Hem / Råd/ Dipolens jämviktsposition. Vad är skillnaden mellan en dipol (dipolantenn) och en antenn (piskantenn med trådvikter)? Dipol- eller dipolantenn

Dipolens jämviktsposition. Vad är skillnaden mellan en dipol (dipolantenn) och en antenn (piskantenn med trådvikter)? Dipol- eller dipolantenn

Slingvibratorer i "D"-serien (den närmaste utländska analogen till ANT150D från Telewave) är tillverkade i hopfällbar från tre delar - själva slingvibratorn (1), tvärhuvudet (2) och monteringsenheten (3) (se figur).

Slingvibratorn är gjord av tjockväggigt aluminiumrör och har en längd på ca 1/2. Fästpunkten (4) till traversen är svetsad med argonbågsvetsning, vilket garanterar tillförlitlig elektrisk kontakt i den aktuella antinoden. En 1/4-vågstransformator används för matchning med en 50-ohms kabel, tack vare den utlagda kraftledningen inuti dipolen är antennen balanserad.

Alla kontakter är lödda och skruvförbanden målas över. Hela matningsenheten är förseglad: PVC-slang används för att förstyva, och krympslang tillsammans med molekylärt självhäftande tätningsmedel används för tätning (5). Hela antennen skyddas från aggressiva miljöer av en polymerbeläggning. Antenntravers - ett rör med en diameter på 35 mm är noggrant monterat på dipolen för att underlätta antennmontering. Fästpunkten till masten är gjuten silumin. Ytterligare bearbetning ger också tillförlitlig dockning med tvärhuvudet och enkel montering i en mast med en diameter på 38-65 mm i valfri vinkel. Antennen har ett märke (6) för korrekt fasning, samt ett dräneringshål (7) i botten av vibratorn.

Antennen använder en hemkabel (8) RK 50-7-11 med låga förluster (0,09 dB / m vid 150 MHz). Antennerna är utrustade med N-typ kontakter (9), som är noggrant lödda och tätade.

Bekväm kartongförpackning gör att du kan transportera antennen med vilket transportmedel som helst.

Slingdipoler i "DP"-serien har vissa strukturella skillnader från dipolerna i "D"-serien.

För det första har denna antenn en icke-separerbar design - dipolen (10) själv är svetsad till en kort travers (11). Strömförsörjningen till dipolen är asymmetrisk, vilket dock inte det minsta försämrar dess egenskaper. På grund av närheten till reflektormasten är bandet något smalare och uppgår till 150-170 MHz, och bakåtstrålningsnivån är 10 dB lägre. Men i huvudriktningen är förstärkningen 3 dBd.

För det andra utförs infästning på masten med lätta galvaniserade stålklämmor (12) och gör att du kan fästa antennen på masten (13) med en diameter på 25-60 mm. I alla andra avseenden skiljer sig inte tillverkningstekniken för antennerna i "DP"-serien från dipolerna i "D"-serien.

DH-seriens dipoler är de billigaste antennerna. De är ett gör-det-själv-kit, där du inom några minuter, med hjälp av våra instruktioner, kommer att montera en klassisk linjär gamma-koordinerad jordad vibrator. Satsen innehåller själva sändaren - ett stift med en diameter på 12 mm (14), en travers (15) med ett hål för fästning och en svetsad konsol med en kontakt (16).

Detaljerna i gamma-matcharen gör att du kan ställa in dipolen nästan perfekt på vilken frekvens du väljer (med en konventionell OTDR).

Varje dipol är utrustad med detaljerade instruktioner om inställning och grafer över vibratorlängder.

I mästarens händer kommer denna uppsättning att förvandlas till ett riktigt kommunikations-högpresterande antennsystem!

Tänk på området för det enklaste systemet med punktladdningar. Det enklaste systemet med punktladdningar är en elektrisk dipol. En elektrisk dipol är en uppsättning av lika stor storlek, men motsatt i tecken, tvåpunktsladdningar –Q och + q förskjutna i förhållande till varandra ett visst avstånd. Låt vara radievektorn dras från en negativ laddning till en positiv. Vektor

kallas dipolens elektriska moment eller dipolmomentet, och vektorn kallas dipolens arm. Om längden är försumbar jämfört med avståndet från dipolen till observationspunkten, så kallas dipolen punkt.

Låt oss beräkna det elektriska fältet för en elektrisk punktdipol. Eftersom dipolen är punkt gör det ingen skillnad, inom beräkningsnoggrannheten, från vilken punkt på dipolen avståndet mäts r till observationspunkten. Låt observationspunkten A ligger på dipolaxelns fortsättning (fig. 1.13). I enlighet med principen om superposition för spänningsvektorn, spänningen elektriskt fält vid denna tidpunkt kommer att vara lika med

det antogs att,.

I vektorform

var och är fältstyrkorna exciterade av punktladdningar –Q och + q... Figur 1.14 visar att vektorn är antiparallell till vektorn och dess modul för en punktdipol bestäms av uttrycket

här beaktas att under gjorda antaganden.

I vektorform kommer det sista uttrycket att skrivas om enligt följande

Det är inte nödvändigt att den vinkelräta JSC passerade genom mitten av punktdipolen. I den antagna approximationen förblir den erhållna formeln giltig även när den ligger utanför punkten O vilken punkt som helst på dipolen accepteras.

Det allmänna fallet reduceras till de analyserade specialfallen (Fig. 1.15). Låt oss utelämna från laddning + q vinkelrät CD på observationslinjen VA... Sätt på punkten D två punktsladdningar + q och –Q... Detta kommer inte att ändra marginalerna. Men den resulterande uppsättningen av fyra laddningar kan betraktas som en uppsättning av två dipoler med dipolmoment och. Vi kan ersätta dipolen med den geometriska summan av dipolerna och. Genom att nu tillämpa på dipolerna och de tidigare erhållna formlerna för intensiteten på dipolaxelns förlängning och på vinkelrät återställd till dipolaxeln, i enlighet med superpositionsprincipen, får vi:

Med tanke på det får vi:

används här det.

Det kännetecknande för det elektriska fältet hos en dipol är alltså att det minskar i alla riktningar proportionellt, det vill säga snabbare än fältet för en punktladdning.

Låt oss nu betrakta krafterna som verkar på en dipol i ett elektriskt fält. I ett enhetligt fält, laddningar + q och –Q kommer att påverkas av krafter lika stora och motsatta i riktning och (Fig. 1.16). Momentet för detta kraftpar kommer att vara:

Momentet tenderar att rotera dipolens axel till jämviktsläget, det vill säga i vektorns riktning. Det finns två jämviktspositioner för en dipol: när dipolen är parallell med det elektriska fältet och antiparallell med det. Den första positionen kommer att vara stabil, men den andra kommer inte, eftersom i det första fallet, med en liten avvikelse av dipolen från jämviktspositionen, kommer ett moment av ett par krafter att uppstå, som tenderar att återställa det till sitt ursprungliga läge, i det andra fallet tar det emerging moment dipolen ännu längre från jämviktspositionen.

Gauss sats

Som nämnts ovan kom man överens om att kraftlinjerna skulle ritas med en sådan täthet att antalet linjer som penetrerar en yta vinkelrät mot platsens linjer skulle vara lika med vektorns modul. Sedan, genom mönstret av spänningslinjerna, kan man bedöma inte bara riktningen, utan också storleken på vektorn vid olika punkter i rymden.

Betrakta kraftlinjerna för en stationär positiv punktladdning. De är radiella räta linjer som kommer ut från laddningen och slutar i oändligheten. Vi kommer att genomföra N sådana rader. Sedan på avstånd r från laddningen, antalet kraftlinjer som korsar enhetens yta av radiesfären r, kommer att vara lika. Detta värde är proportionellt mot fältstyrkan hos en punktladdning på avstånd r. siffra N du kan alltid välja så att jämställdheten

var . Eftersom kraftlinjerna är kontinuerliga, skär samma antal kraftlinjer en sluten yta av vilken form som helst som omfattar laddningen q. Beroende på laddningens tecken går kraftlinjerna antingen in i denna slutna yta eller går ut. Om antalet utgående linjer anses positivt, och antalet inkommande linjer är negativt, kan du utelämna modultecknet och skriva:

(1.4)

Spänning vektor flöde. Låt oss placera ett elementärt område med ett område i det elektriska fältet. Arean bör vara så liten att den elektriska fältstyrkan vid alla dess punkter kan anses vara densamma. Låt oss rita en normal till platsen (Fig. 1.17). Riktningen för denna normala är godtycklig. Normalen gör en vinkel med vektorn. Flödet av vektorn för elektrisk fältstyrka genom den valda ytan är produkten av ytarean genom projektionen av vektorn för elektrisk fältstyrka på normalen till området:

var är projektionen av vektorn på normalen till området.

Eftersom antalet kraftlinjer som penetrerar en enhetsarea är lika med modulen för intensitetsvektorn i närheten av det valda området, är intensitetsvektorns flöde genom ytan proportionell mot antalet kraftlinjer som korsar denna yta. Därför, i det allmänna fallet, kan flödet av fältstyrkevektorn genom området tydligt tolkas som ett värde lika med antalet kraftlinjer som penetrerar detta område:

(1.5)

Observera att valet av normalens riktning är villkorat, det kan riktas åt andra hållet. Följaktligen är flödet en algebraisk storhet: tecknet för flödet beror inte bara på fältkonfigurationen utan också på den inbördes orienteringen av normalvektorn och intensitetsvektorn. Om dessa två vektorer bildar en spetsig vinkel är flödet positivt, om det är trubbigt är det negativt. I fallet med en sluten yta är det vanligt att ta normalen till utsidan av det område som täcks av denna yta, det vill säga att välja den yttre normalen.

Om fältet är inhomogent och ytan är godtycklig, definieras flödet enligt följande. Hela ytan måste delas upp i små element med en area, beräkna intensitetsflödena genom vart och ett av dessa element och summera sedan flödena genom alla element:

Fältstyrkan kännetecknar alltså det elektriska fältet vid en punkt i rymden. Intensitetsflödet beror inte på fältstyrkans värde vid en given punkt, utan på fördelningen av fältet över ytan av ett visst område.

Det elektriska fältets kraftlinjer kan bara börja på positiva laddningar och sluta på negativa. De kan inte börja eller sluta i rymden. Därför, om det inte finns någon elektrisk laddning inuti en viss sluten volym, bör det totala antalet linjer som kommer in och lämnar denna volym vara lika med noll. Om fler linjer lämnar volymen än vad som kommer in i den, så finns det en positiv laddning inuti volymen; om det finns fler linjer in än ut, måste det finnas en negativ laddning inuti. Om den totala laddningen inuti volymen är lika med noll eller i frånvaro av en elektrisk laddning i den, penetrerar fältlinjerna den genom och igenom, och det totala flödet är noll.

Dessa enkla överväganden är oberoende av hur elektrisk laddning fördelade inom volymen. Den kan placeras i mitten av volymen eller nära ytan som definierar volymen. Volymen kan innehålla flera positiva och negativa laddningar, fördelade inom volymen på något sätt. Endast den totala laddningen bestämmer det totala antalet inkommande eller utgående spänningslinjer.

Som kan ses från (1.4) och (1.5), flödet av vektorn för elektrisk fältstyrka genom en godtyckligt sluten yta som täcker laddningen q,är jämställd. Om det finns inuti ytan n laddningar, då, enligt principen om överlagring av fält, kommer det totala flödet att vara summan av flödena av fältstyrkorna för alla laddningar och vara lika, där i detta fall menas den algebraiska summan av alla laddningar som omfattas av en stängd yta.

Gauss sats. Gauss var den första som upptäckte det enkla faktum att flödet av vektorn för elektrisk fältstyrka genom en godtyckligt sluten yta måste associeras med den totala laddningen inuti denna volym.

Till varje trådlös enhet en antenn behövs. Denna ledande mekaniska enhet är en givare som omvandlar en sänd radiofrekvenssignal (RF) till elektriska och magnetiska fält utgör en radiovåg. Den omvandlar också den mottagna radiovågen tillbaka till en elektrisk signal. En nästan oändlig mängd olika konfigurationer är möjliga för antenner. De flesta av dem är dock baserade på två huvudtyper: dipol- och piskantenner.

Antenner

En radiovåg innehåller ett elektriskt fält vinkelrätt mot magnetfältet. Båda är vinkelräta mot utbredningsriktningen (figur nedan). Det är detta elektromagnetiska fält som skapar antennen. Signalen som sänds ut av enheten genereras vid sändaren och skickas sedan till antennen med hjälp av en transmissionsledning, vanligtvis en koaxialkabel.

Linjer är magnetiska och elektriska kraftlinjer som rör sig tillsammans och stödjer varandra när de "rör sig utåt" från antennen.

Spänningen skapar ett elektriskt fält runt antennelementen. Strömmen i antennen skapar ett magnetfält. Elektriska och magnetiska fält kombinerar och regenererar varandra i enlighet med de välkända Maxwell-ekvationerna, och en "kombinerad" våg skickas från antennen ut i rymden. När en signal tas emot inducerar den elektromagnetiska vågen en spänning i antennen, som omvandlar den elektromagnetiska vågen tillbaka till en elektrisk signal som kan bearbetas ytterligare.

Den primära hänsynen vid orienteringen av en antenn är polarisering, vilket hänvisar till orienteringen av det elektriska fältet (E) med marken. Det är också orienteringen av de sändande elementen i förhållande till marken. Vertikalt installerad antenn, vinkelrätt mot marken, avger en vertikalt polariserad våg. Således avger en horisontellt placerad antenn en horisontellt polariserad våg.

Polarisering kan också vara cirkulär. Speciella konfigurationer som spiralformade eller spiralformade antenner kan avge en roterande våg, vilket skapar en roterande polariserad våg. Antennen kan skapa en rotationsriktning antingen till höger eller till vänster.

Helst bör antennerna vid både sändaren och mottagaren ha samma polarisation. Vid frekvenser under cirka 30 MHz reflekteras vågen, bryts, roteras eller på annat sätt modifieras av atmosfären, jorden eller andra föremål. Därför är polarisationsmatchning på de två sidorna inte kritisk. Vid VHF-, UHF- och UHF-frekvenser måste polariseringen vara densamma för att säkerställa bästa möjliga signalöverföring. Och notera att antenner uppvisar ömsesidighet, det vill säga att de fungerar lika bra för att sända och ta emot.

Dipol- eller dipolantenn

En dipol är en halvvågsstruktur gjord av tråd, rör, tryckt kretskort(PCB) eller annat ledande material. Den delas upp i två lika stora kvartsvåglängder och matas av en transmissionsledning.

Linjerna visar fördelningen av elektriska och magnetiska fält. En våglängd (λ) är lika med:

halvvåg:

λ/2 = 492/f MHz

Den faktiska längden förkortas vanligtvis beroende på storleken på antenntrådarna. Bästa uppskattning av elektrisk längd:

λ/2 = 492 K/f MHz

där K är koefficienten som förbinder ledarens diameter med dess längd. Detta är 0,95 för trådbundna antenner med en frekvens på 30 MHz eller mindre. Eller:

λ/2 = 468/f MHz

Längd i tum:

λ/2 = 5904 K/f MHz

K-värdet är lägre för element med större diameter. För ett halvtumsrör är K 0,945. En dipolkanal för 165 MHz bör vara:

λ / 2 = 5904 (0,945) / 165 = 33,81 tum

eller två 16,9-tumssegment.

Längden är viktig eftersom antennen är en resonansanordning. För maximal strålningseffektivitet måste den ställas in på arbetsfrekvensen. Antennen fungerar dock hyfsat bra över ett smalt frekvensområde som ett resonansfilter.

Bandbredden för en dipol är en funktion av dess struktur. Det definieras vanligtvis som det område där antennens stående vågförhållande (SWR) är mindre än 2:1. VSWR bestäms av mängden signal som reflekteras från enheten tillbaka längs överföringslinjen som matar den. Det är en funktion av antennimpedansen i förhållande till överföringsledningens impedans.

Den ideala transmissionsledningen är ett balanserat ledande par med 75 ohm impedans. Du kan också använda koaxialkabel med en karakteristisk impedans på 75 Ohm (Zo). En koaxialkabel med en karakteristisk impedans på 50 ohm kan också användas då den matchar antennen bra om den är mindre än halva våglängden ovan jord.

Koaxialkabeln är en obalanserad linje eftersom RF-ström kommer att flyta utanför koaxialskärmen, vilket skapar en del oönskade inducerade störningar i närliggande enheter, även om antennen kommer att fungera ganska bra. Den bästa matningsmetoden är att använda en balun vid matningspunkten med koaxialkabel. En balanserande transformator är en transformatorenhet som omvandlar balanserade signaler till obalanserade signaler, eller vice versa.

Dipolen kan installeras horisontellt eller vertikalt beroende på önskad polarisation. Matningsledningen bör helst löpa vinkelrätt mot strålningselementen för att undvika distorsion av strålningen, därför är dipolen oftast orienterad horisontellt.

Strålningsmönstret för en antennsignal beror på dess struktur och installation. Fysisk strålning är tredimensionell, men den representeras vanligtvis av både horisontella och vertikala strålningsmönster.

Det horisontella riktningsmönstret för dipolen är figur åtta (Figur 3). Den maximala signalen visas vid antennen. Figur 4 visar det vertikala strålningsmönstret. Dessa är idealiska mönster som lätt förvrängs av marken och alla närliggande föremål.

Antennförstärkning är relaterad till riktverkan. Förstärkning uttrycks vanligtvis i decibel (dB) med någon referens, till exempel en isotrop antenn, som är en punktkälla för radiofrekvensenergi som utstrålar en signal i alla riktningar. Tänk på en punktljuskälla som lyser upp det inre av en expanderande sfär. En isotrop antenn har en förstärkning på 1 eller 0 dB.

Om sändaren bildar eller fokuserar strålningsmönstret och gör det mer riktat har den en isotrop antennförstärkning. Dipolen har en isotropisk förstärkning på 2,16 dBi. I vissa fall uttrycks förstärkningen som en funktion av dipolreferensen i dBd.

Vertikal antenn med extra horisontella reflektorer

Denna enhet är i huvudsak en halv dipol monterad vertikalt. Termen monopol används också för att beskriva denna inställning. Jorden under antennen, den ledande ytan med den minsta λ / 4 i radie, eller ett mönster av λ / 4 ledare som kallas radiell, utgör den andra halvan av antennen (Figur 5).

Om antennen är ansluten till en bra jord kallas den för Marconi-antenn. Huvudstrukturen är den andra λ / 4-halvan av sändaren. Om jordplanet är av tillräcklig storlek och konduktivitet, är jordningsprestandan likvärdig med en vertikalt monterad dipol.

Kvartsvåg vertikal längd:

λ/4 = 246 K/f MHz

K-faktorn är mindre än 0,95 för vertikaler, som vanligtvis görs med ett bredare rör.

Matningspunktens impedans är en halv dipol eller ungefär 36 ohm. Den faktiska siffran beror på höjden över marken. Liksom en dipol är jordplanet resonant och har vanligtvis en reaktiv komponent i sin grundimpedans. Den vanligaste transmissionslinjen är 50-Ω koaxial eftersom den matchar antennimpedansen relativt bra med en VSWR under 2:1.

En vertikal antenn med ett extra reflekterande element är icke-riktad. Ett horisontellt strålningsmönster är en cirkel där en enhet avger en signal lika bra i alla riktningar. Figur 6 visar det vertikala strålningsmönstret. Jämfört med dipolens vertikala riktningsmönster har jordplanet en lägre strålningsvinkel, vilket har fördelen av bredare spridning vid frekvenser under cirka 50 MHz.

Slutsatser

Dessutom kan två eller flera vertikala antenner tillverkas med ytterligare ett reflekterande element för att skapa en mer riktad förstärkt signal. Till exempel använder en AM-riktad radio två eller flera torn för att rikta en stark signal i en riktning samtidigt som den undertrycks i den andra.

Stående vågförhållande

Stående vågor är spännings- och strömfördelningsmönster längs en transmissionsledning. Om linjens karakteristiska impedans (Zo) matchar generatorns (sändarens) utgångsimpedans och antennens belastning, är spänningen och strömmen längs linjen konstanta. Med en matchad impedans sker maximal kraftöverföring.

Om antennbelastningen inte matchar linjeimpedansen, absorberas inte all sänd effekt av belastningen. All effekt som inte absorberas av antennen reflekteras tillbaka längs linjen, stör den direkta signalen och skapar förändringar i ström och spänning längs linjen. Dessa variationer är stående vågor.

Måttet på denna diskrepans är stående vågförhållande (SWR). VSWR uttrycks vanligtvis som förhållandet mellan de maximala och lägsta värdena för framåt- och bakåtström eller spänningsvärden längs linjen:

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

Andra mer på ett enkelt sätt för att uttrycka SWR är förhållandet mellan den karakteriserande impedansen för transmissionsledningen (Zo) och impedansen för antennen (R):

SWR = Z o / R eller R / Z o

beroende på vilken impedans som är störst.