Типы антенн

Текущая версия на 08:56, 14 февраля 2025

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=*=3х10^8 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.

Кстати размер конечностей больших насекомых сравнимых с длиной сантиметрового диапазона радио-волн частотой (2.4--5.8)гГц и объясняет исчезновение всех этих больших тараканов, пауков и летающих стрекоз, бабочек, жуков, ос из крупных мегаполисов именно по причине самонаведения ЭДС как в настроенной антенне(электролит в трубочках усов, лапок, крыльев) от постоянного мощного радиоизлучения мобильной связи и интернета на их чувствительные органы, а вот за городом на природе где почти нет вай-фая изобилие этих надоедливых "мух" осталось!

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!