Малогабаритные рамочные антенны многие годы вызывают интерес радиолюбителей. В последнее время появились выпускаемые промышленностью антенны, дистанционно настраиваемые с помощью КПЕ с моторным приводом.

Общеизвестно, что добротность Q малой (по сравнению с длиной волны X) рамки высока, и поэтому полоса пропускания 2Δf = f 0/Q составляет не более нескольких процентов от ее резонансной частоты f 0. Об эффективности же (КПД) рамок ходят либо легенды, либо совсем недостоверные данные.

В радиолюбительских условиях несложно изготовить рамочную антенну, настроить ее на нужную частоту f 0 и согласовать с фидером. Легко определить и полосу пропускания 2Δf, хотя бы по возрастанию модуля входного сопротивления в 1,4 раза при расстройке на Δf. КСВ в фидере при этом изменяется от единицы на частоте f 0 до примерно 2,6 на частотах f 0 ± Δf. Оказывается, этих данных вполне достаточно, чтобы оценить эффективность построенной рамочной антенны, размеры которой, разумеется, тоже известны Давайте вместе с автором выведем несколько простых формул, которые позволят оценить КПД. Если же кто-то не любит математики, он может просто посмотреть окончание статьи с выводами и результатами. Надеюсь, они не покажутся ему сложными (hi).

Итак, речь пойдет о "круглой" рамке с периметром р = πD , заметно меньшим λ/2 (рис. 1). Индуктивность рамки компенсируется емкостью конденсатора настройки С, таким образом, антенна настраивается в резонанс, и ее сопротивление становится чисто активным и равным R∑ + Rn, где R∑ - сопротивление излучения; Rn - сопротивление потерь. При этом в рамке устанавливается кольцевой ток максимальной амплитуды с практически равномерным распределением по периметру. Согласование с кабелем делается по-разному: петлей связи, ферритовым трансформатором или гамма шлейфом, как на рис. 1.

Добротность и КПД рамочной антенны

Приведем сначала известные из теории антенн формулы, полезные при расчете рамочной антенны. Ее сопротивление излучения R∑ = 20π2р4/λ4, как видим, достаточно мало и быстро падает с уменьшением периметра. Сопротивление потерь тоже стараются сделать малым, поскольку КПД = R∑/(R∑ + Rn).

Добротность рамки, как и обычного колебательного контура, равна отношению индуктивного сопротивления на резонансной частоте X = 2πf 0L к активному: Q = X/2(R∑ + Rn). Двойка в знаменателе введена для учета трансформированного к рамке выходного сопротивления передатчика или входного сопротивления приемника, равных (по условиям согласования) активному сопротивлению антенны. У антенны без потерь (Rn = О, КПД = 100 %) добротность - конечная величина, поскольку остаются полезные потери на излучение: Q0 = X/2R∑. Легко также показать, что КПД = Q/Q0.

Для расчета индуктивности рамки в литературе предложено довольно много формул, незначительно отличающихся числовыми коэффициентами (абсолютно точной формулы не существует, так как трудно учесть малые эффекты: отличие формы от круга, конечный диаметр провода, распределение тока по его поверхности, скин-эффект и т. д.). Автор предпочитает пользоваться наиболее простой и довольно точной формулой- L = μ0R ln(R/r), где μ0=4π10-7 Гн/м - магнитная константа; R = D/2 и r = d/2 - радиусы соответственно рамки и провода. Все размерности здесь - в системе единиц СИ. Видим, что индуктивность прямо пропорциональна диаметру рамки D, помноженному на коэффициент формы β = ln(D/d). Его значения приведены на графике (рис. 2)

Вычислим индуктивное сопротивление X = 2πf0L = πf0Lμ0Dβ и перейдем от частоты к длине волны, учитывая, что f0 = c/λ. с = 1√μ0/e0(скорость света) и √μ0/e0 = 120π (волновое сопротивление свободного пространства):

Добротность и КПД рамочной антенны

Осталось найти добротность:

Добротность и КПД рамочной антенны

Как и для других малых антенн (см. предыдущие статьи автора на эту тему), добротность оказалась обратно пропорциональной кубу линейных размеров или объему ближнего поля антенны. Упростим формулу: поскольку π ≈ 3 с ошибкой не более 5 %, то запишем окончательно:

Q0 = β(λ/p)3.

Такой должна быть добротность рамочной антенны с КПД = 100 %. Если измеренное значение Q меньше (а больше оно теоретически быть не может), то КПД = Q/Q0. Теперь радиолюбители смогут, рассчитав по известному периметру рамки ее необходимую добротность Q0 и измерив реальную добротность Q, определить КПД своей антенны.

Автор: Владимир Поляков (RA3AAE), г.Москва

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Навигация

Инструкции по эксплуатации

Модуль RP023 питания 5/3,3 В для беспаечных макетных плат.
Модуль питания для беспаечных плат
Плата представляет собой модуль питания, имеющий в своем составе два стабилизатора напряжений 5 и 3,3 В. Модуль имеет форму и размеры, позволяющие его устанавливать на стандартные макетные платы, используемые на начальном этапе разработки электронных устройств. При этом значительно экономится драгоценное место на макете, которого, как известно, много не бывает. Напряжение каждой шины питания выбирается с помощью установленного на ней переключателя, что позволяет независимо устанавливать требуемое напряжение на каждой из линий питания. Входное напряжение в диапазоне от 5 до 12 В может подаваться на любой из имеющихся разъемов: стандартный круглый разъем типа DJK-02A или miniUSB. Для контроля выходных напряжений на плате имеется индикатор. Технические характеристики: Входное напряжение постоянное, В - 5…12 Нагрузочная способность каждого выхода, А - 1 Габаритные размеры без
Цена 300.00 руб.
Copyright © 2017 Электрические принципиальные схемы.