电气缩短的环形天线。方案、说明

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在许多实际情况中，与波长相称的天线尺寸大得令人无法接受。因此，开发了电缩短（小）天线。同样重要的是，天线是唯一发射或接收电磁能的元件。本文讨论了此类天线的一种变体，即电缩短环形天线。实验在 14、27 和 430 MHz 的频率下进行。

对于给定周长，当环形天线覆盖最大面积（即，它是圆形框架）时，环形天线具有最佳性能。但为了方便考虑，让我们转向方框和发射（接收）波的垂直偏振（图1a）。

电气缩短的环形天线

与半波偶极子相比，自由空间中周长 e = λ（λ 是波长）的方形框架的方向性系数 (DAC) 为 1,35 dB，电阻为 rΣ = 100 欧姆 [1]。

垂直极化的方形环路可以被认为是由两个半波垂直偶极子组成，这些偶极子在末端加载（电容加载）并间隔四分之一波长。不存在向上和向下的辐射，因为框架的水平导体中的电流相互抵消。电流I和电压U沿框架导体的分布如图1所示。 1b. A 点和 C 点是电流波腹，是零电势点。当天线连接到 A 点的间隙时，一个偶极子被提供电流，而另一个偶极子（在 B 点和 D 点）被提供反相电压。位于自由空间中的框架在垂直和水平面上的辐射方向图如图 2 所示。 XNUMX c、d 和的形状接近半波偶极子的辐射图[XNUMX]。

环形天线的电缩短可以通过打开电压波腹（即 B 点和 D 点处的电容）增加偶极子的电容负载来实现，这还会将这些点处的电压相位改变 180° （图2，a）。我们将此天线称为两个半框的缩短环天线。

电气缩短的环形天线

框架电路中的电流现在仅沿一个方向流动（图 2，b），即框架的相对导体中的电流结果相对于彼此相反。这意味着在垂直于框架平面的方向上没有辐射，即辐射方向图在垂直平面上近似为圆形，在水平面上近似为“八字形”（图2，c，d）。如果我们将两个具有相反方向的相等电流的半波偶极子视为该天线的模拟，则相对于圆形辐射方向图的水平面增益为 3,8 dB [1]。

因此，在其特性上，该天线接近磁性天线——沿着环形轮廓具有恒定电流分布的天线，并且主要辐射近区中的电磁场的磁性分量。

所考虑的天线有四个零电位点：A、C - 电流的波腹，B、D - 电容器板之间距离的中点 - 电压节点。因此，可以在这些点附近对天线供电。最简单的方法是在电流波腹供电时使用 T 形匹配（图 3，a）[2]，或者在连接到电压节点时使用电容分压器（图 3，b）[1]。

电气缩短的环形天线

连接电路的大致参数可以根据以下考虑来确定。

最初，使用两个电容为 2C 的相同电容器将选定周长 e < λ 的框架调谐到工作频率 f 下的谐振，并测量空载框架 Q 的品质因数。
作为LC电路的环形天线的波阻抗为PA=1/(2πfC)。
具有波阻抗 rl 的电源线进入天线电路的包含系数，基于匹配后电路的品质因数减半的条件，k = (PAQ / Рl) 1/2。
T形匹配的连接点之间的距离et = e / k。
电容分压器的元件Cn = kC，C' = 4C·k / (k -2)。
如果将电源线连接到 A 点的断架处，则输入电阻 rin = Pa / Q。
框架的辐射电阻[3] rΣ = 80π2(2πSp/λ2)2，其中Sp是框架的面积，或者对于圆形框架rΣ=20π2(e/λ)4。

另一种版本的电缩短环形天线是已知的 - 带有电容负载的半波偶极子，折叠到框架中（图 4，a）。为了实现这种天线，环路的周长必须小于波长的一半。零电位点 - 点 A 和电容器 C 极板之间距离的中点（图 4，b）。辐射方向图与两个半框环形天线的辐射方向图大致一致。电源线连接在零电位点附近，就像在具有两个半框架的环形天线中所做的那样。

电气缩短的环形天线

与连续环路的环形天线相比，两个半框的缩短环形天线的特点是电流幅度沿环形导体的分布更均匀，因此，在相同周长的情况下，它具有较大的辐射电阻rΣ，并且，结果，更高的效率ηA（效率）。根据测量数据，增益在 e/λ = 3 时达到 0,2 dB。

对两个半框架的缩短环形天线的研究是在14、27和430 MHz的频率下进行的。对于14 MHz的频率，直径为2 mm的铜线制成的方形框架的周长e = 0λ，电容 2C = 22 pF，空载框架品质因数 Q = 100，辐射电阻 rΣ = 2 Ω，当前波腹输入电阻 rin = 10 Ω，效率 ηA - 0,1 和带宽 0,3 MHz。为了连接波阻抗 Pl = 50 Ohm 的电缆，电容分压器由电容器 C = 47 pF 和 Cn = 510 pF 组成，T 形匹配的框架导体部分的长度 eτ = 160 mm。使用铁氧体环和几匝同轴电缆进行平衡 [2]。该天线被用作室内接收器，用于监测业余无线电台的工作。在某些情况下，由于天线的对称性（可减弱共模干扰）以及辐射方向图中存在“零点”，因此可以降低干扰信号的水平。

对于 27 MHz 的频率，几个天线由周长 e = (0,1 ... 0,5)% 的两个半框架制成。他们的研究给出了以下结果。对于所考虑的环形天线，辐射电阻随着尺寸的减小而急剧下降。它取决于面积的平方（或圆形框架周长的四次方）。因此，对于周长e<0,1A的环形天线，辐射电阻远小于损耗电阻，天线带宽仅由天线LC电路的参数决定。对于周长 e > 0.2A 的环形天线。辐射电阻与损耗电阻相称，品质因数开始下降，天线带宽和效率增加。此外，当给天线供电时，需要努力确保振动器的中心部分，即电流的波腹，没有连接元件。因此，电容分压器优于T形匹配。

430 MHz 环形天线尺寸为 36x22 毫米，由直径 1,5 毫米的镀银铜线制成。电容 2C 由微调电容 1...5 pF 组成。采用非对称T型匹配。 Pl = 50 Ω 的电缆编织层连接到零电位点（电流波腹）和中心线芯（距其 10 毫米）。负载天线的带宽为4,5 MHz，效率为0,05 ... 0,1。

所考虑的环形天线是对称的，不需要配重，具有零电位点（允许使用常规供电方法），可以通过可变电容器进行调节，对介质和弱导电物体的存在不是很敏感它紧邻，并且不包含电感匹配元件。对于给定的周长，最短的圆形环形天线（由两个半框架组成，通过电容分压器供电，框架材料和电容器的损耗尽可能最低）具有最高的效率。

文学

德瓦维特尔·约翰. 低频段 DXing。美国无线电中继联盟公司- 1987 年，第 266 页。 XNUMX.
Grigorov I. 天线的实用设计。 - M.：DMK，2000，352 页。淤泥，
Grechikhin L. 电气小天线：可能性和妄想。 - 广播，1992 年，第 11 期，第 8 页10-XNUMX。

作者：N. Turkin，圣彼得堡

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