter pada frekuensi 3,5 MHz, beban aktif 16-0,08-20/10 = 2,56 Ohm boleh diperkenalkan, di mana nilai rintangan linear wayar kuprum 0,08 Ohm/m boleh didapati dengan formula (daripada graf) dan boleh ditentukan.

Kadang-kadang, untuk menilai kecekapan dalam keadaan ini, adalah mungkin untuk mengurangkan diameter wayar tembaga dalam model wayar (juga sebanyak 16...25 kali). Walau bagaimanapun, harus diingat bahawa ini membawa kepada peningkatan yang ketara dalam rintangan induktif linear, akibatnya, pengedaran semasa dalam struktur dan semua yang berkaitan dengannya boleh berubah dengan banyak.

Perubahan dalam kecekapan antena apabila menggantikan wayar kuprum dengan keluli bergantung pada dimensi gelombang dan kecekapan awal antena kuprum. Jika kecekapan antena separuh gelombang yang diperbuat daripada tembaga ialah 0,98 ... 0,99, maka antena keluli dengan saiz yang sama boleh mempunyai kecekapan 0,7 ... 0,85, yang tidak begitu buruk. Walau bagaimanapun, jika kecekapan antena kuprum elektrik kecil adalah dari susunan beberapa peratus, menggantikan tembaga dengan keluli boleh menyebabkan kemerosotannya sebanyak 15...25 kali ganda.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada F. Golovin (RZ3TC) kerana mengemukakan masalah dan sokongan dalam kerja, serta I. Karetnikova untuk komen yang berharga.

Kesusasteraan

1. Belorussov N.I., Saakyan A.E., Yakovleve A.I. Kabel elektrik, wayar dan kord. Direktori. - M.: Tenaga, 1979
2. Galperovich D. Ya., Pavlov A. A., Khrenkov N. N. Kabel frekuensi radio. - M.: Energoatomizdat, 1990.
3. Goncharenko IV Simulasi komputer antena. Semua tentang program MMANA. - M.: IP RadioSoft; majalah "Radio", 2002.

Pengarang: A. Grechikhin (UA3TZ), Nizhny Novgorod

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 Bahasa kucing memberi inspirasi kepada saintis untuk menemui perkara baharu 23.01.2019 Bahasa kucing yang kecil boleh menjadi asas kepada sejumlah besar penemuan saintifik baharu. Para saintis cuba menyalin sifat berfaedah bahasa kucing untuk mencipta perkara berguna baharu. Permukaannya yang kasar mungkin sesuai untuk lebih daripada sekadar menjilat. Para saintis di Institut Penyelidikan Teknologi Georgia percaya bahawa sifat berguna bahasa boleh ditiru. Semuanya bermula dengan penyelidik Alexis Noel mula berminat dengan kucing Murphy sendiri. Pada suatu hari, di hadapan seorang saintis, seekor kucing memutuskan untuk menjilat selimut microfiber dan lidahnya melekat pada kain. Pengkaji berfikir: mengapa lidah melekat sama sekali? Pada mulanya dia menyangka kucing mempunyai lidah seperti kertas pasir. Dia mula mengkajinya di bawah mikroskop. Akibatnya, saya mendapati bahawa lidah kucing ditutup dengan proses yang tajam dan berbalut dalam bentuk cakar. Mereka ditekan ke lidah. Tetapi apabila kucing menjilat bulunya, mereka bangkit. Pengkaji juga menemui saluran kecil pada setiap proses. Noel membuat kesimpulan bahawa melalui mereka air liur kucing melalui lapisan bulu tebal ke kulit. Ini adalah perlu bukan sahaja untuk pembersihan: ini adalah bagaimana kucing menyejukkan diri dalam haba. Kini para penyelidik ingin mempatenkan penyelidikan mereka supaya mereka boleh membangunkan pelbagai perkara yang berguna, seperti berus pembersih permaidani atau peranti untuk menggunakan dadah pada kulit haiwan peliharaan yang berbulu tebal.

Berita menarik lain:

▪ Camcorder kompak Sanyo Hacti HD1

▪ Pemacu Mudah Alih 4TB Seagate

▪ IEEE 802.15.4 Transceiver CC2520 baharu untuk Rangkaian ZigBee

▪ Pengubah nadi Bourns untuk bekalan kuasa terpencil

▪ Vaksin malaria manis

Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu

Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma:

▪ bahagian tapak Radio amatur teknologi. Pemilihan artikel

▪ artikel oleh Diogenes dari Sinop. Kata-kata mutiara yang terkenal

▪ artikel Apakah undang-undang fizikal yang membantu untuk mensabitkan spekulator atas perdagangan orang dalam haram? Jawapan terperinci

▪ artikel Forwarder. Deskripsi kerja

▪ artikel Sumber luar sinaran elektromagnet. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

▪ artikel Pertukaran alatan kuasa tangan. 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