Приветствую, друзья. С Вами Тимур Гаранин.
В прошлом ролике многие просили объяснить, как работает рамочная антенна с полуэкраном. Этим мы и займёмся сегодня.
Но, кроме этого, я заметил, что большое количество людей валит в одну кучу рамочные антенны и петлевые. А ведь это совершенно разные типы антенн. Поэтому сначала нужно ликвидировать путаницу, а затем переходить к обсуждению рамки с полуаэкраном.
Итак, что такое и как работают петлевые антенны?
Для начала представим себе полуволновой диполь. Суммарная длина его полотна, очевидно, равна половине лямбда. По центру находится точка максимума тока, куда подключается кабель. А по краям точки максимального потенциала.
А теперь к концам диполя подключим ещё один такой же диполь. Теперь суммарная длина полотна стала равна целой лямбда. Но так как направление тока в полотне меняется каждые полволны, то в добавленном отрезке ток течёт в противоположную сторону. Например, если в диполе он протекал по часовой стрелке, то в дополнительном отрезке он протекает против часовой стрелки. Но в пространстве полотно сфазировано таким образом, что его половины создают синфазное электрическое поле с той же поляризацией, с которой его создал бы диполь.
То, что мы получили – это петлевой вибратор Пистолькорса.
Другие известные примеры петлевых антенн – это зигзагообразные антенны (известные также как Харченко), круглые петли (известные как лупы), квадратные петли (которые часто называют рамками, внося путаницу). А также все их сдвоенные и счетверённые варианты.
Во всех случаях длина полотна петлевых антенн кратна целому количеству длин волны. Токи в полотне меняются каждые полволны, и сфазированы в пространстве так, чтобы создавать синфазное электрическое поле.
В каком направлении распространяется это поле? Максимум диаграммы направленности петлевых антенн всегда расположен перпендикулярно плоскости петли.
Петлевые антенны работают с электрической составляющей поля и создают волну с такой же поляризацией, как создавал бы одиночный диполь.
Петлевые антенны не имеют никакого отношения к колебательным контурам с сосредоточенными параметрами. Поэтому никакого конденсатора параллельно петле вы никогда не увидите, равно как и сама петля не является сосредоточенной индуктивностью.
А как же устроены рамочные антенны?
Контурные рамочные антенны представляют собой колебательный контур с сосредоточенными параметрами – кондесатором и индуктивностью.
Длина провода рамочной антенны всегда меньше половины длины волны. Поэтому ток течёт в витках индуктивности везде в одну сторону, либо везде по часовой, либо везде против часовой стрелки. В ферритовых антеннах длина провода может быть значительно меньше, чем половина длины волны. Например для трёхкилометровых волн может использоваться однослойная обмотка с проводом длиной в пару десятков метров.
Очевидное отличие от петлевых антенн – это присутствие конденсатора в колебательном контуре рамочной антенны. Частота этого колебательного контура обычно и подстраивается изменением ёмкости этого конденсатора.
Но есть магнитные антенны и без конденсатора. Это вибраторные магнитные антенны. Они представляют собой отрезок полотна, свёрнутый в кольцо и работающий в режиме четвертьволнового резонанса.
Рамочные антенны работают с магнитной составляющей волны, создавая в ближней зоне переменное магнитное поле.
Максимум диаграммы направленности рамочных антенн лежит в плоскости витков катушки, что явно отличается от ДН петлевых антенн.
Ну а теперь взглянем на рамку с полуэкраном и взвесим, что нам о ней известно.
Сразу бросается в глаза, что диаграмма направленности лежит в плоскости витков.
Далее видим, что рекомендованая длина её периметра – четверть лямбда.
Конденсатор в контуре отсутствует, но если предположить, что антенна работает в режиме четвертьволнового резонанса как вибраторная, то конденсатор ей и не нужен.
По совокупности этих признаков нам приходится признать, что петлевой антенной она быть не может. Перед нами рамочная антенна.
Как же она работает?
Самое простое объяснение звучит так. У обычной рамочной антенны ДН имеет форму восьмёрки в плоскости витков. Если мы заэкранируем одну половину, то откусим от восьмёрки один кусок и получим кардиоиду.
Меня это простое объяснение не устраивает. По той причине, что есть магнитные антенны работающие полностью в экране, и по той причине, что у нас здесь не контурная магнитная антенна с конденсатором.
Поэтому я дам своё, более сложное описание.
Представим себе четвертьволновый вибратор. Максимум тока приходится на подключаемый конец, максимум потенциала – на свободный.
Согнём вибратор в кольцо, создав один виток. Теперь ток в полотне расположен так, что создаёт в пространстве противофазные поля. Левая половина создаёт поле в одну сторону, правая – в другую.
Заэкранировав левую половину вибратора, экран принимает на себя всё электрическое поле вибратора, которое в экране возбуждает противофазный ток по отношению к току в вибраторе. И поле заэкранированной части вибратора оказывается нейтрализовано.
Однако такая антенна оказывается несимметричной. Длина вибратора – четверть лямбда, а длина противовеса, экрана – всего лишь одна восьмая лямбда.
Чтобы побороть несимметричность антенны, конец вибратора замыкают на противофазную точку подключения, оплётку фидера. Это снимает вопрос о несимметричности, но одновременно разрушает четвертьволновый резонанс.
Однако на эту жертву идут, т.к. любая другая длина полотна была бы согласована ещё хуже. Например полуволновая рамка имела бы в точках подключения максимум импеданса, а максимум тока приходился бы на верхнюю часть антенны, самую удалённую от фидера.
Поэтому используют короткозамкнутую четвертьволновую рамку, которая хоть уже и не работает в режиме четвертьволнового резонанса, но всё равно согласована лучше других вариантов.
Из недостатков данной конструкции отмечу, что суммарное поле заэкранированной половины отлично от ноля, поэтому мы получаем не истинную кардиоиду с резким минимумом, а диаграмму, похожую на кардиоиду, имеющую снижение усиления со стороны заэкранированной половины.
Также недостатком является неперестраиваемость данной антенны, т.к. её частотные свойства зависят от периметра рамки. В отличие от контурных рамочнх антенн, частоту которых можно подстроить конденсатором.
Однако в контурных магнитных антеннах не будет эффективен полуэкран, т.к. на чистую магнитную составляющую в ближней зоне он никак не влияет.
Сделаем выводы:
- Петлевые и рамочные – разные типы антенн
- Петлевые антенны имеют периметр кратный целому числу длин волн и максимум ДН перпендикулярно плоскости петли и никогда не содержат элементов с сосредоточенными параметрами
- Рамочные антенны имеют длину провода меньше половины длины волны, имеют максимум ДН в плоскости витков, и представляют собой контур с сосредоточенными параметрами
- Вибраторные магнитные антенны имеют длину полотна в четверть лямбда, без конденсатора
- Рамка с полуэкраном – рамочная антенна с периметром в четверть лямбда, с кардиоидоподобной ДН в плоскости витка
Надеюсь, я смог прояснить ситуацию с этими типами антенн, и ролик был для Вас полезен.
Ставьте лайки, вопросы и предложения пишите в комментариях. А также прошу нажать на колокольчик и выбрать все уведомления, потому что по новым алгоритмам YouTube, если вы этого не сделаете, уведомления о новых роликах не будут приходить вообще. Вредное нововведение, но приходится подстраиваться.
И раз уж мы сегодня обсуждали петлевые и рамочные антенны, рекомендую посмотреть ролики, посвящённые зигзагообразным антеннам и магнитным антеннам.
На сегодня всё. Удачи вам, друзья!
