Типы антенн

Версия 17:12, 9 мая 2021

физика антенны-ликбез---автор Книжников ВВ

Антенна----это электроволновой компонент собирающий энергию радиоволны с площади поверхности сферы пространства и преобразующий мощность электромагнитного 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 = (U2) / 2Rант = U2/100 ом! например---при амплитуде 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-----это соотношение скорости света к частоте радиоканала в герцах----лямбда=300 000 000м/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)!

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 меньше 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 выраждается 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 кабеля-коасил 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! Ориентировачные примеры расчётов разных типов, которые можно собрать на коленке без специального оборудования---

линейная поляризация

1)" Коасильный 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.

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 коасила 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 коасила не менее одной лямбды----минимальные габариты и парусность!

4) "Пяти элементный волновой канал" или направленная антенна типа Уда-Яги состоит из рефлектора или 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!

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-----общий периметер проводника в лепестке равна одной лямбде и как у равно- стороннего треугольника! Точка запитки начало контура лепистков и земля конец контура лепистков! Угол наклона 30-45 градусов сказывается на шарообразности диаграммы антенны при Ку=1.1-1.5дб! Большая парусность и объём конструкции!

7) "Хелликс"---это направленная антенна, где вибратор это незамкнутая катушка из 8 витков диаметром в 1.1-1.15 ч/л и межвитковым шагом в 0.5 ч/л и отражателем-пластиной диаметром около 1.0 лямбды при Ку=12дб по оси направления! Общая длина катушки равна одной лямбде и большая парусность! Направление вращения хелликса должна совпадать с вращением клевера!

внимание-----из-за теплового поглащения 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 диапозоне 1.2Ггц будет в два-три раза больше, чем в диапозоне 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!

простая насадка гиберболического отражателя и 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!