Posición de equilibrio del dipolo. ¿Cuál es la diferencia entre un dipolo (antena dipolo) y una antena (antena látigo con pesos de alambre)? Antena dipolo o dipolo

Los vibradores de bucle de la serie "D" (el análogo extranjero más cercano de ANT150D de Telewave) se fabrican en plegable de tres partes: el vibrador de bucle real (1), la cruceta (2) y la unidad de montaje (3) (ver figura).

El vibrador de bucle está hecho de un tubo de aluminio de paredes gruesas y tiene una longitud de aproximadamente 1/2. El punto de unión (4) al travesaño se suelda mediante soldadura de arco de argón, lo que garantiza un contacto eléctrico fiable en el antinodo de corriente. Se utiliza un transformador de 1/4 de onda para emparejar con un cable de 50 ohmios, gracias a la línea de alimentación tendida dentro del dipolo, la antena está equilibrada.

Todos los contactos están soldados y las conexiones roscadas están pintadas. Toda la unidad de alimentación está sellada: se usa tubería de PVC para endurecer, y se usa tubería termorretráctil junto con sellador adhesivo molecular para sellar (5). Toda la antena está protegida de entornos agresivos con un revestimiento de polímero. Travesía de la antena: se coloca cuidadosamente un tubo con un diámetro de 35 mm en el dipolo para facilitar el montaje de la antena. El punto de enganche al mástil es de siluminio fundido. El procesamiento adicional también proporciona un acoplamiento confiable con la cruceta y un fácil acoplamiento a un mástil con un diámetro de 38-65 mm en cualquier ángulo. La antena tiene una marca (6) para una correcta puesta en fase, así como un orificio de drenaje (7) en la parte inferior del vibrador.

La antena utiliza un cable doméstico (8) RK 50-7-11 con bajas pérdidas (0,09 dB / ma 150 MHz). Las antenas están equipadas con conectores tipo N (9), que están cuidadosamente soldados y sellados.

El cómodo embalaje de cartón le permite transportar la antena por cualquier medio de transporte.

Los dipolos de bucle de la serie "DP" tienen algunas diferencias estructurales con los dipolos de la serie "D".

En primer lugar, esta antena tiene un diseño no separable: el dipolo (10) en sí está soldado a una transversal corta (11). La fuente de alimentación del dipolo es asimétrica, lo que, sin embargo, no perjudica en lo más mínimo sus características. Debido a la proximidad al mástil del reflector, la banda es algo más estrecha y asciende a 150-170 MHz, y el nivel de radiación hacia atrás es 10 dB menor. Pero en la dirección principal, la ganancia es de 3 dBd.

En segundo lugar, la fijación al mástil se realiza con abrazaderas ligeras de acero galvanizado (12) y permite fijar la antena al mástil (13) con un diámetro de 25-60 mm. En todos los demás aspectos, la tecnología de fabricación de las antenas de la serie "DP" no difiere de la de los dipolos de la serie "D".

Los dipolos de la serie DH son las antenas más baratas. Son un kit de bricolaje, donde en unos minutos, siguiendo nuestras instrucciones, ensamblará un vibrador de puesta a tierra clásico coordinado con rayos gamma lineales. El kit incluye el propio emisor: un pin con un diámetro de 12 mm (14), un travesaño (15) con un orificio para la fijación y un soporte soldado con un conector (16).

Los detalles del gamma-matcher le permiten sintonizar el dipolo casi a la perfección en cualquier frecuencia que elija (utilizando un OTDR convencional).

Cada dipolo está equipado con instrucciones detalladas sobre configuración y gráficos de longitudes de vibrador.

¡En manos del maestro, este conjunto se convertirá en un verdadero sistema de antena de comunicación de alto rendimiento!

Considere el campo del sistema más simple de cargas puntuales. El sistema más simple de cargas puntuales es un dipolo eléctrico. Un dipolo eléctrico es un conjunto de igual magnitud, pero de signo opuesto, dos cargas puntuales –Q y + q se desplazaron entre sí por cierta distancia. Sea el vector de radio extraído de una carga negativa a una positiva. Vector

se llama momento eléctrico del dipolo o momento dipolar, y el vector se llama brazo del dipolo. Si la longitud es insignificante en comparación con la distancia desde el dipolo al punto de observación, entonces el dipolo se llama punto.

Calculemos el campo eléctrico de un dipolo de punto eléctrico. Dado que el dipolo es un punto, no hay diferencia, dentro de la precisión del cálculo, desde qué punto del dipolo se mide la distancia. r hasta el punto de observación. Deja que el punto de observación A se encuentra en la continuación del eje dipolo (Fig. 1.13). De acuerdo con el principio de superposición para el vector de tensión, la tensión campo eléctrico en este punto será igual a

se asumió que ,.

En forma vectorial

donde y son las intensidades de campo excitadas por cargas puntuales –Q y + q... La figura 1.14 muestra que el vector es antiparalelo al vector y su módulo para un dipolo puntual está determinado por la expresión

aquí se tiene en cuenta que bajo los supuestos realizados.

En forma vectorial, la última expresión se reescribirá de la siguiente manera

No es necesario que la perpendicular JSC Pasó por el centro del dipolo puntual. En la aproximación adoptada, la fórmula obtenida sigue siendo válida incluso cuando está más allá del punto O se acepta cualquier punto del dipolo.

El caso general se reduce a los casos especiales analizados (fig. 1.15). Omitámoslo de la carga + q perpendicular CD en la línea de observación Virginia... Poner en el punto D cargas de dos puntos + q y –Q... Esto no cambiará los márgenes. Pero el conjunto resultante de cuatro cargas se puede considerar como un conjunto de dos dipolos con momentos dipolares y. Podemos reemplazar el dipolo con la suma geométrica de los dipolos y. Aplicando ahora a los dipolos y las fórmulas obtenidas anteriormente para la fuerza en la extensión del eje del dipolo y en la perpendicular restituida al eje del dipolo, de acuerdo con el principio de superposición, obtenemos:

Teniendo en cuenta eso, obtenemos:

usado aquí que.

Así, la característica del campo eléctrico de un dipolo es que disminuye proporcionalmente en todas las direcciones, es decir, más rápido que el campo de una carga puntual.

Consideremos ahora las fuerzas que actúan sobre un dipolo en un campo eléctrico. En un campo uniforme, cargas + q y –Q estará bajo la influencia de fuerzas iguales en magnitud y opuestas en dirección y (Fig. 1.16). El momento de este par de fuerzas será:

El momento tiende a rotar el eje del dipolo a la posición de equilibrio, es decir, en la dirección del vector. Hay dos posiciones de equilibrio de un dipolo: cuando el dipolo es paralelo al campo eléctrico y antiparalelo a él. La primera posición será estable, pero la segunda no, ya que en el primer caso, con una pequeña desviación del dipolo de la posición de equilibrio, surgirá un momento de un par de fuerzas tendientes a devolverlo a su posición original, en el segundo caso, el momento emergente aleja aún más al dipolo de la posición de equilibrio.

Teorema de gauss

Como se mencionó anteriormente, se acordó trazar las líneas de fuerza con tal densidad que el número de líneas que penetran una unidad de la superficie perpendicular a las líneas del sitio sería igual al módulo del vector. Entonces, por el patrón de las líneas de tensión, uno puede juzgar no solo la dirección, sino también la magnitud del vector en diferentes puntos del espacio.

Considere las líneas de fuerza de una carga puntual positiva estacionaria. Son líneas rectas radiales que emergen de la carga y terminan en el infinito. Nosotros llevaremos a cabo norte tales líneas. Luego a la distancia r de la carga, el número de líneas de fuerza que cruzan la superficie unitaria de la esfera de radio r, será igual. Este valor es proporcional a la intensidad de campo de una carga puntual a una distancia r. Número norte siempre puedes elegir tal que la igualdad

dónde . Dado que las líneas de fuerza son continuas, el mismo número de líneas de fuerza se cruzan con una superficie cerrada de cualquier forma que abarque la carga. q. Dependiendo del signo de la carga, las líneas de fuerza entran en esta superficie cerrada o salen. Si el número de líneas salientes se considera positivo y el número de líneas entrantes es negativo, puede omitir el signo del módulo y escribir:

Flujo del vector de tensión. Coloquemos un área elemental con un área en el campo eléctrico. El área debe ser tan pequeña que la intensidad del campo eléctrico en todos sus puntos pueda considerarse la misma. Dibujemos una normal al sitio (Fig. 1.17). La dirección de esta normal es arbitraria. La normal forma un ángulo con el vector. El flujo del vector de intensidad del campo eléctrico a través de la superficie seleccionada es el producto del área de la superficie por la proyección del vector de intensidad del campo eléctrico en la normal al área:

donde es la proyección del vector sobre la normal al área.

Dado que el número de líneas de fuerza que penetran en una unidad de área es igual al módulo del vector de intensidad en la vecindad del área seleccionada, el flujo del vector de intensidad a través de la superficie es proporcional al número de líneas de fuerza que cruzan esta superficie. Por lo tanto, en el caso general, el flujo del vector de intensidad de campo a través del área se puede interpretar claramente como un valor igual al número de líneas de fuerza que penetran en esta área:

Tenga en cuenta que la elección de la dirección de la normal es condicional; puede dirigirse en la otra dirección. En consecuencia, el flujo es una cantidad algebraica: el signo del flujo depende no solo de la configuración del campo, sino también de la orientación mutua del vector normal y el vector de intensidad. Si estos dos vectores forman un ángulo agudo, el flujo es positivo; si es obtuso, es negativo. En el caso de una superficie cerrada, se acostumbra llevar la normal al exterior de la zona cubierta por esta superficie, es decir, elegir la normal exterior.

Si el campo no es homogéneo y la superficie es arbitraria, entonces el flujo se define de la siguiente manera. Toda la superficie debe dividirse en pequeños elementos con un área, calcular los flujos de intensidad a través de cada uno de estos elementos y luego sumar los flujos a través de todos los elementos:

Por tanto, la intensidad del campo caracteriza al campo eléctrico en un punto del espacio. El flujo de intensidad no depende del valor de la intensidad del campo en un punto dado, sino de la distribución del campo sobre la superficie de un área en particular.

Las líneas de fuerza del campo eléctrico pueden comenzar solo con cargas positivas y terminar con cargas negativas. No pueden comenzar ni terminar en el espacio. Por lo tanto, si no hay carga eléctrica dentro de un cierto volumen cerrado, entonces el número total de líneas que entran y salen de este volumen debe ser igual a cero. Si salen más líneas del volumen de las que entran, entonces hay una carga positiva dentro del volumen; si hay más líneas adentro que afuera, entonces debe haber una carga negativa adentro. Si la carga total dentro del volumen es igual a cero o en ausencia de una carga eléctrica en él, las líneas de campo lo penetran y el flujo total es cero.

Estas simples consideraciones son independientes de cómo carga eléctrica distribuido dentro del volumen. Puede ubicarse en el centro del volumen o cerca de la superficie que define el volumen. El volumen puede contener varias cargas positivas y negativas, distribuidas dentro del volumen de cualquier forma. Solo la carga total determina el número total de líneas de tensión entrantes o salientes.

Como puede verse en (1.4) y (1.5), el flujo del vector de intensidad del campo eléctrico a través de una superficie cerrada arbitraria que cubre la carga q, es igual. Si dentro de la superficie hay norte cargas, entonces, de acuerdo con el principio de superposición de campos, el flujo total será la suma de los flujos de las intensidades de campo de todas las cargas y será igual, donde en este caso se entiende la suma algebraica de todas las cargas cubiertas por un superficie cerrada.

Teorema de Gauss. Gauss fue el primero en descubrir el simple hecho de que el flujo del vector de intensidad del campo eléctrico a través de una superficie cerrada arbitraria debe estar asociado con la carga total dentro de este volumen.

A cada dispositivo inalámbrico se necesita una antena. Este dispositivo mecánico conductor es un transductor que convierte una señal de radiofrecuencia (RF) transmitida en eléctrica y campos magnéticos constituyendo una onda de radio. También convierte la onda de radio recibida nuevamente en una señal eléctrica. Es posible una variedad casi infinita de configuraciones para las antenas. Sin embargo, la mayoría de ellos se basan en dos tipos principales: antenas dipolo y látigo.

Antenas

Una onda de radio contiene un campo eléctrico perpendicular al campo magnético. Ambos son perpendiculares a la dirección de propagación (figura siguiente). Es este campo electromagnético el que crea la antena. La señal emitida por el dispositivo se genera en el transmisor y luego se envía a la antena mediante una línea de transmisión, generalmente un cable coaxial.

Las líneas son líneas de fuerza magnéticas y eléctricas que se mueven juntas y se apoyan entre sí a medida que "se mueven hacia afuera" de la antena.

El voltaje crea un campo eléctrico alrededor de los elementos de la antena. La corriente en la antena crea un campo magnético. Los campos eléctricos y magnéticos se combinan y regeneran entre sí de acuerdo con las conocidas ecuaciones de Maxwell, y se envía una onda "combinada" desde la antena al espacio. Cuando se recibe una señal, la onda electromagnética induce un voltaje en la antena, que vuelve a convertir la onda electromagnética en una señal eléctrica que puede procesarse más.

La consideración principal en la orientación de cualquier antena es la polarización, que se refiere a la orientación del campo eléctrico (E) con el suelo. También es la orientación de los elementos transmisores con respecto al suelo. Verticalmente antena instalada, perpendicular al suelo, emite una onda polarizada verticalmente. Por lo tanto, una antena colocada horizontalmente emite una onda polarizada horizontalmente.

La polarización también puede ser circular. Las configuraciones especiales, como las antenas helicoidales o helicoidales, pueden emitir una onda giratoria, creando una onda polarizada giratoria. La antena puede crear una dirección de rotación hacia la derecha o hacia la izquierda.

Idealmente, las antenas tanto en el transmisor como en el receptor deberían tener la misma polarización. A frecuencias inferiores a unos 30 MHz, la onda suele reflejarse, refractarse, rotarse o modificarse de otro modo por la atmósfera, la tierra u otros objetos. Por lo tanto, la coincidencia de polarización en los dos lados no es crítica. En las frecuencias de VHF, UHF y UHF, la polarización debe ser la misma para garantizar la mejor transmisión de señal posible. Y tenga en cuenta que las antenas exhiben reciprocidad, es decir, funcionan igualmente bien para transmitir y recibir.

Antena dipolo o dipolo

Un dipolo es una estructura de media onda hecha de alambre, tubo, placa de circuito impreso(PCB) u otro material conductor. Se divide en dos cuartos de onda iguales y se alimenta a través de una línea de transmisión.

Las líneas muestran la distribución de campos eléctricos y magnéticos. Una longitud de onda (λ) es igual a:

media ola:

λ / 2 = 492 / f MHz

La longitud real generalmente se acorta según el tamaño de los cables de la antena. Mejor aproximación a la longitud eléctrica:

λ / 2 = 492 K / f MHz

donde K es el coeficiente que conecta el diámetro del conductor con su longitud. Esto es 0,95 para antenas cableadas con una frecuencia de 30 MHz o menos. O:

λ / 2 = 468 / f MHz

Longitud en pulgadas:

λ / 2 = 5904 K / f MHz

El valor K es menor para elementos de mayor diámetro. Para un tubo de media pulgada, K es 0,945. Un canal dipolo para 165 MHz debería ser:

λ / 2 = 5904 (0.945) / 165 = 33.81 pulgadas

o dos segmentos de 16,9 pulgadas.

La longitud es importante porque la antena es un dispositivo resonante. Para obtener la máxima eficiencia de radiación, debe sintonizarse con la frecuencia de funcionamiento. Sin embargo, la antena funciona razonablemente bien en un rango de frecuencia estrecho como un filtro resonante.

El ancho de banda de un dipolo es función de su estructura. Por lo general, se define como el rango en el que la relación de onda estacionaria (ROE) de la antena es inferior a 2: 1. El VSWR está determinado por la cantidad de señal reflejada desde el dispositivo a lo largo de la línea de transmisión que lo alimenta. Es una función de la impedancia de la antena en relación con la impedancia de la línea de transmisión.

La línea de transmisión ideal es un par conductor balanceado con impedancia de 75 ohmios. También puedes usar cable coaxial con una impedancia característica de 75 Ohm (Zo). También se puede utilizar un cable coaxial con una impedancia característica de 50 ohmios, ya que se adapta bien a la antena si está a menos de la mitad de la longitud de onda sobre el suelo.

El cable coaxial es una línea no balanceada ya que la corriente de RF fluirá fuera del blindaje coaxial, creando algunas interferencias inducidas no deseadas en los dispositivos cercanos, aunque la antena funcionará razonablemente bien. El mejor método de alimentación es utilizar un balun en el punto de alimentación con cable coaxial. Un transformador de equilibrio es un dispositivo transformador que convierte señales balanceadas en señales no balanceadas, o viceversa.

El dipolo se puede instalar horizontal o verticalmente según la polarización deseada. Lo ideal es que la línea de suministro discurra perpendicular a los elementos radiantes para evitar la distorsión de la radiación, por lo que el dipolo suele estar orientado horizontalmente.

El patrón de radiación de una señal de antena depende de su estructura e instalación. La radiación física es tridimensional, pero generalmente está representada por patrones de radiación tanto horizontales como verticales.

El patrón direccional horizontal del dipolo es la figura ocho (Figura 3). La señal máxima aparece en la antena. La figura 4 muestra el patrón de radiación vertical. Estos son patrones ideales que se distorsionan fácilmente por el suelo y cualquier objeto cercano.

La ganancia de la antena está relacionada con la directividad. La ganancia generalmente se expresa en decibelios (dB) con alguna referencia, como una antena isotrópica, que es una fuente puntual de energía de radiofrecuencia que irradia una señal en todas las direcciones. Piense en una fuente de luz puntual que ilumina el interior de una esfera en expansión. Una antena isotrópica tiene una ganancia de 1 o 0 dB.

Si el transmisor forma o enfoca el patrón de radiación y lo hace más direccional, tiene una ganancia de antena isotrópica. El dipolo tiene una ganancia isotrópica de 2,16 dBi. En algunos casos, la ganancia se expresa en función de la referencia del dipolo en dBd.

Antena vertical con reflectores horizontales adicionales

Este dispositivo es esencialmente medio dipolo montado verticalmente. El término monopolo también se utiliza para describir este entorno. El suelo debajo de la antena, la superficie conductora con el radio más pequeño de λ / 4, o un patrón de conductores λ / 4 llamado radial, constituyen la otra mitad de la antena (Figura 5).

Si la antena está conectada a una buena tierra, se llama antena Marconi. La estructura principal es la otra mitad λ / 4 del transmisor. Si el plano de tierra es de suficiente tamaño y conductividad, entonces el rendimiento de la conexión a tierra es equivalente a un dipolo montado verticalmente.

Longitud vertical de cuarto de onda:

λ / 4 = 246 K / f MHz

El factor K es inferior a 0,95 para las verticales, que normalmente se fabrican con un tubo más ancho.

La impedancia del punto de alimentación es de medio dipolo o aproximadamente 36 ohmios. La cifra real depende de la altura sobre el suelo. Como un dipolo, el plano de tierra es resonante y generalmente tiene un componente reactivo en su impedancia fundamental. La línea de transmisión más común es la coaxial de 50 Ω porque coincide relativamente bien con la impedancia de la antena con un VSWR por debajo de 2: 1.

Una antena vertical con un elemento reflectante adicional no es direccional. Un patrón de radiación horizontal es un círculo en el que un dispositivo emite una señal igualmente bien en todas las direcciones. La figura 6 muestra el patrón de radiación vertical. En comparación con el patrón direccional vertical del dipolo, el plano de tierra tiene un ángulo de radiación más bajo, lo que tiene la ventaja de una dispersión más amplia a frecuencias por debajo de aproximadamente 50 MHz.

conclusiones

Además, se pueden fabricar dos o más antenas verticales con un elemento reflectante adicional para crear una señal amplificada más direccional. Por ejemplo, una radio direccional AM usa dos o más torres para dirigir una señal fuerte en una dirección mientras la suprime en la otra.

Relación de ondas estacionarias

Las ondas estacionarias son patrones de distribución de voltaje y corriente a lo largo de una línea de transmisión. Si la impedancia característica (Zo) de la línea coincide con la impedancia de salida del generador (transmisor) y la carga de la antena, el voltaje y la corriente a lo largo de la línea son constantes. Con una impedancia adaptada, se produce la máxima transferencia de potencia.

Si la carga de la antena no coincide con la impedancia de la línea, la carga no absorbe toda la potencia transmitida. Cualquier potencia no absorbida por la antena se refleja a lo largo de la línea, interfiriendo con la señal directa y creando cambios en la corriente y el voltaje a lo largo de la línea. Estas variaciones son ondas estacionarias.

La medida de esta discrepancia es la relación de ondas estacionarias (ROE). VSWR generalmente se expresa como la relación de los valores máximo y mínimo de los valores de voltaje o corriente directa e inversa a lo largo de la línea:

VSWR = I max / I min = V max / V min

Otros más de una manera sencilla para expresar la ROE es la relación entre la impedancia de caracterización de la línea de transmisión (Zo) y la impedancia de la antena (R):

ROE = Z o / R o R / Z o

dependiendo de qué impedancia sea mayor.

La ROE ideal es 1: 1. Una ROE de 2 a 1 indica un 10% de potencia reflejada, lo que significa que el 90% de la potencia transmitida va a la antena. VSWR de 2: 1 generalmente se considera el máximo aceptable para la mayoría trabajo efectivo sistemas.