|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
RADYO ELEKTRONİK VE ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANSİKLOPEDİSİ Elektrik ve manyetik antenlerin eşdeğerliği. Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi
Radyo elektroniği ve elektrik mühendisliği ansiklopedisi / Antenler. teori Elektrodinamiğin bazı konularını inceleyen bu makale, yalnızca teorik açıdan ilgi çekici olmakla kalmayıp, aynı zamanda uzun ve orta dalgalar için antenlerin tasarımı ve hesaplanmasında ve bunların özelliklerinin anlaşılmasında yararlı olabilecek önemli pratik sonuçlara da yol açmaktadır. operasyon. Elektrodinamik ve radyo mühendisliğinin kurucusu Heinrich Hertz bile, 1. yüzyılın sonlarında çeşitli alıcı antenler üzerinde deneyler yaparken, uçlarında toplar veya diskler (elektrikli anten) şeklinde kapasitif yük bulunan kısa bölünmüş bir vibratör kullandı. Şekil 1'de gösterilen tel halkası (manyetik anten). XNUMX,a ve şek. XNUMX, b. Alan göstergesi X-X anten terminalleri arasında çok küçük bir boşluktu.
Anten teorisinde, temel elektrik dipol (Hertz dipol) ve temel manyetik dipol (akımlı bir halka) kavramları yaygın olarak kullanılmaktadır. Her iki temel anten de dalga boyuna göre küçüktür. Teorinin gelişmesiyle birlikte elektrik ve manyetik alanların ilişkisinden doğan dualite ilkesi formüle edildi. 1944 yılında A. Pistolkors bunu kullanarak vibratör ve slot antenleri arasındaki benzerliğe dikkat çekti [1]. Uzak Doğu'da elektrik antenleri dikey teller veya üstte yatay bir tel veya tel ağı şeklinde kapasitif yük bulunan bir direk şeklinde yapılır. Uzak Doğu'daki dünya iyi bir iletkendir ve çevresinde yalnızca dikey polarize dalgalar yayılabilir. Bu nedenle, Hertz dipolünün yalnızca bir yarısı genellikle yerden yükselir (Şekil 1, c), diğer yarısı yerdeki ayna yansımasıdır (kesikli çizgilerle gösterilmiştir). Bu tür antenlerin çok iyi bir topraklamaya ihtiyacı vardır. Manyetik antenler ferrit çubuk üzerinde küçük çerçeveler veya çok küçük bobinler şeklinde yapılır. Manyetik antenler topraklama gerektirmez ve gürültü bağışıklığı daha yüksektir. Ancak yaygın olarak kullanılan manyetik antenlerin verimliliği çok düşük olduğundan verici olarak uygun değildir. Ancak manyetik antenler her zaman küçük değildi - geçen yüzyılın 20'li yıllarının başında, alıcı merkezlerde çapı 20 m'ye kadar olan DV döngü antenleri kullanıldı! Büyük döngü antenlerine olan ilgi günümüze kadar devam etmiştir; bunun nedeni, örneğin bir dedektör alıcısı için antenden maksimum sinyal elde etme isteğidir [3]. Böylece hangi antenin daha etkili olduğu sorusu ortaya çıkıyor; elektrikli anten mi, yoksa büyük manyetik döngülü anten mi? Peki bu durumda dualite ilkesi geçerli midir? Sorunun ilk kez gündeme getirildiği söylenemez - geçen yüzyılın 20'li yıllarında doğal olarak o zamanın bilgi ve fikirleri düzeyinde çözüldü [4]. Cevap, antenin etkin yüksekliği kavramına dayanarak elde edildi - elektrikli anten için çok daha büyük olduğu ortaya çıktı ve tercih edildi. Uzak Doğu'da radyo amatörlerinin dalga boyuna uygun tam boyutlu bir anten yapması neredeyse imkansızdır. Bu nedenle sadece alıcı anten olarak kullanılan küçük antenleri ele alacağız. Antenleri iletken toprak yüzeyinin yakınına yerleştireceğiz (Şekil 2).
Solda (Şekil 2a) radyo istasyonundan gelen elektromanyetik dalganın vektörleri gösterilmektedir: elektrik alan gücü E (dikey polarizasyon), manyetik alan gücü H ve enerji akısı yoğunluğu P. Boş uzaydaki dalgalar için Maxwell denklemlerinden şu şekilde olur: P = E N veya yalnızca modüller için (mutlak değerler) P = E - N = E2/120π. İncirde. Şekil 2b, L uzunluğunda yatay bir tel ile yüklenmiş, h yüksekliğinde dikey bir düşüş şeklinde bir elektrikli L şeklinde anteni göstermektedir. Hesaplamaları basitleştirmek için, L >> h koyalım, o zaman neredeyse tüm anten kapasitansı yoğunlaşacaktır. yatay tel ile toprak arasında. Dikey iletkenin herhangi bir bölümündeki akım aynı olacaktır ve elektrik anteninin etkin yüksekliği hde = h olacaktır. X-X terminalleri ile dikey redüksiyonun, yatay telin herhangi bir yerine, örneğin ortasına bağlanarak T şeklinde bir anten elde edilebileceğine dikkat edilmelidir. Bu, analizimizin sonuçlarını hiçbir şekilde etkilemeyecektir. Ayrıca topraklama, bir karşı ağırlıkla değiştirilebilir - zemin boyunca döşenen L uzunluğunda bir tel parçası (Şekil 2, b'deki kesikli çizgi). Karşı ağırlığın toprağa güçlü kapasitif bağlantısı, yüksek frekanslı akımlar için neredeyse kısa devre sağlayacaktır. Manyetik anten (Şekil 2c), aynı boyutlarda dikdörtgen tek dönüşlü bir çerçeve şeklinde yapılacaktır. Çerçevenin alt teli doğrudan dünyanın yüzeyine geçecektir, dolayısıyla endüktansı üstteki endüktansa kıyasla çok küçük olacaktır. Alttaki telin iki toprakla değiştirilebileceğini ancak bunların kayıp direncinin gerçekte telin direncinden daha büyük olacağını unutmayın. Manyetik antenin etkin yüksekliği hdm = 2πS/λ = kS olacaktır; burada S çerçeve alanıdır; k = 2π/λ. Bu formülü türetmek basittir: Çerçevenin dikey kenarlarında Eh'ye eşit bir emk indüklenir ve çerçevenin uzak (sağ) tarafında emk, küçük bir kL açısıyla faz olarak geride kalır. X-X terminallerindeki emf EhkL olacaktır. S = hL olduğundan. hdm = kS elde ederiz. L<<λ dikkate alındığında çerçeve hdm'nin gerçek yüksekliğinin hde'den çok daha az olduğu ortaya çıkar. Her iki anten için de X-X terminallerinde geliştirilen EMF Ehd'dir, bu nedenle [4]'te büyük bir EMF geliştirdikleri için elektrikli antenler tercih edilmiştir. Ancak antenlerin verimliliği EMF ile değil (sonuçta geleneksel bir transformatörle artırılabilir), belirli bir alan gücünde antenden alınan sinyalin gücü ile değerlendirilmelidir. Yük sinyal kaynağı (anten) ile eşleştiğinde maksimum güç ortadan kalkar. Koordinasyon, yük reaktansının mutlak değerde eşit olmasını, ancak işaretin kaynak reaktansına göre ters olmasını ve aktif dirençlerinin basitçe eşit olmasını sağlamaktan oluşur. Eşleştirme koşulunun ilk kısmı (reaktansların telafisi), Şekil 3'de gösterildiği gibi -jX reaktansının r yüküne seri bağlanmasıyla yerine getirilebilir. 4. Elektrikli bir anten için bu, antenin kapasitansını telafi eden endüktans olacaktır ve manyetik bir anten için bu, çerçevenin endüktansını telafi eden kapasitans olacaktır. Bu dengeleme aslında antenin alınan radyo istasyonunun frekansındaki rezonansa ayarlanması anlamına gelir. Elektrik ve manyetik antenlerin oluşturduğu salınım devrelerinin eşdeğer devreleri sırasıyla Şekil 4'de gösterilmektedir. XNUMXa ve Şek. XNUMX, b.
Eşleştirme koşulunun ikinci kısmını (kaynağın ve yükün aktif dirençlerinin eşitliği) yerine getiremeyeceğiz. Gerçek şu ki, ideal (kayıpsız) bir antenin aktif direnci, onun radyasyon direncidir. Bizim antenlerimiz boyutlarının küçük olması nedeniyle çok küçük olduğundan formüllerini bile vermeyeceğiz. Aynı düşük yük direncini seçerseniz devrenin kalite faktörü (Şekil 4) çok yüksek olacak ve bant genişliği yayın istasyonu sinyali için çok dar olacaktır. Q devresinin gerekli kalite faktörüne göre yük direncini r seçmemiz gerekecek. Örneğin, Mayak radyo istasyonunu 198 kHz frekansında alacaksak, devrenin kalite faktörü hayır olmalıdır. Yaklaşık 20 kHz'lik bir bant genişliği sağlamak için 10'den fazla. Kalite faktörü, yükün aktif direncinin değerini belirleyecektir r = X/Q ve antenin küçük aktif direnci artık ihmal edilebilir. Küçük bir yük direncini seri olarak anten devresine bağlamak pratik olarak sakıncalıdır; Şekil 4'de gösterildiği gibi devreye paralel olarak bağlamak çok daha iyidir. 4,c ve Şek. 2, g. Paralel direnç R, XQ olacaktır ve dönüşüm formülü şu şekilde görünecektir: R = XXNUMX/r. Bu şekilde seçilen yük direncinde antenin geliştirdiği güç P = (Ehd)2/r olacaktır ve r, anten X reaktansı ve Q kalite faktörü ile belirlenir. her iki antenin reaktansı: Xe = 1 /ωSant - elektriksel için ve Xm =ωLant - manyetik için. L>> h varsayımımız göz önüne alındığında, en kolay yol uzun satırların sonundaki açık ve kapalı formülleri kullanmaktır: Xe = W·ctgL = W/tgkL ve Хм = W · tgkL. kL'nin küçük değeri nedeniyle teğetlerin yerine bağımsız değişkenler konulabilir, bu durumda Xe = W/kL ve Xm = WkL olur. W= (L/C)1/2 hattının karakteristik empedansı (iletken toprak dikkate alınarak) W = 60 ln(h/d) formülüyle bulunur; burada doğal logaritma, tel ile toprak arasındaki mesafe h telin çapına d. Verilen formüllerden elektrik anteninin verdiği gücü hesaplıyoruz: P = (Ehde)2 Q/Xe = E2Qkh2L/W. Aynı işlemi manyetik anten için de yapalım: P = (Ehdm)2 Q/Xm, = E2Qkh2L/W. Sonuç, küçük elektrikli ve manyetik antenlerin eşit verimliliğini kanıtlayan aynı formüldür. Seçtiğimiz koşullar altında aynı büyüklükte, eşit güç sağlıyorlar. Desenin doğası gereği daha genel olduğunu ve dualite ilkesinin her zaman işe yaradığını varsaymak mantıklıdır. Şimdi çok turlu çerçevelerin kullanılmasının tavsiye edilip edilmeyeceğini görelim. N dönüşü aynı boyutlarla sararak N kat daha büyük emk elde edeceğiz, ancak endüktans dönüş sayısının karesiyle orantılı olduğundan X reaktansı N2 kat artacaktır. Aynı kalite faktörü Q korunurken yük direncinin aynı miktarda arttırılması gerekecektir. Sonuç olarak, antenin sağladığı güç değişmeyecektir. Bu nedenle, çok turlu bir çerçevenin kullanılması yalnızca dirençleri dönüştürmenin bir yoludur, ancak verimliliği artırmanın bir yolu değildir. Antenden gelen güce ilişkin elde ettiğimiz formül daha detaylı bir analizi hak etmektedir. Her şeyden önce, güç P, alan gücünün E karesiyle, yani enerji akısı yoğunluğuyla orantılıdır. Bu sonuç, ideal kayıpsız bir anten için yük ile radyasyon direncini eşleştirirken [5]'te zaten elde edilmişti. Buradan elde edilen formülü hatırlayalım: Po = E2λ2/6400. Şimdi uyumsuz bir antenimiz var. λ dalga boyuna bağımlılık artık farklıdır, λ paydadadır, formüle k dalga sayısı üzerinden girilir, ancak antenin boyutlarını dalga boylarında ifade edersek, dalga boyuna önceki bağımlılık geri yüklenecektir. Dolayısıyla h ve L anten boyutları sabit (metre cinsinden) ise daha kısa dalgaların kullanılması daha karlı olur. Antenin boyutlarını dalga boylarında sabitlersek, yani anteni λ ile orantılı olarak değiştirirsek, uzun ve ekstra uzun olanlar daha karlı olur. Antenden maksimum güç elde etmek için şunları yapmanız önerilir: - antenin W karakteristik empedansını azaltmak; bu, birkaç paralel ve uzamsal olarak aralıklı kablo bağlayarak antenin kapasitansını artırarak ve endüktansını azaltarak pratik olarak yapılır; - uygun yükü seçerek ve toprak, yalıtkanlar ve iletkenlerdeki kayıpları azaltarak Q anten sisteminin kalite faktörünü arttırmak; - anten alanının kapladığı hacmi artırın. Son noktanın açıklığa kavuşturulması gerekiyor. İncirde. Şekil 5, antenin hem elektrik (düz çizgiler) hem de manyetik alanlarının (kesikli çizgiler) güç hatlarının konfigürasyonunu göstermektedir. Anten uçtan gösterilmektedir ve alan çizgilerinin en yoğun olduğu alanın genişliğinin h mertebesinde olduğu açıktır. Bu nedenle h2L çarpımı, anten alanlarının ağırlıklı olarak yoğunlaştığı hacimdir. Arttırılmasında fayda olan bu hacimdir.
Söylenenlerin hepsini açıklamak için, Şekil 2'e göre elektrik ve manyetik antenlerin pratik yaklaşık hesaplamasını sunuyoruz. 10, b ve c. Anten yüksekliği h = 30 m ve uzunluğu L = 1500 m Dalga boyu λ = 20 m, anten devresinin kalite faktörü Q = 0,1. E = 5 V/m alan kuvvetinde, her iki antenden çekilen güç yaklaşık XNUMX olacaktır. Yüksek sesle konuşan dedektör alımı için oldukça yeterli olan mW. Aynı zamanda antenleri eşleştirme ve yükleme koşulları da tamamen farklı olacaktır. Tel çapı 1 mm olan antenin yer üstünde yatay telinin oluşturduğu hattın karakteristik empedansı W = 60 In104 = 550 Ohm ve kL = 0,125 olacaktır. Bu He = 550/0,125 = 4,4 kOhm ve Xm = 550 0,125 = 70 Ohm verir. Bir elektrikli anten için dengeleme bobininin reaktansı (endüktans L yaklaşık 3 mH'dir) ve manyetik bir anten için dengeleme kapasitörünün (kapasitans yaklaşık 10 pF) aynı olmalıdır. Buna göre anten devresinin rezonanstaki direnci (kalite faktörü ile çarpılmalıdır) 000 ve 88 kOhm olacaktır. Devreyi yüklemesi gereken bu yük direnci R'dir veya dedektörün giriş direncidir. Elektrikli bir antenle eşleşen öğeler olmadan yapamazsınız [1,4]. Manyetik bir antenle daha kolaydır - düşük giriş direncine sahip bir dedektör doğrudan kapasitör C'ye bağlanabilir. Edebiyat
Yazar: V.Polyakov, Moskova
Bahçelerdeki çiçekleri inceltmek için makine
02.05.2024 Gelişmiş Kızılötesi Mikroskop
02.05.2024 Böcekler için hava tuzağı
01.05.2024
▪ Kuşların şarkı söyleyerek tanımlanması ▪ Yenilikçi silikon süper kapasitör
▪ site bölümü Dijital teknoloji. Makale seçimi ▪ Marilov'un makalesi. Manilovshchina. Popüler ifade ▪ makale Hangi Amerikan başkanı uzun süre nükleer çantayı açma kodunu kaybetti? ayrıntılı cevap ▪ Makale Vizörlü mengene. ev atölyesi ▪ makale Güç kaynağı. Dalgalanma Koruyucuları. dizin ▪ makale İran atasözleri ve sözler. Geniş seçim
Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri
www.diagram.com.ua |
Diğer makalelere bakın bölüm 
En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:
Bu sayfanın tüm dilleri