ЕН - АНТЕННА
ГЛАВНАЯ    |   ФОТОАЛЬБОМ   |   ФАЙЛЫ   |   СХЕМЫ   |   ФОРУМ 
logo 6p3s.ru
6п3с циколевка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЕН - АНТЕННА БЕЗ ДОКАЗАТЕЛЬНЫХ ФОРМУЛ


♠ Многих радиолюбителей интересует вопрос, - ЕН - антенна, блеф или реальность? На все сто процентов нет, ведь эффективность антенны падает с квадратичной зависимостью по мере уменьшения ее размеров относительно полуволнового вибратора. Я тоже знаком с этой аксиомой. Тем не менее, предлагаю разобраться на пальцах без доказательных формул, почему все же ЕН - антенна, работает, опираясь только на начальную теорию. Так порой проще для общей массы радиолюбителей. Сначала кратко вспомним определение и теорию электромагнитного поля: Электромагнитное поле, являясь видом материи, обладает массой, энергией и импульсом, которые передаются в пространстве в виде электромагнитных волн. Электромагнитное поле (далее, - ЭМП), создается высокочастотными токами, текущими в полотне антенны. Переменные электрическое и магнитное поля тесно взаимосвязаны, образуя электромагнитное поле. Напряжённость электрических (Е) и магнитных (Н) полей электромагнитных волн перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны, т. е. электромагнитные

диаграмма ен антенны
Важная особенность ЭМП - это деление его на "ближнюю" и "дальнюю" зоны. В "ближней" зоне излучения, электромагнитная волна еще не сформирована. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющей полей (электромагнитной волны), ответственных за излучение. "Дальняя" зона диполя Герца - это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния более чем λ/3. Краткий вывод:
1. Антенны Герца создают E и H поля, которые находятся пространственно под 90° друг к другу, и они находятся не в фазе, пока они не распространились далеко от антенны. Когда они становятся в фазе, создается электромагнитное излучение.
2. Для характеристики величины ЭМП используется понятие напряженность электрического поля, обозначение Е, единица измерения В/м (Вольт-на-метр). Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, единица А/м (Ампер-на-метр). Теперь возьмем для обсуждения традиционный полуволновой вибратор (диполь Герца). Рассмотрим его в трех основных аспектах доступных каждому радиолюбителю:
1. Апертура;
2. Потери на излучение;
3. Понятие согласования;
Начнем с апертуры.
1. Если взять бесконечно тонкую антенну, она не излучает. Здесь отсутствует апертура антенны. С появлением толщины, часть энергии подводимой к ней потребляется на излучение, но только часть энергии. Главная цель антенны, породить и создать вокруг себя ЭМП, и максимально преобразовать подведенную мощность генератора в потери на излучение (Rп). Антенна должна быть хорошим излучателем энергии от генератора к среде. Антенна - это преобразователь электрической энергии в ЭМП. Рассмотрим диполь Герца длиной λ/2 как стандартный излучатель, т.к. на него часто опираются в расчетах. С уменьшением его длинны, апертура антенны падает, а уровень излучения ЭМП уменьшается с квадратичной зависимостью. Значит, для эффективной работы диполь λ/2 должен иметь определенную длину и толщину.
2. Диполь Герца, это прежде всего, длинная линия с потерями на излучение (Rп), а так же с потерями на активное сопротивление антенны (Rа) и прочие реактивные нагрузки. Последние по понятным причинам должны быть минимальными. В диполе Герца они присутствуют в полном объеме, если быть более точным, это очень простой ряд включенных RLC элементов. Это очень длинный резонансный элемент. На образование электромагнитной волны в тонкой антенне расходуется достаточно низкий уровень подводимой к ней мощности! Такова природа диполя. Надо честно осознать, что за период времени в 120 лет, человечество не смогло придумать нечто более совершенное, чем диполь Герца.
3. Теперь вспомним теорию баланса сопротивлений. Четырехполюсник, - его входное и выходное сопротивления должны равняться сопротивлению генератора и нагрузки. А что такое КСВ, знает любой начинающий радиолюбитель. Радиолюбитель согласует входное сопротивление антенны с генератором и часто не задумывается о согласовании сопротивления излучения со средой. Баланс должен быть везде, в том числе между антенной и средой. Среда, как известно это эфир. В "дальней" зоне диполя Герца есть связь между Е и Н: Е = 377Н, где 377 - волновое сопротивление вакуума. Мы пришли к выводу, что идеальная антенна, это некий прибор, имеющий 100% потерь только на излучение с входным сопротивление в 50 Ом, и сопротивлением излучения 377 Ом. Тогда мы в своих фантазиях можем позволить себе увидеть некую производную диполя Герца (далее - ПДГ) без реактивных элементов для создания ЭМП, а именно: ГЕНЕРАТОР -(50 Ом; N Вт)- "ПДГ" -(377 Ом; 100% N Вт)- ЭФИР = (377 Ом). Получилась красивая и весьма наглядная трактовка. Глядя на нее, становится понятным, что на некий ПДГ ложится огромная задача преобразовать выходное сопротивление генератора в сопротивление эфира и преобразовать всю электрическую энергию в ЭМП в широком диапазоне частот. Человек всегда хотел иметь вечный двигатель, по этому нам хотелось что -бы наша антенна приближалась к идеалу… В диполе Герца этому мешают распределенные реактивные элементы, по этому он узкополосен и малоэффективен.
В связи с этим у идеальной антенны не должно быть как реактивных элементов, так и активных, и соответственно идеальная антенна не должна иметь резонанса. У идеальной антенны в ближней зоне не должно быть отставания по фазе векторов Е и Н. К сожалению, мы не можем себе представить идеальную антенну как некую нейтральную субстанцию, в ней в любом случае должен присутствовать один из выше перечисленных элементов. Элемент Rа хотелось бы иметь минимальным по умолчанию. Нам необходим некий вибратор с характеристикой самого пространства. Это должна быть либо индуктивность, либо емкость. Тэд Хард выбрал емкость, а эквивалентная схема антенны выглядит как на рис.1. Емкость контура, это развернутая емкость (два цилиндра), которая работает на излучение. Это толстые и укороченные вибраторы.

схема ЕН антенны
Попробуем обосновать его выбор. Увеличение толщины вибратора позволяет: - сильнее связать его с пространством, а значит увеличить долю потерь энергии на излучение; - снизить добротность антенны, и тем самым расширить полосу пропускания антенны. И здесь главное во время вспомнить особенности ЭМП, а именно:

⇒ продолжение