Антенна -резиновая уточка (или антенна-резиновая уточка) — это электрически короткая монопольная антенна , изобретенная Ричардом Б. Джонсоном , которая функционирует примерно как штыревая антенна с базовой нагрузкой . Она состоит из пружинистого провода в форме узкой спирали , запечатанного в резиновую или пластиковую оболочку для защиты антенны. [1] Антенна-резиновая уточка — это разновидность спиральной антенны нормального режима .
Электрически короткие антенны, такие как резиновая уточка, используются в портативном ручном радиооборудовании на частотах VHF и UHF вместо четвертьволновой штыревой антенны , которая неудобно длинная и громоздкая на этих частотах. [2] Спустя много лет после своего изобретения в 1958 году, антенна резиновая уточка стала антенной выбора для многих портативных радиоустройств , включая рации и другие портативные трансиверы , сканеры и другие устройства, где безопасность и надежность имеют приоритет над электромагнитными характеристиками. Резиновая уточка довольно гибкая, что делает ее более подходящей для ручной работы, особенно при ношении на поясе, чем более ранние жесткие телескопические антенны.
Термин «резиновая уточка» происходит от прорезиненного защитного покрытия, которое обычно можно увидеть на портативных радиостанциях и полицейских радиостанциях. [3] Альтернативное название основано на формате короткого шлейфа: «короткая антенна». [4] [5] [6]
До появления резиновой уточки антенны на портативных радиоприемниках обычно состояли из четвертьволновых штыревых антенн , стержней, длина которых составляла одну четверть длины волны используемых радиоволн. [1] В диапазоне VHF , где они использовались, эти антенны были длиной 0,6 или 0,9 м (2 или 3 фута), что делало их громоздкими. Они часто изготавливались из телескопических трубок, которые можно было втягивать, когда они не использовались. Чтобы сделать антенну более компактной, начали использовать электрически короткие антенны, короче четверти длины волны. Электрически короткие антенны имеют значительное емкостное сопротивление , поэтому, чтобы сделать их резонансными на рабочей частоте, последовательно с антенной добавляется индуктор ( нагрузочная катушка ) . Антенны, в основания которых встроены эти индукторы, называются штыревыми антеннами с базовой нагрузкой.
Резиновая уточка — это электрически короткая четвертьволновая антенна, в которой индуктор, вместо того чтобы находиться в основании, встроен в саму антенну. Антенна сделана из узкой спирали проволоки, похожей на пружину, которая выполняет функцию необходимого индуктора. Пружинная проволока гибкая, что делает ее менее подверженной повреждениям, чем жесткая антенна. Пружинная антенна дополнительно заключена в пластиковое или резиноподобное покрытие для ее защиты. Техническое название этого типа антенны — нормальная спираль . [7] Резиновые уточки обычно имеют длину от 4% до 15% длины волны; [7] то есть от 16% до 60% длины стандартного четвертьволнового штыря.
Поскольку длина этой антенны значительно меньше длины волны, эффективная апертура , при 100% эффективности, будет приблизительно равна: [8]
Как и другие электрически короткие антенны, резиновая уточка имеет худшую производительность (меньшее усиление ) из-за потерь и, таким образом, значительно меньшее усиление, чем четвертьволновая штыревая антенна. Однако она имеет несколько лучшую производительность, чем антенна с базовой нагрузкой такой же длины. Это связано с тем, что индуктивность распределена по всей антенне и, таким образом, допускает несколько больший ток в антенне.
Антенны Rubber Ducky имеют меньший коэффициент усиления , чем полноразмерные четвертьволновые антенны, что снижает дальность радиосвязи. Обычно они используются в двухсторонних радиостанциях ближнего действия , где максимальный диапазон не является обязательным. Их конструкция представляет собой компромисс между коэффициентом усиления антенны и малым размером. Их трудно охарактеризовать электрически, поскольку распределение тока вдоль элемента не является синусоидальным, как в случае с тонкой линейной антенной.
Как и другие короткие монополи с индуктивной нагрузкой, резиновая уточка имеет высокий Q-фактор и, следовательно, узкую полосу пропускания . Это означает, что по мере того, как частота отклоняется от расчетной центральной частоты антенны, ее КСВ увеличивается, и, таким образом, ее эффективность быстро падает. Этот тип антенны часто используется в широком диапазоне частот, например, 100–500 МГц, и в этом диапазоне ее производительность плохая, но во многих мобильных радиоприложениях имеется достаточный избыточный уровень сигнала, чтобы преодолеть любые недостатки антенны.
Из этих правил можно сделать вывод, что можно спроектировать антенну-резиновую уточку с сопротивлением около 50 Ом в точке питания, но может потребоваться компромисс в отношении полосы пропускания. Современные антенны-резиновые уточки, такие как те, что используются в сотовых телефонах, сужаются таким образом, что требуется немного компромиссов в производительности.
Некоторые антенны-резиновые утки сконструированы совершенно иначе, чем оригинальная конструкция. Один тип использует пружину только для поддержки. Пружина электрически закорочена. Таким образом, антенна является электрически антенной с линейным элементом. Некоторые другие антенны-резиновые утки используют пружину из непроводящего материала для поддержки и представляют собой коллинеарную антенную решетку. Такие антенны по-прежнему называют антеннами-резиновыми уточками, хотя они функционируют совершенно иначе (и часто лучше), чем оригинальная пружинная антенна.
