Провода диполя

3.5. Однодиапазонные ненаправленные антенны


Простейшим излучателем для KB диапазона радиоволн является горизонтальный диполь (рис. 3.16). У симметричного горизонтального диполя длины l1 и l2 равны. Если он удален от проводящих поверхностей на расстояние, превышающее несколько длин волны, его входное сопротивление определяется только длиной диполя. По мере увеличения общей его длины увеличивается активная составляющая этого сопротивления, обусловленная потерей энергии в диполе за счет ее излучения. При общей длине диполя, равной половине длины волны, его входное сопротивление становится чисто активным и равным 75 Ом. Полуволновый диполь хорошо согласуется с коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 75 Ом. Омическое сопротивление его проводников значительно меньше сопротивления излучения, что определяет высокий КПД такой антенны. Поэтому полуволновый диполь является наиболее распространенным элементом любительских KB антенн.

Одиночный горизонтальный полуволновый диполь имеет в горизонтальной плоскости диаграмму направленности, подобную цифре 8 — в направлении оси диполя излучение отсутствует, в перпендикулярном направлении оно максимально. Диаграмма направленности диполя в вертикальной плоскости зависит от высоты его подвеса над землей. При высоте антенны над проводящей поверхностью меньше четверти длины волны наводящиеся в этой поверхности токи оказывают заметное экранирующее действие и снижают сопротивление излучения антенны, что приводит к заметному снижению КПД. Практически использовать антенны типа горизонтальный диполь при высоте его подвеса над землей меньше одной десятой длины волны (0,1 X) нецелесообразно. При увеличении высоты подвеса диполя его диаграмма направленности «прижимается» к земле. При высоте Х/8 максимум излучения направлен по вертикали, излучение под углами меньше 10° к горизонту практически отсутствует.

При увеличении высоты подвеса горизонтального диполя до 3 А/8 излучение в направлении вертикали заметно снижается, максимум излучения направлен под углами около 45° к горизонту, имеется заметное излучение под углом 10°. При высоте подвеса 0,5 X излучение по вертикали отсутствует, минимумы излучения направлены под углом 30° к горизонту.

При дальнейшем увеличении высоты подвеса горизонтального диполя диаграмма направленности становится многолепестковой, но максимум излучения еще более прижат к горизонту. Так, при высоте подвеса ЗХ/2 этот максимум направлен под углами около 10° к горизонту.

Таким образом, можно сделать вывод, что чем выше подвес горизонтального диполя над землей, тем лучше проведение дальних связей.

Хотя коаксиальный кабель несимметричен, его можно использовать для питания горизонтального диполя: центральный проводник подключают к одной половине диполя, а оплетку _ к другой. Для исключения излучения коаксиальным кабелем он должен быть расположен строго перпендикулярно к симметричному диполю на длине до 0,5 X.

Иногда радиолюбители используют при подключении коаксиальных кабелей к симметричным диполям устройства, изолирующие оплетку кабеля от диполя по переменному току, создавая большую сосредоточенную индуктивность параллельных проводников кабеля. Для этого кабель пропускают (можно несколько раз) через ферритовое кольцо или свивают его в бухту вблизи точки подключения к диполю. Заметного улучшения работы ненаправленной антенны такие устройства не дают, а увеличение общей длины фидера на несколько десятков метров, уложенных в бухту, может заметно снизить общий КПД антенно-фидерного устройства.

Из-за искажений электромагнитного поля у концов диполя его «электрическая» длина несколько больше физической, поэтому длина полуволнового диполя выбирается несколько меньшей величины 0,5 к в свободном пространстве. Рекомендуемые длины диполей, выполненных из медного (или биметаллического) провода диаметром 3 мм:


Высокой эффективностью при проведении дальних связей обладает вертикальная антенна с противовесами «GROUND PLANE» (рис. 3.17). Эта антенна выполняется из двух дюралевых труб, соединенных друг с другом прочным изолятором. Длина верхней трубы около 0,25 X, длина нижней трубы обеспечивает установку противовесов (их длина l2 несколько больше 0,25 X) под углом около 45° к горизонту. Число противовесов может быть любым, начиная с трех.


Входное сопротивление антенны «GROUND PLANE» около 50 Ом и питание ее осуществляется коаксиальным кабелем (оплетка соединяется с противовесами). Рекомендуемые размеры антенны «GROUND PLANE» приведены в табл. 3.2.

Антенна «GROUND PLANE», в отличие от горизонтального диполя, хорошо работает при установке на небольшой высоте над землей. Без дополнительного подъема основания антенны, выполненной в соответствии с рис. 3.18, обеспечивается эффективное излучение при углах к горизонту 10°, максимум диаграммы направленности близок у углам 25° к горизонту.


При дополнительном подъеме точки подключения фидера на высоту 0,7 X максимум излучения будет под углами к горизонту около 12°

Диаграмма направленности антенны «GROUND PLANE» в горизонтальной плоскости близка к круговой При малом числе противовесов имеется небольшое ослабление излучения в направлениях, совпадающих с противовесом.

При наличии высокой металлической мачты можно применить однодиапазонную антенну, выполненную в соответствии с рис 3.18 Питание такой антенны осуществляется коаксиальным кабелем, оплетка которого соединена с мачтой Входное сопротивление антенны в точке подключения кабеля около 50 Ом Длина излучателя l близка к половине длины диполя, приведенного выше Высота нижнего изолятора оттяжки, служащей антенной, над землей должна быть не менее 0,1Х

Диаграмма направленности антенны рис 3 18 в горизонтальной плоскости достаточно равномерна, но в направлении излучающей оттяжки имеется усиление около 3 дБ (из-за ослабления излучения в направлении, экранируемом мачтой)

Коэффициент укорочения полотна антенны

RM6AA сказал(-а): 31.03.2011 12:33

Коэффициент укорочения полотна антенны

Люди добрые, подскажите:
Какой коэффициент укорочения применить для расчета длины простого диполя если в качестве полотна антенны применить Полевку?

(А то как-то сложно бегать между двумя многоэтажками и методом «откусывания» по чуть-чуть добиваться резонанса)

UT3IM сказал(-а): 31.03.2011 13:59

А я бы ещё спросил о влиянии высоты подвеса антенны на Ку . И на её Rвх .
О влиянии предметов на местности и проводимости почвы .

И ответил бы так : невозможно предсказать ! Всё делается методом ТЫКА !

RM6AA сказал(-а): 31.03.2011 15:32

R2DID сказал(-а): 31.03.2011 15:41

А я бы ещё спросил о влиянии высоты подвеса антенны на Ку . И на её Rвх .
О влиянии предметов на местности и проводимости почвы .

И ответил бы так : невозможно предсказать ! Всё делается методом ТЫКА !
__________________
73! Игорь Мишин (UT3IM) == UB5-073-2239 , EZ5IAD , UB5IPP , 315PP
. Я ещё хуже , чем есть на самом деле .

UT3IM сказал(-а): 31.03.2011 15:47

А вот как раз на УКВ всё проще ! С умом посчитанная и выполненная антенна при высоте подвеса заведомо более 1/2 лямбды — оказывается близка к оптимальной .

Но если Вы всё-же настаиваете — посчитать можно . Всего-то и знать надо тангенс угла потерь изоляции антенны . 😎

RM6AA сказал(-а): 31.03.2011 19:03

UA4SZ сказал(-а): 31.03.2011 19:13

UR7EY сказал(-а): 31.03.2011 23:47

RM6AA сказал(-а): 01.04.2011 07:21

RA2FN сказал(-а): 01.04.2011 15:25

RU3UR сказал(-а): 02.04.2011 14:43

UA3GFX сказал(-а): 03.04.2011 11:50

Какой коэффициент укорочения применить для расчета длины простого диполя если в качестве полотна антенны применить Полевку?

Антенна диполь

acidtech сказал(-а): 25.08.2009 17:49

Антенна диполь

RA3DQP сказал(-а): 25.08.2009 18:10

acidtech сказал(-а): 25.08.2009 18:33

RU3DUC сказал(-а): 25.08.2009 18:35

DL1ET сказал(-а): 25.08.2009 18:59

UR6ISU сказал(-а): 25.08.2009 19:03

RU3DUC сказал(-а): 25.08.2009 19:55

UN7CI сказал(-а): 25.08.2009 20:27

RZ9CJ сказал(-а): 27.08.2009 12:26

Евгений — кому вражеский — а мы вот здешние.
А что в Германской армии нет полёвки ?

А что до трансиверов зарубежных — так и то
говорится на вражеский — а буржуйский

UN7BDH сказал(-а): 02.09.2009 09:39

RD9SA сказал(-а): 02.09.2009 10:15

я пока полный неуч в антеностроении. но попробую внести свой ляпсус тут 🙂

если антена ПЕРВАЯ (а судя по вопросу — так и есть) — то вешайте ее с чего угодно.

ВСЕРАВНО через ПОЛГОДИКА — ГОД поймете что Вам надо совсем НЕ ТО и НЕ ТАМ (собственный опыт). и будете перевешивать :-). а там, глядишь, и «полевик» прикупите 🙂

(по поводу аудиокабеля — ГОД ВИСИТ — есть не просит)

UT1FT сказал(-а): 03.01.2011 18:21

Дабы не плодить новых тем..
Друзья, сделал свою первую КВ антенну: диполь на 40М. Цеплял на скору руку, 28 декабря Замерз как гад, но душу грело сознание того, что сейчас я наконец послушаю свой трансивер.

Значит получился у меня симметричный диполь, с лучами по 10,5 м. Провод использовал тот, что был под рукой: 1-жильный, медный, 6 квадратов. Запитал кабелем 50 Ом маркировку не помню, но медный, диаметр 11-12 мм, еще советский. Подцепил на крыше 5-этажного дома. Получилось некое подобие IV с подвесом на расстоянии 1,5 метра от крыши. КСВ получил больше 3х на всем 40-метровом диапазоне, не особо расстроился, так как тюнер моего FT-990 без проблем этот вопрос решил.

Знаю, это не антенна а порнография, но уж очень хотелось свой трансивер послушать. Однако, эта порнография позволила мне провести сотню QSO. Все, кого слышал я, слышали меня. Время прошло, и теперь хочется его подвесить как надо, да и в размер я скорее всего не попал. 145500/7050/2= 10,31 м длина луча. Укоротить надо бы.По ссылке скриншот google maps моего двора. Красной точкой мой балкон, у меня 5 этаж 5-ти этажного дома. Выход на крышу в моем подъезде.

Быть может коллективный разум подскажет, каким образом ее лучше всего подвесить чтобы зиму пережить. Мачту сейчас на крыше поставить не могу, холодно это раз, и крыша вся оледеневшая. Выше над крышей чем 1,5-2 метра тоже поднять нет возможности. Есть два варинта у меня.
1. Натянуть с крыши к земле. Получится наклонный диполь, нижний луч будет на расстоянии 5м от земли.
1. Натянуть между домами. Этот вариант сложнее, и снять могут. Не знаю как всякие службы отнесутся к моей самодеятельности..

Смотрите так же:  Какие провода лучше в квартире

Да, на самой крыше куча кабелей компьютерных сетей, кабельного ТВ и т.п.
Что посоветуют старшие товарищи?

RADIOCHIEF.RU

Онлайн журнал о гражданской радиосвязи

Антенна диполь на Си-Би

Что может быть проще диполя? Наверное, ничего. Это самая простая в изготовлении антенна доступная большинству радиолюбителей. Ее просто рассчитать, просто изготовить, просто настроить и еще проще использовать. Вышло так, что в лаборатории журнала у меня не было никакой антенны где-то год, и вот недавно я решил, что хватит это терпеть!

В этой статье я расскажу, как рассчитать, из чего и как изготовить простую дипольную антенну на 27 МГц. Покажу весь ход построения антенны, от идеи до законченного изделия. Антенна проектировалась с расчетом на долгую не обслуживаемую эксплуатацию и поэтому вниманию защиты от пагубного воздействия атмосферы было уделено много внимания. Кроме того правильный диполь должен обязательно запитываться через балун. Что это такое и с чем его едят, читайте ниже.

Техническое задание

Условия, в которых предполагается использовать антенну, не самые благоприятные. Крыша двухэтажного здания. Не доминантная высота. Вокруг высотных зданий не много, но они есть. Мягкая кровля. В маневре мы ограничены с той точки зрения, что самовольно попадать на крышу проблематично, закрепить антенны выше уровня крыши тоже достаточно сложно, для этого нет никаких конструкций, а новые городить никто не даст. Единственно, разрешили вбить в стену крюк над окном, и на том спасибо. В общем, рассчитывать на великую дальнобойность подобной антенны не приходится, просто даже исходя из условий размещения.
Кроме того, антенна не должна никому мешать эксплуатировать кровлю. На крышу частенько заходят всяческие организации, следящие за состоянием кровли и кондиционеров и прочего оборудования. Короче, условия – отстой, но антенну все равно хочется. 🙂 Поэтому был выбран самый простой вариант – диполь.

Что такое диполь

Диполь – симметричный вибратор, простейшая и наиболее распространённая на практике антенна. В самом простом варианте представляет собой прямолинейный проводник длиной в половину длины волны и питаемый в середине от генератора токами высокой частоты.
Иными словами, это два одинаковых куска провода растянутые в пространстве последовательно, друг за другом. Но в центре этой конструкции, точке их соединения к ним подключается кабель, по которому сигнал будет идти от диполя в трансивер и от трансивера в диполь. Все просто. Диполь может быть как вертикальный, так и горизонтальный. При этом поляризация волн принимаемых и излучаемых такой антенной будет меняться сообразно ориентации диполя. Вертикальный диполь – вертикальная поляризация (целесообразно использовать для местных связей), горизонтальный диполь (целесообразно использовать для дальних связей). Диполь, натянутый под углом, имеет обе составляющие.

Проект и расчет

Прежде чем брать в руки инструменты и начинать что-то делать не плохо бы посчитать какого же размера нам нужен диполь, кроме того, это поможет нам рассчитать количество провода который мы будем использовать для лучей диполя.
Надо понимать, что действительная (геометрическая) длина диполя несколько меньше чем рассчитанная формуле. Это связано с тем, что на концах антенны возникает емкостный ток, который эквивалентен увеличению ее длины. Необходимую длину диполя, с учетом соответствующего коэффициента укорочения можно посчитать по всяким умным формулам, которые я приводить не буду, а можно воспользоваться более технологичными средствами и привлечь к нашему творчеству программу моделировщик MMANA. И если Вы, будучи радиолюбителем ее, по какой-то причине все еще не освоили, настоятельно рекомендую это сделать. Для проектирования и расчета простых антенн, это совершенно незаменимый инструмент.

Итак, наш проект выглядит следующим образом. Антенна диполь. Верхняя точка подвеса на высоте 3м, центр на 2,5м, нижняя точка на 2м. Не густо, с учетом того, что КСВ и параметры работы антенны дипольного типа в целом довольно сильно зависят от высоты подвеса, но выбирать особенно не из чего. Длина плеч антенны примерно 2,57м, диаметр провода 2мм (R=1мм).

Вбиваем эти данные в моделировщик и получаем следующее.

Считаем параметры для частоты 27.200МГц. Центральная частота центральной сетки.

Похоже на правду, с учетом того, что диполь в свободном пространстве имеет сопротивление около 75Ом, что соответствует КСВ=1,5. Меня это вполне устраивает.

КСВ, а также активная и реактивная составляющая импеданса. Параметры для нашей антенны вполне подходящие.

Диаграмма направленности. Антенна при данном размещении будет по большей части зенитного излучения. Это следствие низкого подвеса, но тут уж ничего не поделаешь.

Питать антенну мы будем не просто через коаксиальный кабель, а через балансировочное устройство (балун). Балун это симметрирующий трансформатор. Называется так из-за использования в названии сокращенных англицизмов. Balanced-Unbalanced. Или BalUn. (БалУн). Он необходим для питания симметричной антенны. Диполь как раз антенна симметричная, а питаться она будет не симметричной линией, коей как раз является коаксиальный кабель. Но о балуне чуть ниже. Итак, примерно прикинув, что нас ждет, можно приступать к изготовлению.

Конструктив

Для ленивых, и тех, кто хочет просто попробовать сделать такую антенну, есть вариант проще. Сразу приведу картинку позаимствованную у EU4DGC. Отдельно комментировать не буду, на ней и так все понятно. Повторите и оно заработает.

Но так как надежность конструкции у меня стояла не на последнем месте, я решил подойти к делу более основательно.
Для изготовления диполя нам в первую очередь потребуется сделать заготовку для антенны дипольного типа. Эта штука необходима для полноценной реализации балуна. Вы, конечно, можете купить готовый балун, но, на мой взгляд, сделать его своими руками проще, дешевле и интереснее.

Для конструирования нам потребуется. 1. Сантехническая пластиковая муфта диаметром 50-55мм. Продается в сантехнических магазинах.
2. Сантехнические заглушки того же диаметра. Продаются там же.
3. Разъем типа SO-239
4. Винт-кольцо 3 штуки (М6).
5. 6 шайб и 3 гайки.

Начинаем подготовку. Сверлим отверстия в крышках-заглушках и муфте.

В муфте одной из заглушек диаметром 6мм, для крепления, и 16мм в другой, для разъема. Сверлим отверстия под креплениями и для вывода проводов которыми будем питать лучи антенны.

Монтируем крепления. В собранном виде конструкция выглядит вот так.

Теперь приступаем к изготовлению балуна.

Балун

Как я уже писал выше, балун это симетрирующее устройство позволяющее избавиться от антенного эффекта фидера. Если этого не сделать, наш кабель снижения станет полноправной частью антенны и при приеме будет работать как часть антенны, собирать сигналы, помехи и шум, а при передаче излучать. Нам это совершенно не нужно, поэтому мы изготовим балансирующее устройство на ферритовом кольце. Как мы помним, сопротивление диполя у нас около 75Ом, это значит, что для правильного согласования антенны, наш балун не должен трансформировать сопротивления, а должен просто передавать сигнал 1 к 1. Самый простой вариант балуна представлен на рисунке ниже. Он выполнен на ферритовом кольце трифилярной обмоткой.

Для изготовления такого балуна нам потребуется ферритовое кольцо, у меня нашлось с проницаемостью 600, кусок провода сечением 0,5-1мм., в закромах нашелся кусок МГТФ сечением 1мм и длиной 2,5м.

Складываем провод втрое и начинаем наматывать на кольцо. В итоге у нас должно получиться нечто вроде этого.

Фиксируем обмотку на кольце при помощи хомутов или изоленты и начинаем соединять обмотки в нужной последовательности. Готовый вариант.

Монтируем балун в нашу заготовку. И припаиваем разъем.

Собираем все вместе и в итоге у нас должна получиться вот такая конструкция.

Почти готово. Теперь нам необходимо отмерить нужное количество провода для лучей антенны и закрепить их на нашем, теперь уже балуне-заготовке. Для лучей можно использовать почти любой провод достаточной толщины, я обычно использую обычный ПВ сечением 1,5мм^2. Отмеряем по 3 метра, не смотря на то, что MMANA нам посчитала 2,57м, лучше взять с запасом и потом отрезать лишнее, чем судорожно соображать, как нарастить недостающее. Плюс, часть провода пойдет на крепление лучей к балуну и оттяжкам. Прикручиваем лучи к ушкам балуна и подсоединяем выводы нашего балуна к лучам.

После этого все хорошо пропаиваем. Собственно, сама антенна готова.

Осталось придумать из чего сделать оттяжки. Лично я для этих целей предпочитаю использовать обычный паракорд. Он крепкий, надежный и не особенно вытягивается под нагрузкой.

Пришла пора лезть на крышу и устанавливать антенну. Весь процесс выкладывать не буду, но по основным пунктам пройдусь.

Верхняя точка крепления антенны. В стену вкручен анкер-крюк.

Сама антенна и кабель снижения. Кабель – обычный RG-58 C/U длиной от точки запитки до радиостанции примерно 15м. Длина кабеля на настройку антенны не влияет.

Настройка антенны

Поскольку диполь — антенна симметричная, длина плеч антенны должна быть одинаковой! Начинать я рекомендую с той длины которая нам выдала MMANA, как правило, начав с этого можно с высокой вероятностью попасть именно туда, куда нам нужно. Отрезать полотно антенны не нужно, достаточно просто загнуть лишнюю часть параллельно полотну антенны и примотать изолентой или зафиксировать кабельной стяжкой. Возможно, для точной настройки придется несколько раз снимать и опять натягивать антенну, подгоняя длину плеч под нужную Вам частоту.
Вот что в итоге получилось у меня.

По КСВ=3 диполь имеет полосу почти 5МГц, по КСВ=2 почти 2,5МГц.

Активная и реактивная составляющие.

На мой взгляд, все не плохо.

Итог

В итоге получилась достаточно универсальная, а самое главное простая антенна на Си-Би диапазон. Расположенная в моем случае не самым лучшим образом, но, тем не менее, вполне себе работоспособная. Принимающая и передающая пусть и не так как вертикал длиной 5/8, но, на мой взгляд, это сильно лучше, чем вообще ничего. Собирается эта конструкция при наличии всех необходимых частей за час-полтора, очень быстро. Эта антенна висит за окном всего несколько дней, тестирование продолжается, пока результат меня вполне устраивает, если будут какие-то дополнения, обязательно про них напишу. Ну, или если кто-то решится повторить мой подвиг, был бы рад свежим мнениям и комментариям.

Смотрите так же:  Соленоид из какого провода

Правильный метод удлинения диполя

ArtCat500 сказал(-а): 07.11.2018 00:40

Правильный метод удлинения диполя

Возникла необходимость переделать диполь на 40 метров под диапазон 80 метров.
Следовательно для этого необходимо нарастить (удлинить) плечи диполя.
Диполь изготовлен из медного провода в изоляции.

Вопрос заключается в выборе метода наращивания полотна антенны:

1 способ. Припаять к каждому плечу диполя нужную длинну такого же медного провода из какого изготовлен диполь.
2 способ. Полностью заменить полотно антенны на цельные куски провода необходимой длины.

Какой способ более предпочтителен?
Могут ли быть ощутимые негативные последствия при выборе способа 1 ?

Всем спасибо!
73!

RO9O сказал(-а): 07.11.2018 02:03

RW0LD сказал(-а): 07.11.2018 05:07

Я бы спаял. Окисление меди будет происходить даже под изолентой, и пропадание контакта добавит много эмоций.

Концы полотен в комочек лучше не скручивать, т.к. провод в изоляции, а провод скрученный в комочек — это индуктивность. Лучше конец загнуть в петлю. Изменяя размер петли, сможете настроить антенну в резонанс.

Провода диполя

У меня SUNRISE-01 с алюминиевой крышкой. Стал ловить только в метре от роутера, хотя остальные устройства принимают сигнал нормально. Перепрошился — не помогло. Снял крышку — прием улучшился. Если можно — с картинкой — как сделать антенну из кабеля или витой пары.

😛 😛 😛 😛 😛 РЕБЯТА. НАШЁЛ ОЧЕНЬ БЫСТРЫЙ И ОЧЕНЬ ДЕЙСТВЕННЫЙ СПОСОБ. 😛 😛 😛 😛 😛

Берете просто тонкую проволоку и делаете с ней волну. Приклеиваете к батарее изолентой и просто припаиваете без посредников (кабелей и т.п.).
Важно, что-бы проволока не касалась матрицы, ибо всё испортит.

на планшете texet оторвана антена из фольги ,wifi вообще не видит, остался огрызок кабеля,лопатил инет на счет длины кабеля,везде пишут длина волны на 2,4 ГГц составляет 12,5 см,
сновные размеры: четверть волны, пол волны, волна. 3,125 см, 6,25 см и 12,5 см
Завтра попробую припаять два проводка из витой пары длиной 125мм , потом отпишусь как вышло

Отпаял кусок экранированного кабеля от платы ,и припаял два куска провода из витой пары длиной

125мм ,включил ловит 2 палки из 4 ,потом одел люминевую крышку и стало ловить 1 из 4, подрезал проводки до

108мм и стало 2 палки из 4 ,с люминевой крышкой.
До 106 решил не резать, не искушать судьбу, разбирать второй раз лень.
Проводки расположил один вертикально второй горизонтально.

Отрезал еще 2-3мм стало хуже

Есть кто в теме?
Подпоять такую антенну в планшет чтоб работал можно, а то родная сделанна как и шлейфы, плохо ловит?
с меня +

Полуволновой диполь Герца (вибратор)

Коэффициент укорочения

Рассмотрим работу диполя Герца, который является основной частью многих антенн, работающих в диапазонах длинных, средних, коротких и ультракоротких волн. Распределение тока и напряжения вдоль диполя имеет сдвиг по фазе на 90 градусов. Это вызвано раcпределёнными параметрами LC –элементов вдоль полотна полуволнового диполя, см. Рис 1. В зависимости от соотношения между длиной диполя и длиной волны генератора, входное сопротивление диполя принимает реактивные значения емкостного или индуктивного характера, а при резонансе оно имеет активный характер. Скорость распространения электромагнитных волн вдоль реального диполя несколько отстает в связи с задержкой в распределенных L-элементах, поэтому длина провода диполя имеет коэффициент укорочений равный примерно 0,95. Если диполь расположен близко к различным окружающим предметам, то его приходится укорачивать еще более, т.к. его емкостная составляющая увеличивается.

Сопротивление излучения

Энергия излучаемых волн диполем Герца эквивалентна потерям в активном сопротивлении 73 Ом, которое следует считать включенным в пучность тока в точках включения хх, см. Рис.1. Это условное сопротивление, потери в котором эквивалентны потерям на излучение, называют сопротивлением излучения (Rизл). На практике, в самом проводе есть потери энергии, то полное сопротивление антенны Ra для полуволнового диполя Герца (вибратора), равно 75-80 Ом. Именно такое сопротивление оказывает вибратор для генератора. По этому, ко входу антенны подключают кабель с сопротивлением 75 Ом, что обеспечивает режим бегущей волны и согласование кабеля с полуволновым диполем.

Распределение тока и напряжения

При изображении распределения тока и напряжения в вибраторе принято изображать фрагментально.

Представления о колебательном процессе в полуволновом вибраторе изображены на рис.2. Здесь запечатлены распределения тока и напряжения в различные моменты времени в течение одной половины периода. В начале (рис. 2 а) тока еще нет, а напряжение имеет наибольшее значение, которому соответствует электрическое поле Е. За период Т = 1/8 (90 градусов) от начала колебания напряжение уменьшилось и возник ток, который в среде вызывает магнитное поле Н (рис. 2 б). Через четверть периода от начала колебания ток достигает наибольшей величины, а напряжение равно нулю (рис. 2 в). Затем ток уменьшается, и снова появляется напряжение, но уже противоположного знака, так как половинки провода перезаряжаются (рис. 2 г). Когда пройдет полпериода от начала колебания, ток уменьшится до нуля, а напряжение возрастет до максимума (рис. 2 д). После этого процесс повторяется в обратном направлении.

Поляризация диполя

Принято определять поляризацию радиоволн по направлению электрического поля. Когда вибратор расположен вертикально (рис. 3), волна поляризована вертикально, так как электрические силовые линии поля — Е расположены в вертикальной плоскости. Если же вибратор расположен горизонтально, то излучаемые им волны имеют горизонтальную поляризацию.

Здесь надо отметить, что поля Е и Н всегда перпендикулярны относительно друг друга, т.к, электрические силовые линии поля Е располагаются параллельно вибратору, а магнитные силовые линии поля Н — перпендикулярно к нему.

Поле вокруг диполя

Следует обратить внимание на то, что электромагнитные поля вблизи вибратора и вдали от него имеют различный характер и распределяются на зоны, — ближняя зона и дальняя зона, см. Рис. 4. В ближней зоне поле Е опережает поле Н на 90 градусов и электромагнитное поле волны еще не сформировано. Здесь напряжение сначала прикладывается к длинному проводнику, то для волны в ближней зоне характерно, что Е=1, а Н?1. Эти волны определяются как стоячие. В дальней зоне от вибратора (на расстоянии 2-3 длины волны) поле представляет собой бегущую волну, удаляющуюся от вибратора. Здесь, как и во всякой бегущей волне, колебания электрического — Е и магнитного — Н полей совпадают по фазе Е=Н=1, а энергия между этими полями распределена поровну. Если мы представляем диполь Герца как точный излучатель, то такое электромагнитное поле принято называть полем излучения, а место, где поля начинают совпадать по фазе, сферой. Разумеется что, резкой границы между ближней и дальней зонами нет. Одна постепенно переходит в другую, и между ними существует промежуточная зона, в которой поле индукции и поле излучения имеют напряженности одного порядка.

В ближней зоне стоячие волны, имеют амплитуду гораздо больше, чем амплитуда бегущих волн в дальней зоне, соотношение которых по мере удаления снижается квадратично. Энергия стоячих волн является чисто реактивной. В ближней зоне совершается колебания энергии, переходящие из электрического поля, в магнитное и обратно. Это поле, значительно более сильное, нежели поле излучения, называют полем индукции.

КПД полуволнового диполя Герца

Антенна, работающая в режиме передачи теряет значительную энергию еще в ближней зоне с квадратичной зависимостью, по этому ее КПД в режиме передачи очень низок. На рис.5 изображена напряженность поля передающей антенны.

Здесь наглядно видно уровень сигнала в ближней и дальней зонах. Антенна, обладает принципами взаимности, т.е. антенна, работающая как на передачу, так и на прием обладает всеми параметрами антенны работающей на передачу и наоборот. По этой причине диполь Герца, принимая сформированную волну от удаленного радиопередатчика, имеет потери, т.к. способен в полной мере принимать волну с отставанием по фазе как в ближней зоне. По этой причине и другим, диполь Герца отражает часть принятых электромагнитных волн, что снижает общую величину КПД. Для такого типа антенн, КПД всегда меньше 90%.

Провода диполя

Кононов Владимир ( UA1ACO )
г. Санкт-Петербург

А теперь рассмотрим и сравним обычный Диполь и ЕН антенну, есть между ними разница или нет?
Можно ли объяснить работу ЕН антенны, не привлекая какие-то чудесные неизвестные свойства этих антенн, а используя общеизвестные законы и теории? Действительно ли ЕН антенна, это Диполь, но только укороченный?
Сравнивать будем по той литературе, где описана работа Диполя, и по результатам проведенных экспериментов с ЕН антенной, опираясь на «сырую» теорию работы ЕН антенн.

Опираясь на теорию (и результаты практических экспериментов), видим, что основным рабочим органом ЕН антенны является «конденсатор» (емкость), образованный двумя толстыми цилиндрами. Для достижения резонанса системы ЕН антенны, в ее схему добавлена дискретная индуктивность. Емкость между цилиндрами ЕН антенны и дискретная индуктивность образуют ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ колебательный контур. На резонансной (рабочей) частоте ЕН антенны, напряжения на элементах этого последовательного «контура» максимальны. При этом длина цилиндров, напрямую, не зависит от длины волны (цилиндры не резонансные как плечи в Диполе) и очень короткие. Обратимся теперь к литературе и посмотрим, что в ней сказано о работе конденсатора (ток смещения) и Диполя:

Естественно, протекающий ток смещения создает поле Н, а высокое напряжение между цилиндрами, в момент резонанса — поле Е. Так как ЕН антенна компактная, то и «центры» полей, практически почти совпадают и находятся близко к зазору между цилиндрами (см. статью «поле ЕН антенны»), что в корне отличается от распределения уровней полей в Диполе (см. также Д.П. Линде «Антенно-фидерные усройства» стр.57, Рис. 31б). Индуктивность «плеч» ЕН антенны практически очень мала (антенна короткая) в сравнении с классическим длинным, тонким Диполем (длинный провод — индуктивность) см. Рис.1.

Смотрите так же:  Единица измерения работы электрического тока

В ЕН антенне, «плечи диполя» имеют очень маленькую индуктивнеость (т.к. они имеют небольшую длину и большую площадь), а в основном образуют «пространственную» емкость, через которую и течет ток смещения.

Согласитесь, что поля довольно значительные, так как их величина определяется добротностью ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО контура, а эта добротность, в свою очередь зависит от качества «компонентов» ЕН антенны, но ведь мы применяем толстые цилиндры (паразитная индуктивность минимальна), материал медь и толстый медный провод для изготовления катушки. Вот здесь важно не упустить тот момент, что антенна выполнена на пластмассовой трубе (полипропилен, полиэтилен и т.д.) и качество используемого материала также приобретает важное значение. При неправильном изготовлении ЕН антенны и игнорировании требований к материалу, антенна может разрушиться или даже загореться. (Я получал массу писем, да и на форумах есть информация, когда ЕН антенны загорались, «дымились» или «пели». )
Пример игнорирования этих требований, на рисунке Рис. 2

Рис. 2 Прогоревшая «дыра» в ЕН антенне (при Р=150 вт)
(толщина стенок трубы = 10мм, диаметр «дыры» — 60-80мм).

Еще раз хочется подчеркнуть: толщина стенки трубы (полиэтилен, черная труба) была 10 мм . и мощность всего 150 ватт.
Естественно в Диполе, где максимум напряжения у концов Диполя и добротность значительно меньше, чем у ЕН-антенны (а как известно, напряжение при резонансе пропорционально добротности), вы такого не увидите (и при такой небольшой мощности).
А что нам говорит теория, насчет токов смещения (коль скоро в ЕН антенне они играют ключевую роль) и какую роль они играют в стандартном, классическом Диполе?

. вот и программа «MMANA» с базисными формулами расчета антенн, видимо не учитывает эти токи. (см. например ЗДЕСЬ) конечно для классических Диполей. всё ОК!
И оказывается, что следуя существующей теории, зазор в точке питания классической антенны Диполь, не рассматривается и не учитывается. Более того, при теоретическом рассмотрении работы Диполя, его вообще стараются исключить из расчетов. (В литературе по антеннам, я НЕ нашёл НИ ОДНОЙ строчки по расчету величины этого зазора!)

Ток СМЕЩЕНИЯ, при анализе и расчете классических Дипольных антенн, никакой роли вообще не играет, или вообще не упоминается! (в литературе, при рассмотрении работы Дипольных антенн, буквально несколько строк, а то и совсем нет). Более того, он считается «паразитным» и ухудшающим работу Диполя. Рассматривается только ток ПРОВОДИМОСТИ в проводах (плечах) Диполя (а их-то в ЕН антенне почти и нет. 1/40 длины обычного Диполя). (При этом, очевидно, предполагается, что ток проводимости возбуждает в пространстве ток смещения…)

Более того, по вышеприведенной цитате получается, что емкость между торцами стандартного Диполя (в точке питания), вообще паразитная! и от нее надо избавлятся, путем изготовления торцов Диполя в виде конуса или делая их более тонкими (вспомните Диполь Надененко!)

Здесь необходимы некоторые пояснения. В соотношении «l/a», под «l» понимается длина вибратора, а под «a» — его диаметр. Выходит, что на графиках (в книге) при соотношении «l/a» равном около 3000 (у стандартного Диполя) все нормально расчитывается (теоретически) и сходится с практикой, но при уменьшении этого соотношения «. расхождение тем больше, чем меньше это сооношение. «. Но ведь в ЕН антеннах это соотношение варьируется вообще от 1 до 5-6!. Выходит что и расчитать-то ЕН антенну не удастся (даже теоретически, что и доказывают расчеты в «MMANA»), уж слишком расчетные результаты будут разниться с практическими (сейчас кто-то скажет, но ведь MMANA расчитывает. вот так и расчитывает, по теории Диполя. прибавьте сюда «паразитные», «не учитываемые», токи смещения. ), странно что усиление ЕН антенны (по расчету в программе) в сравнении с изотропным диполем -20/-30 dBi, а не еще меньше.

Опять обратимся к литературе и посмотрим, что пишут о коротких Диполях:

Хорошо, действительно это так. Все мы делали не один и не два Диполя (в том числе и укороченные) и убедились в этом практически, а не только теоретически. Так что практика подтверждает теорию.
Кстати, это хорошо видно на примере работы ЕН антенны и сильноукороченного Диполя в статье «Плоская ЕН и Диполь на диапазон 14 МГц». ЕН антенна и Диполь (одного размера) имеют полосы пропускания 1116 КГц и 156 КГц соответственно (разница в 7 раз!) и добротности 13 и 91 соответственно. Да, для Диполя все соответствует теории, но для ЕН ?!
Но теперь обратимся к тем опытам, которые были проведены с ЕН антеннами (неоднократно) по измерению уровня полей и в ближней и в дальней зонах (вплоть до 230 длин волн!). Снова прочитаем статью «Поля от антенн в разных зонах». Посмотрим на графики. сравним размеры ЕН антенн с Диполем. сравним параметры антенн (по ссылкам на КСВ, они есть в статье) и сделаем какие-то выводы после того, как результаты измерений сведем в таблицу (рассмотрим стандартные ЕН с цилиндрами и плоскую ЕН (W5QJR), а также укороченный Диполь). Все антенны на диапазон 145 МГц.

* статья, антенна из «гвоздей» (укороченный Диполь).
** Для справки: распределенная емкость полноразмерноего Диполя более чем в 20 раз больше емкости ЕН антенны. (6)

Добротность антенны, при уменьшении ее размеров, согласно теории для Диполя, должна изменятся «. обратно пропорционально третьей степени размера антенны. « (при неизменной частоте). Практически (см. таблицу), размеры ЕН антенн, уменьшены в 10-15 раз (по сравнению с Диполем), а добротность возросла только в ДВА раза! Но если ЕН антенны — укороченные Диполи, то почему практика не стыкуется с теорией Диполя? И было бы понятно, если бы разница получилась в пределах погрешностей, но получается-то, что расхождение на порядок! (кстати, для Диполя-то все сходится).

Результаты в сравнении уровней полей от Диполя и ЕН антенн, в расхождении результатов по добротности (практически и теоретически) и полосе пропускания, заставляют задуматся о том, что работа ЕН антенн должна быть рассмотрена, исходя из других принципов, по сравнению с работой Диполя.

Получается все наоборот!.

  • Та часть в ЕН антенне, которая излучает, в Диполе — паразитная емкость!
  • То что является основной частью для излучения ЭМВ в Диполе (длинные плечи) — в ЕН антенне почти отсутствует. (плечи в ЕН совсем короткие).
  • При такой геометрии ЕН антенны, классические расчеты искаженные и не точны.
  • Да еще не рассматриваются токи на торцевых поверхностях. (паразитные).
  • Добротность (полоса пропускания) ЕН антенны, практически на порядок отличается от расчетной (по теории Диполя).
  • Усиление ЕН антенны практически более чем в 10 раз (!) отличается от расчетного (по теории Диполя).

Возникает законный вопрос — а можно ли сравнивать вообще?! Сравнивать разное? Надо ОБЪЕКТИВНО подойти к тому, что есть на самом деле! И дело не в том, что ЕН антенна лучше или хуже ранее известных, дело в том, что она работет НЕ ТАК, как должна бы работать, если бы была укороченным Диполем.
Вопросов, извините, больше чем ответов.

Небольшой экскурс в историю.

Видимо и Герц «интуитивно» чувствовал, что в антенне можно использовать «сосредоточенную» емкость (шары на концах Диполя), но и от проводов не отказался. вот и получился «гибрид» :), потом шары ликвидировали и сейчас мы имеем то, что имеем — проволочный Диполь (хоть и прошло больше сотни лет), а на пути к ЕН антенне встали многие годы.

Литература:

  1. Белоцерковский Г.Б., «Основы радиотехники и антенны», Часть I, М , Советское радио, 1969г.
  2. Айзенберг Г.З. и др., «Коротковолновые антенны», изд.-2, М, Радио и связь, 1985г.
  3. Линде Д.П., МРБ, «Антенно-фидерные устройства», Госэнергоиздат, Москва Ленинград, 1953г.
  4. Драбкин А.Л., Коренберг Е.Б., «Антенны», М, Радио и Связь, 1992г.
  5. Слюсар В., «60 лет теории электрически малых антенн», Электроника:НТБ, Выпуск № 7/2006г.
  6. под. ред. Серкова В.П., «Вопросы теории и проектирования антенных устройств», Академия связи им. Буденного, Ленинград, 1979, стр. 164

Похожие статьи:

  • Сп кабели и провода Сп кабели и провода 1. Расшифровка. C – свинцовая оболочка П - Броня из стальной оцинкованной проволоки 2. Элементы конструкции кабеля. 1. Токопроводящая жила — медная однопроволочная жила ”ож” (класс 1) - медная многопроволочная (класс […]
  • Подключение вводного автомата и узо Подключение вводного автомата Схемы подключения автомата Установить и правильно подключить автомат в распределительном шкафу – не проблема. С этим может справиться даже обычный человек, который с электричеством сталкивается только, когда […]
  • Комбинированный прибор для измерения тока напряжения и сопротивления Комбинированный прибор 43101 Прибор с автоматяческой защитой от электрических перегрузок пред. назначен для измерения тока и напряжения в цепях постоянного и переменного токов синусоидальной формы, сопротивления постоянному току, […]
  • Пускатель магнитный с кнопками 220в Пускатель ПМ12-160120 220В, магнитный ПМ12 160120 160А. Цена. Купить Ном. ток, In, А: 160; Ном. напряжение изоляции, Ui: 1000В; Кол-во полюсов: 3; Доп. контакты: 2з+2р; Напряжение катушки: 220В; Ном. мощность, кВт: 75 […]
  • Провода на блоке питания компьютера Разъемы блока питания Модульный блок питания Перед рассмотрением основных разъемов, необходимо упомянуть о простых БП и о блоках питания с модульными кабелями. У дешевых блоков питания все кабеля установлены заранее. И поэтому […]
  • Трансформатор повышающий 12 на 220 вольт Далее изолируем эту обмотку (желательно тканевой изолентой) и мотаем точно такую же обмотку поверх первой. Намотка делается таким же образом, провод опять состоит из 12 жил миллиметровых проводов, количество витков тоже 5. Далее нужно […]