Рейтинг@Mail.ru

NetCloud

Простыми словами о сетевых технологиях

Принципы работы антенн: волновое сопротивление (часть 1)

Вы даже не представляете сколько антенн в данный момент находится вокруг вас: смартфон, планшет, ноутбук, беспроводной модем, роутер и телевизор. Что то из этого наверняка есть в вашей квартире. Так что же такое антенна и как она работает?

В принципе описать все существующие типы антенн просто невозможно. Но что можно сделать, так это объяснить главные закономерности в соответствии с которыми создаются практически все типы антенн. Как передать эти знания в целостной форме? В учебниках данный вопрос рассматривается в очень сложной для неподготовленного человека в форме. В данной статье мы постараемся изложить вам как работает антенна простыми словами.

Большинство антенн работает на идентичных принципах. Понимая их, вы легко сможете определять характеристики антенн. Вы без проблем сможете определить длину волны колебаний, частоту, поляризацию, направленность этой антенны и так далее.

В изучении антенн важное место занимают вопросы волнового сопротивления антенны, как оно измеряется, от чего зависит и в принципе какова его природа. Начнем с определения.

 Волновое сопротивление любой линии измеряется как отношение приложенного к линии напряжения к току, установившемуся в линии под действием этого напряжения.

И сразу покажем как антенные анализаторы измеряют сопротивление. Представим, что у нас есть полотно антенны из одного тонкого проводника. Подключаем антенный анализатор одним выходом к этому полотну. Второй выход антенного анализатора подключаем к земле, равно как и дальний конец полотна.

Внутри антенного анализатора уже встроены вольтметр и амперметр. Что делает антенный анализатор? Он подает на линию единичное напряжение и одновременно с этим измеряет какой ток протекает в этой линии. И по соотношению напряжения к току определяет волновое сопротивление.

Представим, что к этому же антенному анализатору мы подключаем такое же полотно такой же длины, но большей площади поверхности. Антенный анализатор измеряет волновое сопротивление этого полотна и оно оказывается значительно меньше, чем волновое сопротивление тонкого провода. Почему? От чего зависит волновое сопротивление полотна?

Волновое сопротивление полотна зависит напрямую от его погонных параметров: емкости и индуктивности. Рассчитывается волновое сопротивление по формуле.

Из чего можно сделать вывод: чем больше индуктивность линии и меньше емкость, тем больше волновое сопротивление. Хотим отметить, что сопротивление зависит не просто от индуктивности и емкости антенны, а от погонных индуктивностей и емкостей. Некоторые читатели могут заметить, что чем больше длина антенны, тем больше емкость, а, значит, меньше волновое сопротивление. Это абсолютно неверно. Волновое сопротивление полотна от длины антенны не зависит вообще.

Представим себе такую ситуацию. У нас есть полотно длиной в метр и емкость этого полотна равна 100 пФ.

Мы берем и увеличиваем длину этого полотна вдвое. Соответственно емкость полотна увеличилась тоже вдвое и сейчас составляет 200 пФ.

Но погонная емкость — то есть емкость, деленная на единицы длины x осталась прежней 100 пФ/м. То же самое касается и погонной индуктивности. Погонные параметры по определению от длины не зависят.

Погонные параметры — это параметры, деленную на единицу длины.

Но тогда от чего зависят погонные параметры? Допустим у нас есть обыкновенный диполь, выполненный из отрезков относительно тонкого провода. Этот диполь и его отрезки обладают определенными погонными емкостью и индуктивностью.

А теперь сравним его с такой антенной как диполь Надененко. Диполь Надененко представляет собой несколько параллельных стержней, расположенных по кругу большого радиуса на равном расстоянии друг от друга.

Иногда для еще большего увеличения площади поверхности диполь Надененко окутывают металлической сеткой. Уже сейчас интуитивно понятно, что диполь Надененко будет иметь значительно меньшее волновое сопротивление, чем просто диполь из тонкого провода.

Во-первых очевидно, что диполь Надененко обладает грандиозно большей площадью поверхности, следовательно, имеет очень большую погонную емкость. Но кроме того, диполь Надененко имеет еще и меньшую погонную индуктивность. Почему? Каждый из стержней диполей Надененко имеет свою собственную индуктивность. Но так как эти стержни подключены параллельно, то их индуктивности тоже подключены параллельно. Как известно параллельное подключение индуктивностей уменьшает общую индуктивность. Следовательно, диполь Надененко благодаря своим погонным параметрам имеет значительно меньшее волновое сопротивление, чем диполь из тонкой проволоки.

Можем сделать вывод, что погонная емкость полотна прямо зависит от площади поверхности полотна на единицу длины. С погонной индуктивностью не все так очевидно. Она зависит от сечения полотна, количества параллельно включенных проводников, магнитной проницаемости линии или окружающей среды. Как измерять погонные параметры антенны с помощью антенного анализатора?

Если у нас симметричная антенна, то тут все просто. Один выход антенного анализатора мы включаем к одному вибратору антенны, второй выход — к другому вибратору.

Если же у нас одиночное полотно, то один из выходов анализатора мы должны включить на полотно, а второй на землю, либо на корпус.

Еще, что очень важно, полотно антенны должно быть отдалено от земли на расстоянии не менее половины длины в пространстве. Потому что если полотно будет слишком близко к земле, силовые линии электрического поля полотна будут замыкаться на землю. А мы ведь измеряем не емкость полотна относительно земли. Нас интересует, прежде всего, емкость полотна относительно себя самого. Когда речь идет о диполе, то мы, очевидно, измеряем емкость одного отрезка диполя относительно другого. Когда речь идет о единичном полотне, то мы измеряем емкость каждого отрезка этого полотна относительно соседних отрезков этого полотна. Силовые линии электрического поля, начинающиеся на максимумах потенциала заканчиваются на минимумах потенциала в этом же полотне. Минимумы и максимумы потенциала отдалены друг от друга на половину длины волны в полотне.

Зависит ли волновое сопротивление полотна от параметров сигнала: от частоты, амплитуды, форму импульса? Конечно же нет. Волновое сопротивление полотна зависит исключительно от его погонных характеристик. От емкости на единицу длины и от индуктивности на единицу длину. Но от параметров сигнала зависят другие параметры: коэффициент отражения, коэффициент стоящей волны и так далее.

 


 

Обсуждение закрыто.