שקילות של אנטנות חשמליות ומגנטיות. תכנית, תיאור

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

שקילות של אנטנות חשמליות ומגנטיות. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / אנטנות. תֵאוֹרִיָה

מאמר זה, הבוחן כמה סוגיות של אלקטרודינמיקה, הוא לא רק בעל עניין תיאורטי, אלא גם מוביל למסקנות מעשיות חשובות שעשויות להיות שימושיות בתכנון וחישוב של אנטנות לגלים ארוכים ובינוניים, כמו גם בהבנת המאפיינים שלהן. מבצע.

אפילו מייסד האלקטרודינמיקה והנדסת הרדיו, היינריך הרץ, שהתנסה באנטנות קליטה שונות בסוף המאה ה-1, השתמש בוויברטור מפוצל קצר עם עומס קיבולי בקצוות בצורת כדורים או דיסקים (אנטנה חשמלית) טבעת חוט (אנטנה מגנטית), מוצגת באיור. 1,א ואיור. XNUMX, ב. מחוון השדה היה פער קטן מאוד בין מסופי האנטנה X-X.

שקילות של אנטנות חשמליות ומגנטיות

בתורת האנטנות, נעשה שימוש נרחב במושגים של דיפול חשמלי אלמנטרי (הרץ דיפול) ודיפול מגנטי אלמנטרי - טבעת עם זרם. שתי האנטנות היסודיות קטנות בהשוואה לאורך הגל. עם התפתחות התיאוריה, גובש עקרון הדואליות, הנובע מיחסי שדות חשמליים ומגנטיים. באמצעותו, A. Pistolkors ב-1944 הצביע על האנלוגיה בין אנטנות ויברטור וחריצים [1].

במזרח הרחוק, אנטנות חשמליות עשויות בצורה של חוטים אנכיים או תורן עם עומס קיבולי בחלק העליון בצורה של חוט אופקי או רשת של חוטים. כדור הארץ במזרח הרחוק הוא מוליך טוב, ורק גלים מקוטבים אנכית יכולים להתפשט סביבו. לכן, רק חצי אחד של דיפול הרץ עולה בדרך כלל מעל פני הקרקע (איור 1, ג), החצי השני הוא השתקפות המראה שלו בקרקע (מוצג בקווים מקווקוים). אנטנות כאלה זקוקות להארקה טובה מאוד.

אנטנות מגנטיות עשויות בצורה של מסגרות קטנות או סלילים קטנים מאוד על מוט פריט. אנטנות מגנטיות אינן דורשות הארקה ובעלות חסינות גבוהה יותר לרעש. עם זאת, היעילות של אנטנות מגנטיות נפוצות נמוכה מאוד, ולכן הן אינן מתאימות כשדרים. אבל אנטנות מגנטיות לא תמיד היו קטנות - בתחילת שנות ה-20 של המאה הקודמת, אנטנות לולאה DV בקוטר של עד 20 מ' שימשו במרכזי קליטה! העניין באנטנות לולאה גדולות נמשך עד היום, זה נובע מהרצון להשיג את האות המקסימלי מהאנטנה, למשל, עבור מקלט גלאי [3].

אז נשאלת השאלה איזו אנטנה יעילה יותר, חשמלית או לולאה מגנטית גדולה? והאם עיקרון הדואליות חל במקרה זה? אי אפשר לומר שהשאלה עלתה לראשונה – היא נפתרה עוד בשנות ה-20 של המאה הקודמת, מטבע הדברים, ברמת הידע והרעיונות של אז [4]. התשובה התקבלה על סמך תפיסת הגובה האפקטיבי של האנטנה – התברר שהוא גדול בהרבה עבור האנטנה החשמלית והועדף.

במזרח הרחוק, זה כמעט בלתי אפשרי עבור חובבי רדיו לבנות אנטנה בגודל מלא התואמת את אורך הגל. לכן, נשקול רק אנטנות קטנות המשמשות כאנטנות קליטה. נמקם את האנטנות ליד פני האדמה המוליך (איור 2).

שקילות של אנטנות חשמליות ומגנטיות

משמאל (איור 2א) מוצגים הווקטורים של הגל האלקטרומגנטי המגיע מתחנת הרדיו: עוצמת השדה החשמלי E (קיטוב אנכי), עוצמת השדה המגנטי H וצפיפות שטף האנרגיה P. מתוך משוואות מקסוול לגלים במרחב הפנוי זה נובע מכך ש-P = E N, או רק עבור מודולים (ערכים אבסולוטיים) P = E - N = E2/120π.

באיור. איור 2b מציגה אנטנה חשמלית בצורת L בצורת ירידה אנכית בגובה h, עמוסה בחוט אופקי באורך L. כדי לפשט את החישובים, נניח L >> h, ואז כמעט כל קיבול האנטנה יתרכז בין החוט האופקי לאדמה. הזרם בכל קטע של המוליך האנכי יהיה זהה, והגובה האפקטיבי של האנטנה החשמלית hde = h.

יש לציין כי ההפחתה האנכית עם מסופים X-X יכולה להיות מחוברת בכל מקום אחר של החוט האופקי, למשל, באמצע, וכתוצאה מכך אנטנה בצורת T. זה לא ישפיע על תוצאות הניתוח שלנו בשום צורה. יתר על כן, ניתן להחליף הארקה במשקל נגד - חתיכת חוט באורך L המונח לאורך הקרקע (קו מקווקו באיור 2,ב). הצימוד הקיבולי החזק של משקל הנגד לאדמה יספק קצר חשמלי כמעט עבור זרמים בתדר גבוה.

האנטנה המגנטית (איור 2c) תהיה עשויה בצורה של מסגרת מלבנית בעלת סיבוב בודד באותם ממדים. החוט התחתון של המסגרת יעבור ישירות אל פני כדור הארץ, כך שההשראות שלו תהיה קטנה מאוד בהשוואה לשראות העליונה. שימו לב שניתן להחליף את החוט התחתון בשני קרקעות, אך ההתנגדות לאובדן שלהם במציאות תהיה גדולה יותר מההתנגדות של החוט. הגובה האפקטיבי של האנטנה המגנטית יהיה hdm = 2πS/λ = kS, כאשר S הוא שטח המסגרת; k = 2π/λ.

פשוט לגזור את הנוסחה הזו: emf השווה ל-Eh מושרה בצדדים האנכיים של המסגרת, ובצד הרחוק (הימני) של המסגרת ה-emf מפגר בשלב בזווית קטנה kL. ה-emf במסופי X-X יהיה EhkL. מאז S = hL. נקבל hdm = kS. בהתחשב בכך ש-L<<λ, מתברר שהגובה האמיתי של המסגרת hdm הוא הרבה פחות מ-hde. עבור שתי האנטנות, ה-EMF שפותח במסופים X-X הוא Ehd, וזו הסיבה שב-[4] ניתנה העדפה לאנטנות חשמליות, מכיוון שהן מפתחות EMF גדול.

אבל יש להעריך את היעילות של אנטנות לא על ידי EMF (אחרי הכל, ניתן להגדיל אותה עם שנאי קונבנציונלי), אלא על ידי כוח האות המתקבל מהאנטנה בעוצמת שדה נתונה. ההספק המרבי מוסר כאשר העומס מותאם למקור האות (אנטנה). התיאום, בתורו, מורכב מהבטחת תגובת העומס שווה בערך המוחלט, אך הפוך בסימן לתגובת המקור, וההתנגדויות האקטיביות שלהם פשוט שוות.

ניתן למלא את החלק הראשון של תנאי ההתאמה (פיצוי של ריאקטנסים) על ידי חיבור תגובת -jX בסדרה עם העומס r, כפי שמוצג באיור. 3. עבור אנטנה חשמלית, זו תהיה השראות המפצה על הקיבול של האנטנה, ועבור אנטנה מגנטית, זו תהיה הקיבול המפצה על השראות המסגרת. פיצוי כזה, למעשה, אומר כוונון האנטנה לתהודה בתדר של תחנת הרדיו המתקבלת. מעגלים שווים של מעגלים נדנודים שנוצרו על ידי אנטנות חשמליות ומגנטיות מוצגים באיור 4, בהתאמה. 4א ואיור. XNUMX, ב.

שקילות של אנטנות חשמליות ומגנטיות

לא נוכל למלא את החלק השני של תנאי ההתאמה - שוויון ההתנגדויות האקטיביות של המקור והעומס. העובדה היא שההתנגדות הפעילה של אנטנה אידיאלית (ללא אובדן) היא התנגדות הקרינה שלה. עבור האנטנות שלנו היא קטנה מאוד בגלל הגודל הקטן שלהן, אז אפילו לא ניתן את הנוסחאות. אם תבחר באותה התנגדות עומס נמוכה, אז מקדם האיכות של המעגל (איור 4) יהיה גבוה מדי, ורוחב הפס יהיה צר מדי עבור אות תחנת השידור.

נצטרך לבחור את התנגדות העומס r בהתבסס על מקדם האיכות הנדרש של המעגל Q. לדוגמה, אם אנחנו הולכים לקבל את תחנת הרדיו Mayak בתדר של 198 קילו-הרץ, אז מקדם האיכות של המעגל צריך להיות לא יותר מ-20 על מנת לספק רוחב פס של כ-10 קילו-הרץ. גורם האיכות יקבע את ערך ההתנגדות הפעילה של העומס r = X/Q, וכעת ניתן להזניח את ההתנגדות הפעילה הקטנה של האנטנה. זה כמעט לא נוח לחבר התנגדות עומס קטנה בסדרה למעגל האנטנה; עדיף הרבה יותר לחבר אותו במקביל למעגל, כפי שמוצג באיור. 4,c ואיור. 4, ז'. ההתנגדות המקבילה R תהיה XQ, ונוסחת ההמרה נראית כך: R = X2/r.

ההספק שפותחה על ידי האנטנה בהתנגדות העומס שנבחרה בדרך זו יהיה P = (Ehd)2/r, ו-r נקבע על ידי התגובתיות של האנטנה X וגורם האיכות Q. אז עכשיו אנחנו צריכים לחשב את תגובת שתי האנטנות: Xe = 1 /ωSant - עבור חשמל ו-Xm =ωLant - עבור מגנטי. בהינתן ההנחה שלנו L>> h, הדרך הקלה ביותר היא להשתמש בנוסחאות פתוחות וסגורות בסוף שורות ארוכות: Xe = W·ctgL = W/tgkL ו-Хм = W · tgkL. בשל הערך הקטן של kL, ניתן להחליף את המשיקים בארגומנטים שלהם, ואז Xe = W/kL ו-Xm = WkL.

העכבה האופיינית של הקו W= (L/C)1/2 נמצאת על ידי הנוסחה (בהתחשב באדמה המוליכה) W = 60 ln(h/d), כאשר הלוגריתם הטבעי נלקח מהיחס של מרחק בין החוט לאדמה h לקוטר החוט d.

מהנוסחאות הנתונות אנו מחשבים את ההספק שנותנת האנטנה החשמלית: P = (Ehde)2 Q/Xe = E2Qkh2L/W. בואו נעשה את אותו הדבר עבור האנטנה המגנטית: P = (Ehdm)2 Q/Xm, = E2Qkh2L/W. התוצאה היא אותה נוסחה, שמוכיחה את היעילות השווה של אנטנות חשמליות ומגנטיות קטנות. בתנאים שבחרנו, הם מספקים עוצמה שווה באותו גודל. הגיוני להניח שהתבנית כללית יותר ועקרון הדואליות תמיד עובד.

כעת נראה האם מומלץ להשתמש במסגרות מרובה פניות. על ידי פיתול N סיבובים באותם מימדים, נקבל EMF גדול פי N, אך התגובה X תגדל פי N2, מכיוון שההשראות פרופורציונלית לריבוע מספר הסיבובים. התנגדות העומס תצטרך להיות מוגברת באותה כמות, תוך שמירה על אותו גורם איכות Q. כתוצאה מכך, הכוח שמספק האנטנה לא ישתנה. לפיכך, השימוש במסגרת מרובה פניות הוא רק דרך לשנות התנגדויות, אך לא דרך להגביר את היעילות.

הנוסחה שהשגנו עבור הכוח שמספקת האנטנה ראויה לניתוח מפורט יותר. קודם כל, ההספק P פרופורציונלי לריבוע של עוצמת השדה E, כלומר, צפיפות שטף האנרגיה. תוצאה זו הושגה כבר ב-[5] עבור אנטנה אידיאלית ללא הפסדים בעת התאמת העומס להתנגדות הקרינה שלה. הבה נזכיר את הנוסחה הנגזרת שם: Po = E2λ2/6400. עכשיו יש לנו את זה עבור אנטנה לא תואמת.

התלות באורך הגל λ כעת שונה, λ נמצא במכנה, נכנסת לנוסחה דרך מספר הגל k, אולם אם נבטא את מימדי האנטנה באורכי גל, אזי התלות הקודמת באורך הגל תשוחזר. לפיכך, אם מידות האנטנה h ו-L קבועות (במטרים), אז כדאי יותר להשתמש בגלים קצרים יותר. אם נקבע את מימדי האנטנה באורכי גל, כלומר נשנה את האנטנה ביחס ל-λ, אז ארוכים וארוכות במיוחד רווחיות יותר.

כדי לקבל את ההספק המרבי מהאנטנה, רצוי:

- להפחית את העכבה האופיינית של האנטנה W, מה שנעשה למעשה על ידי הגדלת הקיבול והקטנת השראות של האנטנה על ידי חיבור מספר חוטים מקבילים ומרווחים במרחב;

- להגדיל את גורם האיכות של מערכת האנטנה Q, בחירת העומס המתאים והפחתת הפסדים באדמה, במבודדים ובמוליכים;

- הגבר את עוצמת הקול שתופסת שדה האנטנה.

הנקודה האחרונה דורשת הבהרה. באיור. איור 5 מציג את התצורה של קווי החשמל של השדות החשמליים (קווים מלאים) וגם של השדות המגנטיים של האנטנה (קווים מקווקוים). האנטנה מוצגת מהקצה, וברור שרוחב המרחב שבו קווי השדה הצפופים ביותר הוא בסדר גודל של h. לכן, המוצר h2L הוא הנפח שבו מרוכזים בעיקר שדות האנטנה. זה נפח זה שמועיל להגדיל.

שקילות של אנטנות חשמליות ומגנטיות

כדי להמחיש את כל מה שנאמר, אנו מציגים חישוב משוער מעשי אחד של אנטנות חשמליות ומגנטיות לפי איור. 2, ב ו-ג. גובה אנטנה h = 10 מ' ואורך L = 30 מ'. אורך גל λ = 1500 מ', גורם איכות של מעגל האנטנה Q = 20. בעוצמת שדה E = 0,1 V/m, ההספק המוסר משתי האנטנות יהיה כ-5 mW, וזה די מספיק עבור קליטת גלאים בקול רם. יחד עם זאת, תנאי ההתאמה והטעינה של האנטנות יהיו שונים לחלוטין.

העכבה האופיינית של הקו שנוצר על ידי החוט האופקי של האנטנה מעל הקרקע בקוטר חוט של 1 מ"מ תהיה W = 60 In104 = 550 Ohm, ו-kL = 0,125. זה נותן He = 550/0,125 = 4,4 קילו אוהם, ו-Xm = 550 0,125 = 70 אוהם. התגובתיות של סליל המפצה עבור אנטנה חשמלית (השראות L היא כ-3 mH) והקבלים המפצה עבור אנטנה מגנטית (קיבול של כ-10 pF) צריכים להיות זהים. בהתאם לכך, ההתנגדות של מעגל האנטנה בתהודה תהיה (יש להכפיל בגורם האיכות) 000 ו-88 קילו אוהם. התנגדות העומס הזו R, או התנגדות הכניסה של הגלאי, היא שצריכה לטעון את המעגל. עם אנטנה חשמלית אתה לא יכול לעשות בלי אלמנטים תואמים [1,4]. קל יותר עם אנטנה מגנטית - ניתן לחבר גלאי עם התנגדות כניסה נמוכה ישירות לקבל C.

ספרות

Belotserkovsky G. B. אנטנות. - מ.: אובורונגיז, 1956.
פוליאקוב V. אנטנות קליטת רדיו. - רדיו, 1998, מס' 2. עמ'. 60.
בסדין ו' עוד אחד ... - חובב רדיו, 1994, מס' 6, עמ'. 34, 35.
Slepyan L. חישוב מסגרות קליטה. - חובב רדיו (רדיו), 1925, מס' 10, עמ'. 224, 225.
Polyakov V. על הפעלת מקלטי רדיו עם "אנרגיה חופשית". - רדיו, 1997, מס' 1, עמ'. 22, 23.
פוליאקוב V. שיפור מקלט הגלאי. - רדיו, 2001, מס' 1, עמ'. 52, 53.

מחבר: V.Polyakov, מוסקבה

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

מערכת קירור מעבד SilentiumPC Spartan 4 Max Evo ARGB 08.05.2020

SilentiumPC הציגה את מערכת הקירור של מעבד Spartan 4 Max Evo ARGB, שהיא עדכון לדגם Spartan 3. נראה שעיצוב הרדיאטור העשוי מלוחות אלומיניום שרוולים על שלושה צינורות חום נחושת בקוטר 6 מ"מ במגע ישירות עם המעבד נשאר אותו. אבל כעת יש לו מאוורר Pulsar HP בגודל 120 מ"מ במקום מאוורר 100 מ"מ Sigma Pro שנמצא ב-Spartan 3.

המסגרת והאימפלר של מאוורר Pulsar HP בגודל 120 מ"מ עשויים מפלסטיק לבן שקוף, שמפזר היטב את האור הנפלט מנורות ה-ARGB. מאוורר המיסב ההידראולי, בעל אורך חיים מוערך של 50 שעות, מתכוונן בין 000-250 סל"ד.

כולל המאוורר, מידות ה-Spartan 4 Max Evo ARGB הן 143 על 124 על 71 מ"מ, והמשקל הוא 497 גרם. החידוש מתאים למעבדים בעלי TDP של 125 וואט. המחברים הנתמכים כוללים LGA 1200, LGA 115x ו-AM4.

עוד חדשות מעניינות:

▪ כרטיס מסך GeForce GTX 960

▪ פטריות שמרים יישלחו לחלל החיצון

▪ MAX22192 - דרייבר קלט דיגיטלי בעל 8 ערוצים עם בידוד גלווני

▪ סוללה ניידת Asus ZenPower Max

▪ TransferJet היא מתחרה ה-NFC של טושיבה

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר מוזיקאי. בחירת מאמרים

▪ מאמר מאת מורי גל-מאן. ביוגרפיה של מדען

▪ מה קרה בארה"ב בעידן המהפכה השמרנית? תשובה מפורטת

▪ מאמר יישום של סיר מיטה. בריאות

▪ מאמר ינואר-4. ווסת סרק. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר כיצד להחיות מסור חשמלי. 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