Рамочная антенна — это радиоантенна , состоящая из петли или катушки провода, трубки или другого электрического проводника , который для передачи обычно питается от сбалансированного источника питания, а для приема — от сбалансированной нагрузки. В этом физическом описании есть два (возможно, три) различных типа:
При описании больших контуров в этом разделе предполагается, что рабочая частота радиоприемника настроена на первый резонанс рамочной антенны. На этой частоте целая длина волны в свободном пространстве немного меньше периметра петли, что является наименьшим размером, которым может быть «большая» петля. [2]
Саморезонансные рамочные антенны для так называемых «коротковолновых» частот относительно велики, их периметр чуть больше предполагаемой рабочей длины волны , следовательно, для круглых рамок диаметром примерно 175 футов (53 м) самое большое, около 1,8 МГц . . На более высоких частотах их размеры становятся меньше, падая до диаметра около 11 футов (3,4 м) на частоте 30 МГц.
Большие рамочные антенны можно рассматривать как сложенный диполь , параллельные провода которого разделены на части и приданы овальную или многоугольную форму. Форма петли может быть кругом, треугольником, квадратом, прямоугольником или фактически любым замкнутым многоугольником, но для резонанса периметр петли должен быть немного больше длины волны. [2]
Рамочные антенны могут иметь форму круга, квадрата или любой другой замкнутой геометрической формы, позволяющей иметь общий периметр чуть больше одной длины волны. Самая популярная форма в любительском радио - это счетверенная антенна или «четверка», саморезонансная петля квадратной формы, которую можно сконструировать из проволоки, натянутой на опорную раму в форме буквы « × ». Может быть один или несколько дополнительных контуров, расположенных параллельно первому в качестве «паразитного» директора и/или элемента(ов) отражателя , создавая однонаправленную антенную решетку с коэффициентом усиления , который увеличивается с каждым дополнительным паразитным элементом. Эту конструкцию также можно повернуть на 45 градусов, придав ей ромбовидную форму, опирающуюся на рамку в форме « + ». Треугольные петли (« △ ») также использовались для вертикальных петель, поскольку их можно поддерживать на одной мачте. [2] Прямоугольник, высота которого в два раза превышает его ширину, обеспечивает немного увеличенное усиление, а также напрямую соответствует 50 Ом , если используется как одиночный элемент. [2] : § 9.6.2
В отличие от дипольной антенны , поляризация резонансной рамочной антенны не очевидна из ориентации самой петли, а зависит от расположения ее точки питания. [e] Если вертикально ориентированную петлю подать снизу, ее излучение будет горизонтально поляризованным; подача его сбоку сделает его вертикально поляризованным.
Диаграмма направленности рамочной антенны первого резонанса достигает пика под прямым углом к плоскости петли. По мере увеличения частоты до второго и третьего резонансов перпендикулярное излучение затухает и возникают сильные лепестки вблизи плоскости петли. [3] (с. 235)
На более низких коротковолновых частотах полная петля физически довольно велика, и ее единственная практическая установка - это «лежать ровно», при этом плоскость петли горизонтальна земле, а антенный провод поддерживается на той же относительно небольшой высоте мачтами по ее периметру. . [2] Это приводит к горизонтально поляризованному излучению, пик которого приближается к вертикальному около самой низкой гармоники; эта схема хороша для региональной связи NVIS , но, к сожалению, в целом бесполезна для установления контактов континентального масштаба.
На частотах выше примерно 10 МГц петля имеет диаметр примерно 10 метров, и становится более практичным устанавливать петлю «стоя», то есть так, чтобы плоскость петли была вертикальной, чтобы направить ее главный луч к горизонту. Если частота достаточно высока, петля может быть достаточно маленькой, чтобы ее можно было прикрепить к вращателю антенны и вращать в нужном направлении. По сравнению с диполем или сложенным диполем, вертикальная большая петля тратит меньше мощности, излучаемой в сторону неба или земли, что приводит к увеличению усиления примерно на 1,5 дБ в двух предпочтительных горизонтальных направлениях.
Дополнительный коэффициент усиления (и однонаправленная диаграмма направленности ) обычно получается с помощью массива таких элементов либо в виде ведомого массива с концевым пламенем , либо в конфигурации Yagi – при этом только один из контуров приводится в движение питающей линией, а все остальные контуры являются «активными ». паразитные» рефлекторы и директора. Последний широко используется в радиолюбительстве в конфигурации «четверка» (см. фото).
Низкочастотные одноволновые петли «лежа» иногда используются для местной связи NVIS . Иногда это называют ленивым квадом . Его диаграмма направленности состоит из одной доли, направленной вверх (излучение, направленное на землю, которое не поглощается, отражается обратно вверх). На диаграмму направленности и особенно на входное сопротивление влияет близость к земле.
При подаче более высоких частот входное сопротивление антенны обычно включает реактивную часть и другой резистивный компонент, что требует использования антенного тюнера . Когда частота увеличивается выше первой гармоники, диаграмма направленности распадается на несколько лепестков, пик которых приходится на меньшие углы относительно горизонта, что является улучшением для связи на большие расстояния на частотах, значительно превышающих вторую гармонику контура.
Гало-антенну часто описывают как полуволновую дипольную антенну , изогнутую в виде круга. Хотя его можно отнести к категории изогнутого диполя, его всенаправленная диаграмма направленности почти такая же, как у небольшой петли. Гало более эффективно , чем маленькая петля, так как это антенна большего размера.1/ 2 волна по окружности с ее непропорционально большей радиационной стойкостью . [f] Из-за гораздо большей радиационной стойкости ореол по сопротивлению хорошо соответствует коаксиальному кабелю сопротивлением 50 Ом , а его конструкция менее требовательна, чем небольшая петля, поскольку изготовитель не обязан проявлять такую крайнюю осторожность, чтобы избежать потерь от посредственные проводники и контактное сопротивление. [4]
В1/ 2 волна, гало-антенна находится вблизи или на крайне высоком пределе диапазона размеров «маленьких» петель, но в отличие от большинства маленьких петель большого размера, ее можно проанализировать с помощью простых методов, рассматривая ее как изогнутый диполь .
.jpg/1280px-WA8FJW_Mobile_(1963_Plymouth_with_6-meter_Halo_antenna).jpg)
На диапазонах ОВЧ и выше физический диаметр гало достаточно мал, чтобы его можно было эффективно использовать в качестве мобильной антенны.
Горизонтальная диаграмма направленности горизонтального гало почти всенаправлена – с точностью до 3 дБ или меньше – и это можно выровнять, немного уменьшив петлю и добавив больше емкости между концами элемента. Это не только выровняет усиление, но и уменьшит восходящее излучение, которое для ОВЧ обычно тратится впустую: оно излучается в космос.
Ореолы воспринимают меньше электрических искровых помех, чем монополи и диполи — например, шум зажигания от транспортных средств. [5]
Несмотря на внешне другой внешний вид, гало-антенну удобно рассматривать как диполь (который также имеет полуволновую излучающую часть с высоким напряжением и нулевым током на концах), согнутый в круг. Простое использование результатов диполя значительно упрощает расчеты и по большинству свойств совпадает с гало. Характеристики гало также можно смоделировать с помощью методов, используемых для аналогичных «маленьких» передающих контуров среднего размера, но для краткости этот сложный анализ часто опускается во вводных статьях о рамочных антеннах.
Некоторые авторы ошибочно считают зазор в петле гало-антенны, чтобы отличить ее от небольшой рамочной антенны, поскольку между двумя концами нет соединения постоянного тока . Но в РФ это различие утрачено ; близко изогнутые концы высокого напряжения связаны емкостно, и РЧ ток пересекает зазор как ток смещения . Зазор в ореоле электрически эквивалентен настроечному конденсатору в небольшой петле, хотя используемая побочная емкость не так велика. [г]
Маленькие петли «маленькие» по сравнению с их рабочей длиной волны. В отличие от диаграммы направленности больших рамочных антенн, мощность приема и излучения маленьких рамок достигает максимума внутри плоскости петли, а не в поперечном направлении (перпендикулярно) ей. [3] : 235
Как и все антенны, физически намного меньшие рабочей длины волны, маленькие рамочные антенны имеют небольшое сопротивление излучения , которое затмевается омическими потерями , что приводит к низкой эффективности антенны . Поэтому они в основном используются в качестве приемных антенн на более низких частотах (длины волн от десятков до сотен метров). Как и у короткой дипольной антенны , сопротивление излучения невелико. Сопротивление радиации пропорционально квадрату площади:
где A — площадь, охватываемая петлей, λ — длина волны, а N — количество витков проводника вокруг петли.
Из-за более высокого показателя степени, чем у линейных антенн (квадрат площади петли ≈ периметр в 4-й степени, по сравнению с квадратом длины диполя и монополя = 2-я степень) падение R рад с уменьшенным размером более сильное. [6] : 5-11 Возможность увеличения сопротивления излучения R рад за счет использования нескольких витков аналогична созданию диполя из двух или более параллельных линий для каждого плеча диполя (« складной диполь »).
Маленькие петли имеют преимущества в качестве приемных антенн на частотах ниже 10 МГц. [7] Хотя потери в малом контуре могут быть высокими, одни и те же потери относятся как к сигналу, так и к шуму, поэтому отношение сигнал/шум приема в малом контуре может не ухудшаться на этих более низких частотах, где преобладает принимаемый шум. атмосферным шумом и статическим, а не внутренним шумом приемника . Возможность более управляемого поворота антенны меньшего размера может помочь максимизировать сигнал и устранить помехи. Чтобы гарантировать, что нулевые направления небольших приемных контуров будут «острыми», используется несколько методов построения, включая добавление нарушенного экранирования плеч контуров и поддержание периметра вокруг1/ 10 длина волны (или 1 /4 максимум волна). Вместо этого периметры небольших передающих контуров делаются настолько большими, насколько это возможно, вплоть до 1 /3 волна (или даже 1 /2если возможно), чтобы максимально использовать их низкую эффективность, хотя при этом приходится жертвовать резкими нулями.
Малая рамочная антенна также известна как магнитная петля , поскольку отклик электрически небольшой приемной петли пропорционален скорости изменения магнитного потока через петлю. [8] На более высоких частотах (или более коротких длинах волн), когда антенна больше не электрически мала, распределение тока в петле больше не может быть равномерным, и взаимосвязь между ее откликом и падающими полями становится более сложной. [8] В случае передачи поля, создаваемые электрически малой петлей, аналогичны «бесконечно малому магнитному диполю», ось которого перпендикулярна плоскости петли. [3] : 235
Из-за их незначительной радиационной стойкости свойства небольших контуров чаще подвергаются интенсивной оптимизации, чем полноразмерных антенн, а свойства, оптимизированные для передачи, не совсем такие же, как для приема. В полноразмерных антеннах взаимность между передачей и приемом обычно делает различия несущественными, но поскольку некоторые радиочастотные свойства, важные для приема, отличаются от свойств для передачи – особенно ниже примерно 10–20 МГц – небольшие петли, предназначенные для приема, немного отличаются от небольшие передающие петли. Они обсуждаются отдельно в следующих двух подразделах, хотя многие комментарии относятся к обоим.
Если периметр рамочной антенны намного меньше предполагаемой рабочей длины волны, скажем, 1 /8к1/ 100 длины волны – тогда антенна называется малой рамочной антенной , а такие маленькие петли почти всегда используются только для приема. Некоторые факторы производительности, включая получаемую мощность, масштабируются пропорционально площади контура. Для данной площади петли длина проводника (и, следовательно, его чистое сопротивление потерь ) минимизируется, если периметр имеет круглую форму, что делает круг оптимальной формой для небольших петель. Небольшие приемные контуры обычно используются на частотах ниже 3 МГц, где доминируют искусственный и естественный атмосферный шум. Таким образом, низкая эффективность не будет отрицательно влиять на отношение сигнал/шум принимаемого сигнала, пока контур не будет слишком мал.
Типичный диаметр приемных петель с «воздушными центрами» составляет от 30 до 100 см (от 1 до 3,5 футов). Чтобы увеличить магнитное поле в контуре и, следовательно, его эффективность, при значительном уменьшении размера, катушку с проводом часто наматывают на магнитный сердечник из ферритового стержня ; это называется ферритовой рамочной антенной. Такие ферритовые рамочные антенны используются почти во всех приемниках вещания AM , за заметным исключением автомобильных радиоприемников , поскольку антенна для диапазона AM должна находиться за пределами мешающего металлического шасси автомобиля.
Маленькие рамочные антенны также популярны для радиопеленгации , отчасти из-за их чрезвычайно четкого и четкого «нулевого значения» вдоль оси петли: когда ось петли направлена прямо на передатчик, целевой сигнал резко исчезает. [9]
Сопротивление излучения R рад небольшой петли обычно намного меньше, чем сопротивление потерь R ℓoss из-за проводников, составляющих петлю, что приводит к плохой эффективности антенны . [h] Следовательно, большая часть мощности, подаваемой на небольшую рамочную антенну, будет преобразована в тепло за счет сопротивления потерь, а не выполнять полезную работу по выталкиванию радиоволн или их сбору.
Потеря мощности нежелательна для передающей антенны, однако для приемной антенны неэффективность не важна на частотах ниже примерно 15 МГц. На этих более низких частотах атмосферный шум (статический) и техногенный шум ( радиочастотные помехи ) даже слабый сигнал от неэффективной антенны намного сильнее, чем внутренний тепловой шум или шум Джонсона , генерируемый в собственной схеме радиоприемника, поэтому слабый сигнал от рамочной антенны можно усилить без ухудшения отношения сигнал/шум . [10]
Например, на частоте 1 МГц искусственный шум может быть на 55 дБ выше минимального теплового шума. Если потери небольшой рамочной антенны составляют 50 дБ (как если бы антенна включала в себя аттенюатор на 50 дБ), электрическая неэффективность этой антенны будет мало влиять на соотношение сигнал/шум принимающей системы .
Напротив, на более тихих частотах около 20 МГц и выше антенна с потерями 50 дБ может ухудшить принимаемое соотношение сигнал/шум до 50 дБ, что приведет к ужасным характеристикам.
Удивительно, но диаграмма излучения и приема маленькой петли перпендикулярна диаграмме направленности большой авторезонансной петли (периметр которой близок к одной длине волны). Поскольку размер петли намного меньше длины волны, ток в любой момент почти постоянен по всей окружности. Из симметрии видно, что напряжения, индуцированные в обмотках контура на противоположных сторонах контура, будут компенсировать друг друга, когда на ось контура прибудет перпендикулярный сигнал. Следовательно, в этом направлении есть ноль . [11] Вместо этого диаграмма направленности достигает пика в направлениях, лежащих в плоскости контура, поскольку сигналы, полученные от источников в этой плоскости, не полностью компенсируются из-за разности фаз между приходом волны на ближнюю и дальнюю стороны петли. петля. Увеличение этой разности фаз за счет увеличения размера контура приводит к непропорционально большому увеличению сопротивления излучения и, как следствие, эффективности антенны .
Другой способ рассматривать небольшую петлю как антенну — рассматривать ее просто как индуктивную катушку, связанную с магнитным полем в направлении, перпендикулярном плоскости катушки, в соответствии с законом Ампера . Затем рассмотрим распространяющуюся радиоволну, также перпендикулярную этой плоскости. Поскольку магнитные (и электрические) поля электромагнитной волны в свободном пространстве поперечны (нет компонента в направлении распространения), можно видеть, что это магнитное поле и поле небольшой рамочной антенны будут находиться под прямым углом и, таким образом, не связан. По той же причине электромагнитная волна, распространяющаяся в плоскости контура с магнитным полем, перпендикулярным этой плоскости, связана с магнитным полем катушки. Поскольку поперечное магнитное и электрическое поля распространяющейся электромагнитной волны расположены под прямым углом, электрическое поле такой волны также находится в плоскости петли, и, следовательно, поляризация антенны (которая всегда определяется как ориентация электрического поля) Говорят, что , а не магнитное поле) находится в этой плоскости.
Таким образом, установка петли в горизонтальной плоскости приведет к созданию всенаправленной антенны с горизонтальной поляризацией; вертикальная установка петли дает слабонаправленную антенну с вертикальной поляризацией, но с исключительно резкими нулями вдоль оси петли. [i] Критерии размера, отдающие предпочтение петлям с периметром 1 /4 волна или меньше обеспечивает четкость приема нуля в контуре. Маленькие контуры, предназначенные для передачи (см. ниже), разрабатываются настолько большими, насколько это возможно, чтобы улучшить предельное сопротивление излучению, жертвуя резким нулем за счет использования периметров, таких больших, как 1 /3~ 1 /2 волна .
Поскольку небольшая рамочная антенна по существу представляет собой катушку, ее электрический импеданс является индуктивным, причем индуктивное реактивное сопротивление намного превышает ее сопротивление излучения. Для связи с передатчиком или приемником индуктивное сопротивление обычно компенсируется параллельной емкостью. [j] Поскольку хорошая рамочная антенна будет иметь высокую добротность (узкую полосу пропускания ), конденсатор должен быть переменным и регулироваться в соответствии с настройкой приемника.
Маленькие рамочные приемные антенны также почти всегда резонируют с помощью конденсатора с параллельными пластинами, что делает их прием узкополосным, чувствительным только к очень специфической частоте. Это позволяет антенне в сочетании с (переменным) настроечным конденсатором действовать как настроенный входной каскад для входного каскада приемника вместо преселектора .
Пока периметр петли остается ниже примерно 1 /4 Направленная характеристика малых рамочных антенн включает в себя резкий нуль в направлении, нормальном к плоскости петли, поэтому небольшие петли предпочтительнее использовать в качестве компактных радиопеленгационных антенн на больших длинах волн.
Процедура заключается в повороте рамочной антенны, чтобы найти направление, в котором сигнал исчезает – «нулевое» направление. Поскольку обнуление происходит в двух противоположных направлениях вдоль оси контура, необходимо использовать другие средства для определения, на какой стороне антенны находится «обнуленный» сигнал. Один из методов состоит в том, чтобы использовать вторую рамочную антенну, расположенную во втором месте, или переместить приемник в это другое место, полагаясь, таким образом, на триангуляцию .
Вместо триангуляции второй диполь или вертикальная антенна может быть электрически объединена с рамочной или рамочной антенной. Так называемая сенсорная антенна , подключение и согласование второй антенны изменяет комбинированную диаграмму направленности на кардиоиду с нулевым значением только в одном (менее точном) направлении. Общее направление передатчика можно определить с помощью сенсорной антенны, а затем отсоединение сенсорной антенны возвращает резкие нули в диаграмме направленности рамочной антенны, что позволяет определить точный пеленг.
Маленькие рамочные антенны имеют потери и неэффективны для передачи, но они могут быть практичными приемными антеннами в средневолновом диапазоне (520–1710 кГц) широковещательного диапазона и ниже, где размеры антенн с длиной волны недопустимо велики, а неэффективность антенны не имеет значения из-за больших количество атмосферного шума .
В приемниках AM-вещания (и других низкочастотных радиоприемниках для потребительского рынка) обычно используются небольшие рамочные антенны, даже если для приема FM можно подключить телескопическую антенну. [12] Переменный конденсатор , подключенный к контуру, образует резонансный контур , который также настраивает входной каскад приемника, поскольку этот конденсатор отслеживает основную настройку. Многодиапазонный приемник может содержать точки отвода вдоль рамочной обмотки для настройки рамочной антенны на самые разные частоты.
В AM-радиоприемниках, построенных до изобретения феррита в середине 20-го века, антенна могла состоять из десятков витков провода, закрепленных на задней стенке радиоприемника (плоская спиральная антенна ) или отдельной вращающейся антенны размером с мебель. стойка обмотана проводом – рамочная антенна .
Ферритовые рамочные антенны изготавливаются путем намотки тонкой проволоки на ферритовый стержень. Они почти повсеместно используются в приемниках AM-вещания. [12] (стр. 23) [d] Другие названия этого типа антенны — петлевая антенна , ферритовая стержневая антенна или антенна, ферроцептор или феррод-антенна . Часто на средневолновых и более низких коротковолновых частотах в качестве обмотки используется литцендрат для уменьшения потерь на скин-эффект . На всех частотах используются сложные схемы «плетения корзины», чтобы уменьшить межобмоточную емкость катушки, гарантируя, что собственный резонанс контура значительно превышает рабочую частоту, так что он действует как электрический индуктор, который может резонировать с настроечным конденсатором. , и с последующим улучшением добротности контура .
Включение магнитопроницаемого сердечника увеличивает радиационную стойкость небольшого контура, [1] снижая неэффективность из-за омических потерь. Как и все небольшие антенны, такие антенны крошечны по сравнению с их эффективной площадью . Типичная рамочная антенна радиовещания AM, намотанная на феррит, может иметь площадь поперечного сечения всего 1 см 2 (0,16 кв. дюйма) на частоте, на которой идеальная антенна (без потерь) имела бы эффективную площадь в несколько сотен миллионов раз больше. Даже с учетом резистивных потерь в ферритовой стержневой антенне ее эффективная площадь приема может превышать физическую площадь петли в 100 раз. [13]
Маленькие передающие петли «маленькие» по сравнению с полной длиной волны, но значительно больше, чем «маленькие» петли только приема. Обычно они используются на частотах 14–30 МГц. В отличие от приемных контуров, размеры небольших передающих контуров необходимо увеличивать для более длинных волн, чтобы поддерживать адекватную радиационную устойчивость, а их больший размер размывает или стирает особенно резкий нуль, обнаруженный в небольших приемных контурах.
Передающая петля обычно состоит из одного витка проводника большого диаметра; они обычно имеют круглую или восьмиугольную форму, чтобы обеспечить максимальную закрытую площадь для заданного периметра и, следовательно, максимизировать радиационную стойкость . Меньшие из этих контуров гораздо менее эффективны , чем исключительные характеристики полноразмерных саморезонансных контуров [14] или умеренная эффективность монополей , диполей и гало , но там, где есть место для полноволнового контура или полуволнового контура . волновой диполь недоступен, небольшие петли могут обеспечить адекватную связь с невысокой, но терпимой эффективностью. [15] [16]
Небольшая передающая рамочная антенна с периметром 10% или менее длины волны будет иметь относительно постоянное распределение тока вдоль проводника [1] , а основной лепесток будет находиться в плоскости петли, поэтому они будут показывать сильный нуль. знакомы по диаграмме направленности небольших приемных контуров. Петли любого размера от 10% до 30% длины волны по периметру и почти точно до 50% по окружности могут быть построены и настроены с помощью последовательного конденсатора на резонанс, но их неравномерный ток уменьшит или устранит структуру маленьких петель. нулевой. Конденсатор необходим для окружности менее полуволны, дроссель для петель более полуволны и менее полной волны.
Контуры в диапазоне размеров малых передающих контуров могут не иметь ни однородного тока, как очень маленькие контуры, ни синусоидального тока больших контуров, и, следовательно, их нельзя анализировать с использованием допущений, полезных для небольших приемных контуров, или полноволновых рамочных антенн. Производительность лучше всего определять с помощью анализа NEC . Антенны этого диапазона размеров включают гало (см. выше) и петлю G0CWT (Edginton). Для краткости во вводных статьях о малых рамочных антеннах иногда обсуждаются петли, меньшие по окружности, чем1/ 10 длины волны , поскольку для петель с окружностями больше1/ 10 волна , упрощающее предположение об однородности тока по всей петле становится неприемлемо неточным. Поскольку более крупный ореол также поддается простому анализу, малые рамочные антенны среднего размера и их сложный анализ часто опускаются, в результате чего многие хорошо информированные производители антенн остаются в неведении относительно характеристик, достижимых с помощью умеренно маленьких рамок.
Маленькие вертикально ориентированные петли используются в военной наземно-мобильной радиосвязи на частотах от 3 до 7 МГц из-за их способности направлять энергию вверх, в отличие от обычной штыревой антенны . Это обеспечивает связь по небесным волнам ближнего вертикального падения (NVIS) на расстоянии до 300 км (190 миль) в горных регионах. Для NVIS типичная эффективность излучения около 1% приемлема, поскольку пути прохождения сигнала могут быть установлены с излучаемой мощностью 1 Вт или менее, что осуществимо при использовании передатчика мощностью 100 Вт.
При использовании в военных целях антенна может быть построена из одного или двух проводников диаметром 2,5–5 см (1–2 дюйма). Сама петля обычно имеет диаметр 1,8 м (6 футов).
Одна практическая проблема с маленькими петлями в качестве передающих антенн заключается в том, что маленькая передающая петля не только будет иметь очень большой ток, проходящий через нее, но также будет иметь очень высокое напряжение на конденсаторе - обычно тысячи вольт - даже при питании всего несколькими Вт мощности передатчика. Чем меньше петля (в длинах волн), тем выше напряжение. Для этого требуется довольно дорогой и физически большой резонансный конденсатор с большим напряжением пробоя , а также минимальные диэлектрические потери (обычно требуется конденсатор с воздушным зазором или даже вакуумный переменный конденсатор ).
Увеличение диаметра петли снизит напряжение на промежутке, а также повысит эффективность, однако все другие улучшения эффективности будут иметь тенденцию к увеличению напряжения на промежутке: эффективность можно повысить, сделав петлю из более толстого проводника; другие меры по снижению сопротивления потерь проводника включают сварку или пайку соединений, а не пайку. Но поскольку уменьшение сопротивления потерь увеличивает добротность антенны, следствием повышения эффективности является еще большее напряжение на конденсаторе в зазоре контура. Для данной частоты меньшая маленькая петля более опасна, чем большая маленькая петля, и, как ни странно, сравнительно эффективный небольшой передающий контур более опасен, чем неэффективный.
Проблемы радиочастотного ожога и удара , возникающие при емкостной нагрузке небольших контуров, более серьезны, чем при индуктивной нагрузке коротких штырей или дипольных антенн : Для электрических (линейных) антенн согласование с использованием нагрузочной катушки также генерирует высокие напряжения на конце(ах) антенны. а в нагрузочной катушке, однако, в отличие от конденсаторов, высокая разность напряжений равномерно распределяется по длине катушки, и в качестве меры предосторожности ее обычно намеренно делают физически длиннее и тоньше, чем более эффективную короткую форму. Высокое напряжение обычно создает проблемы только на верхнем конце катушки, когда оно распространяется по всей длине катушки, тогда как на обкладках конденсатора высокие напряжения (в идеале) максимальны по всей поверхности пластин. Кроме того, высоковольтные наконечники монополей и диполей обычно устанавливаются высоко и вне досягаемости, что ограничивает возможности радиочастотных ожогов. Напротив, небольшие рамочные антенны лучше переносят установку близко к земле, поэтому их части, находящиеся под высоким напряжением, чаще находятся в пределах легкой досягаемости. Таким образом, высокие напряжения от высокой добротности представляют большую угрозу для небольших контуров, чем большинство других небольших антенн, и требуют большей осторожности даже при очень низкой входной мощности.
В дополнение к другим распространенным методам согласования импеданса, таким как гамма-согласование, небольшие приемные и передающие контуры иногда согласовываются по импедансу путем подключения питающей линии к еще меньшему фидерному контуру внутри области, окруженной основным контуром. В результате главный контур остается без электрического соединения постоянного тока с передатчиком. [16] По сути, эта комбинация представляет собой трансформатор, мощность которого в ближнем поле индуктивно связана с контуром питания с основным контуром, который сам подключен к резонирующему конденсатору и отвечает за излучение большей части мощности.
Если и основной, и фидерный контуры одновитковые, то коэффициент преобразования импеданса вложенных контуров почти в точности равен отношению площадей двух контуров по отдельности, или квадрату отношения их диаметров (при условии, что они имеют одинаковую форма). Типичные контуры питания: 1 /8к 1 /5размер основного контура антенны, что дает коэффициенты преобразования от 64:1 до 25:1 соответственно. Регулировка близости контура фидера к основному контуру и искажение его формы приводят к небольшим или умеренным изменениям коэффициента преобразования и позволяют точно регулировать сопротивление точки питания. Для основного контура с несколькими витками, чаще используемого для средневолновых частот, фидерный контур может состоять из одного или двух витков в том же кадре, что и витки основного контура, и в этом случае коэффициент преобразования импеданса представляет собой квадрат отношения числа витков. включает каждую петлю.
Некоторые антенны очень похожи на петли, но предназначены для связи с индуктивным излучением ближнего поля на расстоянии 1–2 метра (3–7 футов), а не для передачи или приема электромагнитных волн на большие расстояния в радиационном дальнем диапазоне . поле .
Использование катушек связи для индуктивных систем, в том числе их применение на НЧ и ВЧ , выходит за рамки данной статьи.
Системы индукционного нагрева , индукционные кухонные плиты, а также RFID- метки и считыватели взаимодействуют за счет магнитной индукции ближнего поля , а не передаваемых волн дальнего поля . Строго говоря, это не радиоантенны.
Хотя они не являются радиоантеннами, эти системы работают на радиочастотах и включают использование небольших магнитных катушек, которые в торговле называются «антеннами» . Однако их более целесообразно рассматривать как аналоги обмоток слабосвязанных трансформаторов . Хотя магнитные катушки в этих индуктивных системах иногда кажутся неотличимыми от рассмотренных выше небольших рамочных антенн, такие устройства могут работать только на коротких расстояниях и специально разработаны, чтобы избежать передачи или приема радиоволн . Поскольку системы индукционного нагрева и считыватели RFID используют только переменные магнитные поля ближнего поля , их критерии эффективности отличаются от радиоантенн дальнего поля, обсуждаемых в этой статье.
{{cite magazine}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)