Основи на антената - Моят уебсайт
Скорост, дължина на вълната.
Всички антени са проектирани да излъчват или приемат енергията на електромагнитните вълни, разпространяващи се в пространството.
За да опишете радиовълните, използвайте следните характеристики.
Честота f - броят на пълните периоди на трептене, за единица време.
Дължина на вълната λ (ламбда) - разстоянието, на което вълната се разпространява за време, равно на един период на трептене.
Скорост на радио вълната
Разстоянието от Земята до Луната, 380 000 км, вълната изминава за почти една секунда.
Честотата на вълната, нейната скорост и дължина на вълната са свързани чрез връзката
λ= С/f(Hz) = 300/f(MHz)
Колкото по-висока е честотата, толкова по-къса е дължината на вълната.
Например, дължината на вълната за честота от 14 MHz е
λ = 300/14= 21,43 метра
Радиолюбителите наричат този диапазон - ,, двадесет ,,
Всички тези формули са основни, основни в теорията на антените и те трябва да се запомнят и да могат да се прилагат на практика. Без ясно и точно разбиране на тези формули е невъзможно да се разбере работата на антените и предавателните линии.
Капацитет, индуктивност, реактивно съпротивление.
Капацитет. Мисля, че всеки е запознат от училищен курс по физика какво е електрически капацитет (кондензатор) и индуктивност (бобина).
Кондензатор - две плочи, изолирани една от друга чрез някакъв вид изолатор (въздух, слюда, керамика и т.н.) Към тези две плочи се прилага напрежение от външен източник. Кондензаторът абсолютно не пропуска постоянно напрежение, т.е. напрежение, чиято честота е нула, но е в състояние да премине променливо напрежение, т.е. ако се подаде променливо напрежение към плочите от генератор, предавател и др. , през кондензатора ще тече променлив ток. Големината на този ток ще бъдезависи от стойността на капацитета, от честотата, големината на напрежението, приложено към кондензатора, и големината на товара, свързан към кондензатора. Колкото по-голям е капацитетът и колкото по-висока е честотата на напрежението и колкото по-нисък е товарът, толкова повече ток ще тече през капацитета. С други думи, кондензаторът за променлив ток е еквивалентен на съпротивление и колкото по-висока е честотата или колкото по-голям е капацитетът, толкова по-ниско е съпротивлението. Това съпротивление се нарича реактивно или капацитивно и се обозначава като Xc. Формула за изчисляване на капацитет:
X c= 1000000/(6.28fC)
където f е честотата в MHz; C-капацитет в pF
Например, капацитет от 150 pF за честота от 21 MHz ще има съпротивление от 50,5 ома. На стойността XC условно се поставя знак минус. Нека запомним това.
Кондензаторите съществуват изкуствени и естествени. Изкуствените капацитети са капацитети, произведени за използване в различни електронни схеми. Естественият капацитет е например капацитетът на проводника на антената спрямо земята или капацитетът между два проводника, рамената на антената и т.н. Този капацитет влияе върху работата на антената.
Индуктивност. Индукторът е парче тел, навита около сърцевина, обикновено диелектрик. Бобината, за разлика от кондензатора, свободно преминава постоянен ток, но за променлив ток тя е съпротивление. Това съпротивление е по-високо, колкото по-голяма е честотата на напрежението, приложено към краищата на бобината и колкото по-голяма е индуктивността, броят на завоите. Това съпротивление се нарича реактивно или индуктивно. Формула за изчисляване на индуктивното съпротивление:
където f е честотата в MHz, L е индуктивността в uH. Например, за честота от 7 MHz, индуктивност от 3 µH е еквивалентна на съпротивление от 131,9 ома. За намотка съпротивлението е характернозагуби, тъй като жицата на бобината има омично съпротивление. Стойността му е части или единици ома.
Моля, имайте предвид, че ако съпротивлението на кондензатора намалява с увеличаване на честотата, тогава намотката, напротив, се увеличава. На стойността на XL условно се присвоява знак плюс, който също трябва да се помни.
Тъй като кондензаторът има отрицателен знак за реактивност, а индуктивността е положителна, когато кондензаторът и бобината са свързани последователно, реактивните съпротивления на които са равни по големина, т.е. независимо от техния знак, тези реактивности взаимно се компенсират, анихилират. Точно както в математиката, ако сумираме например +100 и -100, получаваме нула като резултат.
Както ще видим по-късно, кондензаторите и намотките също могат да бъдат предавателни линии.
Капацитетът и индуктивността са основни в теорията на антената, така че трябва да разберете добре тяхната работа.
Паралелен и сериен резонанс.
Това явление се използва широко в радиотехниката. В теорията на антените той е основен, т.е. работата на антените се основава на резонанс, така че ще разгледаме това явление по-подробно.
Резонансът може да бъде сериен или паралелен. Нека първо да разгледаме серийния резонанс. Фигурата по-долу показва последователна електрическа схема, състояща се от капацитет C, индуктивност L и конвенционално показано съпротивление на загуба на намотка R (съпротивление на проводника на намотката).
Фигурата вдясно показва честотната характеристика (честотна характеристика) за капацитет, индуктивност и импеданс (общо входно съпротивление) на цялата последователна верига. Виждаме, че постепенно, с увеличаване на честотата f, XC пада и XL расте, както беше разгледано по-рано. В определена точка техните графики се пресичат. Тази точка ще бъде серийната резонансна честота.Физически това означава, че капацитивното и индуктивното съпротивление на последователна верига стават равни по величина, по стойност, при резонанс, но запазват своите знаци плюс и минус. Следователно, както в математиката, тези реактивни съпротивления се компенсират взаимно, компенсират се за резонансната честота и в резултатсамо малко активно съпротивление R остава във веригата, което води до рязко увеличение на тока в серийната верига и следователно до ниска стойност на входния импеданс на веригата. При сериен резонанс токът във веригата:
Серийният резонанс е в основата на работата на почти всички антени, следователно е необходимо ясно да се разбере този процес, за да се разбере по-нататък работата на антенните устройства. Въз основа на сериен резонанс работят почти всички антени (половълнови диполи и техните разновидности, четвърт вълнови вертикали, квадрати, делта, Yagi и др.) Тези антени не са нищо повече от последователна верига, която няма концентрирани елементи L, C, R, но разпределени в пространството, където L е индуктивността на антенния проводник, C е паразитният капацитет между рамената на антената, R е активното съпротивление на проводник, което причинява загуби на антената. Такава антена се държи подобно на верига.Тъй като паразитният капацитет C, образуван от двете рамена на антената, е разположен в пространството, токът, протичащ през този капацитет, ще се разпространява в околната среда. Освен това токът ще бъде максимален в тази част на антената, в която нейният импеданс е най-нисък. За полувълнови типове радиатори това е средната част на антенната мрежа. С разстоянието от центъра до краищата на емитера импедансът се увеличава, което означава, че токът пада. Заедно с него пада и радиацията. От това можем да направим важен извод:
антената излъчва с тази част от платното, по коятотече повече ток.
Токът е важен за излъчването на антената. Нека запомним това.
Сега нека да разгледаме паралелния резонанс. Този резонанс не е основният в работата на антените, но все пак трябва да знаем неговите характеристики.
Фигурата по-долу показва диаграма на паралелна осцилаторна верига.
Честотната характеристика за XC и XL и токът във веригата, показани на фигурата вдясно, са абсолютно подобни на предишния случай. Без да навлизаме в конкретни подробности, могат да се разграничат само основните характеристики на паралелния резонанс:
при резонанс входниятимпеданс на веригата се увеличава рязко до стойности от 1000 ома и повече, а токът рязко намалява. Паралелна верига, при резонанс, става еквивалентна на голямо съпротивление.
Основната разлика между последователния и паралелния резонанс е подчертана в червено.
Как се използва паралелният резонанс в антенната технология, ако импедансът на антените обикновено е доста нисък?
Понякога се използват вибратори, захранвани от края, чийто импеданс към тази точка на захранване е много висок и е 1 kOhm и по-висок. Но имаме кабел със 75 ома или 50 ома, който трябва да съпоставим с вибратора, тъй като съпротивленията от 1k ома и 75 ома са твърде различни. За тази цел се използва паралелна верига. Включва се с един изход към антената, а вторият му изход е свързан към обвивката на кабела. Сърцевината на кабела е свързана към изхода на намотката. Крановете на бобината се броят от крана на бобината, който е свързан към обвивката на кабела.
Как да изчислим издърпването на бобината? Всичко е просто. Коефициентът на трансформация на намотка с кран ще бъде равен на квадрата на съотношението на броя на завъртанията на цялата намотка към броя на завъртанията, от които е направен кранът.
Бобината съдържа 20 оборота. Направихме теглене от 5-ия ход. Тогава коефициентът на трансформация ще бъде
Това означава, че вълновият импеданс на нашия кабел от 75 ома може да се трансформира (увеличи) 16 пъти и ще бъде равен на 1200 ома. Това ще ни позволи да работим с антена с висок импеданс, използвайки обикновен кабел. Ако имате нужда от коефициент на трансформация 4, тогава трябва да свържете кабела към средата на намотката и т.н.
Естествено, бобината трябва да бъде настроена в резонанс с работната честота. Както вече знаем, само в този случай ще получим максимално напрежение на клемите на бобината.
Тези опростени основи трябва да се разбират добре, тъй като те са основни в теорията на антената.