Настройка одноэлементной антенны
Вопрос о методике настройки антенны неожиданно возник в ветке «Антенный анализатор АА330» http://forum.qrz.ru/thread15310-36.html
Поскольку тема «Настройка …» не соответствовала теме ветки и её начавшееся обсуждение быстро переросло в склоку, а вопросы у радиолюбителей остались, я решил открыть обсуждение здесь.
Рядом радиолюбителей утверждается, что антенна, имеющая резонансную длину, работает значительно лучше. В качестве примера привожу высказывание RZ3DK –
Цитата:
Сообщение от
RZ3DK
А вот это вопрос на котором большинство "не заморачивается". Только результат плачевный.
Можно долго сыпать умными, скучными терминами. И сопротивление излучения, и сопротивление потерь, и т.д. И вопрос не по теме ветки растянуть на много страниц. Но, не буду этого делать. Просто покажу на примере. И начну со встречного вопроса. А зачем Вы настраиваете контуры в трансивере?. Сделайте так - "накрутите "пружинку", подсуньте случайный конденсатор и работайте на аппарате с не настроенными контурами.
Все дело в том, что антенна - это тот же резонансный контур. Если он настроен на рабочую частоту, то его параметры оптимальны. Не многие знают о том, что сигнал в резонансном контуре растет пропорционально КВАДРАТУ добротности. А шумы - пропорционально добротности. Разницу чувствуете? Так и в антенне. Нет, не коэффициент усиления. Он формируется в антенне её геометрией, высотой подвеса и т.п. Иными словами, излучать будет любой (и не резонансный) излучатель. Но, услышать слабый сигнал можно лишь на резонансной антенне. Именно на частоте резонанса токи и напряжения в контуре (антенне) максимальны.
Вы скажете, что на 160, или 80м, да и еще при киловатте, это не актуально. Но, это касаемо сильных сигналов. Те же сигналы, которые имеют уровень ниже уровня шумов не резонансной антенной никогда услышаны не будут. Резонансной - услышите. Именно из-за возрастания их пропорционально квадрату. Это, конечно же, если эти сигналы присутствуют в точке приема. Но, под шумами.
Ну и не только из-за добротности мы резонанс в антенне подгоняем. Все вертикалы менее 0,25L имеют отрицательный коэффициент усиления. И трех метровый вертикал можно "вогнать" в КСВ=1 на частоте 7,05 мГц. Но работать, все-таки, будет именно резонансный равный 0,25L (вместе с противовесами = 0,5L) вертикал. Именно работать, а не просто излучать некое количество ЭМ волны.
Как я понимаю, в режиме «излучение» резонансная антенна «работает» лучше потому что в её входном сопротивлении отсутствует реактивность и, следовательно, при равенстве этого сопротивления волновому линии ВСЯ подведенная энергия попадает в антенну. А в режиме «приём» антенна усиливает сигнал собственной резонансной частоты. Помните крылатое – «Антенна – лучший усилитель!».
Здесь я (и не один я) усомнились в правоте этого понимания настройки.
http://forum.qrz.ru/thread15310-37.html
Цитата:
Сообщение от
UR4III
о приёме.
Не думаю, что добротность антенны относится к её важнейшим параметрам. По крайней мере в учебниках среди параметров передающих и приёмных антенн она мне не попадалась. Если не прав, пожалуйста, ссылку и возможно я изменю своё мнение.
То же касается и шумов.
…
Считается, что собственного теплового шума провода антенны на КВ нет. Это мизер, не воспринимаемый ухом. Не нужна здесь высокая чувствительность. Остальные шумы – это те же сигналы.
По поводу масимальности токов и напряжений именно в резонансной антенне.
Мы как-то не определились с понятием «резонансная антенна». По сути резонансной она является только на одной частоте. Для «широкого» диапазона это просто частный случай и в общем случае антенна не резонансна.
Ток и напряжение (заряд) в приёмной антенне зависят от величины наведенной в ней эдс. Исходя из принципа обратимости антенны, изменения тока и напряжения в зависимости от длины антенны можно проанализировать через сопротивление излучения. Формул Rиз для различных типов антенн предостаточно. Так вот в пределах диапазона Rиз меняется на единицы ом. Т.е. максимум действительно на резонансной частоте, только и минимум не шибко отстаёт от максимума.
Таким образом, если «сигнал в резонансном контуре растет пропорционально КВАДРАТУ добротности», то в антенне это не совсем так.
Кроме эдс полезного сигнала в антенне индуцируются эдс и от не нужных нам сигналов. На выходе приёмной антенны эти эдс формируют соответствующие импедансы. «Усиление» приёмной антенны, как источника эдс-ов, заключается в предоставлении ей нагрузки комплексно сопряженной с импедансом от полезного сигнала. В этом случае входные цепи приёмника получают максимум энергии полезного сигнала и минимум не полезных. Как видим, и здесь резонанс не обязателен. Просто нужно отрегулировать связь источника эдс (антенну) с нагрузкой (приёмником). Что и делают согласующие устройства между антенной и фидером или между фидером и трансивером. Причём вся АФ-система оказывается в резонансе. Дело вкуса и расчётов – резонансом каких элементов системы можно ограничиться.
http://forum.qrz.ru/thread15310-38.html
Цитата:
Сообщение от
UR4III
Меж тем «неспециалист» свёл техническое обсуждение к основам теории. Если кто не заметил, повторю.
Есть генератор и есть его нагрузка. Фидер пока не трогаем. Максимальная энергия рассеется на нагрузке в случае равенства её сопротивления выходному сопротивлению генератора. Идеальный для нас случай, когда входное антенны активно и равно выходному передатчика.
А что делать, если входное антенны комплексное и его активная часть не равна выходу передатчика – антенна не в резонансе? В этом случае в антенну «войдёт» меньше энергии, чем в идеальном варианте.
Между передатчиком и антенной ставится СУ, которое выполняет роль «трансформатора» - трансформирует комплексный импеданс антенны в сопротивление равное выходу передатчика. Теперь в антенну поступит столько же энергии за вычетом потерь в СУ, что и в идеальном варианте. Т.е. антенна не в резонансе, а излучает почти также как если бы была в резонансе.
Резонанс до лампочки!
Если кто-то упорно не понимает этого аза электротехники, то это и есть настоящая клиника.
Та же ситуация и при приёме. Здесь антенна выступает как источник эдс, а приёмник как её нагрузка.
Что меняет включение линии питания между передатчиком и антенной?
Если СУ располагается между линией и антенной, то волновое линии должно быть равно выходному передатчика. Добавляются потери энергии падающих волн.
Если СУ располагается между передатчиком и линией, то волновое линии в общем случае должно быть близким к входному антенны. Добавляются потери падающих и отраженных волн.
К сожалению, контр доводов я не увидел. Так они есть или «хенде хох!»?
Думаю, что методика настройки должна быть другой.
http://forum.qrz.ru/thread15310-37.html
Цитата:
Сообщение от
UR4III
Под настройкой антенны мы, как правило, понимаем именно ввод антенны в резонанс. Хотя критерием настройки должна быть напряжённость поля у корреспондента. Если лет 30 назад для радиолюбителя это была непосильная задача, то сегодня с помощью моделировщиков она ему по силам. А приемлемая ДН антенны может быть как раз вне её резонансной частоты.
Добавлено через 2 минуты
Цитата:
Сообщение от
ES1BA
Не хотел больше писАть, но не получил однозначного ответа...
Итак 3 варианта:
1 - Имеем резонансный полуволновой диполь на 3,8
2 - Длиннее 1 варианта % на 20 и согласованный шлейфом
3 - Короче 1 варианта % на 20 и тоже согласованный шлейфом (а почему бы не укоротить % на 80 ?).
Так что, все 3 антенны будут одинаково эффективны на 3,8 ?
Просьба, ответы только да или нет.
Цитата:
Сообщение от
UA3ASR
..второй лучше третьего (разница теоретическая), но оба хуже первого. Но хотелось бы знать, что у Вас подрузомевается под термином эффетивность антенны?
«Только да или нет» не получится, потому что ответ лежит глубже. В общем случае при отсутствии требований по ДН «эффективность антенны» обусловлена её энергетикой - КПД. КПД определяется отношением излучаемой энергии к суммарной в антенне и зависит от Rизлучения и Rпотерь. В пределах диапазона Rпот меняется незначительно. (Хотя изменение длины на 20% - это много.) А Rиз для вибратора можно определить по зависимости Rиз от отношения длины вибратора к длине излучаемой волны – Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны.Ч 2. Стр.53, рис.2.16.
На 3,8 l/λ=0,5 Rиз = 73 Ом (для случая свободного пространства).
На 3,8*0,8 = 3,04 l/λ=0,4 Rиз = 36 Ом
На 3,8*1,2 = 4,56 l/λ=0,6 Rиз = 120 Ом
Если принять, что в этом широком диапазоне Rпот меняется незначительно, то с позиции КПД 2-ий вариант предпочтительней.