Энергетический баланс в антеннах

[RA9UEK]

Вот причина у нас - в решении этой задачи.

Не знаю кто и что говорил, нужно прекращать упреки, не совсем это хорошо, здесь наше хобби, зачем портить друг другу нестроение? Отвечу только что бы Вы от меня отстали уже. По второму закону Кирхгофа IR = E1 - E2, отсюда I = 1А. При токе 1А и напряжении батареи 100В мощность отдаваемая данным источником будет 100*1 = 100 Вт. А далее нужно составить баланс мощности всей цепи в котором должен получиться ноль, но для его написания я передаю эстафету Вам.

А это означает, что мощность, которую я вычислил "по синусу", пойдет в антенну?

Нет, это означает, что она будет "бултыхаться" туда-сюда, уходить в антенну и возвращаться назад. Вот смотрите на 2 графика. Красный график - мощность, синий - напряжение, зеленый ток. График мощности, как Вы наверное поняли, построен перемножением UI. На первом графике напряжение и ток совпадают по фазе, мощность выше оси абсцисс, она положительна. Физический смысл таков, что мощность полезна, она полностью уходит в нагрузку. На втором скрине угол равен 90 градусов (1,57 это 90 градусов в радианах), график мощности получился ровно по центру, есть как положительные полусинусоиды, так и отрицательные, ниже нуля. Положительные означают отдачу мощности в нагрузку, отрицательные - ее возврат из нагрузки источнику, а в среднем ноль, это и называют реактивной мощностью, полезной работы такая мощность не совершает. Иначе говоря вся мощность, которую вырабатывает Ваш выходной каскад, ни чем не потребляется, а в качестве "выхода" просто перегревает аноды ваших ламп. То же самое говорит и объяснение через КСВ, который в этом случае будет равен бесконечности.

[UA4NE]

Предлагаю рассмотреть простейший механический аналог тем процессам, что происходят в антеннах с точки зрения накопления энергии и энергетического баланса. Может быть, на этом примере станет понятнее, о чем идет речь.

Пусть у нас есть качели, и в какой-то момент времени мы начинаем их раскачивать, прикладывая с каждым "качком" одно и то же усилие и сообщая качелям каждый раз некую одинаковую порцию энергии (мощность раскачки постоянна).

Но качели не только получают от нас энергию, но и расходуют ее. Ну, например, на трение в подшипниках и на преодоление сопротивления воздуха (трение о воздух).

В самом начале процесса качели еще только начинают раскачиваться, их скорость мала, и поступающая энергия превосходит расходуемую на все виды трения. Что при этом должно происходить? Согласно закону сохранения, энергия должна постепенно накапливаться в качелях. Что мы и наблюдаем - амплитуда качаний увеличивается, качели приобретают все большее количество энергии - как кинетической, так и потенциальной. Которые при каждом "качке" взаимно переходят друг в друга дважды за период колебаний.

Что при этом происходит с трением? По мере раскачивания потери энергии на трение тоже увеличиваются из-за увеличивающейся скорости.

Что должно в такой системе произойти дальше? А дальше потери на трение на каждом "качке", увеличиваясь, постепенно подходят к той самой величине, которая поступает на этом же "качке" извне. Постепенно переходный процесс накопления энергии заканчивается, и качели переходят в установившийся режим, при котором амплитуда "качков" перестает увеличиваться и становится постоянной. Это есть режим энергетического баланса между приходом и расходом энергии.

При этом накоплено энергии в качелях многократно больше, чем ее поступает и тратится за каждый период колебаний. В этом режиме в каждый момент времени сумма потенциальной и кинетической энергии постоянна и равна "полной энергии" колебательной системы.

Что произойдет, если мы смажем подшипники и уменьшим сопротивление воздуха? Ежу понятно, что расход энергии станет меньше, и установившийся режим возникнет при совершенно другой (значительно большей) амплитуде качаний и на совершенно другом уровне накопленной "полной энергии". Но при той же самой величине поступления энергии на каждом качке (входная мощность раскачки постоянна).

Если посчитать добротность колебательной системы для двух этих случаев, то во втором случае она будет больше по величине. Напоминаю, что добротность "по определению" пропорциональна отношению накопленной энергии к поступающей (и расходуемой) за единицу времени в установившемся режиме. При одинаковой мощности раскачки в первом случае энергии накоплено меньше, во втором - больше.

Можно составить математическую модель переходного процесса накопления энергии, предположив (в первом приближении), что на все виды потерь расходуется какая-то фиксированная процентная доля от накопленной энергии. Получится простейшее диф. уравнение первого порядка (в упрощенном дискретном случае решения "по шагам" - разностное уравнение), решение которого есть затухающая экспоненциальная (или ступенчато-экспоненциальная) функция. Которая рано или поздно обязательно устаканится именно на том уровне, где устанавливается энергетический баланс.

Разностное уравнение решается элементарно, при этом весь переходный процесс можно "пройти" пошагово.

Когда по этому простейшему примеру не будет вопросов, мы сможем пойти дальше - к электрическим колебательным системам.

[UR4III]

Когда люди не понимают самых элементарных вещей в электротехнике и лезут на рожон, не имеет смысла им что-то доказывать.

Ну, знаток электротехники! При моей земле антенна имеет Ga = 2,79 дБи и F/B = 6,41 дБ. Вычислите, пожалуйста, кпд моей антенны и заткнитесь! (В смысле "Заткнись и считай!")
Как я ванговал, никаких расчётов "инквизиция" не привела. Одни фантазии.

[UA4NE]

Влад, я на хамство не отвечаю.

Но на Ваш вопрос отвечу. При условии полного отсутствия тепловых потерь КПД Вашей модели 100 процентов. Но модель - это ещё не вся антенна. О чем я тщетно пытаюсь Вам донести.

[UR4III]

RA9UEK
В посте #33 я задал Вам два вопроса.

Никто и не спорит с тем, что если во входном сопротивлении нагрузки угол между током и напряжением близок к 90 гр, то в нагрузку пройдёт мизер!

Но вот, например, СУ у трансивера согласовывает с ксв=1 то, что пришло по фидеру от входного сопротивления нагрузки. Вся энергия за вычетом потерь окажется в нагрузке?

И второе, если по первому вопросу Вы скажете ДА. На клеммах источника остался прежний сдвиг фаз тока и напряжения. Мешает ли это току в любом элементарном участке антенны излучать энергию?

Можете не отвечать на них, но если Вы ввязываетесь в «драку», то имейте в виду. Ответ на первый вопрос – ДА!
Питание «источников» производится через транс, в первичной обмотке которого установлен резонанс. Вся подведенная энергия за вычетом потерь оказывается во вторичной обмотке, которая является частью антенны. Напряжение существует только на концах вторички. Нигде более в полотне антенны его нет. Вектор тока по отношению к вектору напряжения имеет угол примерно в 80°. «Инквизиторы» его считали самостоятельно. Причина появления этого угла – набег фаз токов, а не наличие в полотне антенны какого-то реактивного элемента.
Излучение ЭМВ происходит током и напряжение между концами вторичной обмотки никоим боком в этот процесс не вмешивается.
Всё это считает моделировщик. Результаты расчёта (Ga и F/B) не зависят от величины подводимой мощности. Но по этим показателям можно прикинуть (именно прикинуть, а не посчитать точно) КПД антенны. Величина КПД сразу ставит точку в «драке», ибо 1/250 явно отличается от 30-40% при различной «земле» у пользователей.
Сразу понятно, кто здесь разбирается в АФУ, а кто наивно считает, что излучает только ток синфазный с напряжением. Поэтому R3MO и открыл эту тему, чтобы посчитать, сколько ватт надо закачать в антенну, чтоб она чего-то излучила. Доказательство предъявлено давно, но «инквизиция» его не замечает, так как именно она является носителем истины в последней инстанции.

Всё по этой антенне разговариваю только с теми, кто её интересуется для постройки.

- - - Добавлено - - -

Влад, я на хамство не отвечаю.

Раньше учителя нерадивого ученика линейкой приглаживали, дабы хоть так вбить в него знания.
Я же прошу и даже слово "пожалуйста" употребил: дяденька, посчитай КПД!

[RA6FOO]

При этом накоплено энергии в качелях многократно больше,
чем ее поступает и тратится за каждый период колебаний.
Что произойдет, если мы смажем подшипники

Да ничего не произойдет! Вы много пишете, но не о том, что есть суть.

Отношение энергии, накопленной в ближней зоне (реактивной энергии)
к энергии, излучаемой антенной, есть величина постоянная
и к КПД и смазанным вами подшипникам отношения не имеет.
Это же элементарно и следует из простых и известных школьнику
закономерностей ближней зоны.
Не мне же с моими 7 классами СШ обьяснять вам, как составить
и решить кубическое уравнение, чтобы найти это отношение.
Оно справедливо для любых антенн. (Для качелей - не знаю)

[RA3XCQ]

Электрический ток в проводнике сопровождается магнитным полем вокруг него. Плотность зарядов на поверхности проводника сопровождается электрическим полем. Какой-то умник назвал эти поля реактивными.

Обычно пишут о вихревом электромагнитном поле, которое может быть разложено на вихревые электрические и магнитные поля. Их силовые линии замкнуты, нигде ни начинаются, ни заканчиваются.
В реальной обстановке в окружающем пространстве могут быть, например, отрезки медных проводников, которые могут ионизироваться и между ними могут возникать электрические поля, а также что-либо, похожее на высокочастотные ферриты, которые под действием высокочастотных токов могут намагничиваться, при этом могут создаваться полюса магнитов, между которыми могут возникнуть магнитные поля.

[RU3ACM]

она будет "бултыхаться" туда-сюда, уходить в антенну и возвращаться назад.

Если чего-то заходит в антенну, то оно обязательно излучится.
Так нас учит Максвелл.
А у электриков это "оно" только колебается.
Но, мы же не электрики?

Когда по этому простейшему примеру не будет вопросов, мы сможем пойти дальше - к электрическим колебательным системам.

"Ваше предложение, - говорю, - убогое.
Морды будем после бить - я вина хочу!..."


От модели антенны как колебательного контура отказались уже сто лет назад, и у радистов эта модель считается неприличной.
Даже модель антенны как длинной линии в серьезных учебниках перестали употреблять, а вы нам детские качели подсовываете
Аналогия качелей с ближним полем антенны нулевая.

Михаил, похоже, что мысль интегрировать плотность потока реактивной мощности по цилиндру у вас пропала?
Я хотел попытаться это сделать, но вы мне не сообщили диаметр цилиндра.
Вычитал у Айзенберга, как он интегрировал действительную часть вектора Пойнтинга по цилиндру.
Диаметр цилиндра он уменьшал до минимально возможного, т.е. до диаметра провода диполя.
Только при этом ему пришлось уменьшать диаметр провода до бесконечно малого.

А как быть с вашим цилиндром не понятно, потому, как напряженность поля Е вблизи антенны имеет кубическую зависимость.
Тут такую реактивку насчитаем, что глаза на лоб полезут

- - - Добавлено - - -

Ну, знаток электротехники! При моей земле антенна имеет Ga = 2,79 дБи

Влад, эти знатоки уже сто раз объяснили, что Ga = 2,79 дБи потому, что в ММАНе используются источники с возобновляемой (зеленой) энергией.
(неприличное слово "рекуперация" рука не поднялась написать)

И похоже, что это не шутки.

[UA4NE]

От модели антенны как колебательного контура отказались уже сто лет назад,

С энергетической точки зрения все колебательные системы одинаковы и подчиняются одной и той же математической модели. Переходные процессы однотипны. Системы могут разниться типами тех двух энергий, которые в колебательном процессе переливаются из пустого в порожнее и взаимно обмениваются дважды за период. Механическая ли это переливается энергия, гидравлическая, пневматическая, электромагнитная или еще какая-то иная - это совершенно не важно. Об этом известно давным давно, и с тех пор ничего не поменялось.

В который раз рекомендую букварь Стрелкова по теории колебательных процессов. Очень наглядно и доступно. Качели, маятники, сообщающиеся сосуды, колебательные контуры, длинные линии, антенны и даже атомы вещества - всё это суть колебательные системы, которые могут совершать свободные или вынужденные колебания. Которые могут накапливать энергию в колебательных процессах, иметь резонансные свойства и обладать такой энергетической характеристикой, как добротность.

[RA6FOO]

Вычислите, пожалуйста, кпд моей антенны

Влад, я на хамство не отвечаю.

Но на Ваш вопрос отвечу. При условии полного отсутствия тепловых потерь КПД Вашей модели 100 процентов.

Это же флуд чистейшей воды, 100%.
Все антенны без потерь имеют КПД 100%
А делать расчет КПД не будете, иначе вас спросят,
"а что же вы с мая 2019 несли чепуху про КПД антенны?"

[UA4NE]

А как быть с вашим цилиндром не понятно, потому, как напряженность поля Е вблизи антенны имеет кубическую зависимость.

У полноразмерных антенн зависимость далеко не кубическая (не путайте с элементарным диполем), и это видно на тех красивых картинках. Первоначально они строились именно для этой цели - посмотреть законы изменения от расстояния напряженностей и мощностей в ближней зоне. У меня таких картинок построено вагон и маленька тележка для разных типоразмеров антенн.

Почему же я в первом приближении использовал цилиндр - элементарно, Ватсон! Я от природы ленив, а выковыривать из таблиц ММАНы напряженности полей для сферических координат - удовольствие не выше среднего.

[RA6FOO]

У полноразмерных антенн зависимость далеко не кубическая (не путайте с элементарным диполем), и это видно на тех красивых картинках. Первоначально они строились именно для этой цели - посмотреть законы изменения от расстояния напряженностей ... в ближней зоне.

Эти законы есть в любом учебнике. Решили по картинкам устроить их ревизию?

[UA4NE]

У полноразмерных антенн зависимость далеко не кубическая

Не дали дописать, продолжу.

У элементарного диполя чем меньше его размер, тем зависимость Е от расстояния всё ближе и ближе к обратно-кубической (плотность мощности - к шестой степени), сопротивление излучения стремится к нулю, а добротность стремится к бесконечности. Тут теория ни капли не врёт.

У полноразмерных антенн зависимость Е может быть любая с показателем сильно менее трех и совсем не обязательно целым. В том числе реактивная компонента полной мощности может полностью отсутствовать (у самодополняющих антенн, нагруженных антенн бегущей волны и т.п.)

[RA6FOO]

В том числе реактивная компонента полной мощности может полностью отсутствовать (у самодополняющих антенн, нагруженных антенн бегущей волны и т.п.)

А также у ЕН антенн. :-))

[Слушатель эфира]

Если чего-то заходит в антенну, то оно обязательно излучится.

Михаил, Вы поняли вот это - "чего-то", что это такое? Это не про "клубничку" надеюсь.
Ну вот подключили мы к генератору обычный конденсатор (даже сверхпроводящий весь), на частоте 1,8 МГц загнали в этот "излучатель" за полпериода 1 Дж энергии, а в следующие полпериода выкачали обратно, почти те же 1 Дж, за исключением микроскопической разницы
Так чему там

Так нас учит Максвелл

? И Максвелл ли?