אנטנות קטנות: מגבלות פיזיות. תכנית, תיאור

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

אנטנות קטנות: מגבלות פיזיות. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / אנטנות. תֵאוֹרִיָה

אנטנות נחשבות קטנות מבחינה חשמלית אם מידותיהן אינן עולות על 10 ... 20% מאורך הגל λ. אלה כוללים דיפול מקוצר על ידי עומסים קיבוליים בקצוות ומשרנים הממוקמים ליד ה"כובעים" הקיבוליים (איור 1), ומסגרת טבעתית (איור 2). רצוי להפעיל את הסלילים בדיפול בדיוק כפי שמוצג באיור, מכיוון שהזרם בחלק האנכי מרבי ומפוזר בצורה שווה יותר, מה שמבטיח את הגובה האפקטיבי המרבי של הדיפול, ששווה למעשה לגובהו הגיאומטרי. hd = h (דיפול הרציאני). הכללת סליל אחד במרכז גרועה יותר - הזרם לקצוות הדיפול יורד, והגובה האפקטיבי יורד. הגובה האפקטיבי של המסגרת הוא hd = 2πSр/λ, כאשר S הוא שטח המסגרת.

אנטנות קטנות: מגבלות פיזיות

גם הדיפול וגם המסגרת מכוונים לתדר ההפעלה בתהודה: הראשון - עם סלילים, השני - עם קבל כלול בהפסקת החוט. זה מספק פיצוי על התגובות שלהם, הכרחי על פי תנאי ההתאמה עם העומס (במהלך קליטה) או עם הגנרטור (במהלך השידור). נזכיר כי על פי משפט ההדדיות, המאפיינים של אנטנות זהים בעת שידור וקבלה.

פרמטר חשוב של אנטנות הוא התנגדות הקרינה, עבור אנטנות קטנות היא שווה ל RΣ = 80π2 (hd / λ) 2- על ההתנגדות הזו R = RΣ יש לטעון את האנטנה המקבלת כך שתיתן הספק מקסימלי, וכן זו ההתנגדות שהגנרטור "יראה" אם הוא מתחבר במקום R (ראה תמונות). אנו רואים שהתנגדות הקרינה יורדת בחדות עם ירידה בגודל, וכתוצאה מכך, הגובה האפקטיבי - ביחס לריבוע h עבור הדיפול ו-S עבור המסגרת. מתעוררים קשיים בהסכמה. אם ניקח בחשבון כעת שיעילות האנטנה η = RΣ/(RΣ + Rn), כאשר Rn היא התנגדות ההפסד, נוכל להסיק את המסקנה הבאה.

מסקנה 1. ככל שהאנטנה קטנה יותר, כך צריכים להיות פחות הפסדים אוהםים בה. יש להפחית את ההתנגדות של מוליכי האנטנה Rn ביחס לריבוע האורך של הדיפול ולריבוע השטח של הלולאה. אנטנות קטנות מחוטים דקים אינן יכולות לעבוד ביעילות - יש צורך במוליכים "עבים", או יותר טוב - גופים נפחיים עם משטח מפותח (אפקט עור!) והתנגדות משטח נמוכה.

הבה נניח שבנינו אנטנה "תפזורת" כזו באופן מותנה בצורה של גליל עם רדיוס r וגובה h, המקרין דרך משטח הצד (איור 3). גם בלי להתחשב במה שיש בתוך הגליל הזה, כלומר מהו עיצוב האנטנה, אפשר להסיק את המסקנה החשובה הבאה. כל ההספק המוקרן P שווה לאינטגרל של צפיפות השטף שלו (וקטור Poynting) P על פני כל משטח סגור המקיף את האנטנה.

אנטנות קטנות: מגבלות פיזיות

לשם הפשטות, אנו מחליפים את האינטגרציה על ידי הכפלת П בשטח משטח הצד Sside = 2πrh: P=П·Sside = EH·2Kπrh. מכאן שנקבל EH = P/2πrh. בהנחה שההספק המוקרן יהיה קבוע, אנו רואים שירידה בגודל האנטנה (מוצר rh) מובילה לעלייה בעוצמתם של שדה ה-E החשמלי וה-H המגנטי של האנטנה כאחד. איזה מהם עולה חזק יותר תלוי בעיצוב הספציפי של האנטנה. בנוסף, התחשבות בשדה הקרוב (כמו-סטטי) יכולה לתת עוצמות שדה גבוהות אף יותר.

מסקנה 2. הקטנת גודל האנטנה מביאה להגדלת עוצמת השדה בקרבתה, לפי ההערכה המינימלית, עוצמת השדה עומדת ביחס הפוך לגודל האנטנה. מכיוון שהשדות נוצרים על ידי מתחים וזרמים, מתחי יתר וזרמי יתר הם בלתי נמנעים באנטנות קטנות.

המסקנות הנ"ל מסבירות מדוע, למשל, דיפול קצר בצורת דו-קונוס נפחי ומסגרת עשויה סרט נחושת רחב יעילים, אך אותן אנטנות עשויות חוט דק אינן. אלמה כבר עם הספק כניסה של 136 W, ואותה אנטנה קטנה חשמלית של מקלט הגלאי מפתחת (ללא עומס) מתח של עשרות וולט.

הבה נבחן כעת את הנושא של גורם האיכות של האנטנה Q, שקובע את הפס הרחב שלה 2Δf = f0/Q באמצעות האנטנה המוצגת באיור 1 כדוגמה. 2. מכיוון שממדי האנטנה קטנים בהשוואה לאורך הגל, כמעט כל השראות L מרוכזת בסלילים ה"מתרחבים", והקיבול C נמצא בין דיסקיות הקצה ה"מתקצרות". בדיוק כמו במעגל נדנוד, גורם האיכות של האנטנה שווה ליחס בין ההתנגדות הקיבולית או האינדוקטיבית התגובתית (הם שווים בתדר התהודה) לבין ההתנגדות הפעילה. האחרון, בהיעדר הפסדים, מורכב מהתנגדות הקרינה RΣ ושווה לה, לפי תנאי ההתאמה, עכבת המוצא של המשדר או עכבת הכניסה של המקלט R. לפיכך, Q = Xc/XNUMXRΣ .

אנו מוצאים את הקיבול באמצעות הנוסחה לקיבול של קבל שטוח: С = ε0S/h, Хс = 1/ωС = h/ωε0S. ביטוי התדר הזוויתי במונחים של אורך הגל ω = 2πс/λ ושימוש ביחסים הידועים ממשוואות מקסוול למהירות התפשטות הגל (מהירות האור) c = 1/(μ0ε0)1/2 והתנגדות הגל של חופשי רווח W = 1/(μ0ε0)1/ 2 = 120π, נקבל Хс = 60λh/S. החלפת נוסחה זו והביטוי להתנגדות הקרינה בנוסחה של גורם האיכות, נקבל לבסוף Q = 3λ3/8π2Sh = λ3/26V. כאן V = Sh הוא עוצמת הקול שתופסת האנטנה. לפיכך, גורם האיכות של האנטנה התברר כפרופורציונלי הפוך לנפח שלה.

אבל מה לגבי המקרה של ויברטור ליניארי קצר, שבו ה"כובעים" הקיבוליים בקצוות (ראה איור 1) מוחלפים בקטעי חוטים אנכיים (איור 4)? אחרי הכל, הנפח של דיפול כזה הוא כמעט אפס. עם זאת, קיים קיבול בין מקטעי הקצה, אשר מכוון את האנטנה, יחד עם השראות L, לתהודה.

אנטנות קטנות: מגבלות פיזיות

קווי הכוח של השדה החשמלי הקשורים ל"קבל" זה מוצגים כקווים מקווקוים. זה יורד מהר מאוד עם המרחק מהדיפול, אז אנחנו יכולים לדבר על איזה נפח יעיל שבו מרוכז השדה הזה. יש לו צורה קרובה לאליפסואיד של מהפכה (איור 4, קווים מוצקים דקים). למעשה, זהו עוצמת הקול של השדה הכמו-סטטי הקרוב של האנטנה. עבור דיפול, הוא בעיקר חשמלי, וזו הסיבה שהוא נקרא אנטנה חשמלית. כמו כן, ניתן להעריך את נפח השדה של מסגרת החוט. זה בעיקר מגנטי. עבור מסגרת, התגובה האינדוקטיבית פרופורציונלית להספק הראשון של הקוטר, והתנגדות הקרינה היא הרביעית, כתוצאה מכך, מתברר שגורם האיכות הוא פרופורציונלי לקוביית הקוטר. עכשיו אפשר לנסח עוד מסקנה אחת.

מסקנה 3. גורם האיכות של אנטנה קטנה הוא פרופורציונלי הפוך לעוצמת הקול שנכבשה על ידי השדה הקרוב, הכמו-סטטי שלה. לא ניתן להפחית את גורם האיכות על ידי שינוי עיצוב האנטנה, שכן בכל מקרה, עם ירידה בגודל, התנגדות הקרינה הפעילה יורדת מהר מאוד ביחס לתגובתי.

הבה נערוך הערכות משוערות, בהנחה שנפח האנטנה יהיה שווה לקוביית הממדים הליניאריים שלה. עם ממדי אנטנה בסדר גודל של λ/3, הנוסחה שהפקנו נותנת Q = 1, כלומר, אנטנה (גדולה) כזו יכולה להיות פס רחב. אבל בהפחתת הממדים ל-λ/10, נקבל מקדם איכות של כ-40 ורוחב פס יחסי של לא יותר מ-2,5%, והקטנת הממדים ל-λ/20 נותנת מקדם איכות של יותר מ-300 ומצמצמת את הפס ל-0,3 %.

אם לאנטנה קטנה יש רוחב פס רחב ומקדם איכות נמוך, אז זה יכול לומר רק את הדברים הבאים: או שהאנטנה לא קטנה וחלק מחלקיה שברור שלא נכללים בעיצוב (צמת כבלים, אלמנטים תומכים וכו'. ) להקרין, או שלאנטנה יש התנגדות לאובדן גבוהה והיעילות שלה נמוכה.

יעילות נמוכה אינה מכשול כל כך גדול עבור תקשורת רדיו חובבנית. נניח שהרחבנו את רוחב הפס של אנטנה עם ממדים λ/20 עד 10% (במקדם 30), הכנסת הפסדים והפחתת היעילות גם בפקטור 30, כלומר ל-3%. על ידי חיבור משדר של מאה וואט ופליטת הספק של 3 W, אפשר בהחלט לבצע אפילו תקשורת רדיו למרחקים ארוכים, מה שאולי מסביר את הביקורות הנלהבות על פעולתן של אנטנות קטנות.

מחבר: V.Polyakov (RA3AAE)

ראה מאמרים אחרים סעיף אנטנות. תֵאוֹרִיָה.

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

חומרי הדברה הורגים דבורים 18.04.2012

מדענים מבית הספר לבריאות הציבור של הרווארד טוענים כי ההכחדה העולמית של דבורים בשנים האחרונות נובעת משימוש בחומרי הדברה בשימוש נרחב בשם אימידקלופריד. מחבר המאמר, פרופסור אלכס ליו, בטוח שקבוצתו מצאה "ראיות משכנעות" הקושרות בין אימידקלופריד להיעלמות בלתי מוסברת עד כה של דבורים מכוורות.

הכל התחיל בשנת 2006 בארה"ב, כאשר כוורנים מקומיים החלו להצהיר באימה שהדבורים שלהם, שוב עוזבות את הכוורת שלהם, לא חזרו בחזרה. מגיפת הדבורים השפיעה על יותר מסתם ייצור דבש, מכיוון שהדבורים מאביקות כשליש מהצמחים המעניינים בני אדם, כולל פירות, ירקות, אגוזים ומזון לבעלי חיים כמו אספסת ותלתן. לדברי מומחים, האובדן האדיר של דבורי הדבש עלול להוביל להפסדים של מיליארדי דולרים.

הדבורים יכולות להיחשף בשתי דרכים – דרך צוף הצמחים או המזון שניתן להן על ידי כוורנים. בין החשודים העיקריים היה אימידקלופריד. בקיץ 2010 החלו החוקרים בניסוי של 23 שבועות בארבע חוות דבורים שונות - שלוש כוורות בכל אחת מהן נחשפו לריכוזים גבוהים של אימידקלופריד, והרביעית, כוורת הביקורת, הייתה מוגנת בקפידה מ"מתנה" זו. . לאחר 12 שבועות כל הדבורים היו בחיים. אבל לאחר 23 שבועות, 94% מהכוורות שנחשפו מתו. כוורות השליטה שרדו לחלוטין.

תוצאות המחקר תואמות במהותן נתונים על תופעת היעלמות הדבורים, הנקראת CCD - Colony Collapse Disorder. תחת CCD, הכוורות היו ריקות בכל מקום פרט למקום שבו אוחסן מזון; מעט מאוד דבורים מתות נמצאו בקרבת מקום. בכל נסיבות אחרות - נגיעות חרקים או מחלה זיהומית פתאומית - דבורים מתות נמצאות בדרך כלל בתוך או ליד הכוורות. כאן הם פשוט עפים ומתים.

עוד חדשות מעניינות:

▪ הגרפן יהפוך לזול יותר

▪ מוח שמרני

▪ דמוי עור נגד סמים

▪ רקמת ריאה מלאכותית בעקבות הדוגמה של לטאות קלות

▪ פאנלים סולאריים דקים יותר מקורי עכביש

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר אתרים של ציוד רדיו חובבני. בחירת מאמרים

▪ מאמר עדיף למות מיד מאשר לחיות בציפייה למוות. ביטוי עממי

▪ כתבה על מי ירו במקום סקיט באולימפיאדה המוקדמת? תשובה מפורטת

▪ מאמר כלכלן ראשי. תיאור משרה

▪ מאמר כמה משקלי נגד אתה צריך? אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ כתבה ממיר מתח ללא שנאי, 28/150-450 וולט 1 וואט. 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