环形天线的 Q 因子和效率。方案、说明

环形天线的 Q 因子和效率。无线电电子电气工程百科全书

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多年来，小型环形天线一直受到无线电爱好者的兴趣。最近，出现了使用电机驱动 KPI 进行远程调谐的商用天线。

众所周知，小帧（与波长 X 相比）的品质因数 Q 较高，因此带宽 2Δf \u0d f 0 / Q 不超过其谐振频率 f XNUMX 的百分之几。有要么是关于帧的效率（效率）的传说，要么是完全不准确的数据。

在业余无线电条件下，很容易制作环形天线，将其调谐到所需频率f 0 并与馈线匹配。确定带宽 2Δf 也很容易，至少可以通过将输入电阻的模数增加 1,4 倍并失谐 Δf。然后馈线中的SWR从频率f 0 处的2,6变为频率f 0 ±Δf处的约XNUMX。事实证明，这些数据足以评估所构建的环形天线的效率，当然环形天线的尺寸也是已知的，让我们和作者一起推导一些简单的公式来评估效率。如果有人不喜欢数学，他可以简单地看文章末尾的结论和结果。我希望他们对他来说并不复杂（嗨）。

因此，我们将讨论周长 p = πD 的“圆形”框架，明显小于 λ/2（图 1）。环路的电感由调谐电容C的电容进行补偿，从而使天线调谐到谐振状态，其电阻变为纯有源，等于RΣ+Rn，其中RΣ为辐射电阻； Rn 是损耗电阻。在这种情况下，在框架中建立了最大幅度的环形电流，并且沿周边几乎均匀分布。与电缆的协调可以通过不同的方式完成：通信环路、铁氧体变压器或伽玛环路，如图 1 所示。 XNUMX.

环形天线的 Q 因子和效率

让我们首先给出天线理论中已知的可用于计算环形天线的公式。正如我们所看到的，它的辐射电阻 RΣ = 20π2р4/λ4 非常小，并且随着周长的减小而迅速减小。他们还尝试减小损耗电阻，因为效率 = RΣ/(RΣ + Rn)。

框架以及传统振荡电路的品质因数等于谐振频率 X = 2πf 0L 处的电感电阻与有源频率处的电感电阻之比：Q = X/2(RΣ + Rn)。引入分母中的两个是为了考虑变换到框架的发射器的输出阻抗或接收器的输入阻抗，等于（通过匹配条件）天线的有源阻抗。对于无损天线（Rn = O，效率 = 100%），品质因数是有限值，因为有用的辐射损耗仍然存在：Q0 = X / 2RΣ。也很容易证明效率 = Q/Q0。

为了计算环路电感，文献中提出了相当多的公式，这些公式在数值系数上略有不同（没有绝对精确的公式，因为很难考虑小的影响：与圆形的形状差异，导线的最终直径、其表面上的电流分布、集肤效应等）。d.）。作者更喜欢使用最简单、最准确的公式——L=μ0R ln(R/r)，其中μ0=4π10-7 H/m为磁常数； R = D/2 和 r = d/2 分别是框架和线的半径。这里的所有尺寸均采用 SI 单位制。我们看到，电感与环路直径 D 乘以形状因子 β = ln(D/d) 成正比。其值如图所示（图2）

我们计算感抗 X = 2πf0L = πf0Lμ0Dβ 并从频率移动到波长，同时考虑到 f0 = c/λ。 c = 1√μ0/e0（光速）和√μ0/e0 = 120π（自由空间的波阻抗）：

仍然需要找到品质因数：

至于其他小型天线（请参阅作者之前关于该主题的文章），品质因数与天线的线性尺寸或近场体积的立方成反比。我们把公式简化一下：由于 π ≈ 3，误差不超过 5%，所以最终写出：

Q0 = β(λ/p)3。

这应该是效率 = 100% 的环形天线的品质因数。如果Q的测量值较小（理论上不能大于），则效率=Q/Q0。现在，无线电业余爱好者将能够通过根据已知的框架周长计算所需的品质因数 Q0 并测量实际品质因数 Q，来确定其天线的效率。

作者：弗拉基米尔·波利亚科夫 (RA3AAE)，莫斯科

查看其他文章 部分甚高频天线.

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文章评论：

尤里
没有天线的品质因数这样的参数，如何计算天线的效率由 Goncharenko 描述。并且天线的参数可以在mmanna中查看。

伊戈尔·
我试图计算 14 MHz 的直径是 2 m 10 mm。结果是 Q0=210 。据我所知，对于这样的天线，Q = 400 ... 1000 即效率将是 200%...500%？

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