Гипотеза работы ЕН антенны

[UR4III]

И еще, на Вашем чертеже и "гвоздевая" антенна, и ЕН отличаются только тем, что в первом случае включение источника трансформаторное, во втором автотрансформаторное (если гвозди и цилиндры заменить эквивалентными емкостями). На каком основании Вы объявляете одну из них параллельным, другую последовательным контуром ?

Я полностью согласен, если гвозди заменить на цилиндры, в "гвоздевой" антенне - ничего не измениться, я об этом и говорю и пишу в статье. Это не ЕН антенна, будь она с "гвоздями" или с цилиндрами. Но если мы применим автотрансформаторную связь (#2246), то мы сможем настроить "контур" антенны на последовательный резонанс.

И то, и другое последовательные КК. Пост 2254.
Я бы прислушался к мнению Василия.

[RN3AHT/WWW]

А что так быстро сдался? Не интересно так

Так я ж не один. Вот ты, например, есть. А мне тоже интересненького хочется.

[UA4WI]

Добрый день

...вот мнение Зиновия:
"ua4wi, пожалуй, я разобрался в работе т.н. ЕН антенны.
Излучающим является центральный провод соединяющий два конденсатора.
Его длина много меньше длины волны и потому ток в нем имеет одну и ту же фазу.
Ток смещения является замыкающим, что и обеспечивает постоянство фазы и значительный ток в центральном проводе.
Но, т.к. ток смещения не создает магнитного поля, то поле магнитной напряженности Н создается только центральным проводом и убывает обратно пропорционально удаленности от провода.
Т.е. 1/r, что соответствует волновому решению уже непосредственно на поверхности антенны.
В такой антенне, действительно, можно реализовать хороший КПД в широкой полосе частот, при малых габаритах антенны. "

http://live.cnews.ru/forum/index.php...c=69953&st=125


...с уважением, Алексей

[UA4HJI]

Владимир, я Вас уважаю за Ваше упорство и последовательность, но не нужно зацыкливатся. Удачи Вам и здоровья!

Василий, я вижу у Вас не наигранный интерес к конденсаторным антеннам, но, по-видимому, какое-то время назад у вас конструкция, как говориться, с ходу не пошла и Вы почитав «весёлые» отзывы на российских форумах тех лет о ЕН больше склоняетесь к версии о шарлатанстве и технической безграмотности тех кто работает и испытывает эти антенны. Я понял, может я и ошибаюсь, что сами с тех пор вы уже не экспериментируете с ЕН. Но, в тоже время, в отличие от некоторых застрявших по мыслям в тех старых форумах и закостенелых НАМов, у вас чувствуется некоторая неуверенность в полноте и правильности сделанных выводов.
Я, кажется, заметил несколько моментов непонятого Вами в работе ЕН (к сожалению, как я понял, оооччень многие ЛЕНЯТСЯ прочитать все 38! cтатей UA1ACO и полазить ещё по куче предложенных Владимиром ссылок на НАМов почти СО ВСЕХ КОНТИНЕНТОВ сделавших и написавших об ЕН. Всё это проанализировать и хоть чуть-чуть задуматься – почему столько людей этим продолжают заниматься). Так вот, по последним постам я вижу резкое непонимание (внутреннее неприятие) другого физического принципа работы ЕН. Причём этот принцип совершенно ТРИВИАЛЕН! и основан на общих принципах радиотехники и электродинамики. Некоторые (намеренно или нет) начинают пытаться объяснять работу ЕН на новых физ. принципах, никак не поддерживаемых современной физической наукой – и это только затуманивает ещё больше и отталкивает людей от просто пробного изготовления и личного эксперимента с ЕН (а сделать её, если соблюдать правила из статей UA1ACO и много раз здесь изложенных рекомендаций уверяю Вас несложно для средней квалификации радиолюбителя). Чтобы не делать большой пост продолжение-конкретика в следующем.

Как мне видится, многие не могут «отречься» от классических понятий линейных антенн, которые образуются из линий передач (теория длинных линий) с распределёнными параметрами, когда в самом полотне антенны распределены по длине и индуктивная и ёмкостная составляющая входного сопротивления и при резонансе такой распределённый контур на входе имеет только активное сопротивление.
Так вот, Василий (а через Вас и ко всем думающим), на время допустите такую ситуацию что реактивности антенного контура (т.е. просто антенны) являются сосредоточенными и они является также НЕОТЕМЛЕМОЙ частью САМОЙ антенны, а не согласующим устройством, конечно они могут попутно служить и согласующими элементами связи антенны с питающим фидером, НО основная функция этих реактивностей является – составить РЕЗОНАНСНЫЙ КОНТУР АНТЕННЫ. При обычной конструкции сосредоточенных реактивных компонентов в контуре и при подаче на него существенной мощности эти реактивности – сгорят, т.к. излучение их минимально, поэтому такие контура применяют лишь в малосигнальных цепях приёмных устройств. Но при определённой геометрической конфигурации одной из этих реактивностей, контур начинает излучать (доказательство – практика, эксперимент) довольно эффективно.
До недавнего времени (как здесь уже указывалось, после войны во Вьетнаме) практическое применение находила лишь конструкция передающей магнитной антенны с малой рамкой и обычным сосредоточенным конденсатором (да и там, вроде бы, еще не всё расставлено по полочкам). Она имеет и преимущества и недостатки, но уже никто не говорит, что она излучает как оплётка кабеля или железная кровать на даче.
Следующий шаг (который и сделали Maurice Hately (GM3HAT) с Fathi Kabbary и творчески продвинул Ted Hart (W5QJR)) было изобретение CFA и более простых и практичных ЕН антенн.
Я предлагаю на время ЗАБЫТЬ про ФАЗЫ и УГЛЫ между полями Е и Н (здесь, по моему, может быть несколько трактовок работы этих антенн) и, просто, рассмотреть антенну противоположную по конфигурации передающей малой рамочной антенне. То есть здесь антенный резонансный контур составляет сосредоточенная индуктивность (обычная – малых размеров катушка), а ёмкость мы делаем конструктивную из пластин или цилиндров расположенных не как в обычном конденсаторе, а так чтобы силовые линии поля Е между ними были изогнуты (не были прямыми как в стандартном конденсаторе), а размер пластин (цилиндров) был малым по отношению к длине волны (тогда распределённой индуктивностью пластин-цилиндров можно пренебречь).

Про «изогнутость поля». Тут, видимо, общая черта с классическими антеннами. Когда оба провода идут параллельно друг другу на небольшом расстоянии – это линия передачи и она излучает мало (силовые линии «Е» линейны – не изогнуты), а когда провода диполя развёрнуты в противоположные стороны от генератора, либо генератор включён на конце длинного провода, то антенна начинает излучать, а линии Е-поля от половин диполя (либо длинного провода и земли) имеют кривизну и могу отрываться от полотна в виде радиоволн. Оговорюсь, что изложение крайне упрощено.

Далее подобрав ёмкость развёрнутых пластин (цилиндров) и сосредоточенной катушки индуктивности под необходимую резонансную частоту и возбудив контур получившейся конденсаторной С-антенни (ЕН) на этой же частоте получим эффективное излучение (доказательство – практика, эксперимент).

Вот из этих соображений и можно объяснить работу этих, с первого взгляда, странных ЕН антенн (хотя во многих классических книгах по электродинамике есть картинки с разворачивающимися пластинами конденсатора контура и объяснением получения радиоволн, правда потом там идут далее классические диполи). Вот пример из Википедии:
Мне до сих пор странно почему раньше в 20-х 30-х годах не пришли к С-антеннам, теории уже хватало – видимо тогда было много других не открытых явлений и все согласились лишь с существованием классических конструкций антенн и даже не задумывались о возможных других, а человек, который, по моему, возможно и мог докопаться до сути этих антенн Никола Тесла был уже в возрасте и перешёл, возможно, к другим технико-философским проблемам, да и 2 Мировые войны прошли.

Подитожу: С-антенны (ЕН) состоят из сосредоточенных реактивностей, причём конденсатор геометрически развёрнут так, чтобы силовые линии поля Е были изогнуты и могли отрываться от пластин так же, как и в классическом диполе, образуя радиоволны (я специально упрощаю, не вдаряясь в существование или нет ближних и др. зон).
В следующих постах я рассмотрю согласование ЕН и фидера и кратенько настройку антенны.

[UA4HJI]

Продолжение.

Из приведённой Вами картинки следует, что СУ настроено неправильно. И это особенность не антены, а согласования с помощью параллельного контура. Я сам на эти грабли наступал, когда настраивал антенну Фукса. ... Здесь мы видим также, что не совпадают максимум R и минимум КСВ.

... частота резонанса совпадает с частотой, где на Вашем графике максимум активной составляющей. Именно там, должен быть минимум КСВ, при условии, что правильно подобран отвод от катушки. Условия резонанса в контуре никто не отменял - максимум активной составляющей совпадает с нулём реактивной. Нет в контуре двух резонансов.

Возможно, что долгое «не открытие» С-антенн связано как раз с проблемой согласования их с питающим фидером!
Как видно по нашему форуму, да и по всем другим источникам, включая и классические учебники с момента становления антенной теории в 1910-20-х годах вошло в умы (я бы сказал и в кровь ) всех радиотехников, что эффективность излучения (приёма) антенн имеет прямую (жёсткую) связь с её входным сопротивлением, которое, в свою очередь характеризуется удобным коэффициентом - КСВ, зная зависимость которого от частоты можно строго рассчитать поле излучения антенны. Это одновременно и так и, по моему, не совсем так. Здесь не учтены такие широко известные в радиотехнике структуры, как сложные резонансные системы и системы из связанных контуров (кстати и упомянутая Вами Василий антенна Фукса тоже имеет такие структуры), у которых возможно существование более одного резонанса. Вот тут всё и зависит от того на какой резонанс мы настроим нагрузку (фидер) по КСВ, а если резонансы близки по частоте, то вполне возможно настроится не на тот минимум КСВ и не получить излучения при хорошем согласовании. Чтобы не было сомнений даю вырезку из классического учебника: Зернов Н.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. 1965 г.




Сразу отвечу на очевидный вопрос: а как же у классических антенн всё настраивается без ошибок? – По моему, (надо проанализировать), у классически настроенных антенн резонансы могут быть только гармониковые, которые имеют значительный частотный интервал, а если и есть паразитные близкие по частоте резонансы, то они очень незначительны (малодобротны) по амплитуде (мощности).

Поэтому, Василий, при настройке ёмкостных (ЕН) антенн измерение КСВ – это недостаточный фактор для эффективного излучения антенн и даже не первый, который надо измерять. (Кстати, кажется, Вы недавно говорили, что при настройке магнитной рамки на передачу заметили, что мин. КСВ и макс. излучения (приёма) у Вас не совпадали немного – это подтверждает наличие 2-х резонансов и там; кто-то ещё об этом же упоминал не помню).

P.S. Что-то не вставилось в предыдущем посте, даю ссылку на Википедию:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%...BD%D0%BD%D0%B0

[UA4HJI]

Окончание.
Первое измерение необходимо посвятить настройки контура на (тут я согласен с Владимиром (UA1ACO)) последовательный резонанс, который, по моему, является «рабочим» и на нём происходит излучение. Делается это при небольшой мощности генератора (TRX) по полю излучения С-антенны - нахождением его максимума и сравнением с необходимой частотой! ТОЛЬКО после этого можно смотреть КСВ фидера и согласовывать уже связь с фидером (в схеме STAR – отводом катушки и шагом намотки). После этого проверяют опять поле и если макс. ушёл, подбирают кол-во витков всей катушки или опять меняют шаг витков (в районе до отвода). Далее на рисунках эквивалентные схемы С-антенн (ЕН), где RΣ – сопротивление излучения (виртуальная величина), образующееся при резонансе.

Так вот в отличие от Харта и др. я думаю проще анализировать работу С-антенны без привлечения поворота фазы тока катушкой (я это не отвергаю просто другой подход), а рассматривать резонанс в контуре II вида. Рабочий – последовательный резонанс создаёт поле излучения, параллельный – согласовывает контур с фидером – это всё очень упрощённо.
При основном – последовательном резонансе контур имеет активное эквивалентное сопротивление равное сопротивлению излучения, которое согласуется через параллельный резонанс с сопротивлением фидера (опять это очень упрощённо, а может и не совсем верно). Сопротивление излучения вносит в контур активные потери (потери на излучение), поэтому добротность всего контура С-антенны невелика от единиц до единиц десятков.
Вот здесь часто многие спотыкаются, даже уважаемый всеми Владимир Тимофеевич Поляков (RA3AAE), опять же, держа в памяти классическую теорию укороченных антенн, утверждают что добротность контура здесь будет и желательна большая, не учитывая, как раз, образующегося в контуре RΣ и уменьшающего добротность, но потери на RΣ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫ для С-антенны – они излучаются!
Ещё хочу упомянуть и недавно приводимые строки (правда уже довольно давнишние) Игоря Гончаренко (DL2KQ), также уважаемого радиолюбителя и талантливого популяризатора антенн и программ их расчёта. Про юмор и стиль письма говорить не буду, кого и когда он там пороть собирался ?, а по сути он также не стал вникать (насколько!!! забито во всех классическое понятие – антенна настраивается по КСВ и ТОЧКА!) в настройку и конструкцию отличную от укороченного вибратора (в оправдание могу только сказать, что в те годы, когда писались те строки был бум заметок и статей различных торсионщиков и др. кто хотел ЕН антенной подтвердить свои околонаучные версии или просто повеселиться и отдохнуть в форумах; к глубокому сожалению и сам Т. Харт не избежал этого ).
Остановлюсь на фразе о том, что на конденсаторе нельзя добиться синфазности напряжения и тока через него. ДА ЭТО ВЕРНО. Нельзя этого отрицать – это классическая физика. Вероятно это пошло от Харта, либо он неудачно выразился в своей книге. А как тогда надо рассуждать? Я предлагаю, опять же, пока не рассматривать поворот фаз катушкой (а в других схемах ЕН и различными C-L фильтрами, вероятно это у Харта от Хатли, ведь он вначале с ними общался, а антенны Хатли-Каббари CFA – построены по схеме сдвига фаз на разные пластины и цилиндры с целью скрещение Е и Н полей сразу вблизи от конструкции), а рассмотреть как резонансный контур с образующимся на резонансной частоте сопротивлением излучения, которое хоть и вертуально, но физично и замещает этот контур при резонансе. Так вот, раз это RΣ является чисто активным сопротивлением при резонансе и замещает при нём весь контур антенны, то, естественно, и фазовый сдвиг тока и напряжения на этом сопротивлении будет НУЛЕВЫМ. Эта синфазность и позволяет создать сразу вблизи конструкции С-антенны условия излучения радиоволн, вектор пойнтинга будет положителен и активен.

Физика самого излучения здесь, конечно требует ещё исследований, но она и для классики-то не совсем ясна, как тут многие справедливо упоминают, поэтому тонкости физических процессов, что любят наши форумчане пообсуждать (да и физики на своём форуме тоже), мы здесь, я думаю, не раскроем, а общую схему и др. практические вопросы можно рассматривать, что предлагает и много делает Владимир (UA1ACO). Я думаю, если бы не он, то вероятно в России после первого знакомства с ЕН они бы уже прекратили существование, хотя Японцы как-то резво сейчас ими занялись.

[RZ6FE]

Обычная входная цепь вещательного приёмника. Катушка индуктивности одним концом подключена к ненастраиваемой антенне, вторым - к земле. Эта катушка идуктивно связана со второй катушкой, параллельно которой подключён конденсатор переменной ёмкости. С этого контура снимается сигнал на управляющую сетку услительной лампы.
Вопрос на засыпку - какой контур: последовательный или параллельный применён в этой схеме?
Ответ - последовательный!
Несогласные - читайте учебник.

Сколько можно?! Ответ однозначный - параллельный контур , индуктивная связь с антенной!

[UR4III]

Ох! Веселят меня эти троечники!
Н.М.Изюмов, Курс радиотехники, Аж за 1958 г. Издание третье. На стр. 48 приведены схема входной цепи и описание её работы, которое списано почти слово в слово. Так что претезии к автору.
Теперь понятно, почему развалился СССР!

[UA4WI]

...вот мнение Зиновия:
"ua4wi, пожалуй, я разобрался в работе т.н. ЕН антенны.
Излучающим является центральный провод соединяющий два конденсатора.
Его длина много меньше длины волны и потому ток в нем имеет одну и ту же фазу.
Ток смещения является замыкающим, что и обеспечивает постоянство фазы и значительный ток в центральном проводе.
Но, т.к. ток смещения не создает магнитного поля, то поле магнитной напряженности Н создается только центральным проводом и убывает обратно пропорционально удаленности от провода.
Т.е. 1/r, что соответствует волновому решению уже непосредственно на поверхности антенны.
В такой антенне, действительно, можно реализовать хороший КПД в широкой полосе частот, при малых габаритах антенны. "

http://live.cnews.ru/forum/index.php...c=69953&st=125

...если признать мнение Зиновия, то действительно согласуется хорошо и достаточно легко, если "руку набить"

...попытал в ММАNА
...промежуточные файлы, для примера прилагаю
...с уважением, Алексей

[UA1ACO]

Добрый день,

Т.е., если связь трансформаторная, то контур параллельный, а если автотрансформаторная - последовательный ?

Tadas, конечно нет. Я и говорю, что мы не понимаем друг друга.
В конце поста я еще раз приведу скриншот (в посте #2246, почти такой же был).
Посмотрим на него. Я просто цитирую. Имеем параллельный контур I вида и резонанс токов (частота w0). Преобразуем параллельный контур I вида в параллельный контур II вида (это и есть ЕН). Внимательно посмотрим на цепь "L2 C" - это последовательный контур с резонансом напряжений на частоте w2. У одного контура две частоты? Да конечно же нет (вот отсюда, я думаю, и не понимание). Но нам-то нужен контур "L2 C" с его частотой w2 последовательного резонанса и резонансом напряжений, чтобы на емкости было напряжение в Q раз больше. А емкость - это цилиндры. Как излучает емкость (цилиндры) - это уже другой вопрос. Сосредоточенная емкость излучать не будет... а раскрытая в виде цилиндров? По аналогии, в маглуп, маленькая сосредоточенная индуктивность излучать не будет, а объемная в виде витка?
Еще раз хочу подчеркнуть, что я могу ошибаться и спасибо Василию (DL1BA) за хорошие слова, но уж такой я зацикленный, потому что хочется все же понять и ответить себе на вопрос, а почему ЕН ТАК работает... я ведь вижу это практически (да и не только я) и каждый раз проводя измерения на разных антеннах и на разных частотах убеждаюсь в этом.

Пока писал пост (с перерывами), оказалось, что форум ожил... Тем не менее присоединяюсь к словам Аркадия (UA4HJI), в принципе я также думаю, тем более что выше написанное мной в этом посте перекликается с выводами Аркадия.

Излучающим является центральный провод соединяющий два конденсатора.

Тогда не понятно как работают плоские ЕН, где вообще нет "центральных" проводов, а результаты те же.

Спасибо.

[RZ6FE]

Теперь понятно, почему развалился СССР!

Это я давно понял... Когда стал почитывать ваши посты... Увлекательное, признаюсь, занятие! Держит в тонусе.

[RZ6FE]

На стр. 48 приведены схема входной цепи и описание её работы, которое списано почти слово в слово.

Чтобы вам не путаться в "списанном почти слово в слово", смотрите эту схему. На входе и выходе параллельные контуры, а вот контур Lф Cф - последовательный. Списывать, Владимир, тоже надо грамотно!

[RZ6FE]

Ох! Веселят меня эти троечники!
Н.М.Изюмов, Курс радиотехники, Аж за 1958 г. Издание третье.

Обратите внимание на стрелочки - это подключение контура (параллельного!!!) ко входу, скажем, лампового уситительного каскада. Повеселимся вместе?!

[UR4III]

Я же написал: троечники виноваты: низкий IQ и нежелание учиться. Специально для Вас цитирую дословно.

Резонанс напряжений применяется, например, в распространённой схеме входной цепи приёмника (рис. 41). Сигнал, воздействующий на ненастраивающуюся приёмную антенну, создаёт в ней ток, который образует в катушке L1 переменное магнитное поле. В катушке L, расположенной рядом с катушкой L1, это магнитное поле наводит переменную э.д.с. частоты сигнала. Контур L, С, R при помощи переменного конденсатора настраивается на частоту сигнала, т.е. в контуре устанавливается резонанс напряжений. Напряжение, снимаемое с контура, воздействует на последующие цепи приёмника. Достоинство схемы состоит в том, что напряжение на конденсаторе С контура, настроенного в резонанс с частотой сигнала, будет иметь большую величину, чем э.д.с., наведенная в этом контуре антенной.

Владимир! Прошу прощения за ликбез. Как видите, он был необходим.

[RX3APE]

Обратите внимание на стрелочки - это подключение контура (параллельного!!!) ко входу, скажем, лампового уситительного каскада. Повеселимся вместе?!

Уважаемые Коллеги!

Предлагаю завершить дебаты по поводу - каким является колебательный контур: последовательным или параллельным! Дело в том, что сам по себе контур не может быть паралельным или последовательным! Он просто колебательный контур (соединенные между собой конденсатор и индуктивность). А вопрос о последовательном и параллельном возникает при подключении генератора и (или) нагрузки, которые могут быть подключены к контуру последовательно или параллельно. При этом, к одному и тому же контуру генератор может быть подключен последовательно, а нагрузка параллельно! И как называть этот контур?! :-)...
Еще более запутывает ситуацию трансформаторное подключение (генератора или нагрузки)...
Поэтому более правильно говорить о волновом сопротивлении контура, коэффициенте включения и величине импеданса (генератора и нагрузки).

С уважением, Вадим.