Полуволновой диполь и модификации

Полуволновой диполь и модификации Полуволновой диполь и модификации

 

     Самой простой из направленных антенн бесспорно явля-ется полуволновой диполь (рис. 1). Конструкция ее не требует комментариев, т. к. эта антенна широко используется при приеме телевидения. При горизонтальном расположении вибратора она имеет горизонтальную поляризацию излучения. Коэффициент усиления этой простой антенны удобно принять за единицу, и именно от него отсчитывать усиления антенн других типов.

Рис 1.

     Диаграмма направленности имеет вид восьмерки в плоскости вибратора и круга в плоскости, перпендикулярной вибратору, если антенна расположена в свободном пространстве. При установке ее над землей или проводящей поверхностью крыши диаграмма ее в вертикальной плоскости сильно искажается. Угол максимума излучения сильно зависит от высоты установки антенны и проводимости земли.

При высоте подвеса антенны равной l/4 все излучение направлено вверх. При подвесе антенны на высоте l/2 над землей основной лепесток направлен под углом 30 градусов над горизонтом, что уже приемлемо для связей на средних расстояниях. Если поднять антенну на высоту, равную l, она будет иметь два лепестка в вертикальной плоскости, нижний из которых имеет максимум под углом 15 градусов над горизонтом что наиболее выгодно при проведении дальних связей.
     Подключать к этой антенне можно непосредственно кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Возникающая при этом асимметрия, искажающая диаграмму направленности, проще всего устраняется с помощью ферритового кольца большого диаметра, на которое наматывается 2 — 4 витка используемого кабеля. Кольцо желательно располагать как можно ближе к антенне, а кабель желательно располагать перпендикулярно вибратору хотя бы на длине 3 м от антенны.

Для Си-Би диапазона длина вибратора должна быть 5, 22 — 5, 25 м. Эта антенна обычно не требует настройки.(Если вблизи концов вибратора расположены заземленные предметы, его длину иногда приходится сильно уменьшать. Это особенно бывает заметно при размещении антенны в помещении.)
     При подключении к такой антенне 50-омного кабеля (или подключении 75-омного кабеля к радиостанции) КСВ = 1, 5, что вполне приемлемо. 2. Удлиняя вибратор этой простейшей антенны, можно увеличить ее усиление. При этом получаем антенну, получившую название антенны типа «Длинный провод» (рис. 2).

Рис. 2

     Из практических соображений ограничимся рассмотрением антенн длиной l и 2l т.к. более длинные антенны бывает трудновато разместить на современных дачных участках и на крышах городских зданий. Для них, с учетом влияния краевых емкостей, длины должны быть: для l — 10, 8 м, для 2l — 21, 8 м.

Для антенны длиной l максимум излучения происходит под углом 50╟ к направлению провода, а усиление по сравнению с полуволновым вибратором равно 0,5 дБ. Для антенны длиной 2l -30╟ и 1,5 дБ соответственно.
     Сопротивление излучения этих антенн при высоте подвеса более 5 м над землей составляет 80 Ом для длины l и 105 Ом для 2l. Для согласования их с 50-омным кабелем можно использовать четвертьволновый трансформатор с волновым сопротивлением 75 Ом, т. е. включить между фидером и антенной кусок телевизионного кабеля подходящего диаметра (желательно не меньше диаметра кабеля 50-омного фидера) длиной 1,8-2 м. На рис. 3 показана несимметричная запитка антенны, на рис. 4 — симметричная запитка. При несимметричной запитке кабель работает в резонансном режиме поэтому его длина должна быть кратной длине волны. При симметричной запитке длина кабеля может быть любой, но для предотвращения затекания тока на внешнюю поверхность кабеля (это искажает диаграмму антенны) желательно намотать 2-4 витка кабеля на ферритовое кольцо большого диаметра вблизи точки присоединения к антенне.

 

Рис. 3	Рис. 4

     Соединив вместе две описанные выше антенны таким образом, чтобы их диаграммы суммировались, получаем антенну типа V (рис. 8. 9). Угол раскрыва a зависит от длины проводов и для длин lи 2l. составляет 100╟ и 70╟, а усиление этих антенн составляет 3,5 дБ и 4,5 дБ соответственно. Как и все предыдущие варианты, эти антенны одинаково излучают в двух направлениях: вперед и назад. Входное сопротивление настроенных в резонанс антенн типа V составляет примерно 100 Ом для l и 120 Ом для 2l. (высота подвеса влияет на сопротивление). Согласование их с 50-омным кабелем можно выполнить с помощью трансформатора, показанного на рис. 4.

Рис. 5

     При соединении вместе двух антенн типа V таким образом, чтобы их диаграммы суммировались, получаем ромбическую антенну (Рис 6). Эта антенна уже по-настоящему направленная. При подключении к вершине ромба, противоположной стороне запитки, нагрузочного сопротивления величиной RН мощностью равной половине мощности передатчика, задний лепесток можно подавить на 15 — 20 дБ. Направление главного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости совпадает с диагональю а. В вертикальной плоскости главный лепесток прижат к горизонту. Размеры ромбических антенн сведены в таблицу 1, обозначения соответствуют рис. 6.

Таблица 1

 

Размер	l, м	G, дБ	RH, Ом	a	b	а, м	b, м
l	10,8	5,2	300	110╟	70╟	12,3	18
2l	21,8	8,0	500	76╟	104╟	34,3	27

Рис. 6

     Согласование приведенных ромбических антенн с 50-омным кабелем удобно осуществляется с помощью четвертьволнового трансформатора, выполняемого из двух отрезков длиной 1,8-2 м (рис. 7) Оплетки кабелей, входящих в трансформатор, соединены между собой, но больше никуда не присоединены.

Рис. 7

     Поскольку трансформатор в этом случае выполнен симметричной линией, симметрирующий трансформатор на ферритовом кольце при этом можно разместить на 50-омном кабеле фидера вблизи трансформатора. Для согласования антенны длиной l в трансформаторе используются отрезки 5О-омного кабеля, для 2l — 75-омного кабеля. Антенны выполняются из антенного канатика. В качестве замены канатика можно использовать жгут из скрученных с помощью дрели эмалированных медных проводов диаметром от 0,3 до 0,7 мм и количеством жил от 3 до 10. В этом случае нужно очень тщательно зачищать от эмали и пропаивать все проводники жгута в местах соединений.

Хорошие результаты можно получить и при использовании медного провода диаметром 1 — 3 мм.
     В качестве изоляторов лучше всего использовать орешковые, но годятся и обычные фарфоровые для электропроводки, если принять меры от перерезания канатика на острых гранях. Используемые проволочные оттяжки рекомендуется разделить изоляторами на секции длиной около метра. Длина секционированого участка оттяжки, прилегающего к антенне, — 5 — 6 м.

 

Радиосвязь для всех
Москва
«Ассоциация-27» 1996г.

Полуволновый диполь

Полуволновый диполь

Полуволновый диполь

Одной из наиболее простых антенн является полуволновый диполь или, как его еще называют, полуволновый разрезной вибратор (рис. 1.1). Общая длина антенны для работы в сетке «С» составляет 5,40 метра при использовании провода диаметром 2 мм.

Если использовать провода или трубки большего диаметра, то длину следует несколько уменьшить (при диаметре трубки 20 мм длина диполя 5,23 м; при 40 мм — 5,18 м).

Рис. 1.1

При горизонтальном расположении полуволновый диполь имеет горизонтальную поляризацию, то есть он способен принимать только те электромагнитные волны, которые излучаются антеннами с горизонтально расположенными вибраторами. Сигналы от антенн с вертикальной поляризацией теоретически не должны приниматься вовсе. На практике, однако, излучает электромагнитные волны не только антенна, но и подводящий кабель, поэтому радиостанции, использующие антенны с различной поляризацией, все-таки слышат друг друга, хотя и с большим ослаблением. Диаграмма направленности полуволнового диполя имеет вид восьмерки в плоскости, проходящей через полотно антенны, и круга в плоскости, перпендикулярной к полотну антенны (рис. 1.2).

Усиление антенны в направлении максимального излучения принимается за единицу, а усиление антенн других типов обычно определяется относительно полуволнового вибратора. Усиление антенны в децибелах относительно полуволнового диполя обозначается дБд, а усиление антенны в децибелах относительно изотропного (всенаправленного) излучателя — дБи. Соотношение между этими величинами таково: 2,14дБи=0дБд. Некоторые фирмы, производящие антенны, иногда «хитрят» и указывают усиление в дБ, подразумевая при этом дБи. Цифра, характеризующая усиление, получается больше, что и привлекает покупателей. Чтобы не попасться на эту приманку, стоит повнимательнее разбираться, в каких же единицах показано усиление. Более подробные

сведения о параметрах антенн и методах их измерения приведены в разделе «Основные параметры антенн».

Рис. 1.2

Сопротивление полуволнового разрезного вибратора в свободном пространстве около 75 Ом, поэтому питают антенну с помощью кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. Согласование с 50-омным выходом трансивера осуществляют одним из способов, приведенных в разделе «Использование 75-омного кабеля». Непосредственное подключение 50-омного кабеля тоже допустимо. Для обеспечения симметрирования антенны на кабель вблизи точки подключения к антенне надевают несколько ферритовых колец небольшого диаметра или делают несколько витков кабеля на ферритовом кольце большого диаметра. Витки на ферритовом кольце делаются неразделенным кабелем, аналогично ферритовые кольца одеваются на кабель до точки разделения оплетки и центральной жилы. Нельзя одеть ферритовые кольца отдельно на центральную жилу и оплетку. Задача ферритовых колец — обеспечить большое индуктивное сопротивление для токов, протекающих по внешней поверхности оплетки кабеля. Поэтому марка феррита большого значения не имеет. Желательно применять ферриты с магнитной проницаемостью от 100 до 2000. Можно использовать ферритовый сердечник от трансформатора строчной развертки телевизора. Кабель на расстоянии 2…3 метров должен быть перпендикулярен полотну антенны. Если требуется расположить полуволновый разрезной вибратор так, чтобы электромагнитная волна имела вертикальную поляризацию, то можно применить конструкцию, изображенную на рис. 1.3.

Рис. 1.3

В качестве нижнего вибратора можно использовать трубку подходящего диаметра, внутри которой будет проходить коаксиальный кабель. Если нижний вибратор будет иметь больший диаметр чем верхний, то его следует сделать на несколько сантиметров короче верхнего. Антенну можно приспособить для использования в. походных условиях. В этом случае верхний вибратор выполняется из гибкой многожильной проволоки, а в качестве нижнего используется гибкая металлическая оплетка, надетая на защитную оболочку питающего коаксиального кабеля. Растягивая или сжимая

металлическую оплетку, можно добиться оптимального согласования антенны с питающим кабелем. Антенну можно изготовить целиком из коаксиального кабеля. Для этого с кабеля на расстоянии около 3 м снимается защитная оболочка, а оплетка сжимается, выворачивается и натягивается на нижнюю часть кабеля. Затем верхняя часть антенны укорачивается до требуемого размера и производится настройка антенны путем растяжения или сжатия нижней части диполя. Гибкая антенна устанавливается с помощью нейлоновой веревки, прикрепленной через изолятор к концу верхнего вибратора. В качестве изолятора используется фарфоровый изолятор или подходящая пластина из стеклотекстолита. Установить антенну в походных условиях очень просто. С помощью грузика нейлоновая оттяжка перебрасывается через подходящую ветку дерева. Затем антенна поднимается на такую высоту, чтобы ее средняя часть (точка подключения коаксиального кабеля к вибраторам) находилась на высоте 5. ..6 метров. При этом антенна может устанавливаться и не строго вертикально. Наклон антенны не меняет ее характеристик, а только изменяет вектор поляризации.

9.7: Дальнее излучение полуволнового диполя

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

19603

• Стивен В. Эллингсон
• Политехнический институт и университет штата Вирджиния через Инициативу открытых образовательных библиотек штата Вирджиния

Простое и важное распределение тока — это распределение тонкого полуволнового диполя (HWD), показанное на рисунке \(\PageIndex{1}\).

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Текущее распределение полуволнового диполя (HWD). (CC BY-SA 4.0; C. Wang)

Это ожидаемое распределение на тонком прямом проводе длиной \(L=\lambda/2\), где \(\lambda\) — длина волны. Это распределение математически описывается следующим образом:

\[\widetilde{I}(z) \ приблизительно I_0 \cos \left( \pi \frac{z}{L} \right) ~~~ \mbox{for} ~ \left|z\right|\le \frac{L}{2} \label{m0200_eHWD1} \]

, где \(I_0\) (базовые единицы СИ А) — комплексная константа, указывающая максимальную величину тока и его фазу. Обратите внимание, что ток на концах диполя равен нулю; т. е. \(\widetilde{I}(z) = 0\) для \(\left|z\right|= L/2\). Отметим также, что это распределение «косинусоидальных импульсов» очень похоже на треугольное распределение ЭСР и напоминает синусоидальное изменение тока в стоячей волне.

Поскольку \(L=\lambda/2\) для HWD, уравнение \ref{m0200_eHWD1} можно эквивалентно записать: 9{-j\beta r}}{r} \номер \]

Из этого результата можно определить магнитное поле, используя закон Ампера. Однако более простой метод заключается в использовании того факта, что электрическое поле, магнитное поле и направление распространения \(\hat{\bf r}\) взаимно перпендикулярны и связаны соотношением:

\[\widetilde{\bf H} = \frac{1}{\eta} \hat{\bf r} \times \widetilde{\bf E} \nonumber \]

Это соотношение указывает на то, что магнитное поле будет \(+\hat{\bf \phi}\)-направлено.

Величина и поляризация излучаемого поля аналогична поляризации электрически короткого диполя (ESD; раздел 9.5). Сравнение величин в любой радиальной плоскости, содержащей ось \(z\), показано на рисунке \(\PageIndex{2}\).

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Сравнение величины излучаемого поля HWD с полем электрически короткого диполя, также ориентированного вдоль оси z. Этот результат относится к любой радиальной плоскости, включающей ось Z. (CC BY-SA 4.0; C. Wang)

Для любого распределения тока максимальная величина полей приходится на плоскость \(z=0\). Для данного терминального тока \(I_0\) максимальная величина больше для HWD, чем для ESD. Оба распределения тока дают нулевую величину вдоль оси диполя. Поляризационные характеристики полей обоих распределений тока идентичны.

Дополнительное чтение:

• «Дипольная антенна» (раздел «Полуволновой диполь») в Википедии.

---

Эта страница под названием 9.7: Излучение в дальней зоне от полуволнового диполя распространяется под лицензией CC BY-SA 4. 0, автором, ремиксом и/или куратором выступил Стивен В. Эллингсон (Открытое образование Технических библиотек Вирджинии). Initiative) через исходный контент, отредактированный в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Стивен В. Эллингсон

   Лицензия

   CC BY-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Программа OER или Publisher

   Инициатива открытого образования технических библиотек Вирджинии

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. источник@https://doi. org/10.21061/electromagnetics-vol-2

Schwarzbeck UHA 9125 D Полуволновый диполь с Emi -Balun

Посмотреть больше

Состояние Новое

• Настраиваемая UHF — Половина — волна диполя
• с EMI -BALUN
• 1.0 — 3 (4). ГГц с 6 наборами элементов
• LE = 140, 114, 90, 72, 60, 48 мм

The EMC Shop

Подробнее

Загрузка PDF

Тестовое оборудование Описание

9003 УГА 9125D имеет рабочий диапазон частот от 1 ГГц до 4 ГГц. В зависимости от желаемой центральной частоты поставляются дипольные элементы соответствующей длины. Подвижная перемычка установлена ​​на четверть длины волны для обеспечения хорошей симметрии.

Schwarzbeck UHA 9125 D Specifications
Frequency Range	1 — 3 (4) GHz
Impedance	50 Ω
Isotropic Gain	2. 15 dBi (theoret.)
Gain over Half Wave Dipole	0 dBd (theoret.)
Maximum Input Power	100 W
Directive Patterns
3 dB Ширина луча половинной мощности (E-плоскость)	78°
H-плоскость	круговая

Schwarzbeck UHA 9125 D На диполь подается ВЧ-мощность, что приводит к тому же показателю напряженности поля, что и ранее созданный EuT. (EuT заменяется диполем) Определяется требуемая ВЧ-мощность на N-разъеме диполя, представляющая значение ERP (эффективная излучаемая мощность). Чтобы получить значение EIRP (Эффективная изотропная излучаемая мощность), мощность ВЧ необходимо увеличить на 2,15 дБ, поскольку идеальный полуволновой диполь имеет изотропное усиление 2,15 дБи.

Schwarzbeck UHA 9125 D Диаграммы направленности:

Из-за нежелательных, но неизбежных отражений от адаптера мачты, индексного кольца, троса и т. д. показанные диаграммы направленности несколько отклоняются от теоретической формы диаграммы направленности (обычно менее 1 дБ). . Диаграмма H-плоскости идеального полуволнового диполя круглая. Ширина луча половинной мощности (-3 дБ) идеального полуволнового диполя составляет 78°. Отражения в непосредственной близости от антенн увеличивают коэффициент усиления в прямом направлении (вправо на приведенном выше рисунке) обычно на +0,5 дБ (теоретическое изотропное усиление полуволнового диполя: 2,15 дБи).

Schwarzbeck UHA 9125 D Советы:

Полуволновой диполь UHA 9125 D с чрезвычайно малыми потерями можно использовать без поправочных коэффициентов почти во всех случаях применения. Потери пренебрежимо малы (тип. < 0,1 дБ). Диаграмма направленности идеального полуволнового диполя круглая в H-плоскости, E-плоскость предлагает диаграмму, аналогичную «8».

Максимумы можно найти перпендикулярно дипольным элементам. Минимумы диаграммы направленности в плоскости Е находятся на оси элемента диполя. Теоретический коэффициент изотропного усиления полуволнового диполя составляет 2,15 дБи, это значение может быть несколько превышено (до + 0,5 дБ) в калибровочных данных.

Причиной такого увеличения усиления являются нежелательные отражения от адаптера мачты и другого монтажного оборудования. Поскольку даже неметаллические материалы обладают высокой отражательной способностью в микроволновом диапазоне частот, переходник мачты должен быть как можно меньше, чтобы свести к минимуму влияние на круговую диаграмму направленности. Подходящие мачтовые адаптеры влияют менее чем на 1 дБ на направленность в H-плоскости. Если диполь настроен на вертикальную поляризацию, коаксиальный кабель должен быть протянут в том же направлении, что и 22-мм трубка, насколько это возможно, иначе нежелательные отражения могут повлиять на результаты измерения.

Настройка подвижной перемычки не имеет решающего значения, даже допуск +/- 2 мм оказывает незначительное влияние на коэффициент усиления. Высокие рабочие частоты требуют очень маленького размера антенны и филигранной обработки. Поэтому с антенной следует обращаться очень осторожно. Согнутая или поврежденная резьба держателя элемента не является частью гарантии производителя.

.0188 [GHz]

Длина элемента	Подвижная короткая позиция	Полуволновой резонанс	Frequency of maximum gain	Frequency of best impedance matching	Bandwidth with 0.5 dB gain decay	Bandwidth with 1 dB gain decay
L E	L S	fλ/2	F GIMAX	FSWRMIN	B [-0,5 дБ]	B [-1 дБ]
8 [MM]
8 [-1 дБ]
[GHz]	[GHz]	[GHz]
140	removed	1.07	0. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника