Реактивное сопротивление — антенна — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Cтраница 1
| Критерш. устойчивости при фазовой автоподстройке частоты. [1] |
Реактивное сопротивление антенны имеет емкостный характер, связь слабая. [2]
Если существует возможность вычислить реактивное сопротивление антенны по известной частотной зависимости его активного сопротивления, то это означает, что структура поля в дальней зоне однозначно связана со структурой поля в ближней зоне антенны. [3]
В диапазоне 5 — 10 Мгц реактивное сопротивление антенны имеет емкостный характер с величиной ХД 1000 ом, а гА50 — н200 ом. Для отображения зависимости ZA ( f) эквивалент антенны должен содержать СА и LA. [4]
В конце коротковолнового и метровом диапазонах волн реактивное сопротивление антенны может иметь индуктивный характер.
В этих случаях при расчете по формуле (4.6) может получиться LICBO, что физически неосуществимо.
[5]
| Зависимость сопротивления излучения и и бр агор а от его электриче. [6] |
При изменении частоты кроме активного сопротивления RA появляется и реактивное сопротивление антенны ХА и, следовательно, входное сопротивление антенны мосит комплексный характер. [7]
Вносимая из антенны в контур расстройка на частотах, где реактивное сопротивление антенны скомпенсировано, не должна превышать половины полосы пропускания. [8]
Очень часто, но не всегда, для облегчения связи антенны с передатчиком антенна настраивается в резонанс путем последовательного включения в нее реактивного сопротивления, компенсирующего
Зависимость от частоты составляющих R и А входного сопротивления обычного и петлевого вибраторов.
[10] |
Как правило, в таких линиях питания используют специальное устройство, располагаемое между выходным каскадом передатчика и входом антенны и предназначенное для согласования активных сопротивлений и компенсации реактивного сопротивления антенны
| Схема входной цепи с индуктивной связью с антенной. [12] |
На промежуточных волнах ( X 50 — f — — 200 м) и на коротких волнах ( Х, 10 — г — — 50 м) длина антенны соизмерима или кратна / А и в антенной цепи могут наблюдаться. В диапазоне 5 — 10 МГц реактивное сопротивление антенны имеет емкостный характер. В диапазоне 15 — 20 МГц реактивное сопротивление антенны имеет как емкостный, так и индуктивный характер. [13]
Формулы (14.44) — (14.46) дают поле излучения, создаваемое линейной антенной, возбуждаемой в центре, а формула (14.51) определяет сопротивление излучения такой антенны для случая, когда пучность тока совпадает с точкой возбуждения.
На промежуточных волнах ( X 50 — f — — 200 м) и на коротких волнах ( Х, 10 — г — — 50 м) длина антенны соизмерима или кратна / А и в антенной цепи могут наблюдаться. В диапазоне 5 — 10 МГц реактивное сопротивление антенны имеет емкостный характер. В диапазоне 15 — 20 МГц
Страницы: 1 2
Сопротивление излучения и действующая высота антенны
Активное сопротивление в точках питания называется сопротивлением излучения RΣ, поскольку в передающей антенне оно как раз соответствует полезным потерям подводимой мощности на излучение. В случае приемной антенны оно является внутренним сопротивлением того эквивалентного генератора, который развивает сосчитанную нами ЭДС ε = Е • hд.
Действующая высота антенны получается из следующих соображений (рис. 2.14): если бы ток по высоте антенны не изменялся, то для получения той же эффективности излучения (и приема) антенна должна была бы иметь высоту hд. Математически действующую высоту получают интегрированием функции распределения тока. Для четвертьволновой вертикальной антенны hд = λ / 2π = 0,641LA. Для коротких вертикальных антенн распределение тока приближается к треугольному, а действующая высота — к половине геометрической h = 0,5 LA.
Попытки увеличить собственную длину волны антенны, не увеличивая ее высоты, и привели к появлению антенн с верхней емкостной нагрузкой. Г-образная антенна получается из вертикальной, если ее верхнюю часть согнуть под прямым углом и направить горизонтально. Распределение тока на проводе при этом останется прежним, но принимать волны с вертикальной поляризацией будет только вертикальная часть.
В большинстве случаев длина волны, на которой работает антенна, значительно больше ее собственной, а сопротивление носит комплексный характер с активной и реактивной составляющими, которые определяются по формулам: ZA = RΣ — jX, RΣ = 1600 (hд/λ)2, X = W ctg (πλ0/2λ), где W — волновое сопротивление провода антенны, равное примерно 400-600 Ом (возрастает для тонких проводов). Ориентировочные зависимости этих сопротивлений для тонкой вертикальной антенны с верхней емкостной нагрузкой от соотношения λ
2.16.
Таблица 2.1 Коэффициенты для определения собственной длины волны антенны
Антенна | к |
Вертикальная | 4 |
Г-образная с короткой горизонтальной частью | 4,5-5 |
Г-образная с длинной горизонтальной частью | 5-6 |
Т-образная с длинной горизонтальной частью | 6-8 |
Зонтичная с 4-6 лучами | 6-10 |
Для антенн, работающих на волнах длиннее собственной, реактивное сопротивление носит емкостный характер, сильно возрастая с укорочением антенны (поскольку уменьшается емкость).
Читать дальше — Мощность, отдаваемая антенной без потерь
Теория антенн. В чем именно заключается причина нулевого реактивного сопротивления, наблюдаемого в импедансе в центральной точке питания резонансного полуволнового диполя?
Нулевое реактивное сопротивление означает, что напряжение и ток совпадают по фазе.
Например, рассмотрим источник напряжения, подключенный к нереактивной нагрузке. Это означает, что пики приложенного напряжения должны совпадать с пиками результирующего тока.
В равной степени допустимо рассматривать источник тока, подключенный к нереактивной нагрузке.
При этом пики приложенного тока должны совпадать с пиками результирующего напряжения.
В любом случае реактивное сопротивление является частью импеданса, а импеданс представляет собой отношение между напряжением и током.
Диполь — это всего лишь кусок симметричной линии передачи, разорванный на части. Что происходит, когда скачок напряжения постоянного тока прикладывается к концу участка линии передачи, которая открыта на конце, противоположном источнику напряжения?
смоделируйте эту цепь – схема создана с помощью CircuitLab
Если мы хотим узнать импеданс этой «нагрузки» (линии передачи), нам нужно знать, какой ток течет. Мы знаем, что в конечном итоге ток должен быть равен нулю, потому что в конце цепь разомкнута. Но откуда шаг напряжения может знать это, еще не увидев открытый конец?
Сначала протекает некоторый ток в количестве, определяемом импульсным сопротивлением (также известным как волновое сопротивление) линии передачи.
Но ток ограничен до нуля на открытом конце, поэтому на исходную волну накладывается отраженная волна, распространяющаяся от открытого конца и обратно к источнику напряжения. Это может помочь поиграть с симулятором линии передачи во временной области, чтобы получить представление об этом процессе.
Ключевым моментом является то, что происходит, когда отраженная волна возвращается к источнику. В случае шага постоянного тока источник будет видеть слишком большое напряжение, и поэтому он уменьшит ток. И это запускает еще один раунд распространения волны, с каждой итерацией приближаясь к тому, что, как мы знаем, должно быть решение постоянного тока: нулевой ток, то есть бесконечный импеданс.
Но в случае переменного тока источником напряжения является не ступенька, а скорее синусоида. Мы должны учитывать как фазу отраженной волны, так и дополнительную фазовую задержку, вносимую распространением прямой волны, а затем отраженной волны.
Какова именно причина нулевого реактивного сопротивления, наблюдаемого в импедансе в центральной точке питания резонансного полуволнового диполя?
Когда линия передачи открыта, ток отраженной волны всегда будет равен, но противоположен прямой волне, потому что открытый конец всегда хочет нейтрализовать ток, чтобы сделать его равным нулю.
Другими словами, отражение добавляет фазовую задержку на 180 градусов.
Когда длина линии передачи составляет 90 градусов, она резонансная. Это связано с тем, что 90 градусов задержки для прямой волны, плюс 90 градусов для отраженной волны, плюс 180 градусов для фазы отражения равно 360 или 0 градусов. Ток находится в фазе с напряжением, что означает нулевое реактивное сопротивление, что означает резонанс.
Я пока не понимаю, как во все это вписывается стойкость к радиации.
В случае идеальной 1/4-волновой линии передачи полное сопротивление источника напряжения равно 0+0j Ом. Это связано с тем, что ток от каждой отраженной волны усиливает каждую прямую волну, и в системе нет потерь, поэтому ток нарастает до бесконечности. Но в идеальном резонансном диполе часть энергии теряется на излучение (представленное сопротивлением), и поэтому ток увеличивается до большой, но конечной величины, что приводит к низкому, но ненулевому импедансу около 70 + 0 Дж Ом.
Теперь, что насчет этого графика:
На первый взгляд кажется, что красная и синяя кривые, помеченные как «напряжение» и «ток» соответственно, не синфазны, а квадратурны. Как это согласуется с приведенным выше объяснением, где напряжение и ток совпадают по фазе?
Более запутанной, но, возможно, более полезной является старая версия изображения, которая показывает только стоячую волну, но не включает влияние источника напряжения (возможно, было бы лучше, если бы иллюстрация не включала источник напряжения, поскольку его эффекты не показаны):
Здесь красная и синяя кривые находятся точно в квадратуре. И это не ошибка, так как стоячая волна чисто реактивная.
Я думаю, что на этом изображении сбивает с толку то, что на нем просто написано «V» (напряжение), не объясняя, что это значит. Все, что измеряется в вольтах, можно назвать напряжением. Это не очень конкретно или полезно.
Если нас интересует импеданс точки питания, то напряжение, которое нас интересует, — это, в частности, разность электрических потенциалов между двумя клеммами точки питания.
Если нас волнуют электромагнитные поля вокруг диполя, нас, вероятно, больше волнует напряженность электрического поля, которая является векторной величиной для некоторой точки пространства вокруг антенны и измеряется в вольтах на метр.
«Напряжение» на графике показывает электрический потенциал для каждой точки по длине антенны. Электрический потенциал — это разность электрических потенциалов между измеренной точкой и теоретически бесконечно удаленной точкой, которая по определению равна 0 вольт. В случае диполя электрический потенциал прямо в центре также равен 0 вольт.
Теперь возникает вопрос: как разность электрических потенциалов между клеммами точки питания может быть в фазе с током, когда на графике синяя кривая явно не совпадает по фазе с красной кривой?
Ответ довольно прост: теоретически клеммы точки питания разделены лишь бесконечно малым расстоянием. На самом деле не имеет значения, что делает синяя кривая, потому что разность электрических потенциалов между двумя точками приближается к нулю, когда две точки приближаются к нулевому разделению.
Иными словами, разность электрических потенциалов между двумя точками в однородном электрическом поле равна напряженности электрического поля (вольт/метр), умноженной на расстояние между точками (метр). Если расстояние мало, разностью электрических потенциалов можно пренебречь.
Полная картина того, что происходит на диполе, представляет собой суперпозицию:
- стоячих волн, показанных на изображении выше, где электрическое и магнитное поля находятся в квадратуре, и
- влияние источника напряжения (или тока), управляющего антенной, когда напряжение и ток совпадают по фазе.
Мое понимание, которое с течением времени становится все более и более запутанным, заключается в том, что при резонансе напряжение стоячей волны, которое на 90 градусов не совпадает по фазе с приложенным током, всегда равно нулю в точке подачи при резонансе.
Хотя это правда, что стоячие волны связаны с высокой напряженностью электрического поля вокруг клемм точки питания, пока клеммы не находятся далеко друг от друга, это имеет незначительное значение для разности электрических потенциалов между клеммами.
Резонансна ли антенна на частоте с наименьшим импедансом?
Задавать вопрос
спросил
Изменено 3 года, 3 месяца назад
Просмотрено 681 раз
$\begingroup$
Я понимаю, что антенна находится в резонансе на частоте, где емкостное и индуктивное сопротивление уравновешиваются до 0. В резонансе остается только резистивный импеданс.
Означает ли это, что полное сопротивление является самым низким на частоте, где остается только активное сопротивление? Можем ли мы найти резонансную частоту антенны, найдя самую низкую точку на кривой ее импеданса?
- теория антенн
- импеданс
$\endgroup$
5
$\begingroup$
Марчин, как вы упомянули, антенна находится в резонансе, когда в импедансе, наблюдаемом в точке подачи для частоты, которую вы используете, отсутствует реактивное сопротивление.
Реактивное сопротивление отсутствует, потому что при резонансе напряжение и ток антенны совпадают по фазе, а не потому, что индуктивное и емкостное сопротивления уравновешиваются. Когда антенна не резонансная, напряжение и ток не совпадают по фазе, что приводит к тому, что импеданс содержит некоторое реактивное сопротивление.
Предполагая, что вы не меняете антенну или ее точку питания, но вы меняете частоту, частота, при которой импеданс имеет наименьшее сопротивление (без учета наличия какого-либо реактивного сопротивления), не всегда совпадает с резонансом.
Значение резистивной или действительной части импеданса не определяет, является ли антенна резонансной. При резонансе нет реактивного сопротивления, тем более сопротивления.
$\endgroup$
4
$\begingroup$
Здесь следует помнить следующее: Передающая антенна не обязательно должна быть собственной -резонансной на рабочей частоте, чтобы быть очень эффективным излучателем электромагнитной энергии.
