Меню

Ток в антенне мощность

Ток в антенне мощность

Проф. М. А. Бонч-Бруевич

Коротковолновик-радиолюбитель редко может измерить ток в антенне своего передатчика. Однако, по существу, радиолюбитель не столько нуждается в измерении тока, сколько в возможности оценить качество своей настройки и определить, хотя бы приблизительно, какая мощностъ переходит в его антенну. Трудность измерения тока зависит не только от отсутствия в ассортименте любителя подходящих измерительных приборов, но и от целого ряда других обстоятельств. Эти последние делают затруднительными измерения тока и в профессиональных установках. Кроме того, само по себе измерение тока часто недостаточно для определения мощности в антенне и даже для определения качества самой настройки. В этой статье мы выясним причины упомянутых трудностей и укажем способы, при помощи которых легко ориентироваться в том, какой результат дает данная настройка передатчика.

В длинноволновой технике для измерения тока применяются тепловые приборы, в которых приняты некоторые предосторожности против значительной утечки тока через емкость прибора и против каких-либо неравномерных разветвлений его внутри прибора, вызванных неодинаковой самоиндукцией отдельных путей, на которые разветвляется ток. Так, например, в тех случаях, когда измерительный прибор требуется шунтировать, применяют не отдельный шунт, а ряд шунтов, расположенных симметрично по цилиндрической поверхности, причем шуты имеют те же геометрические размеры и делаются из того же материала, что проволока или пластинка, прогиб которой действует на стрелку измерительного прибора.

В коротковолновой технике шунтов избегают вовсе; измерительный прибор помещают в изолированный, а не металлический кожух (с целью уменьшения емкости) и стремятся уменьшить геометрические размеры вводов. При очень коротких волнах наибольшее затруднение создает скин-эффект в проволочке амперметра, которая подвергается нагреванию. Благодаря скин-эффекту прибор, отградуированный постоянным током, показывает несколько больше при быстропеременных токах, так как сопротивление проволочки оказывается увеличенным. Однако, если даже располагают вполне выверенным для высокой частоты прибором, все же его показания не могут непосредственно дать полное представление о том, что происходит в антенне. При длинных волнах прибор, включенный у заземления, находится всегда в пучности тока, и, зная ток в этом месте, можно вычислить ток в любой точке антенны. При коротких волнах даже небольшие провода, идущие от прибора к заземлению, а равным образом в некоторой части провода самого заземления представляют собой часто значительные самоиндукции. Вследствие этого измеренный амперметром ток может значительно отличаться от действительного тока в пучности. Это особенно резко сказывается в любительских установках, в особенности, когда передатчик помещается в одном из верхних этажей дома и когда заземлением служит отопление или водопровод. Если любитель располагает каким-либо амперметром или каким-нибудь другим индикатором тока (например, маленькой лампочкой) и если он настроил свою антенну по максимуму тока, то это совсем не значит, что в антенну в этот момент отдается передатчиком наибольшая мощность. Вполне возможно, что вследствие соотношения размера антенны и размера заземляющего устройства наибольшая мощность будет отдаваться как раз в тот момент, когда амперметр показывает минимальную величину тока в месте его включения. При работе на гармониках такие случаи могут быть особенно частыми.

Рис. 1.

Более полное суждение о работе антенны может быть получено тогда, когда в данной точке измеряется не только ток, но и напряжение. Другими словами, когда в антенну включено два индикатора: «антенный амперметр» и «антенный вольтметр», как это показано на рис. 1. Если бы каждый из этих приборов включать последовательно в различные точки антенны, имеющей, в простейшем случае, вид прямолинейного провода, и отмечать величину их отклонений в этих точках, то результат такого опыта можно было бы изобразить в виде графика — рис. 2, где вдоль по длине провода L в различных точках поставлены перпендикуляры, на которых отложены показания того и другого прибора в этих точках. Этот график показывает, что увеличение напряжения соответствует уменьшению тока и обратно. Картина, изображенная на этом графике, соответствует случаю, когда в проводе располагается стоячая волна. Однако, в действительности при наличии излучения дело не ограничивается только одной стоячей волной, и поэтому распределение, указанное на графике, может быть правильным только для антенны с малым излучением, например, для лехеровой системы. В антеннах с большим излучением кроме стоячей волны имеется еще так называемая «бегущая» волна или «волна питания», которая в более или менее значительной степени может изменить картину распределения тока и напряжения.

Рис. 2.

Для того, чтобы уяснить себе роль «бегущей» и «стоячей» волны представим себе, что мы возбуждаем не электрические волны в проводах, а материальную волну в натянутом шнуре. Это поможет нам потом, по аналогии, представить себе и электрическую картину. Если мы возьмем шнур достаточной длины и закрепим его на одном конце, а другой возьмем в руку и натянем его, то в случае резкого движения рукой мы отчетливо видим, как по шнуру побежит волна, добежит до неподвижно закрепленного конца, и, отразившись оттуда, побежит обратно. Если мы не будем повторно приводить шнур в колебание, то после нескольких отражений от обоих концов волна затухнет и станет незаметной. Если мы будем давать ряд повторных импульсов с определенным ритмом, рассчитанным таким образом, чтобы каждый последующий импульс в противоположном предыдущему направлении начинался в тот момент, когда, предыдущая волна дошла до противоположного края, то все созданные нами волны будут существовать в шнуре, постепенно затухая. Так как на середине провода прямые и отраженные волны будут встречаться одна с другой, то здесь получится наибольшее раскачивание шнура, и мы будем иметь картину колебания шнура в «полуволне» (рис. 3), аналогичную колебанию провода на его основном тоне. Если мы будем давать импульсы вдвое чаще, то взаимодействие встречных волн создаст в середине точку, которая будет находиться почти в состоянии покоя, в то время, как наибольшая амплитуда получится в расстоянии одной четверти длины шкура от его обоих концов. Это будет колебание на второй гармонике. Таким же образом можно получить колебания на высших гармониках, применяя все более учащенные ритмы раскачиваний шнура.

Рис. 3.

При поверхностном взгляде может представиться, что рис. 3, который мы умышленно дали в упрощенном виде, соответствует наблюдаемому явлению. В действительности же мы забыли здесь про одно важное обстоятельство: между закрепленным концом и тем концом, который мы держим в руке, имеется существенная разница в том отношении, что в то время, как закрепленный конец находится в неподвижности, конец, который мы держим в руке, приводится в движение. Движение, даваемое рукой, поддерживает колебания в шнуре, так как им мы компенсируем потерю энергии на трение и излучение. Рука является источником энергии и создает в проводе колебательные движения, накладывающиеся на движения, создаваемые отражающимися волнами. В неподвижности остается только закрепленный конец шнура, так как дальше точки его закрепления энергия не распространяется. Все же остальные «неподвижные» точки только кажутся неподвижными, а в действительности испытывают колебания, обусловленные прохождением через них той энергии, которая идет на пополнение упомянутых выше потерь. Больше всего энергии должно пройти в самом начале шнура, около руки, так как здесь находится источник энергии, питающей весь шнур. В ближайшем узле тока А (рис. 4) движение все еще велико, так как через эту точку проходит энергия, идущая на питание остальной части шнура. В точках В и С это движение соответственно меньше. Таким образом, мы видим, что в шнуре необходимо различать два движения: одно из них образуется стоячей волной, а другое образуется «волной питания» или, как ее иногда называют, «бегущей» волной. Соотношение между величиной обеих этих волн зависит от величины затухания. Нетрудно представить себе, что если мы возьмем резиновый шнур, то при самом небольшом движении рукой, т. е. при самой незначительной амплитуде «бегущей» волны, мы можем получить значительную стоячую волну. В то же время шнур, сделанный из очень мягкого материала, обладающего большим затуханием, может почти не дать стоячей волны, хотя раскачивания его и будут очень велики.

Читайте также:  Регулятор оборотов электродвигатель постоянного тока транзистор

Рис. 4.

Совершенно та же картина получается в проводах, несущих в себе колебательный ток. Если затухание мало, как, например, в колебательном контуре, лишенном нагрузки, то бегущая волна ничтожна по сравнению о стоячей и, практически, мы можем думать только об одной стоячей волне. В проводах, работающих гармоникой, затухание уже значительнее и поэтому величина бегущей волны может быть также значительной по сравнению с стоячей, особенно, если работа идет на высших гармониках. В специальных антеннах бегущая волна может быть вполне сравнимой или даже превышает, стоячую. Естественно, что при этом амперметр и вольтметр, включенные в различные точки антенны, дадут не ту картину, которая была изображена на рис. 2, а картину, изображенную на рис. 5. При наличии достаточных технических средств оказывается, что удобнее всего мерить мощность не при помощи тока стоячей волны, а при помощи тока бегущей волны, помещая амперметр не в точке, где ток имеет максимум, а в той точке, где он имеет минимум. Это как раз противоположно тому, что, как известно, делается обычно в длинноволновой технике.

Рис. 5.

Из сказанного ясно, что в любительских условиях измерение силы тока не только трудно, но и не дает часто возможности правильно судить о работе установки. Поэтому гораздо правильнее контролировать свою работу по режиму генератора. Этот метод в более точном оформлении применяется также для определения мощности больших технических установок. Миллиамперметр, показывающий величину анодного тока при постоянном напряжении на аноде, регистрирует всякое изменение потребляемой мощности. Если анодное напряжение известно, то произведение анодного тока на это напряжение непосредственно дает мощность. Эта мощность расходуется частью в самом передатчике, т. е. главным образом на анодах ламп, а частью перекачивается в антенну. Если изменить настройку передатчика при постоянной связи с антенной, то анодный ток вблизи резонанса испытывает изменения, показанные на рис. 6 жирной линией 1 ; пунктиром на том же рисунке указана мощность, развивающаяся при этом в антенне. Характер этих кривых незначительно изменится, если одновременно с настройкой несколько меняется связь с антенной, что почти всегда имеет место в любительских установках. Характерным является то, что анодный ток от некоторой своей начальной величины сначала растет, затем падает, испытывает некоторый минимум, снова поднимается и снова принимает величину, близкую к начальной.

Рис. 6.

Достаточно надежная настройка может быть получена, если передатчик отрегулирован таким образом, что анодный ток имеет величину среднюю между максимальной и минимальной, причем точка настройки находится между этими максимумом и минимумом. При сильной связи между антенной и генератором и при сравнительно малом декременте антенны, приведенная выше картина может не иметь места вследствие так называемого явления «затягивания», сопряженного со срывом колебаний и с перескоком на другую волну. Если почему-нибудь предпочитают работать на таком режиме, то для определения мощности, отдаваемой в антенну, может служить соотношение между потребляемой передатчиком мощностью и мощностью, рассеиваемой в лампах. Степень накаленности анодов в этом случае дает указание той мощности, которая рассеивается в лампе. Другими словами, настройка передатчика тем лучше, чем больше потребляется энергии и чем ниже температура анодов. При некотором навыке мощность, рассеиваемую на анодах, можно довольно успешно оценивать на глаз. Для этого предварительно нужно поставить лампы в такие условия, при которых колебания отсутствуют и вся мощность ложится на лампы. Задавая, например, различные положительные смещения на сетку лампы и наблюдая потребляемую при этом мощность, можно получить некоторые навыки в отношении оценки режима ламп.

1 Конечно при условии, что лампа работает в нормальном генераторном режиме. (стр. 123.)

Источник



Электрические характеристики передающих антенн

date image2014-02-09
views image3399

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Якісні характеристики передавальних антен

Рассмотрим некоторые характеристики, определяющие качество передающих антенн. В первую очередь обратимся к электрическим параметрам, которые характеризуют передающие антенны с точки зрения эффективности преобразования энергии высокочастотного тока в энергию электромагнитных волн.

1. Излучаемая мощность — мощность электромагнитных волн, излучаемых антенной в свободное пространство.

Это активная мощность, так как она рассеивается в пространстве, окружающем антенну. Следовательно, излучаемую мощность можно выразить через активное сопротивление, называемое сопротивлением излучения, следующим соотношением:

где Iе — действующее значение тока в антенне.

Сопротивление излучения, являясь активным, не вызывает преобразования электрической энергии в тепловую. Оно характеризует способность антенны к излучению электромагнитной энергии — при данном токе, возбуждаемом в антенне. Количественно сопротивление излучения определяется как активное сопротивление, на котором выделяется мощность, численно равная излучаемой мощности, если ток в этом сопротивлении равен току в антенне.

Из этого определения следует, что сопротивление излучения в большей степени характеризует качество антенны, чем излучаемая ею мощность, так как последняя зависит не только от свойств антенны, но и от тока, создаваемого в ней.

2. Мощность потерь Рп — мощность, бесполезно теряемая передатчиком во время прохождения тока по проводам антенны, в земле и в предметах, расположенных вблизи антенны.

Эта мощность также является активной и может быть выражена через активное сопротивление, называемое сопротивлением потерь:

Сопротивление потерь характеризует величину мощности, которая теряется в процессе преобразования энергии в антенне, когда ток в ней имеет вполне определенную величину.

3. Мощность в антенне Ра — мощность, подводимая к антенне от передатчика. Эту мощность можно представить в виде суммы излучаемой мощности и мощности потерь, т.е.

Мощности в антенне соответствует активное сопротивление

Сопротивления Ra, RΣ, Rn являются основными параметрами антенны.

Следует заметить, что, так как ток на различных участках антенны неодинаков, то величины этих параметров зависят от того, к какому сечению антенны они отнесены. Обычно сопротивления Ra, RΣ, Rn относят к максимальной амплитуде тока антенны или к току в основании антенны (на зажимах генератора).

4. КПД антенны — отношение излучаемой мощности к мощности, подводимой к антенне:

Из этой формулы видно, что для увеличения КПД антенны необходимо увеличивать сопротивление излучения и уменьшать сопротивление потерь.

5. Входное сопротивление антенны — сопротивление на входных зажимах антенны.

В общем случае антенна, как всякий колебательный контур, представляет собой комплексную нагрузку для генератора, т.е. ее входное сопротивление имеет реактивную Хвх и активную Rвх составляющие. В целях увеличения эффективности антенны ее настраивают в резонанс с частотой колебаний генератора. При резонансе Хвх=0, и антенна, следовательно, представляет для генератора чисто активную нагрузку.

6. Направленность антенны — способность антенны излучать электромагнитные волны в заданных направлениях.

Это свойство антенны характеризуется плотностью потока излучаемой антенной мощности, т. е. мощностью электромагнитных волн, проходящих через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны. В разных направлениях плотность потока мощности направленной антенны имеет различную величину.

О направленных свойствах антенны судят по форме ее диаграммы направленности и ряду численных показателей, например ширине диаграммы направленности, коэффициентам направленного действия и усиления антенны.

Ознакомимся с этими характеристиками направленности антенны.

Диаграммой направленности антенны называется диаграмма, на которой графически представлена величина плотности потока излучаемой мощности в разных направлениях. Очевидно, что при снятии диаграммы направленности плотность потока мощности должна измеряться на одинаковом расстоянии от антенны.

Диаграммы направленности строят в полярной или прямоугольной системе координат (рис. 7). В полярной системе координат диаграммы выполняются следующим образом: под углом к исходному направлению (например, 9 =0, 15, 30, 45°, . ) откладывают радиус-вектор, длина которого пропорциональна плотности потока излучаемой мощности в направлении данного радиуса, а затем концы этих радиусов-векторов соединяют плавной линией.

В прямоугольной системе координат по оси абсцисс откладывается угол, характеризующий направление в соответствующей плоскости, а по оси ординат — излучаемая мощность. Диаграммы направленности, выполненные в полярных координатах, отличаются большой наглядностью, поскольку они дают возможность представить, как изменяется интенсивность поля в пространстве. Диаграммы направленности в прямоугольной системе координат могут иметь любой масштаб по обеим осям, благодаря чему они отличаются большой четкостью, даже в области малой интенсивности электромагнитного поля.

Читайте также:  Плотность тока в обмотках двигателя

Диаграмма направленности антенны часто бывает многолепестковой (рис. 8). Одним из требований, предъявляемых к такой антенне, является предельное ослабление боковых лепестков в ее диаграмме направленности. Если это требование не выполняется, то часть излучаемой мощности рассеивается бесполезно в боковых направлениях.

Когда речь идет о направленных свойствах антенны, то обычно интересуются не абсолютной величиной плотности потока излучаемой мощности, а характером ее распределения в различных направлениях. Поэтому на практике широко пользуются нормированными диаграммами направленности, в которых величины, характеризующие мощность излучения PΣ, выражены относительно максимальной величины этой мощности PΣmax, т.е. отношением PΣ / PΣmax.(см. рис. 8 б).

Пользование диаграммой направленности значительно упрощается применением логарифмической шкалы измерения уровней излучения. По этой шкале единицами измерения служат Непер и децибел. Непер (неп) является единицей, которой выражается натуральный логарифм отношения любых однородных величин, а децибел (дБ) равен десятой доле бела (б), который является единицей десятичного логарифма отношения мощностей:

Так как мощность пропорциональна квадрату напряжения, тока или напряженности поля, то при измерении относительных величин напряженностей поля

Имея в виду, что натуральный логарифм любого числа в 2,3 раза больше десятичного логарифма того же числа, можно записать

1 неп = 8,686 дБ.

В табл. 1 приведены соотношения между уровнем N, выраженным в дБ, и отношениями мощностей PΣmax / PΣ и напряженностей поля Emax./E.

Согласно диаграмме направленности, приведенной на рис. 9, первый боковой лепесток имеет уровень на 30 дБ ниже, чем главный лепесток. Это значит, что в направлении максимума первого бокового лепестка напряженность поля в 31,6 раза, а плотность потока излучаемой мощности в 1000 раз меньше, чем в направлении главного лепестка.

Шириной диаграммы направленности антенны называется угол, в пределах которого мощность потока излучаемой мощности менее ее максимального значения не более чем в 2 раза (3 дБ). Например, ширина диаграммы направленности, приведенной на рис. 7, 2Θ’=120°, а на рис. 9 2φ’= 2,5°.

Иногда отсчет ширины диаграммы направленности антенны производится на другом уровне, например, на нулевом или на уровне 0,1 от максимума.

Очень широко применяются диаграммы направленности, снятые по напряженности электрического или магнитного полей. Так как мощность электромагнитной волны, как показано ниже, пропорциональна квадрату напряженности поля, то угол, определяющий ширину диаграммы направленности по напряженности, будет соответствовать напряженности поля в направлении максимального излучения.

Коэффициентом направленного действия D называется отношение плотности потока мощности, излучаемой данной антенной в определенном направлении, к плотности потока мощности, которая излучалась бы абсолютно ненаправленной антенной в любом направлении при условии равенства общей излучаемой мощности в обеих антеннах. Наибольший интерес представляет коэффициент направленного действия D в направлении максимального излучения антенны, т. е. .

Этот коэффициент впервые введен А. А. Пистолькорсом в 1929 г.

Коэффициентом усиления антенны Gназывается произведение коэффициента направленного действия антенны D на ее КПД

Этот коэффициент дает более полную характеристику антенны, он учитывает, с одной стороны, концентрацию энергии в определенном направлении благодаря направленным свойствам антенны, а с другой, — уменьшение излучения вследствие потерь мощность в антенне.

Коэффициент усиления является мерой направленности антенны. Данный параметр определяется как отношение мощности сигнала, излученного в определенном направлении, к мощности сигнала, излучаемого идеальной ненаправленной (изотропной) антенной в любом направлении. Если, например, коэффициент усиления антенны равен 3 дБ, это означает, что ее сигнал сильнее сигнала изотропной антенны в данном направлении на 3 дБ (в 2 раза). Увеличение мощности сигнала в одном направлении возможно лишь за счет остальных направлений распространения. Другими словами, увеличение мощности сигнала в одном направлении влечет за собой уменьшение мощности в других направлениях. Необходимо отметить, что коэффициент усиления характеризует направленность сигнала, а не увеличение выходной мощности по отношению к входной (как может показаться из названия), поэтому данный параметр часто еще называют коэффициентом направленного действия.

Эффективная площадь антенны связана с предыдущим параметром и также зависит от размеров и формы антенны. Отношение между коэффициентом направленного действия антенны и ее эффективной площадью можно записать в следующем виде:

D — коэффициент направленного действия антенны;

Источник

В помощь изучающему электронику

Формулы, вычисления, .

— Антенные устройства —

Данный справочник собран из разных источников. Но на его создание подтолкнула небольшая книжка «Массовой радиобиблиотеки» изданная в 1964 году, как перевод книги О. Кронегера в ГДР в 1961 году. Не смотря на такую ее древность, она является моей настольной книгой (наряду с несколькими другими справочниками). Думаю время над такими книгами не властно, потому что основы физики, электро и радиотехники (электроники) незыблемы и вечны.

Основные параметры передающих антенн

Величина RΣ зависит от чипа антенны, ее размеров (по отношению к длине волны) и точки подключения питающего фидера. В общем случае сопротивление излучения имеет комплексный характер, т. е., кроме активной составляющей, имеет и реактивную Хиз.

— зависимость напряженности поля в удаленной Точке от направления. Обычно диаграмма направленности снимается в двух плоскостях — горизонтальной и вертикальной.

Для оценки направленности антенны в какой-либо плоскости пользуются понятием ширины диаграммы направленности, понимая под этим ширину основного лепестка, отсчитанную по уровню 0,7 напряженности поля (или по уровню 0,5 мощности).

Коэффициент направленного действия (КНД) антенны D — число, показывающее во сколько раз нужно увеличить мощность передатчика, чтобы в точке, лежащей на заданном удалении по направлению максимального излучения, получить такую же напряженность поля с помощью ненаправленной антенны. КНД однозначно определяется пространственной диаграммой направленности антенны.

Ф—направленность антенны в горизонтальной плоскости, °

θо— направленность антенны в вертикальной плоскости, °.

Параметры приемных антенн

— величина, на которую нужно умножить напряженность электрического поля в точке приема, чтобы получить э. д. с., развиваемую антенной. hд зависит от типа антенны и ее относительных размеров (по отношению к длине волны). Физически hд равна высоте воображаемой антенны, обладающей одинаковой с реальной антенной способностью принимать радиоволны, но в которой ток по всей длине имеет постоянное значение, равное току в пучности реальной антенны IАп (рис.1).

Понятием «действующая высота» удобно пользоваться при расчете одновибраторных антенн длиной не более λ/4.

Аэфф и λ2 измеряются в одинаковых единицах, например,- м 2 .

Е—напряженность поля, в/м;

Аэфф—эффективная площадь антенны, м 2 ;

РA—мощность в антенне, вт.

—зависимость э.д. с. антенны от направления прихода волны. Ширина диаграммы направленности—угол, внутри которого э. д. с. антенны не падает ниже уровня 0,7 от своего максимального значения.

Коэффициент полезного действия ηA

—отношение мощности, снимаемой с антенны, к мощности, получаемой антенной от электромагнитной волны.

Коэффициент направленного действия (КНД) антенны D

— число, показывающее, во сколько раз мощность, снимаемая с антенны, превышает мощность, которую можно было бы получить в данном случае с помощью ненаправленной антенны, имеющей такой же к. п. д.

Величина КНД полностью определяется пространственной диаграммой направленности антенны.

Коэффициент усиления антенны по мощности G

— сопротивление антенны на рабочей частоте в точках подключения. В общем случае ZA (так же, как и сопротивление излучения передающей антенны) имеет как активную, так и реактивную составляющие.

Частотная характеристика антенны

— зависимость входного сопротивления антенны от частоты.

Вибраторные антенны

Рамочные антенны

е — э. д. с., наводимая по рамке, в;

S — площадь рамки, м 2 ;

λ — длина волны, м;

Е — напряженность поля, в/м;

φ— угол между направлением приема и плоскостью рамки, °,

Приемные ферритовые антенны

Ферритовая антенна состоит из ферритового стержня, на котором размещена антенная катушка, выполняющая роль индуктивной ветви входного контура. По принципу действия фердитовая антенна является магнитной, аналогично рамочной антенне.

Читайте также:  Ток обмотки возбуждения генератора автомобиля

Эффективность ферритовой антенны ДВ и СВ диапазонов сравнима со штырем длиной 1—2 м.

Ферритовая антенна обладает направленностью, соответствующей рамочной антенне (см. рис.4).

е — э. д. с., наведенная в антенне;

Q — добротность антенного контура,

Согласование антенны со входом первого каскада приемника обычно осуществляется частичным включением антенного контура при ламповом входе и катушкой связи при транзисторном входе. Индуктивная связь является более гибкой, поскольку, перемещая катушку связи, можно менять связь в широких пределах.
Правильный выбор связи играет особо важную роль в транзисторных приемниках ввиду низкого входного сопротивления транзисторных каскадов. Для повышения чувствительности транзисторного приемника (за счет более эффективного использования ферритовой антенны) антенну подключают через эмиттерный повторитель, обладающий высоким входным сопротивлением.
Расчет ферритовой антенны (рис. 6) состоит в определении количества витков антенной катушки.

fmax — максимальная частота диапазона, Мгц;

Коэффициент формы L’ зависит от отношения длины катушки к ее диаметру (рис.7).

Рис.7 График для определения коэффициента формы катушки L’ Рис. 8. График для опрежеления коэффициента mL

mL — зависит от соотношения длин катушки и сердечника и определяется по графику, приведенному на рис. 8;

рL — зависит от положения катушки на стержне и определяется по графику, приведенному на рис. 9;

qL — представляет собой отношение квадратов диаметров ферритового стержня и катушки: qL = d 2 / d 2 к ;

μс действующая магнитная проницаемость ферритового стержня, зависящая от начальной магнитной проницаемости феррита μн и размеров стержня (рис. 10).

Рис. 9 График для определения
коэффициента pL
Рис. 10 График для определения действительной магнитной проницаемости ферритового стержня.

Для определения коэффициентов тL , рL и L’ необходимо задаться прежде всего длиной катушки, которая определяется произведением диаметра провода на неизвестное количесиво витков. Поэтому расчет производится путем последовательных приближений.

Основные формулы описывающие параметры вибраторных антенн

Тип антенны Распределение тока в антенне Коэффициент направленного действия Формулы для определения
действующей высоты сопротивление излучения,
ом
напряженности поля* в направлении главного максимума излучения на расстоянии r**,мв/м
Короткий симметричный вибратор (l 2 (l/λ) 2 E=6,7 × P 1/2 /r
Короткий незаземленный штырь (l 2 (l/λ) E=9,5 × P 1/2 /r
Короткий симметричный вибратор (l 2 (l/λ) 2 E=3,35 × P 1/2 /r
Короткий заземленный штырь (l 2 (l/λ) 2 E=4,75 × P 1/2 /r
Полуволновый симметричный вибратор 1,64 hд= λ/π 73,2 E=7 × P 1/2 /r
Четверть-волновый заземленный штырь 3,28 hд= λ/2π 36,6 E=10 × P 1/2 /r
Полуволновый петлевой вибратор 1,64 hд= 2λ/π 293 E=7 × P 1/2 /r
P — излучаемая мощность, Вт;
** r — расстояние от антенны до измерителя напряженности поля
Оглавление

Основные понятия. Замкнутая и разветвленная цепи постоянного тока

Основные понятия, Сопротивление в цепи переменного тока , Конденсатор в цепи переменного тока, Индуктивность в цепи переменного тока, Мощность переменного тока

Основные зависимости, Последовательный колебательный контур, Параллельный колебательный контур

Входная цепь приемника

RC и LC фильтры — общие положения, RC фильтры, LC фильтры

10.1 Аттенюаторы, 10.2 Согласование источника с нагрузкой по мощности, току и напряжению

Основные параметры передающих антенн, Параметры приемных антенн, Вибраторные антенны, Рамочные антенны, Приемные ферритовые антенны, Формулы для расчета вибраторных антенн

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ — Общие положения, ИОНОСФЕРА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН, Преломление и отражение радиоволн в ионосфере, Особенности распространения сверхдлинных и длинных волн, Особенности распространения средних волн, Особенности распространения коротких волн, РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН В ПРИЗЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ, Распространения радиоволн над поверхностью земли, дальний прием

Источник

Основные характеристики и параметры антенн

Излучаемая мощность Ри— мощность электромагнитных волн, излучаемых антенной в свободное пространство. Это активная мощность, так как рассеивается в пространстве, окружающем антенну. Следовательно, излучаемую мощность можно выразим, через активное сопротивление, называемое сопротивлением излучения Rи:

где Iа — эффективный ток на входе антенны.

Сопротивление излучения характеризует способность антенны к излучению электромагнитной энергии и в большей степени характеризует качество антенны, чем излучаемая ею мощность, поскольку последняя зависит не только от свойств антенны, но и от создаваемого в ней тока.

Мощность потерь Рп— мощность, бесполезно теряемая передатчиком во время прохождения тока по проводам антенны, в земле и предметах, расположенных вблизи антенны. Эта мощность также является активной и может быть выражена через активное сопротивление, называемое сопротивлением потерь:

Мощность в антенне Ра мощность, подводимая к антенне от передатчика. Эту мощность можно представить в виде суммы излучаемой мощности и мощности потерь:

Коэффициент полезного действия (КПД) антенны η — отношение излучаемой мощности к мощности, подводимой к антенне:

Входное сопротивление антенны — сопротивление на входных зажимах антенны. Оно имеет реактивную и активную составляющие. При настройке в резонанс антенна представляет для генератора чисто активную нагрузку и используется наиболее эффективно.

Направленность антенны — способность излучать электромагнитные волны в определенных направлениях. Об этом свойстве антенны судят по диаграмме направленности, которая графически показывает зависимость напряженности поля или излучаемой мощности от направления. Практически пользуются нормированными диаграммами направленности, где величины, характеризующие напряженность поля или мощность излучения, выражены не в абсолютных значениях, а отнесены к максимальному значению. В целях упрощения обычно используют не пространственную диаграмму направленности, а ограничиваются диаграммами направленности в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной.

На рис. 1.4, а показана диаграмма направленности симметричного вертикального вибратора в горизонтальной плоскости,

а на рис. 1.4 б и в — в вертикальной плоскости в полярной и прямоугольной системах координат соответственно.

Шириной диаграммы направленности называют угол 2Θ (см. рис. 1.4, б и в), в пределах которого мощность излучения уменьшается не более чем в 2 раза по сравнению с мощностью в направлении максимального излучения. Так как мощность пропорциональна квадрату напряженности поля, то границы угла раствора диаграммы направленности определяются величиной от напряженности поля в направлении максимального излучения.

Коэффициентом направленного действия D —называется отношение плотности потока мощности, излучаемой данной антенной в определенном направлении, к плотности потока общей излучаемой мощности в обеих антеннах. Наибольший интерес представляет коэффициент направленного действияD в направлении максимального излучения:

Коэффициентом усиления антенны Ga — называется произведение коэффициента направленного действия антенны на ее КПД, т. е.

Этот коэффициент дает полную характеристику антенны: он учитывает, с одной стороны, концентрацию энергии в определенном направлении благодаря направленным свойствам антенны, а с другой стороны, уменьшение излучения вследствие потерь мощности в антенне.

Преимущественное излучение антенн в заданном направлении эквивалентно увеличению мощности передатчика. Следовательно, направленность передающей антенны весьма желательна. Исключение составляют антенны радиостанций, предназначенных для обслуживания определенного района, в центре которого находится станция. Такие антенны не должны обладать направленностью в горизонтальной плоскости.

Действующая высота антенны Ад. Количество энергии, излучаемой каждым элементом антенны, пропорционально проходящему по нему току. Так как распределение тока в антенне неравномерно, то излучение различными элементами неодинаково: оно наиболее интенсивно в пучности тока и равно нулю в узле тока (рис. 1.5).

Если площадь, охватываемую кривой распределения тока и проводом антенны, заменить равным по площади прямоугольником, то количество излучаемой энергии не изменится. Полагая основание прямоугольника равным по величине амплитуде тока в основании антенны Iмо, получаем высоту прямоугольника, называемую действующей высотой антенны ( ).

Рис. 1.5 К определению действующей высоты антенны Рис.1.6 Распределение тока в Г – и Т- образных антеннах

Особенно важно понятие действующей высоты для приемных антенн, у которых оно определяет величину наводимой в них ЭДС:

где Ε — напряженность поля. Для того чтобы увеличить Ад, стремятся по возможности обеспечить более равномерное распределение тока по вертикальной части антенны. Это достигается путем добавления к вертикальному проводу горизонтальных проводов, так называемых «емкостных шапок » На рис. 1.6, а и бпоказано распределение тока в Г- и Т- образных антеннах соответственно.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник