Що таке напівхвильова дипольна антена / антена?

Дипольна антена напівхвилі, напівхвильова дипольна антена є найбільш широко використовуваною версією популярної дипольної антени.

Напівхвильовий диполь - найпопулярніша версія дипольної антени або антени.

Як випливає з назви, напівхвильовий диполь - це довжина половини хвилі. Це найкоротша резонансна довжина, яку можна використовувати для резонансного диполя. Він також має дуже зручну схему випромінювання.

Напівхвильові основи диполя
Напів хвильовий диполь формується з провідного елемента, який є дротом або металевою трубкою, яка є довжиною електричної половини хвилі. Напівхвильовий диполь зазвичай подається в середину, де опір падає до найнижчого. Таким чином, антена складається з живильника, з'єднаного з двома чверть елементами довжини хвилі, розташованими одна з одною.

Слід пам’ятати, що довжина напівхвильового диполя - це електрична довжина напівхвилі для хвилі, що рухається в антенних провідниках. Це трохи коротше, ніж еквівалентна довжина хвилі, що рухається у вільному просторі, оскільки провідники антени впливають на довжину хвилі.

Основна напівхвильова дипольна антена, що показує довжину диполя відносно довжини хвилі.

Основна напівхвильова дипольна антена

Рівні напруги та струму змінюються в залежності від довжини випромінюючої секції антени. Це відбувається тому, що стоячі хвилі встановлюються по довжині випромінюючого елемента.

Оскільки торці відкритого контуру струму в цих точках дорівнюють нулю, але напруга знаходиться на максимумі.

Коли точка, в якій вимірюються ці величини, відходить від кінців, виявляється, що вони змінюються синусоїдально: напруга падає, але струм зростає. Ток струм досягає максимуму, а напруга - мінімум при довжині, що дорівнює довжині електричної чверті хвилі від кінців. Оскільки це напівхвильовий диполь, ця точка виникає в центрі.

Половинчастий дипольний імпеданс подачі
Одне з найважливіших міркувань будь-якої антени - це механізм подачі - як передавати живлення від живильної / передавальної лінії в саму антену. Необхідно враховувати відповідність імпедансу, збалансовану чи незбалансовану та багато інших аспектів.

У багатьох аспектах напівхвильовий диполь дуже легко годувати. Фідер зазвичай підключений до центральної точки, де є максимум струму і мінімум напруги. Це призводить до того, що антена подає низький опір подачі. Це набагато простіше подавати, тому що високі радіочастотні напруги, пов'язані з пристроями подачі з високим імпедансом, можуть створювати багато проблем для пристроїв подачі та узгодження.

Форми хвилі струму та напруги на піввільовому диполі.

Форми хвилі струму та напруги на піввільовому диполі

Для дипольної антени, яка є електричною довжиною напівхвилі, індуктивна та ємнісна реактиви відміняють одна одну на резонансній частоті. Коли індуктивний та ємнісний рівні реактивності скасовують одне одного, навантаження стає чистою пружною здатністю, а це значно спрощує подачу напівхвильової дипольної антени.

Диполь є врівноваженою антеною, тому необхідна збалансована система подачі. Зазвичай для цього потрібна форма годівниці для подвійних або збалансованих. Однак можна використовувати коаксіальний фідер, якщо використовується балун (врівноважений до неврівноваженого трансформатора).

Коаксіальний фідер представляє дуже привабливий варіант, коли коефіцієнт опору хороший, а стоячих хвиль немає, а також набагато простіше зіставити з виходом передавача, який, можливо, захоче бачити резистивне навантаження. Навантаження, що включають реактивні речовини, призводять до підвищення напруги рівня струму, яку передавач може не переносити.

Імпедансом для напівхвильової дипольної антени у вільному просторі є дипольний 73 Ом, що добре відповідає коаксіальному живильнику 70 Ом, і це одна з причин того, що коаксія з цим імпедансом була обрана для багатьох застосувань.

Напівхвильовий диполь часто подають за допомогою живильника 50 Ом. Антена часто представляє дуже хорошу відповідність їй, оскільки близькість інших об'єктів, таких як Земля, встановлення антени тощо, означає, що опір знижений нижче 73 Ом, який він представляє у вільному просторі.

Діпольна довжина напівхвилі
Хоча назва диполя надає його приблизну довжину, при проектуванні та побудові справжнього диполя потрібна більш точна довжина.

Фактична довжина напівхвильового диполя трохи коротша, ніж довжина половини хвилі у вільному просторі через низку ефектів, пов'язаних з тим, що сигнал хвилі ВЧ переноситься всередині проводу, а також, швидше за все, не у вакуумі.

Розрахунки для довжини напівхвильової дипольної антени враховують такі елементи, як відношення товщини або діаметра провідника до довжини, діелектрична константа середовища навколо випромінюючого елемента тощо.

У деяких випадках необхідно скоротити довжину напівхвильової дипольної антени. Цього можна досягти, додавши індуктор навантаження. Це поміщається в випромінюючий елемент. Це працює тому, що дипольна антена може розглядатися як резонансна схема, що складається з конденсатора та індуктора. Додавання додаткової індуктивності знизить резонансну частоту, тобто задана довжина антени буде резонувати на меншій частоті, ніж та, яка була б можливою, якби індуктор не був присутній. Таким чином можна скоротити довжину антени.

Цей принцип може бути використаний для будь-якої форми антени, і часто використовується там, де простір є основним фактором.

Половина хвилі дипольного випромінювання та спрямованість

Можна розрахувати схему випромінювання і, отже, визначити спрямованість.

Як і слід було очікувати, максимальна напівхвильова дипольна спрямованість показує максимальне випромінювання під прямим кутом до основного радіатора.

Під іншими кутами кут θ у формулі диполя напівхвилі вище можна використовувати для визначення напруженості поля.

Напівхвильова дипольна полярна діаграма та випромінювання.

Напівхвильова дипольна полярна діаграма

Можна також переглянути схему випромінювання з точки зору площини, яка оглядає дипольну антену, тобто в площині, що вирізає диполь у його полі максимального випромінювання.

Дипольна полярна діаграма під прямими кутами до осі антени.

Шаблон випромінювання з віссю антени в / в екрані

Як видно, при осі антени на екрані рівень випромінювання однаковий навколо антени. Цього можна очікувати, оскільки немає нічого, щоб відрізнити один напрямок від іншого або вплинути на випромінювання в різних напрямках у цій площині.

Практичні поради
Розробляючи, проектуючи та встановлюючи напівхвильову дипольну антену, існує ряд загальних підказок та порад, яких можна дотримуватися, щоб забезпечити оптимальну продуктивність. Вони вище звичайних, які використовуються для встановлення антен, наприклад, забезпечення оптимальної висоти тощо.

* Використовуйте збалансовану годівницю або балун:   
Дипольна антена - це врівноважена антена. Тому необхідно використовувати збалансовану годівницю, або якщо потрібно використовувати коаксіальний фідер, то необхідно використовувати балун - існує кілька типів, які легко можна побудувати.

* Напівхвильовий диполь - це не напівхвиля: напівхвильова дипольна антена не має такої ж довжини, як половина довжини хвилі у вільному просторі. Кінцеві ефекти означають, що фактична необхідна довжина трохи коротша.

* Поточний максимум розділів:   

Можна показати, що області антени, де струм є максимальним, найбільше сприяють випромінюванню / прийому. Для забезпечення найбільш ефективної роботи ці ділянки повинні бути без перешкод і мати оптимальне положення для випромінювання. 

Це найбільш застосовно для антен, що застосовуються для низьких частот, де довжина значно довша. Для УКХ-і УВЧ-антен, де антени дуже коротші, на всю довжину диполя, ймовірно, буде подібний вигляд. Для антен ВЧ іноді центр антени може триматися вище, ніж кінці, і тому є більший шанс випромінювати сигнал краще.

* Максимуми напруги на кінці антени:   

Точки максимальної напруги знаходяться на кінцях антени. Якщо використовується для передачі, переконайтеся, що їх не можна випадково торкнутися, а також переконайтесь, що вони належним чином ізолюються. Це важливо при використанні дротяних антен, де кінці використовуються як опорні точки. 

Вони також повинні бути подалі від об'єктів, що знаходяться поблизу, які можуть діяти для поглинання енергії та виведення з нього антени.

Напівхвильова дипольна антена, можливо, є найбільш широко використовуваною формою диполя - навіть найбільш широко використовуваною формою антени. Вона проста, ефективна і може бути включена як керований елемент у багатьох інших формах антени від антен Ягі до параболічних відбивачів та багатьох інших.

Залишити повідомлення 

список повідомлень