אנטנה כיוונית אנכית. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

אנטנה כיוונית אנכית. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / אנטנות HF

המשימה של יצירת אנטנה כיוונית עם קיטוב אנכי אינה פשוטה כפי שהיא נראית במבט ראשון. נראה שהפכתי את האלמנטים של אלומה קונבנציונלית (תעלת גל) אנכית, והכל בסדר, אבל נשאלת השאלה של הצמדת אנטנה כזו לתורן. ב-VHF ניתן להזיז את האלומה התומכת לצד התורן, לכיוון הקרינה, אך אנטנה כזו מתבררת כלא מאוזנת מכנית ודורשת תורן עבה ועמיד מאוד לצורך הרכבתה. היתרונות העיקריים של אנטנות אנכיות נעלמים - ממדים אופקיים קטנים, קלילות וקלות ההתקנה.

אבל עוד על זה מאוחר יותר, אבל תחילה עלינו להתעכב על הרעיון הנבחר של אנטנה כיוונית אנכית. הרצון לבנות אנטנה פשוטה וקלת משקל אילץ אותנו לפנות לעיצוב אלומת ה-ZL המכילה רק שני אלמנטים בעלי הספק אקטיבי ובעלת מידות קטנות מאוד באורך בסדר גודל של L/8...L/10. יחד עם זאת, מקדם הכיוון (DC) של אנטנה זו הוא משמעותי למדי והוא שווה ערך, כפי שצוין בספרות, למקדם הכיוון של אלומת שלושה אלמנטים עם אלמנטים פסיביים. אותו רעיון משמש ב"כיכר השוויצרית", שגם היא נבדלת על ידי פרמטרים טובים מאוד ויעילות רבה עוד יותר. לכן, עקרון הפעולה של אנטנות אלה ראוי לניתוח קפדני, מה שנעשה כעת.

(לחץ להגדלה)

ניקח שני פולטי נקודות היפותטיים S1 ו-S2, הממוקמים במרחק d, כפי שמוצג באיור. 1 למעלה. תנו להספק המשדר להתחלק שווה בשווה בין הפולטות, כך שהמשרעות של השדות שנוצרו על ידי הפולטים יהיו זהות. אבל שלבי העירור של הפולטים חייבים להיות שונים כדי לקבל קרינה מכוונת. ראשית, הבה נבחן את המקרה הפשוט ביותר, כאשר d = V4, והפולטים מופעלים בריבוע, כלומר. הסטת הפאזה של התנודות המופעלות עליהם היא 90°. בתרשים הווקטור (בשורה האמצעית, באמצע), התנודות של הפולטים מתוארות על ידי וקטורים s1 ו-s2. זווית φ מתאימה להזזת פאזה נוספת של תנודות של עד 180°. הבה נסכים גם ששינוי הפאזה (פיגור פאזה) כאשר גל מתפשט על פני מרחק מסוים נלקח בחשבון על ידי סיבוב הווקטור עם כיוון השעון בזווית המתאימה. כך, למשל, גל שעבר מסלול של רבע גל יקבל שינוי פאזה של 90°.

הבה נבחן את קרינת המערכת ימינה, והפאזות של הגלים יימדדו ישירות ליד הפולט S2 (עם התפשטות נוספת ימינה, שני הגלים משני הפולטים ירכשו את אותו הסטת פאזה, והפאזה הקשר בין התנודות שלהם לא ישתנה). הדיאגרמה הווקטורית המתאימה מוצגת בשורה האמצעית מימין. תנודה s2 לא תשתנה, אבל תנודה s1 תרכוש שינוי פאזה של 90° לאחר מעבר הנתיב L/4. כתוצאה מכך, הגלים יהיו מחוץ לפאזה ולא תהיה קרינה בכיוון זה. כאשר גלים מתפשטים משמאל לפולטים, וקטור s1 יישאר באותו מיקום, וקטור s2 יסתובב 90° בכיוון השעון, שכן הגל מהפולט s2 יעבור בנתיב L/4. דיאגרמת הווקטור של התנודות סביב הפולט s1 מוצג באיור 1 בשורה האמצעית משמאל. ניתן לראות שהגלים מהפולטים S1 ו-S2 מסתכמים בשלב והתנודה הכוללת מקבלת משרעת כפולה.

בדיוק באותו אופן, ניתן למצוא את שדה הקרינה בכיוונים אחרים. להצגה פיגורטיבית יותר, אנו יכולים לשקול שאיור 1 לעיל מציג תצוגה תכנית של שתי אנטנות שוט S1 ו-S2. מערכת דו פינים כזו תהיה בעלת תבנית קוטבית קרובה לקרדיואיד. הקרינה המקסימלית תופנה שמאלה, והקרינה האפסית תופנה ימינה. בכיוונים הרוחביים (מעלה ומטה באיור), המערכת תקרין גם היא, ובאופן משמעותי למדי, שכן שני גלי נצב יצטברו לכיוונים אלו. ניתן להגביר במידת מה את החדות של תבנית הקרינה על ידי הצבת הפולטים S1 ו-S2 קרובים יותר זה לזה, למשל, במרחק של L/8. דיאגרמות וקטוריות למקרה זה מוצגות בשורה התחתונה באיור. 1.

בהתבסס על העובדה שלא צריכה להיות קרינה ימינה, כמו קודם, אנו קובעים את הסטת הפאזה של התנודות של הפולטים. זה צריך להיות 4p/135 או 1°, כפי שמוצג בתרשים הווקטור במרכז השורה התחתונה. לאחר מכן, בעת הקרנה ימינה, וקטור התנודה s4 יסתובב בזווית n/45 או 2°, ויהיה באנטי-פאזה עם הווקטור s1 (ראה דיאגרמת וקטור בשורה התחתונה מימין). בעת פליטת שמאלה, הוקטורים s2 ו-s1,41 כבר לא יהיו בפאזה, אלא יהיו בריבוע, ומשרעת השדה המתקבלת כבר לא תוכפל, כמו במקרה הקודם, אלא תהיה גדולה רק פי 2 מהשדה. של כל אחד מהפולטים (דיאגרמת וקטור משמאל). גם הקרינה הרוחבית תהיה פחותה, מכיוון שדות קרובים לאנטיפאזה מתווספים לכיוונים אלו. ניתן להקטין עוד יותר את המרחק בין הפולטים, אך כדי לקבל קרינה חד-כיוונית, הזווית המשלימה את הסטת הפאזה בפולטות לאנטי-פאזה חייבת לעמוד בתנאי: φ = XNUMXпd/L, כלומר. צריך גם להקטין.

אין לחשוב שהיעילות של אנטנה "קצרה" עם d קטן וכמעט מחוץ לפאזה היא פחותה מהיעילות של אנטנה "באורך מלא" עם מרחק d = L/4. אם ניתן להזניח הפסדי אלמנטים, אזי יש להקרין את כל הכוח המסופק למערכת האנטנות, והשדות של שתי האנטנות צריכים להיות זהים (מתעלמים מהבדלים קטנים בדפוסי הקרינה). אבל הזרמים באלמנטים של אנטנה "קצרה" ליצירת אותו שדה הם גדולים, ואם ניקח בחשבון את ההפסדים באלמנטים, הם גדלים גם בגלל הזרמים הגדולים.

זרמי אנטי-פאזי באלמנטים של אנטנה "קצרה" דומים לזרמי אנטי-פאזי בסליל ובקבלים של מעגל נדנדה מקביל, שהמשרעת שלו פרופורציונלית לגורם האיכות. באותו אופן, כאשר המרחק בין הרטט מתקצר והזרמים בהם מתקרבים לאנטי-פאזה, גורם האיכות המקביל של מערכת האנטנות גדל, ורוחב הפס של תדרי הפעולה שלה יורד בהתאם. זה המחיר לצמצום. אבל עם מרחק בין הוויברטורים L/8...L/10, העלייה בהפסדים באלמנטים ומקדם האיכות המקביל אינו עולה על פי 1,4...2 ומפוצה במלואה על ידי הפחתת ממדי האנטנה, אשר מאושרת על ידי שנים רבות של תרגול בתכנון קורות ZL.

אנטנה כיוונית אנכית

אחד מעיצובי אלומת ה-ZL הפשוטים ביותר מוצג באיור 2. הוא מכיל שני רטט חצי גל מפוצל (לעיתים משתמשים ברטט לולאה) המחוברים באמצעות קו עילי עם חוטים חוצים. מכיוון שמקדם קיצור הגל בקו העילי קרוב לאחדות, כאשר המערכת מופעלת בנקודות "X-X", הסטת הפאזה של התנודות בוויברטורים תואמת בדיוק את הנוסחה לעיל. שלב מדויק יותר של אלמנטים מושג על ידי שינוי (בחירה) של אורכם. במקרה זה, תדר התהודה של האלמנט, ובדיוק כמו כל מעגל תנודה, משתנה בהתאם למאפיין תדר הפאזה שלו, שלב התנודות שבו.

למען האמת, ניתן לספק חשמל אפילו עד אמצע הקו, וניתן לבצע את הפאזה של האלמנטים בדיוק כך: אלמנט אחד ניתן לקצר מעט, ואת השני ניתן להאריך מעט. ניתוק האלמנטים קטן מאוד, מכיוון שהסטת הפאזה הנדרשת בכל אלמנט היא רק f/2. תבנית הכיוון של קרן ה-ZL במישור האופקי (באזימוט) מצטמצמת באופן ניכר גם בגלל שהוויברטורים עצמם אינם פולטים לרוחב. במישור האנכי, הדיאגרמה רחבה יותר. אנטנה זו טובה מאוד כאנטנה כיוונית בגודל קטן עם קיטוב אופקי. על פי נתונים רבים מהספרות, היעילות שלו מגיעה ל-4 dB ביחס לדיפול או ל-6 dB ביחס לפולט איזוטרופי (כל-כיווני).

מסיבות עיצוב ברורות, לא קל מאוד למקם את רטט אלומת ה-ZL בצורה אנכית; בנוסף, מתעוררות בעיות בחיווט קו החשמל. לאור קשיים אלו, פנו מחשבותיו של המחבר לפולטות אנכיות מתאימים יותר, שניתן למקם במרחק קצר זה מזה, בהתאם לאידיאולוגיה של אלומת ז"ל. אחד מהפולטים הללו הוא אנטנת J, שתי גרסאות שלה, הנבדלות רק בשיטת ההתאמה למזין, מוצגות באיור 3.

אנטנה כיוונית אנכית

אנטנת J היא דיפול אנכי חצי גל המוזן מהקצה התחתון. בסופו של דבר ההתנגדות של הוויברטור גבוהה מאוד ומגיעה לכמה קילו אוהם, בהתאם לחוק של אוהם - הרי הזרם כאן קטן והמתח גבוה. כדי להתאים אותו להתנגדות הנמוכה של הכבל, נעשה שימוש בקו דו-חוטי בן רבע גל. באפשרות הראשונה (בצד שמאל באיור 3), עכבת הגל שלו צריכה להיות שווה לממוצע הגיאומטרי בין ההתנגדויות של הוויברטור והכבל, כלומר. משהו באזור של 300...600 אוהם.

ניתן להשיג התאמה מדויקת על ידי שינוי העכבה האופיינית של הקו (למעשה, המרחק בין המוליכים). זה לא לגמרי נוח, ולכן הגרסה השנייה של אנטנת J (בצד ימין באיור 3) טובה יותר מהרבה בחינות. כאן, המוליכים של קו רבע הגל פשוט סגורים בקצה התחתון, ונקודה זו עם פוטנציאל אפס יכולה להיות מוארקת עם חוט בכל אורך, מחובר לכל "אדמה", למשל, גג בית או מכונית, וזה נוח מבחינה מבנית, אבל ייתכן שהיא לא מחוברת לשום מקום בכלל. החשמל מסופק לקו על ידי שנאי אוטומטי, בנקודות "X-X", הממוקמות בגובה מסוים מעל הקצה המקצר של הקו. האנטנה מתואמת בקלות עם כל כבל פשוט על ידי הזזת נקודות ההזנה "X-X". העכבה האופיינית של קו דו-חוטי באופציה זו אינה חשובה במיוחד.

המשך המחשבה היה זה: אם שתי אנטנות J במערכת כיווניות ממוקמות זו ליד זו, אז האם ניתן להשתמש בקו דו-חוטי משותף אחד כדי להפעיל ולהתאים אותן? אחרי הכל, המתחים על המוליכים של הקצה הפתוח של הקו הם מחוץ לפאזה, וזה בדיוק מה שנדרש כדי להפעיל שני ויברטורים קרובים! ובכן, ניתן להשיג את הסטת הפאזה הנחוצה של תנודות בוויברטורים +f/2 ו-f/2 על ידי שינוי אורכם - קיצור אחד והארכת השני. נותר להחליט כיצד לחבר את הקצוות של רטט חצי גל, המרוחקים זה מזה על ידי L/8, עם הקצוות של קו דו-חוטי הממוקם בקרבת מקום. זה התברר קל - אחרי הכל, הזרם בקצות הרטט קטן, הם כמעט לא פולטים, כך שלא יקרה שום דבר רע אם קצוות הרטט יהיו כפופים זה לזה ומחוברים ישירות לקצוות של השורה. הכל התברר פשוט להפליא, עד כדי כך שעלו ספקות - האם זה יעבוד? היה צורך בניסוי.

ברגע שנאמר, האנטנה בתדר של 430 מגה-הרץ (אורך גל 70 ס"מ) כופפה מחתיכת חוט נחושת אחת בקוטר של 1,7 מ"מ. הסקיצה שלו עם מימדים מעודנים במהלך הניסויים מוצגת באיור 4 ב).

אנטנה כיוונית אנכית

כבל חשמל עם עכבה אופיינית של 50 אוהם חובר כפי שמוצג באיור 4 ג). זה שימושי להפוך את המגעים בנקודות החשמל "X-X" לזוז על מנת לבחור את המיקום של נקודות אלה כדי למזער את ה-SWR. לרוע המזל, לא היה במה למדוד את ה-SWR, ומיקום נקודות ההזנה נבחר על סמך שדה האנטנה המקסימלי בכיוון הראשי. נעשה שימוש במחוון שדה תוצרת בית, המורכב מאנטנה דיפול, גלאי דיודה וראש מדידה של 50 μA. מקור האות היה מחולל מדידה עם עכבת יציאה של 50 אוהם ומנחת עם שלב של 1 dB. בתחילה, האנטנה הייתה קבועה במלחצת שולחן לבסיס התחתון של הקו הדו-חוטי, ואז נוצר מעמד מסתובב פרימיטיבי. למרות שהמדידות בוצעו בחדר לא מאובזר ואינן מתיימרות להיות מדויקות במיוחד, האנטנה עמדה במלוא הציפיות!

ראשית, האנטנה עבדה והעניקה קרינה חד-כיוונית לכיוון הרטט הקצר. שנית, בהשוואה לדיפול חצי גל הממוקם באותו מיקום ומוזן מאותו כבל, היה צורך לכוונן את מנחת המתנד ב-4 dB כדי לקבל את אותו אות במחוון השדה. זה מאפשר לך להעריך את יעילות האנטנה עם אותו נתון. תבנית הקרינה במישור האנכי (מישור הרטט) מוצגת באיור 4 א', ובאופן כללי, תואמת לחלוטין דיאגרמות דומות של קורות דו-אלמנטיות. במישור האופקי, הדיאגרמה זהה, אך מעט רחבה יותר. זה מוזר שעל ידי התאמת אורך האלמנטים ניתן להשיג היעדר מוחלט של האונה האחורית (בכל מקרה, מחוון השדה לא זיהה זאת), אך יחד עם זאת היעילות הייתה מעט פחות, בשברים של דציבל, מאשר כאשר האנטנה הייתה מכוונת ליעילות המקסימלית. לסיכום, אנו מציגים כמה שיקולים מעשיים על עיצוב האנטנה המוצעת.

כדי להגביר את החוזק המכני, ניתן להתקין מבודד בקצות קו דו-חוטי, באזור העיקול שלו והמעבר למוליכי הרטט. המבודד חייב להיות באיכות טובה, מכיוון שכאן נמצא אנטיד המתח. העיקולים עצמם אינם חייבים להיעשות בזווית ישרה; "זרועות" האנטנה יכולות גם להיות מוטות. יתר על כן, נראה למחבר כי המיקום של "הכתפיים" אינו קריטי במיוחד - הם יכולים להיות ממוקמים קצת יותר גבוה או קצת נמוך יותר. הרבה יותר חשוב לשמור על מלוא האורך של המוליכים מהבסיס התחתון של הקו הדו-חוטי ועד לקצה העליון של הוויברטור. זה צריך להיות בערך 0,73 ליטר. עבור ויברטור קצר (במאי) וכ-0,77L עבור ארוך (רפלקטור). ככל שקוטר המוליכים (הצינורות) מהם עשויה האנטנה גדל, אורכם פוחת במקצת. את גורם הקיצור לוויברטורים "עבים" ניתן למצוא בספרות על אנטנות. שימו לב גם שאין צורך לייצר ויברטורים וקו דו-חוטי מצינורות באותו קוטר. האנטנה תהיה חזקה יותר ותעמוד טוב יותר בעומסי רוח אם הקו הדו-חוטי עשוי מצינורות בקוטר גדול יותר והוויברטורים עשויים דקים יחסית. כדי להקל על ההתאמה, כדאי לצייד ויברטורים עם "תורנים עליון" בקצה העליון, הנדחפים טלסקופית לתוך הצינור הראשי, שכן קיצור הרטט באמצעות חותכי חוטים, כפי שעשה המחבר, טומן בחובו השלכות בלתי הפיכות - לאחר מכן הוויברטור ניתן להאריך רק עם מלחם.

מחבר: ולדימיר פוליאקוב (RA3AAE), מוסקבה; פרסום: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

ראה מאמרים אחרים סעיף אנטנות HF.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

מכונה לדילול פרחים בגנים 02.05.2024

בחקלאות המודרנית מתפתחת התקדמות טכנולוגית שמטרתה להגביר את היעילות של תהליכי טיפול בצמחים. מכונת דילול הפרחים החדשנית Florix הוצגה באיטליה, שנועדה לייעל את שלב הקטיף. כלי זה מצויד בזרועות ניידות, המאפשרות התאמתו בקלות לצרכי הגינה. המפעיל יכול להתאים את מהירות החוטים הדקים על ידי שליטה בהם מתא הטרקטור באמצעות ג'ויסטיק. גישה זו מגדילה משמעותית את יעילות תהליך דילול הפרחים, ומעניקה אפשרות להתאמה אישית לתנאים הספציפיים של הגינה, כמו גם למגוון וסוג הפרי הגדלים בה. לאחר שנתיים של בדיקת מכונת פלוריקס על סוגי פירות שונים, התוצאות היו מאוד מעודדות. חקלאים כמו Filiberto Montanari, שהשתמש במכונת פלוריקס כבר כמה שנים, דיווחו על הפחתה משמעותית בזמן ובעבודה הנדרשים לדלל פרחים. ... >>

מיקרוסקופ אינפרא אדום מתקדם 02.05.2024

למיקרוסקופים תפקיד חשוב במחקר המדעי, המאפשר למדענים להתעמק במבנים ותהליכים בלתי נראים לעין. עם זאת, לשיטות מיקרוסקופיה שונות יש מגבלות, וביניהן הייתה הגבלת הרזולוציה בעת שימוש בטווח האינפרא אדום. אבל ההישגים האחרונים של חוקרים יפנים מאוניברסיטת טוקיו פותחים סיכויים חדשים לחקר עולם המיקרו. מדענים מאוניברסיטת טוקיו חשפו מיקרוסקופ חדש שיחולל מהפכה ביכולות של מיקרוסקופיה אינפרא אדום. מכשיר מתקדם זה מאפשר לך לראות את המבנים הפנימיים של חיידקים חיים בבהירות מדהימה בקנה מידה ננומטרי. בדרך כלל, מיקרוסקופים אינפרא אדום בינוני מוגבלים ברזולוציה נמוכה, אך הפיתוח האחרון של חוקרים יפנים מתגבר על מגבלות אלו. לדברי מדענים, המיקרוסקופ שפותח מאפשר ליצור תמונות ברזולוציה של עד 120 ננומטר, שהיא פי 30 מהרזולוציה של מיקרוסקופים מסורתיים. ... >>

מלכודת אוויר לחרקים 01.05.2024

חקלאות היא אחד מענפי המפתח במשק, והדברה היא חלק בלתי נפרד מתהליך זה. צוות של מדענים מהמועצה ההודית למחקר חקלאי-המכון המרכזי לחקר תפוחי אדמה (ICAR-CPRI), שימלה, העלה פתרון חדשני לבעיה זו - מלכודת אוויר של חרקים המופעלת על ידי רוח. מכשיר זה מטפל בחסרונות של שיטות הדברה מסורתיות על ידי מתן נתוני אוכלוסיית חרקים בזמן אמת. המלכודת מופעלת כולה על ידי אנרגיית רוח, מה שהופך אותה לפתרון ידידותי לסביבה שאינו דורש חשמל. העיצוב הייחודי שלו מאפשר ניטור של חרקים מזיקים ומועילים כאחד, ומספק סקירה מלאה של האוכלוסייה בכל אזור חקלאי. "על ידי הערכת מזיקים מטרה בזמן הנכון, נוכל לנקוט באמצעים הדרושים כדי לשלוט הן במזיקים והן במחלות", אומר קפיל ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

נגן מוזיקה דיגיטלי SONY NW-E107 24.02.2005

נגן המוזיקה הדיגיטלי NW-E107 מבית SONY CORPORATION מספק עד 70 שעות של השמעה רציפה בטעינת סוללה אחת, בעל זיכרון מובנה של 1 Gbps ותצוגת גביש נוזלי.

מנגן בפורמטי שמע ATRAC3 ו-MP3.

עוד חדשות מעניינות:

▪ תחנת כוח בהרים

▪ חומר קירור ידידותי לסביבה

▪ מדפסת צילום לסמארטפונים Fujifilm instax SHARE SP-2

▪ מערכת זיהוי חתולים

▪ עץ ילכד פחמן דו חמצני

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר טריקים מרהיבים והפתרונות שלהם. מבחר מאמרים

▪ מאמר אנשים במעילים לבנים. ביטוי עממי

▪ מאמר איזו שפה רשמית מבחינה חוקית בארה"ב? תשובה מפורטת

▪ מאמר מפעיל מפעלי סיב. תיאור משרה

▪ מאמר טורבינת רוח גדולה 5 מטר תוצרת בית (חלק 2). אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר יישום של דיודות מנהרה. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר