Типы антенн

Текущая версия на 16:15, 17 ноября 2024

Физика антенны-ликбез---автор Книжников ВВ

Антенна----это электроволновой компонент собирающий энергию радиоволны с площади поверхности сферы пространства и преобразующий мощность магнитного излучения в электрический сигнал называется приёмной и полностью обратимое действие называется передающей !

Физически антенна это развернутый колебательный контур, где пластины ёмкости конденсатора становятся усиками с пучностью напряжения, а точка запитки индуктивности катушки с пучностью тока---- электросопротивление согласованной антенны равно Rант=50ом,а Pизл = (U^2) / 2Rант = U^2/100 ом! например---при амплитуде синусоиды или размахе напряжения на выходе передатчика в 10 вольт мощность излучения антенны равна 10в х10 в/100 ом=1 вт!

Любая антенна состоит из вибратора и противовеса для формирования симметричного пучка энергии радиоволны и идеальная антенна называется диполь Герца! Считается что площадь взаимодействия с пространством и есть квадрат длины диполя!

Длина радиоволны в метрах называется "лямбда"-----это соотношение скорости света к частоте радиоканала в герцах----лямбда=с/f=3 х(10)^8 м/с / f

Размер согласованной антенны всегда пропорционален длине волны и она настроена в резонанс частоты этой длине волны! Коэффициент стоячей волны качественной антенны не более КСВ=1.5 единиц! Тогда КПД преобразований близок к 100%!

Так как синусоида амплитуды полного периода волны состоит из четырех симметричных сегментов и двух симметричных пучностей, то достаточным условием для формирования радиоволны размеры идеального вибратора и противовеса всегда равны по одной четверти лямбды (ч/л),а их сумма равна половине лямбды (п/л)!

Внимание---многие производители ру приёмников на диапазон 2.4Г грешат халатным отношением к приёмным антеннам типа "усик"---там коаксильный 
удлинитель несколько см и сам вибратор-"усик" длина которого должна быть 1ч/л=31мм, а многие зачищают экранную оплётку на глазок 25-28мм и в 
результате получается не настроенная антенна с большой просадкой по чувствительности на 10-12дб и дальность управления падает в 3-4раза---- 
необходимо острым лезвием зачистить необходимую длину аккуратно срезав лишюую металлическую оплётку, а длина жилы в изоляции должна быть 31мм!

Диаметр или толщина проводника идеального вибратора считается бесконечно тонким----но на практике он имеет конечные реальные габариты и сказывается на коэффициенте укорочения элемента, чем больше относительная толщина, тем больше Кукор! Пучность или диаграмма распределения энергии радиоволны в идеальном пространстве, то есть в эфире дальнего космоса у идеальной антенны изотропное или чистая сфера----но у реальных симметричных антенн типа диполь на практике диаграмма сферы вырождается в бублик с дыркой минимальной напряженности поля по оси диполя! Материалы проводников обычно медь или латунь, иногда сталь или алюминий влияют на Кукор! Электромагнитная проницаемость диэлектриков конструкции также влияет на общие хар-ки антенны---надо учитывать толщину материала! Длина подводящего экранированного металлической оплёткой кабеля-коаксил между антенной и прибором сказывается на затухании полезного электрического сигнала, по этому при большой длине кабеля более ста лямбд используют усилитель высокой частоты для компенсации потерь!

Ориентировочные примеры расчётов разных типов, которые можно собрать на коленке без специального оборудования---

Линейная поляризация---вертикально!

1)коаксильный "Диполь"----- длина вибратора 0.95 ч/л в виде проволки диаметром 0.01ч/л и противовес длиной 0.7-0.8 ч/л в виде трубки 0.09-0.1 ч/л на одной оси, минимальные строительные габариты и парусность, коэф усиления диполя Ку=2дб! Общий размер 1.0 п/л. Вертикальное расположение оси!

2) "Ви" состоит из вибратора и противовеса по 1.0 ч/л и угол между ними около 120 градусов при диаметре в 0.01 ч/л ---точное согласование настраивается изменением угла-----Ку=2-2,5дб ! Длина подводящего коаксила 1.0 п/л!

3)" Коллинеар" из трубчатых вибратора и противовеса диаметром в 0.08-0.1 лямбды и длиной по 1.0 п/л и общей длиной в одну лямбду при Ку=4-5дб, длина подводящего коаксила не менее одной лямбды----минимальные габариты и парусность! Вертикальное расположение оси!

4) "Пяти элементный волновой канал" или направленная антенна типа Уда-Яги состоит из рефлектора-отражателя в 1.2 п/л, стандартного диполя и трех одинаковых директоров по 0.8-0.85 п/л -----расстояние между элементами по 1.0 ч/л итого общий габарит держателя равен одной лямбде при Ку=10-11дб----большое усиление и минимальная парусность!

5) "Конденсаторный патч" состоит из квадратной пластины вибратора длиной стороны 1.0 п/л и квадратного отражателя-противовеса со стороной в 1.3 п/л, воздушное расстояние между пластинами 0.08-0.09 п/л----Ку=8-9дб! Точка запитки середина края пластин! Обычно это приёмная антенна и плоскость вибратора смотрит на дрон!

Круговая поляризация

6) "Клевер" ----это антенна с круговой поляризацией и угол плоскости наклоненного лепестка указывает направление вращения поля! Кол-во лепестков от трёх и до пяти-----общая длина проводника в лепестке равна одной лямбде и как у равно- стороннего треугольника! Точка запитки начало контура лепестков и земля конец контура лепестков! Угол наклона 30-45 градусов сказывается на шарообразности диаграммы антенны при Ку=1.1-1.5дб! Большая парусность и объём конструкции!

7) "Хеликс"---это направленная антенна, где вибратор это незамкнутая катушка из 8 витков диаметром в 1.3ч/л и межвитковым шагом в 1ч/л и отражателем-пластиной диаметром около 1.0 лямбды при Ку11дб по оси направления! Общая длина катушки равна одной лямбде и большая парусность! Направление вращения хеликса должна совпадать с вращением клевера! Обычно это приёмная антенна и торцом смотрит на дрон!

магия антенн----[1]-----[2]

внимание-----из-за теплового поглощения энергии радиоволны воздушной атмосферой Земли есть закономерность, чем длиннее волна или меньше частота радиосвязи, тем выше проходимость сигнала, то есть при той же мощности излучения дальность устойчивой связи в диапазоне 1.2Ггц будет в 2.2 раза больше, чем в диапазоне 5.8Ггц при тех же условиях!

Примеры

верхняя строка---это всенаправленные антенны 5.8Г с диаграммой напряженности волны аля бублик используются обычно на видео-передатчиках Ку=1.5-4дб!

вторая строка----это узконаправленные антенны 5.8Г с углом приёма 30-90градусах используются в видео приёмниках Ку=8-12дб![3]

простая насадка гиперболического отражателя или волнового вибратора на коасильный диполь(сосиска) превращает всё антенну ру-передатчика или видеоприёмника в направленный волновой канал или уда-яги с возрастанием дальности управления в 2 раза!