Гало-антенна
, Гало-антенна или гало , представляет собой антенну с центральным питанием. 1/2 с длиной волны дипольная антенна , согнутая в круг, с изломом прямо напротив точки питания. Концы диполя расположены близко, но не соприкасаются, а их сечения можно расширить, образуя воздушный конденсатор, расстояние между которыми используется для регулировки резонансной частоты антенны. Чаще всего эта антенна устанавливается горизонтально, тогда излучение этой антенны становится примерно всенаправленным и горизонтально поляризованным.
Гало-антенны против рамочных антенн
[ редактировать ]В этом разделе гало-антенны сравниваются с рамочными антеннами, которые электрически различны, но их можно спутать, поскольку все они имеют одну и ту же круглую форму и могут иметь неразличимые размеры, если созданы для частот в два раза выше или вдвое выше расчетной частоты гало. . [а]
Halo против больших петель
[ редактировать ]
Хотя гало-антенна также является резонансной антенной, она отличается от полноволновой рамочной антенны , которая почти в два раза больше ее размера при той же рабочей частоте.В случае гало-антенны каждая половина имеет длину около четверти длины волны и заканчивается узлом тока ( нулевой ток и пиковое напряжение) на разрыве.Саморезонансные петли с периметром в одну полную длину волны имеют диаграмму направленности , пик которой перпендикулярен плоскости петли (вдоль оси z на диаграмме ниже ), но падает до нуля в плоскости петли, совершенно противоположно излучению. диаграмма направленности гало-антенны. Таким образом, несмотря на внешнее сходство, эти два типа антенн ведут себя принципиально по-разному.
Полноволновая рамочная антенна имеет длину окружности чуть больше двух полуволн, что чуть более чем в два раза больше размера гало-антенны, предназначенной для работы на той же частоте. Напротив, два полукруга резонансного контура каждый имеют длину в половину длины волны . Зазора нет, и каждый полукруг заканчивается в точке соединения полукругов, расположенной в точке на окружности, противоположной точке питания, где начинаются оба полукруга; ток и напряжение непрерывны в точке соединения, которая является узлом напряжения (пиковый ток и нулевое напряжение).
На диаграмме излучения (слева) квадратная светло-серая двухволновая петля имеет максимальный сигнал ( пурпурный ) сбоку от проводов, с нулями слева и справа от диаграммы; маленькая петля представляет собой светло-серый восьмиугольник с максимальным сигналом в плоскости восьмиугольника антенного провода с нулями ( черная центральная точка) залпом к ним.
Halo против маленьких петель
[ редактировать ]Гало-антенна отличается от малорамочной антенны размером: [а] радиационная стойкость и эффективность , но их диаграммы направленности почти одинаковы. Гало-антенна является саморезонансной антенной: ее сопротивление в точке питания не имеет реактивного сопротивления/чисто резистивно на расчетной частоте. С другой стороны, небольшая рамочная антенна имеет меньшую радиационную стойкость. [б] и не является саморезонансным; для противодействия реактивному сопротивлению контура требуется определенная форма согласования импеданса - на практике это обычно состоит из переменного конденсатора, соединяющего точку, соответствующую зазору ореола.
Распределение тока по двум плечам гало-антенны аналогично токам по двум плечам (также длиной в четверть волны) полуволнового диполя (см. анимацию там ), будучи максимальными в точке питания и падающими до нуля. на концах (просвет в случае ореола). С другой стороны, в небольшой петле ток примерно однороден и синфазен вдоль проводника. Гало – опять же, как и полуволновой диполь – также имеет пики напряжения в зазоре, тогда как больший ток вблизи точки питания наиболее ответственен за создаваемое излучение, при этом антенна излучает немного больше в сторону расщепления в петле. [ нужна ссылка ] Небольшая петля излучает почти одинаково во всех направлениях в плоскости проводника.
Диаграммы направленности как гало, так и малых петель противоположны диаграмме направленности полноволновой петли и максимальны в плоскости петли, а не перпендикулярно ей; гало-антенны излучают лишь небольшую величину перпендикулярно плоскости петли, а петли меньше 1/10 излучения ( « перпендикулярного волны имеют вообще не нулевое»).
Ореолы чаще всего ориентируют так, чтобы плоскость петли располагалась горизонтально, параллельно земле, чтобы создать примерно всенаправленную диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и минимизировать ненужное вертикальное излучение. Маленькие петли, с другой стороны, часто ориентированы вертикально, чтобы воспользоваться «нулевым» приемом маленькой петли, направляя их «глухое» направление (перпендикулярно плоскости петли) к источнику помех.
Ошибочное понимание разрыва гало
[ редактировать ]Хотя некоторые авторы считают, что зазор в петле гало-антенны отличает ее от небольшой рамочной антенны (поскольку между двумя концами нет соединения постоянного тока) , это различие теряется на ВЧ : близко изогнутые высоковольтные концы соединены емкостно. с радиочастотным электрическим соединением, осуществляемым посредством тока смещения . Несмотря на резкое изменение напряжения на зазоре, РЧ ток, перекрывающий зазор, остается непрерывным (хотя, возможно, на мгновение он равен нулю).
Зазор в гало электрически эквивалентен настроечному конденсатору в малом контуре , хотя его паразитная емкость далеко не так велика, как это необходимо для настроенного контура : Емкость не нужна, поскольку антенна гало уже является резонансной, но поскольку некоторая небольшая емкостная емкость связь в любом случае присутствует, плечи диполя обрезаются с 97% четвертьволны каждое для восстановления резонанса. Более того, концы гало часто прижимаются еще ближе друг к другу, чтобы увеличить их взаимную емкость , а затем концы обрезаются еще короче, чтобы это компенсировать, чтобы сделать диаграмму направленности еще более почти всенаправленной и произвести еще менее расточительное вертикальное излучение. [с] (для горизонтально установленного нимба).
Современный и оригинальный дизайн ореола
[ редактировать ]Ранние гало-антенны [2] использовали две или более параллельные петли, смоделированные по патенту 1943 года. [1] который представлял собой сложенный диполь, согнутый в круг, как на иллюстрации справа . [3]
Конструкция с двойным контуром может быть расширена до нескольких электрически параллельных контуров, расположенных друг над другом. Каждая дополнительная петля увеличивает сопротивление излучения пропорционально квадрату количества петлей, что расширяет полосу пропускания КСВ, увеличивает эффективность излучения и до определенной степени помогает в согласовании импедансов.
В более поздних гало-антеннах, как правило, используется одновитковая петля, питаемая одноплечим гамма-антенной . [д] Новый подход использует меньше материала и снижает ветровую нагрузку, но имеет более узкую полосу пропускания , может быть менее механически надежным и обычно требует токового симметратора для подавления излучения в питающей линии.
Преимущества и недостатки гало-антенн
[ редактировать ]Как и все конструкции антенн, гало-антенна представляет собой компромисс, при котором одно желаемое качество приносится в жертву другому, еще более желательному качеству - например, гало-антенна мала и имеет среднюю эффективность, но только для одной частоты и узкой полосы вокруг нее. В следующих разделах обсуждаются преимущества и недостатки гало-антенн как с практической, так и с теоретической точки зрения.
Преимущества
[ редактировать ]
- Гало представляет собой антенну большего размера и, следовательно, более эффективна, чем небольшая петля, и примерно такая же эффективность, как у дипольной антенны, разрезанной на ту же частоту.
- На диапазонах ОВЧ и выше физический диаметр гало достаточно мал, чтобы его можно было эффективно использовать в качестве мобильной антенны.
- По направлению к горизонту диаграмма направленности является всенаправленной с точностью до 3 дБ или меньше, и это можно выровнять, немного уменьшив контур и добавив большую емкость между кончиками элементов. Это не только выровняет усиление по горизонтали, но и уменьшит бесполезное излучение вверх. [с]
- При питании от гамма-спички или при установке электрически нейтральной точки контура на проводящей мачте излучающий элемент ореола находится на заземлении постоянного тока , что имеет тенденцию уменьшать накопление статических помех.
- Ореолы улавливают меньше шума зажигания от двигателей, если они установлены на крыше автомобиля, чем штыревые антенны . [4]
- Ореолы можно группировать для дополнительного усиления и повышения эффективности. Это уменьшает излучение под большим углом, но практически не влияет на форму диаграммы направленности в плоскости антенны. [с]
- Хорошо сконструированный ореол хорошо сочетается с коаксиальным кабелем сопротивлением 50 Ом . [5]
Недостатки
[ редактировать ]- Излучение горизонтальных гало практически не имеет вертикальной поляризационной составляющей. Следует ожидать больших потерь сигнала при связи со станцией, использующей антенну с вертикальной поляризацией. [4]
- Гало-антенна имеет жесткую конструкцию; если она прикреплена к транспортному средству, она может быть повреждена ветвями деревьев или другими препятствиями, в отличие от штыревой антенны, которая сгибается и пружинит назад.
- Гало-антенна — это резонансная антенна, обеспечивающая наилучшие характеристики только на той частоте, для которой она рассчитана. С другой стороны, небольшой передающий контур можно настроить в диапазоне частот 3:1 с помощью переменного конденсатора . [и]
- При мобильном использовании ореол довольно заметен по сравнению с гораздо более распространенной вертикальной штыревой антенной и может привлечь нежелательное внимание.
- Одноконтурная гало-антенна не так эффективна для связи на больших расстояниях, как горизонтальная малая петля (игнорируя преимущества более высокой радиационной стойкости ), поскольку большая часть ее сигнала отправляется вверх, а не наружу, тратя мощность сигнала, «согревая облака». .
Примечания
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Обратите внимание, что для всех типов антенн при измерении диаграммы направленности и характеристик размер антенны измеряется как доля (или кратная) длины принимаемых или передаваемых через нее волн; следовательно, эффективный «размер» любой антенны меняется всякий раз, когда подключенное к ней радиоприемник настроен на другую частоту.
- ^ Поскольку радиационное сопротивление небольшой антенны невелико, максимум несколько Ом , мощность, преобразованная в радиоволны, может быть незначительной по сравнению с мощностью, теряемой при нагреве из-за сопротивления проводника, которое составляет как минимум несколько Ом. Для лучших характеристик передачи всегда предпочтительнее использовать антенны большего размера, но на больших длинах волн (меньшие СЧ и НЧ ) размер любой резонансной антенны (включая гало-антенны) неоправданно велик, и, поскольку они более компактны, чем диполь или несимметричный вибратор , небольшие контуры тем не менее, используются как наименее худший вариант.
- ^ Jump up to: а б с Излучение под большим углом бесполезно для радиосвязи, за исключением космических волн почти вертикального падения (NVIS) или для сигнализации быстроорбитальных космических кораблей с фиксированной антенной. Для частного случая спутниковой связи удобна диаграмма направленности, равномерно покрывающая все небо, однако устаревшее вертикальное излучение горизонтального гало слишком скудно, чтобы равномерно покрыть небо.
- ^ «Одноплечное» стандартное гамма-соответствие , обеспечивающее несбалансированную подачу, в отличие от сбалансированного «двуплечего» Т-образного соответствия (гамма-согласование для каждой стороны точки подачи). Использование несбалансированного гамма-соответствия — лишь типичная черта современных ореолов; это не имеет существенного значения для его конструкции. Существуют и другие, менее распространенные методы подачи ореолов, которые работают так же хорошо или даже лучше, и любой тип питания может поддерживать заземленный ореол, если соединение ореола с поддерживающей мачтой расположено (как показано на рисунках ) на электрически нейтральный центр контура(ов) и имеет соединение с землей через мачту.
- ^ Возможными частотами передачи в малом контуре являются те, периметр которых составляет примерно 1 / 8 λ ~ 1 / 3 λ ,
где длина волны λ определяется выражением λ = 299,79 м / ф [в МГц ] = 983,563 фута / ф [в МГц ] .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Патент США 2324462 , Лидс, Л.М. и Шелдорф, М.В., «Высокочастотная антенная система», выдан 13 июля 1943 г., передан компании General Electric.
- ^ Стайтс, Фрэнсис Х. (октябрь 1947 г.). «Ореол в шесть метров». КСТ . п. 24.
- ^ «Сложенный диполь» . Теория антенн .
- ^ Jump up to: а б Тилдон, Эдвард П. (декабрь 1956 г.). «Эффекты поляризации в мобильных УКВ». КСТ . стр. 11–13.
- ^ Данцер, Пол (сентябрь 2004 г.). «6-метровый нимб». Журнал QST . стр. 37–39.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Построить гало-антенну длиной два метра» . kr1st.com .
- «Еще одна конструкция двухметровой петли УКВ» . Fedler.com .