Напряжение в антенне передатчика

Напряжение в антенне передатчика

Настройка передающих антенн

Качество работы радиопередающего устройства а значительной степени определяется антенной, излучающей электромагнитную энергию в пространство. Необходимо, чтобы возможно большая часть энергии, подводимой от передатчика к антенне, излучалась в пространство, иначе говоря, чтобы коэффициент полезного действия антенны был возможно больше. Добиться максимального к.п.д. можно путем правильной настройки антенны.

Среди наших коротковолновиков наибольшее распространение получили в основном два типа антенн: полуволновая с питанием напряжением (“Цеппелин”) и полуволновая антенна с однопроводным фидером, питаемая бегущей волной — “Американка”. Существующие для расчетов этих антенн формулы довольно приближенны, так как совершенно не учитывают влияние на параметры антенны ее высоты и близко расположенных крыш, стен и т. д. Вследствие этого собственная волна антенны оказывается отличной от той, которая должна была получиться по расчету. В результате часть мощности, подводимой от передатчика к антенне, бесполезно теряется.

По сведениям американского коротковолновика Шнелль, приведенным в журнале “QSТ”, построенная им антенна типа “Цеппелин” первоначально имела по расчету длину 20 м 10 см. При подводимой мощности последнего каскада в 1 квт ток в антенне был 1,94 А. При полном сопротивлении антенны в 70 ом мощность в ней равнялась только 260 W (по формуле V = I 2 R), когда же укоротили антенну на 50 см, ток в ней возрос до 2,72 А и мощность возросла вдвое—до 540 W.

Этот пример ярко показывает значение точной настройки передающей антенны.

Обычно любитель, построив антенну по расчетным данным и получив неудовлетворительные результаты, стремится увеличить мощность передатчика. Однако и при небольшой мощности можно получить хорошие результаты при правильно настроенной антенне. Особенно большое значение настройка антенны имеет при работе на одной фиксированной волне, например при стабилизации передатчика кварцем.

Настройка “Цеппелина” состоит в точной подгонке длины излучающей части антенны на волну передатчика. Если излучающая часть антенны имеет неправильную длину, то при настройке антенны при наличии фидерных конденсаторов (рис. 1) узел тока, который должен находиться в точке присоединения фидера к излучающей части, смещается или в сторону фидера или в сторону излучающей части.

Несимметричное распределение тока в фидерах влечет за собой увеличение их излучения и потери энергии в них. Наивыгоднейшие условия работы излучающей части антенны будут в том случае, когда узлы тока будут точно на ее концах, и излучающая часть колеблется на собственной волне или гармонике. Распределение тока в фидерах должно быть таким же, как и при отсутствии излучающей части, т. е. узел тока должен быть на открытом конце фидера и пучность тока — в точке возбуждения. Только при атом условии внешнее поле вокруг фидера и потери будут минимальными. Наиболее целесообразно излучающие части и фидер настраивать в отдельности.

Порядок настройки антенны “Цеппелин” следующий. В точке соединения фидера с излучающей частью ставится, как показано на рис. 1, изолятор. Излучающая часть может быть отсоединена или присоединена к фидеру посредством щипка А. Отсоединив излучающую часть от фидера, натягивают антенну и связывают фидер с передатчиком, причем связь берется слабой. Затем настраивают фидер в резонанс и замечают деление фидерных конденсаторов. После этого спускают антенну, присоединяют излучающую часть к фидеру, натягивают ее снова и вторично настраивают фидер в резонанс. Если резонанс получается при том же положении фидерных конденсаторов, как и при отсоединенной излучающей части, длина излучающей части совершенно правильна. Если же емкость увеличилась, излучающая часть слишком коротка, если уменьшилась — слишком длинна. Для облегчения настройки вместо изолятора, отделяющего излучающую часть от фидера, лучше поставить обычный рубильник, добавив к нему небольшую пружину, как показано на рис. 2. К ручке рубильника привязывается бечевка. Таким образом управлять рубильником можно с крыши или даже из окна станции.

При настройке волна передатчика должна держаться строго постоянной. Если передатчик работает с самовозбуждением, необходимо следить за его волной по монитору или хотя бы по приемнику, слушая передатчик на гармонике.

Этим методом настройки можно подогнать излучающую часть антенны на волну передатчика с точностью до 10 см, при длине излучающей части около 20 м.

Настройка “Американки” несколько сложнее, чем настройка “Цеппелина”, так как необходимо не только подогнать излучающую часть антенны, но и найти правильное положение точки присоединения фидера. Если фидер присоединен неправильно, его волновое сопротивление будет отличаться от волнового сопротивления антенны, и в фидере наряду с бегущими волнами будут также и стоячие. В результате фидер будет излучать и потери в нем возрастут. На рис. 3 показано распределение тока в антенне при правильном А и неправильном В присоединении фидера. Так же как и при “Цеппелине”, наилучшие результаты получаются в том случае, когда антенна настроена точно на основной волне или гармонике.

При настройке “Американки” соблюдается такой порядок: сначала настраивается излучающая часть, а затем уже находится правильное положение точки присоединения фидера. В точке присоединения фидера к излучающей части ставится рубильник (рис. 2), посредством которого излучающая часть может быть отключена от фидера. Управлять рубильником лучше при помощи бечевки с крыши или с земли. Для подгонки излучающей части антенны на волну передатчика необходим монитор. Сначала отключают излучающую часть от фидера, связывают фидер с контуром передатчика (связь берется слабой) и настраивают передатчик по монитору на рабочую волну. Если передатчик работает с независимым возбуждением или с кварцем, то заставляют последний каскад работать на самовозбуждении и настраивают его на волну задающего генератора. Затем приключают излучающую часть к фидеру. Если длина излучающей части правильна, волна передатчика при этом не изменится. Если же антенна коротка или длинна, волна передатчика в обоих случаях укоротится. Это укорочение будет тем больше, чем больше длина излучающей части будет отличаться от правильной. Укорачивая или удлиняя антенну и замечая по монитору, насколько присоединение излучающей части к фидеру укорачивает волну передатчика, можно добиться отсутствия влияния приключения антенны к передатчику и значит — подогнать излучающую часть на рабочую волну. Точность этого метода достигает 10 —15 см при длине излучающей части около 20 м.

Подогнав излучающую часть, находят правильную точку прикрепления фидера. Для этой цели лампочкой от карманного фонаря шунтируется средняя часть антенны длиною в 40—80 см, а фидер передвигают по антенне до тех пор, пока свечение лампочки не будет максимальным. Конечно лучше для этой настройки применять тепловой амперметр, включив его в пучность тока антенны, но и с лампочкой можно получить хорошие результаты.

Необходимо заметить, что этот метод правилен только в том случае, когда излучающая часть антенны настроена на волну передатчика. Расстройка изменит распределение тока в антенне и приведет к ошибочному показанию амперметра или лампочки.

ИЗМЕРЕНИЕ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ АНТЕННЫ

Если в распоряжении любителя имеется довольно точный тепловой амперметр, он может произвести измерение полного сопротивления своей антенны и определять мощность в ней. Для точного измерения полного сопротивления необходимы очень сложные приборы. Но, пользуясь простым методом подбора сопротивления, можно получить достаточно точные для любительской практики результаты. Для измерения изготовляется безиндукционное переменное сопротивление, конструкция которого показана на рис. 4.

В качестве сопротивления используется графит от карандаша, полное сопротивление его должно быть 80—100 ом. Это безиндукционное сопротивление включается в пучность тока излучающей части антенны рядом с амперметром (рис. 5).

Сначала измеряется ток в антенне при замкнутом накоротко сопротивлении. Допустим, что ток будет равен одному амперу, Затем включается сопротивление, и величина его подбирается такой, чтобы ток в антенне уменьшился вдвое (для нашего примера до 0,5 А). После этого определяют величину включенного графитового сопротивления на мостике Уитстона. Полученное значение сопротивления и будет равняться полному сопротивлению антенны. Зная полное сопротивление антенны и ток в ее пучности, нетрудно подсчитать мощность в антенне по формуле W = I 2 R.

Б. Кашкин U9АВ и Б. Хитров U9AF
Журнал «Радиофронт» N6, 1936 год.

Материал подготовил Катерин Олег (UA9FGD).

Источник

Как излучает антенна (как течет ток через провод)

Я не понимаю, как антенны излучают сигнал.

Я понимаю основы антенны (длина волны, электронное поле Е, . ), но я просто не понимаю, как ток может проходить через провод, который не имеет отрицательного полюса.

Можете ли вы объяснить это мне.

Я предполагаю, что вы не понимаете, как ток может течь, если нет полной цепи. Давайте возьмем простой четвертьволновый диполь в качестве примера:

Как может протекать какой-либо ток, поскольку нет полной цепи от «-» до «+» V1?

Учтите это: относительно скорости распространения волн в электромагнитных полях диполь длинный. Это правда, что ток не может течь, но он не знает этого, пока не достигнет конца провода. Когда ток приближается к концу провода, но ему некуда идти, заряды накапливаются до тех пор, пока они не отодвинуты в другом направлении. К тому времени он вернулся, она путешествовала или испытала 180 ∘ фазового сдвига. Напряжение на V1 также изменилось к этой точке, и поэтому ток конструктивно прибавляется к новым токам, создаваемым V1. Если бы не какая-то часть этой энергии терялась как излучение, энергия в этой антенне росла бы без ограничений. λ / 2 ‘ role=»presentation»> λ / 2 180 ∘ ‘ role=»presentation»> 180 ∘

Почему энергия излучается, сложно. Длинный ответ — « Уравнения Максвелла ». Если вы не хотите понимать все мелкие детали этой математики, то вот простое, неполное понимание: ток в антенне связан с магнитным полем, а напряжение связано с электрическим полем. Антенна представляет собой такое устройство, что на некотором расстоянии от антенны ( дальнее поле ) эти два поля взаимно перпендикулярны и находятся в фазе, и в результате получается самораспространяющаяся волна, подобная этой:

Красный — это электрическое (E) поле, а синий — это магнитное (B) поле. Это такая волна, которая испускается диполем, выровненным по оси Z.

Вот упрощенная версия, которая помогла мне преодолеть мое собственное невежество нубов.

Есть в основном два типа маленьких антенн: антенна с малой петлей и антенна с коротким диполем. Маленькая рамочная антенна — это просто кольцо провода, и любой ток в проводе создает магнитное поле, окружающее антенну. Устройство является индуктором, но имеет большое магнитное поле, заполняющее пространство.

С другой стороны, антенна с коротким диполем — это просто пара металлических «конденсаторных пластин», торчащих в воздух, и если на них будет подано напряжение, в окружающем пространстве появится электронное поле. Устройство представляет собой просто конденсатор, но, опять же, оно имеет большое пространство, заполняющее пространство в окружающей области.

Примените синусоидальную волну вместо постоянного напряжения или тока, и поля вокруг «антенн» будут расширяться, затем сжиматься до нуля, затем снова расширяться, но указывать назад . затем повторять. Волны не генерируются, поэтому они на самом деле не являются радио-антеннами. Но они создают некоторые локальные электромагнитные поля в космосе.

Вот видеопроект «TEAL» в MIT с визуальной версией процесса:

Хорошо пока? Рамочная антенна генерирует магнитное поле, а дипольная антенна генерирует электрическое поле. Странные вещи начинают происходить, когда мы подключаем любую антенну с очень высокой частотой. Это, или мы можем построить версию любой антенны с такими большими размерами, что даже 60 Гц будет своего рода «радиосигналом», если говорить об антенне.

Вот в чем дело: магнитные или электрические поля, окружающие эти антенны, не могут расширяться или сжиматься быстрее скорости света. Итак, что произойдет, если импульсы переменного тока, подаваемые на эти устройства, «слишком быстрые»? Поля вокруг катушек индуктивности или конденсаторов должны выдуваться наружу, а затем снова втягиваться обратно, но что, если скорость равна скорости света? Это когда поля перестают действовать как надувать или сжимать невидимые воздушные шары. Вместо этого поля начинают вести себя как волны.

Таким образом, когда мы меняем полярность во время синусоидальной волны переменного тока, электронное поле или b-поле не возвращаются полностью, как обычно. Вместо этого он отрывается от антенны и просто продолжает двигаться. Часть энергии поля не восстанавливается, а вместо этого теряется в космосе. Наша рамочная антенна уже не просто индуктор, и она начала создавать волны. И наш диполь теперь является волноводом, а не просто конденсатором.

Отличный вопрос! Комплексный ответ. Чтобы понять, почему это происходит без обратного пути («отрицательный полюс»), вы должны выйти за пределы закона Ома.

Все ускоренные заряды излучают. Таким образом, все, что проводит переменный ток, действует как антенна. Однако часто они являются плохими антеннами и плохо излучают. В результате этот аспект часто можно просто игнорировать, чтобы упростить проблему.

Чтобы сделать хорошую антенну, вы должны передавать энергию (энергия содержится в напряжениях и токах) в электромагнитное излучение (где энергия содержится в полях E и H), распространяющееся от антенны. Для этого необходимо, чтобы импеданс вашей антенны был приблизительно согласован, а токи, которые вызывают излучение, накапливались в фазе, чтобы они не подавляли друг друга, как в линии передачи. Как упоминал Джим Дирден, вы можете создать это, чтобы получать стоячие волны или подавлять их в зависимости от физической длины.

Проблема с вашим вопросом о «отсутствии отрицательного полюса» связана с использованием упрощенной модели схемы, которая не связана с трехмерными аспектами и полями напряжения и тока. Ток может течь во всем, что является проводящим (полюсы или нет полюсов). Внешние электромагнитные волны делают это постоянно. Однако нет модели ом-закона, которая могла бы предсказать это.

Чтобы отойти от простого закона Ома, инженеры приняли модель «Радиационная стойкость». Это используется аналогично стандартному омическому сопротивлению. По закону Ома рассеиваемая энергия превращается в тепло. В модели радиационной стойкости рассеиваемая энергия превращается, в общем, в излучение.

Радиационное сопротивление — это всего лишь простой инструмент, помогающий инженерам оценить известный элемент схемы (то есть обычно какой-то специалист по радиочастотам вычисляет его для вас) без необходимости использовать уравнения Максвелла и применять граничные условия к физической схеме, чтобы точно понять режимы излучения.

Настоящим ключом к пониманию поведения схемы является понимание того, когда важно учитывать аспекты излучения. Когда частота работы схемы имеет длину волны, физически близкую к размеру схемы, тогда закон Ома начинает быстро разрушаться. Как правило, если соотношение между длиной волны и размером цепи больше 0,1, то вам нужно применить уравнения Максвелла, чтобы понять, как эта схема будет работать. Таким образом, термины «четвертьволновая» антенна должны быть подсказкой, что вам нужно применять теорию ЭМ, чтобы понять, что делает схема.

Если у вас есть время, попробуйте переварить эту статью о понимании электромагнитного излучения . Он предназначен для обучения инженеров тому, как схемы могут работать так, как не может предвидеть закон Ома. В нем много электромагнитной теории, но вам не нужно действительно понимать все это, чтобы понять, что в анализе цепей есть большая разница, когда ваша рабочая частота приближается к физическому размеру вашей схемы.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Я просто подумал о другом примере, который может помочь. Конденсаторы не имеют обратного пути, они просто разомкнутые цепи, но как-то они работают, верно? Это (и индукторы, которые являются просто короткими замыканиями) работают только из-за их радиационных свойств. Инженеры нашли способ превратить уравнения ЭМ в фиксированные элементы (или сосредоточенные элементы), чтобы их можно было включить в модели с ом-законами, чтобы с ними было легче работать. Как и в случае с антеннами, может происходить гораздо больше, чем просто кусок металла, который сидит там, и никуда не денется.

Источник