Согласование антенны Фукса

[Слушатель эфира]

думайте, как найти всю запасенную энергию в антенне по расчету MMANA. Это шанс получить неплохой критерий эффективности антенн

Не знаю, будет ли там и на сколько необходимый критерий, а численно проинтегрировать по объёму вокруг антенны, неохота, есть поинтереснее занятия.

[R3MO]

численно проинтегрировать по объёму вокруг антенны, неохота

Я ж не на счетах считать предлагаю, а программу писать - какая разница?

[Слушатель эфира]

Если честно, я не смотрел, как MMANA выдаёт таблицу полей для сложных конфигураций. Для простого диполя легко, задаёшь с какого расстояния от провода и с каким шагом, а что там покажет в месте расположения рефлектора или директора, я не смотрел. Может сетку надо задавать так, чтобы не попадать на проводники, не знаю. Проверь, если интересно.

[UA4NE]

Для простых дипольных антенн любой (?) длины. Думаю, что подойдет для любой длины, в т.ч. и с несколькими пучностями.

Интегрируем реактивную мощность (плотность мощности) по воображаемому цилиндру, охватывающему проводник вибратора на небольшом расстоянии от провода. Для этого сетку задаем по любой удобной образующей цилиндра и пользуемся свойством осевой симметрии поля.

Один фиг практически (?) вся реактивная энергия шастает туда-сюда через этот цилиндр. Из ближней зоны в проводник и обратно.

В первом приближении для полуволнового диполя можно сделать замер только в одной точке образующей цилиндра - на расстоянии ля/8 от любого конца и далее проинтегрировать аналитически. В этой точке максимум (пучность) реактивной мощности. Приближенный закон распределения реактивной мощности вдоль ПВ вибратора - это два "верхних" полупериода синусоиды: с тремя нулями (на концах и в центре) и с двумя симметричными горбами на ля/8.

Я этот закон выводил давеча для рассогласованной длинной линии (было дело, выкладывал на форумах статью), но не думаю, что он будет существенно отличаться для диполя.

- - - Добавлено - - -

Вот для примера нашел в анналах распределение плотности реактивной мощности вдоль ПВ диполя длиной 5 метров на расстоянии 1 см от проводника (красная сплошная линия). Масштаб линейный, горбы синусоиды достаточно адекватны. Мощность 1 ватт, радиус провода 1 мм.

[Слушатель эфира]

А если в одной области поток от, а в другой в, то как энергию в об'еме считать?

[UA4NE]

Давайте думать, какие будут ограничения.

Области реактивной энергии изолированы друг от друга реактивными "нулями" через каждые ля/4 длины вибратора и влиять друг на друга не должны. Между ними переливов энергии не будет. Как считать внутри одной области - наверное, "брутто", т.е. как есть.

Вот на этой же картинке черный график - это активная мощность на этом же расстоянии. А что если интеграл красного графика поделить на интеграл черного - получим ли мы добротность антенны (хотя бы в первом приближении)? Можно приближенно интегрировать по квадратикам -))

У меня по квадратикам получилось отношение примерно 10 (очень грубо).

- - - Добавлено - - -

Александр, я вопрос понял. В одной и той же ля/4 области одновременно через одну часть цилиндра будет идти энергия наружу, через другую часть - внутрь, и наоборот. Т.к. энергия постоянно переливается из "индуктивной" части этой области в "емкостную" и обратно. Но это одна и та же энергия, тогда вероятно, что мы ее учитываем дважды?

Может быть, красный интеграл надо тупо поделить пополам? Я не знаю.

Вопросы...

[Слушатель эфира]

У меня голова другим делом занята, и то, что требует дополнительного осмысления, меня отвлекает. Так что, копать эту тему сейчас не буду.

[UA4NE]

То, что добротность пропорциональна отношению двух интегралов - это ясно. Вопрос - с каким коэффициентом.

[R3MO]

Вопрос - с каким коэффициентом.

А ведь можно поступающую в антенну энергию зарегистрировать в переходном процессе!!! Правда излученную за этот переходный период точно оценить не удастся. Работа не очень сложная, но чтоб её проделать требуется большое желание - его у меня нет...

У меня голова другим делом занята

[UA4NE]

Могу предложить еще два (тоже приближенных) метода оценки добротности, основанных на теории колебательных систем. Фишка в том, что если наш ПВ диполь запитать с конца, то нам одновременно станут доступны два резонансных сечения - низкоомное (в пучности тока) и высокоомное (в узле тока) с чисто активными сопротивлениями. Тогда добротность можно приближенно оценить как отношение этих токов (метод 1) или корень квадратный из отношения сопротивлений (метод 2). Проверим оба метода на модели, см. вложение. Диаметр провода такой же (1 мм), длина диполя пол волны, частота 30 МГц, питание ендфид через систему из восьми неизлучающих противовесов. Сопротивление излучения (приведенное к пучности) примем за 72 ома.



==



==

Тогда по первому методу

Q ~ SQRT (1,9^2 + 2,73^2) / 0,8 = 4,15.

По второму методу

Q ~ SQRT (1250/72) = 4,16.

Эти цифры между собой бьются. Для того, чтобы они стали биться с "методом интегралов", предположительно коэффициент в том методе таки надо выбирать 1/2, а не единицу.

Заметил неточность в модели. Контрольная точка W1C поставлена не строго в пучность тока, а со смещением. Но погрешность по току будет невелика, несколько процентов (да и наплевать пока).

- - - Добавлено - - -

Тут надо сделать одно замечание. В картинке из "метода интегралов" есть ошибка в масштабе. Которая получилась из-за того, что в формулах для вычисления мощности был ошибочно применен коэффициент 1/2. Дело в том, что на самом деле в таблицах MMANA напряженность поля действующая, а не амплитудная (как ранее предполагалось).

Но эта ошибка никак не повлияет на отношение интегралов, т.к. эта двойка благополучно сокращается.

Эта ошибка была замечена давно, но чтобы ее исправить, нужно было еще тогда по всем ячейкам тех экселевских таблиц (размер файла 8 мегабайт) поменять формулы. Мне это делать было лениво и тогда, и тем более сейчас -)) Поэтому эту поправку надо иметь в виду и при необходимости учитывать.

[RA6FOO]

В картинке из "метода интегралов" есть ошибка в масштабе.

И не только в ней

[UA4NE]

Можно ли оценить добротность антенны по графику частотной зависимости КСВ? Вообще, корректна ли такая постановка задачи. На какой величине КСВ нужно фиксировать "полосу пропускания" для расчета добротности по известной формуле f0/Df.

Соображения такие. Для того, чтобы в антенне осталась половина мощности, другая половина должна отразиться. Коэффициент отражения по мощности Г²=0,5, тогда к-т отражения по напряжению Г=0,707. Подставив эту величину в формулу КСВН, получаем КСВН=(1+0,707)/(1-0,707) = 5,8.

Предполагаем, что в точке питания отсутствует хитросделанное СУ, расширяющее полосу согласования.

==

Проверка. Если построить график КСВ для того же ПВ диполя (30 МГц, радиус провода 1 мм, запитка эндфид), то получим полосу по КСВ(5,8) 6,6 МГц. Тогда добротность Q ~ 30/6,6 = 4,5. Ранее другими методами для этой же самой антенны были получены достаточно близкие величины 4,15 и 4,16.

Возможно, что все это совпадения, поэтому нужна обоснованная критика.

[R3MO]

Предполагаем, что в точке питания отсутствует хитросделанное СУ, расширяющее полосу согласования.

Тогда может быть хитросделанная антенна, расширяющая полосу - типа DEWD от ur0gt, где полоса шире за счет нескольких резонансов.

Не знаю, будет ли там и на сколько необходимый критерий...

Можно ли оценить добротность антенны по графику...

Опять возвращаюсь к мысли - видимо все же добротность, как и сопротивление излучения для оценки антенны параметры маловразумительные. Вполне достаточно КПД, полученный по расчетам MMANA с потерями и без потерь. Больше накопленной энергии - больше потери - корреляция налицо. Несущественные исключения могут быть так же как и при оценке потерь в фидере по КСВ. (При бОльшем КСВ иногда могут быть меньшие потери)

[UA4NE]

Тут вот что интересно.

Хитросделанное согласование может наоборот, сузить полосу по большому КСВ (5.8), расширив ее по малому КСВ (1.5). У меня так получилось на одной из моделей RJ3FF на восьмидесятку, но тут я мог ошибиться. Это, наверное, может точнее подсказать сам Владимир.

Этот эффект подобен Чебышевским колебательным характеристикам полосовых фильтров. При увеличении порядка фильтра и усложнении формы АЧХ в полосе пропускания, сами скаты АЧХ становятся круче. Для сложных КС увеличенного порядка сам частотный метод измерения добротности уже не подходит.

Я не думаю, что это особо принципиально. Например, в моем случае полоса по большому КСВ (5,8) при смене типа согласования изменилась незначительно - с 800 кГц при обычном согласовании до 600 кГц при хитром. Центральная частота 3650 кГц.

====

При малой добротности мы имеем большую погрешность из-за относительно больших распределенных в пространстве потерь на излучение. Покрутить бы модельку с более высокой добротностью, но чтобы при этом антенна оставалась самодостаточной колебательной системой, не гвоздем. Т.е. была бы полноразмерной, но плохо излучающей.

=====

- - - Добавлено - - -

UPDATE

Проверка на более добротной модели. Эндфид полуволновый диполь с неизлучающими противовесами из тонкого провода диаметром 0,2 мм на частоте 1,5 МГц. Модель во вложении.



Метод 1 через импедансы: Q ~ SQRT(6000/72) = 9,13

Метод 2 через токи: Q ~ SQRT(0,37^2 + 1,47^2) / 0,17 = 8,92

Метод 3 через КСВ (5.8): Q ~ 1500 / (1590-1410) = 8,33

Метод 4 через отношение интегралов мощностей по полю требует времени.

[RU3ACM]

Fнтенна оставалась самодостаточной колебательной системой, не гвоздем. Т.е. была бы полноразмерной, но плохо излучающей.

Уникальную антенну изобретаете - полноразмерную, но плохо излучающую