Антенна — устройство, предназначенное для излучения или приёма радиоволн. Т.е. антенна преобразующее колебания электрического тока в волну электромагнитного поля (радиоволну) и обратно.
Переменный ток, как известно, меняет свою полярность с некой частотой, выражаемая в Герцах (Гц). Например, Си-Би радиостанции работают в диапазоне 27 МГц (мегагерц), т.е. 27 миллионов раз в секунду полярность (+/-) у него меняются местами. Соответственно 27 миллионов раз в секунду электроны в кабеле бегут то слева на право, то справа налево. Учитывая, что электроны бегают со скоростью света 300 миллионов метров в секунду, то для частоты 27 МГц до смены полярности тока они успевают пробежать лишь 11 метров (300/27), а потом возвращаются обратно.
Если к выходу радиостанции подключить кусок провода, другой конец которого просто висит в воздухе, то в нём и будут бегать электроны. Бегающие электроны создают вокруг проводника магнитное поле, а на его конце электростатический потенциал, которые будут меняться с частотой, на которой работает радиостанция, то есть провод создаст радиоволну.
Минимальное расстояние, которое должны пробегать электроны, что бы шло эффективное преобразование переменного тока в радиоволну и радиоволны в ток равно 1/2 длины волны.
Так как любой источник тока (напряжения) имеет два вывода, то получается минимальная эффективная антенна состоит из двух кусков провода длиной по 1/4 длины волны (1/2 делить на 2), при этом один кусок провода подключен к одному выводу источника (выходу радиостанции), другой в к другому выводу.
Провода короче или длиннее 1/4 длины волны будут обладать другим волновым сопротивлением. Если провода короче, то электроны будут успевать добежать до конца провода и хотеть бежать дальше, прежде чем их потянет обратно, соответственно они уткнуться в конец провода, поймут что там обрыв, то есть большое, бесконечное сопротивление и сопротивление всей антенны будет большим, тем больше, чем провод короче. Слишком длинный провод тоже будет работать не правильно, его сопротивление тоже будет выше, чем нужно.
Электрически короткую антенну сделать эффективной невозможно, она всегда проиграет электрической длине 1/4, электрически длинная антенна требует согласования по сопротивлению.
Разница "электрически короткой" от "физически короткой" в том, что можно скрутить в катушку провод достаточной длины, при этом физически катушка будет не такой длинной. Такая антенна будет достаточно эффективна, но на малом числе каналов и в любом случае проиграет штырю длиной 1/4 длины волны.
Ещё важно понимать, что от того, под каким углом друг к другу находятся проводники антенны, излучатель и противовес, тоже зависит не малое - её направленность (направление её излучения) и её волновое сопротивление.
Так же есть такое явление как коэффициент укорочения антенны. Это явление связано с тем, что проводники имеют толщину, а конец проводника ёмкость к окружающему пространству. Чем толще проводник антенны и чем выше частота на которой должна работать антенна, тем больше укорочение. Так же чем толще проводник из которого сделана антенна, тем она широкополоснее (больше каналов перекрывает).
Некоторые антенны соединяются с радиостанцией напрямую, а некоторые - с помощью кабеля, который называется фидером. Кабели бывают разного волнового сопротивления и разной конструкции.
Не нужно путать волновое сопротивление и омическое. Если тестером померить сопротивление кабеля то тестер покажет 1 Ом, хотя волновое сопротивление у этого кабеля может быть 75 Ом.
Волновое сопротивление коаксиального кабеля зависит от соотношения диаметров внутреннего проводника и внешнего проводника (у кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом центральная жила толще чем у 75-ти Омного кабеля того же внешнего диаметра).
Антенны бывают:
Кроме того, антенны могут быть:
Для более подробного понимания работы антенны рекомендую ознакомиться с книгами К.Ротхаммель "Антенны". Они выдержали не одно переиздание.
Главное в статье, приблизительные расчёты:
Пример для 27,175 МГц:
300 / 27,175 = 11 метров 3 сантиметра длина волны.
Вся антенна для эффективной работы должна иметь длину 5 метров 51 сантиметр, соответственно излучающий проводник (или противовес) должны иметь длину 2 метра 75 сантиметров.
Длина волны - расстояние, которое пробегают электроны до тех пор, пока их потянет обратно сменившейся полярностью источника.
Если к выходу радиостанции подключить кусок провода, другой конец которого просто висит в воздухе, то в нём и будут бегать электроны. Бегающие электроны создают вокруг проводника магнитное поле, а на его конце электростатический потенциал, которые будут меняться с частотой, на которой работает радиостанция, то есть провод создаст радиоволну.
 |
| Анимированная схема дипольной антенны, излучающая радиоволны |
Минимальное расстояние, которое должны пробегать электроны, что бы шло эффективное преобразование переменного тока в радиоволну и радиоволны в ток равно 1/2 длины волны.
Так как любой источник тока (напряжения) имеет два вывода, то получается минимальная эффективная антенна состоит из двух кусков провода длиной по 1/4 длины волны (1/2 делить на 2), при этом один кусок провода подключен к одному выводу источника (выходу радиостанции), другой в к другому выводу.
Один из проводников называют "излучающим" и подключают к центральной жиле кабеля, другой "противовесом" и подключают к оплётке кабеля.
Если расположить 2 куска провода каждый длиной 1/4 длины волны, один над другим, сопротивление такой антенны будет примерно 75 Ом, кроме того, она будет симметричная, то есть напрямую коаксиальным (не симметричным) кабелем её подключать не очень хорошая идея.
В укороченных антеннах часть провода скручивается в катушку. Т.е., например, для Си-Би радиостанций длина штыря равна 1/4 длины волны (2 метра 75 см на 27МГц), а длина штыря всего 2 метра, остаток находится в катушке, которая спрятана от непогоды в основании антенны.
Для штыря на машине - штырь это "излучатель", а кузов машины - это "противовес".
Если расположить 2 куска провода каждый длиной 1/4 длины волны, один над другим, сопротивление такой антенны будет примерно 75 Ом, кроме того, она будет симметричная, то есть напрямую коаксиальным (не симметричным) кабелем её подключать не очень хорошая идея.
В укороченных антеннах часть провода скручивается в катушку. Т.е., например, для Си-Би радиостанций длина штыря равна 1/4 длины волны (2 метра 75 см на 27МГц), а длина штыря всего 2 метра, остаток находится в катушке, которая спрятана от непогоды в основании антенны.
Для штыря на машине - штырь это "излучатель", а кузов машины - это "противовес".
Провода короче или длиннее 1/4 длины волны будут обладать другим волновым сопротивлением. Если провода короче, то электроны будут успевать добежать до конца провода и хотеть бежать дальше, прежде чем их потянет обратно, соответственно они уткнуться в конец провода, поймут что там обрыв, то есть большое, бесконечное сопротивление и сопротивление всей антенны будет большим, тем больше, чем провод короче. Слишком длинный провод тоже будет работать не правильно, его сопротивление тоже будет выше, чем нужно.
Электрически короткую антенну сделать эффективной невозможно, она всегда проиграет электрической длине 1/4, электрически длинная антенна требует согласования по сопротивлению.
Разница "электрически короткой" от "физически короткой" в том, что можно скрутить в катушку провод достаточной длины, при этом физически катушка будет не такой длинной. Такая антенна будет достаточно эффективна, но на малом числе каналов и в любом случае проиграет штырю длиной 1/4 длины волны.
Ещё важно понимать, что от того, под каким углом друг к другу находятся проводники антенны, излучатель и противовес, тоже зависит не малое - её направленность (направление её излучения) и её волновое сопротивление.
Так же есть такое явление как коэффициент укорочения антенны. Это явление связано с тем, что проводники имеют толщину, а конец проводника ёмкость к окружающему пространству. Чем толще проводник антенны и чем выше частота на которой должна работать антенна, тем больше укорочение. Так же чем толще проводник из которого сделана антенна, тем она широкополоснее (больше каналов перекрывает).
Некоторые антенны соединяются с радиостанцией напрямую, а некоторые - с помощью кабеля, который называется фидером. Кабели бывают разного волнового сопротивления и разной конструкции.
Не нужно путать волновое сопротивление и омическое. Если тестером померить сопротивление кабеля то тестер покажет 1 Ом, хотя волновое сопротивление у этого кабеля может быть 75 Ом.
Волновое сопротивление коаксиального кабеля зависит от соотношения диаметров внутреннего проводника и внешнего проводника (у кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом центральная жила толще чем у 75-ти Омного кабеля того же внешнего диаметра).
Антенны бывают:
- с горизонтальной поляризацией - проводники антенны расположен горизонтально
- с вертикальной поляризацией - проводники расположены вертикально
Кроме того, антенны могут быть:
- направленные - когда излучение и приём волн идёт в неком одном или нескольких направлениях.
- не направленные (с круговой диаграммой направленности) - когда радиоволны излучаются и принимаются равномерно со всех направлений.
Пример: вертикальный штырь имеет круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, то есть одинаково излучает и принимает радиоволны от источников вокруг себя.
Для более подробного понимания работы антенны рекомендую ознакомиться с книгами К.Ротхаммель "Антенны". Они выдержали не одно переиздание.
Также следует обратить внимание что расчёты приблизительные. Они могут отличаться от типов антенн. И особенностей распространения радиоволн: их поглощение, переотражение от предметов и слоев атмосферы и т.д. И на разных частотах их распространение идет по разному.
Главное в статье, приблизительные расчёты:
- Длина волны = 300 / частота канала связи
- Минимальная длина эффективной антенны = длина волны / 2
Пример для 27,175 МГц:
300 / 27,175 = 11 метров 3 сантиметра длина волны.
Вся антенна для эффективной работы должна иметь длину 5 метров 51 сантиметр, соответственно излучающий проводник (или противовес) должны иметь длину 2 метра 75 сантиметров.
Пример для 144 МГц:
300 / 144 = 2 метра 8 сантиметра длина волны.
Вся антенна для эффективной работы должна иметь длину 1 метр 4 сантиметра, соответственно излучающий проводник (или противовес) должны иметь длину 52 сантиметра.
300 / 144 = 2 метра 8 сантиметра длина волны.
Вся антенна для эффективной работы должна иметь длину 1 метр 4 сантиметра, соответственно излучающий проводник (или противовес) должны иметь длину 52 сантиметра.
Пример для 466 МГц:
300 / 433 = 69 сантиметра длина волны.
Вся антенна для эффективной работы должна иметь длину 34 сантиметра, соответственно излучающий проводник (или противовес) должны иметь длину 17 сантиметра.
300 / 433 = 69 сантиметра длина волны.
Вся антенна для эффективной работы должна иметь длину 34 сантиметра, соответственно излучающий проводник (или противовес) должны иметь длину 17 сантиметра.
Комментариев нет:
Отправить комментарий