|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN Anten nhỏ: giới hạn vật lý. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Ăng ten. Học thuyết Anten được coi là nhỏ về điện nếu kích thước của chúng không vượt quá 10 ... 20% bước sóng λ. Chúng bao gồm một lưỡng cực bị rút ngắn do tải điện dung ở hai đầu và cuộn cảm nằm gần "mũ" điện dung (Hình 1) và khung hình khuyên (Hình 2). Nên bật các cuộn dây trong lưỡng cực chính xác như trong hình, vì dòng điện ở phần thẳng đứng là tối đa và phân bố đều hơn, điều này đảm bảo chiều cao hiệu dụng tối đa của lưỡng cực, thực tế bằng chiều cao hình học của nó hd = h (lưỡng cực Hertz). Việc đưa một cuộn dây vào trung tâm còn tệ hơn - dòng điện đến hai đầu của lưỡng cực giảm xuống và chiều cao hiệu dụng giảm xuống. Chiều cao hiệu dụng của khung là hd = 2πSр/λ, trong đó S là diện tích của khung.
Cả lưỡng cực và khung đều được điều chỉnh theo tần số hoạt động trong cộng hưởng: thứ nhất - với các cuộn dây, thứ hai - với một tụ điện được bao gồm trong phần đứt dây. Điều này cung cấp khả năng bù cho điện kháng của chúng, cần thiết tùy theo điều kiện khớp với tải (trong quá trình tiếp nhận) hoặc với máy phát (trong quá trình truyền tải). Nhớ lại rằng, theo định lý tương hỗ, các đặc tính của ăng ten là như nhau khi truyền và nhận. Một thông số quan trọng của ăng-ten là điện trở bức xạ, đối với ăng-ten nhỏ, nó bằng RΣ = 80π2 (hd / λ) 2- Chính trên điện trở này R = RΣ, ăng-ten thu phải được nạp sao cho công suất cực đại và chính điện trở này mà máy phát sẽ "nhìn thấy" nếu nó kết nối thay vì R (xem hình). Chúng tôi thấy rằng điện trở bức xạ giảm mạnh khi giảm kích thước và do đó, chiều cao hiệu quả - tỷ lệ với bình phương của h đối với lưỡng cực và S đối với khung. Khó khăn nảy sinh trong thỏa thuận. Nếu bây giờ chúng ta tính đến hiệu suất của anten η = RΣ/(RΣ + Rn), trong đó Rn là điện trở suy hao, chúng ta có thể rút ra kết luận sau. Kết luận 1. Ăng-ten càng nhỏ thì càng ít tổn thất điện trở trong đó. Điện trở của dây dẫn ăng ten Rn phải được giảm tỷ lệ với bình phương chiều dài của lưỡng cực và bình phương diện tích của vòng lặp. Ăng-ten nhỏ làm bằng dây mỏng không thể hoạt động hiệu quả - cần có dây dẫn "dày", hoặc tốt hơn - thân thể tích có bề mặt phát triển (hiệu ứng da!) Và điện trở bề mặt thấp. Chúng ta hãy giả sử rằng chúng ta đã chế tạo một ăng-ten "số lượng lớn" như vậy một cách có điều kiện ở dạng hình trụ có bán kính r và chiều cao h, phát xạ qua bề mặt bên (Hình 3). Ngay cả khi không xem xét những gì bên trong hình trụ này, tức là thiết kế của ăng-ten là gì, vẫn có thể rút ra kết luận quan trọng sau đây. Tất cả công suất bức xạ P bằng tích phân mật độ từ thông của nó (vectơ Poynting) P trên bất kỳ bề mặt kín nào xung quanh ăng ten.
Để đơn giản, ta thay tích phân bằng cách nhân П với diện tích mặt bên Sside = 2πrh: P=П·Sside = EH·2Kπrh. Do đó, chúng ta có EH = P/2πrh. Giả sử công suất bức xạ không đổi, chúng ta thấy rằng việc giảm kích thước của ăng ten (sản phẩm rh) dẫn đến sự gia tăng cường độ của cả điện trường E và từ trường H của ăng ten. Cái nào trong số chúng tăng mạnh hơn phụ thuộc vào thiết kế cụ thể của ăng-ten. Ngoài ra, tính đến trường gần (gần như tĩnh) có thể cho cường độ trường cao hơn nữa. Kết luận 2. Giảm kích thước của ăng-ten dẫn đến tăng cường độ trường gần nó, theo ước tính tối thiểu, cường độ trường tỷ lệ nghịch với kích thước của ăng-ten. Vì các trường được tạo ra bởi điện áp và dòng điện, quá điện áp và quá dòng là không thể tránh khỏi trong các ăng-ten nhỏ. Các kết luận trên giải thích tại sao, ví dụ, một lưỡng cực ngắn ở dạng lưỡng cực thể tích và khung làm bằng băng đồng rộng có hiệu quả, nhưng các ăng-ten tương tự làm bằng dây mỏng thì không. W, và cùng một ăng-ten nhỏ bằng điện của máy thu dò tạo ra (không tải) điện áp hàng chục vôn. Bây giờ chúng ta hãy xem xét vấn đề về hệ số chất lượng của ăng-ten Q, hệ số này xác định băng thông rộng 2Δf = f0/Q của nó bằng cách sử dụng ăng-ten trong Hình 1 làm ví dụ. 2. Do kích thước của ăng-ten nhỏ so với bước sóng nên hầu như tất cả điện cảm L đều tập trung ở các cuộn dây "kéo dài" và điện dung C nằm giữa các đĩa cuối "rút ngắn". Giống như với mạch dao động, hệ số chất lượng của ăng-ten bằng tỷ lệ giữa điện trở phản kháng hoặc điện trở cảm ứng (chúng bằng nhau ở tần số cộng hưởng) với điện trở hoạt động. Cái sau, trong trường hợp không có tổn thất, được tạo thành từ điện trở bức xạ RΣ và bằng nó, theo điều kiện phù hợp, trở kháng đầu ra của máy phát hoặc trở kháng đầu vào của máy thu R. Do đó, Q = Xc/XNUMXRΣ . Ta tìm điện dung theo công thức tính điện dung của tụ điện phẳng: С = ε0S/h, Хс = 1/ωС = h/ωε0S. Biểu thị tần số góc dưới dạng bước sóng ω = 2πс/λ và sử dụng các hệ thức đã biết từ các phương trình Maxwell cho vận tốc truyền sóng (tốc độ ánh sáng) c = 1/(μ0ε0)1/2 và lực cản sóng của tự do không gian W = 1/(μ0ε0)1/ 2 = 120π, ta được Хс = 60λh/S. Thay công thức này và biểu thức của điện trở bức xạ vào công thức của hệ số chất lượng, cuối cùng chúng ta thu được Q = 3λ3/8π2Sh = λ3/26V. Ở đây V = Sh là thể tích chiếm dụng của anten. Do đó, hệ số chất lượng của ăng-ten hóa ra tỷ lệ nghịch với âm lượng của nó. Nhưng còn trường hợp máy rung tuyến tính ngắn, trong đó các "mũ" điện dung ở hai đầu (xem Hình 1) được thay thế bằng các đoạn dây thẳng đứng (Hình 4) thì sao? Xét cho cùng, thể tích của một lưỡng cực như vậy thực tế bằng không. Tuy nhiên, có một điện dung giữa các đoạn cuối, điện dung này điều chỉnh ăng-ten, cùng với điện cảm L, thành cộng hưởng.
Các đường sức của điện trường liên quan đến "tụ điện" này được hiển thị dưới dạng các đường đứt nét. Nó giảm rất nhanh theo khoảng cách từ lưỡng cực, vì vậy chúng ta có thể nói về một thể tích hiệu dụng nào đó trong đó trường này tập trung. Nó có hình dạng gần giống với một vòng quay ellipsoid (Hình 4, các đường liền mảnh). Trên thực tế, đây là âm lượng của trường gần như tĩnh của ăng-ten. Đối với một lưỡng cực, nó chủ yếu là điện, đó là lý do tại sao nó được gọi là ăng ten điện. Cũng có thể ước lượng thể tích trường của khung dây. Nó chủ yếu là từ tính. Đối với một khung, điện kháng quy nạp tỷ lệ thuận với lũy thừa thứ nhất của đường kính và điện trở bức xạ là lũy thừa thứ tư, do đó, hệ số chất lượng tỷ lệ thuận với lập phương của đường kính. Bây giờ có thể đưa ra một kết luận nữa. Kết luận 3. Hệ số chất lượng của một ăng-ten nhỏ tỷ lệ nghịch với thể tích chiếm bởi trường gần như tĩnh của nó. Không thể giảm hệ số chất lượng bằng cách thay đổi thiết kế của ăng-ten, vì trong mọi trường hợp, khi giảm kích thước, điện trở bức xạ chủ động giảm rất nhanh so với điện trở phản ứng. Chúng ta hãy ước tính gần đúng, giả sử thể tích của ăng-ten bằng lập phương của các kích thước tuyến tính của nó. Với kích thước ăng-ten theo thứ tự λ/3, công thức mà chúng tôi rút ra cho Q = 1, tức là, một ăng-ten (lớn) như vậy có thể là băng thông rộng. Nhưng khi giảm kích thước xuống λ/10, chúng tôi nhận được hệ số chất lượng khoảng 40 và băng thông tương đối không quá 2,5% và giảm kích thước xuống λ/20 sẽ cho hệ số chất lượng hơn 300 và thu hẹp dải tần xuống 0,3 %. Nếu ăng-ten nhỏ có băng thông rộng và hệ số chất lượng thấp, thì điều này chỉ có thể có nghĩa như sau: hoặc ăng-ten không nhỏ và một số bộ phận của nó rõ ràng không có trong thiết kế (bện cáp, các bộ phận hỗ trợ, v.v.). ) bức xạ, hoặc ăng-ten có khả năng chống suy hao cao và hiệu quả của nó thấp. Hiệu quả thấp không phải là trở ngại lớn đối với liên lạc vô tuyến nghiệp dư. Giả sử rằng chúng tôi đã mở rộng băng thông của ăng-ten có kích thước λ/20 lên tới 10% (theo hệ số 30), gây ra tổn thất và giảm hiệu suất cũng theo hệ số 30, tức là xuống 3%. Bằng cách kết nối một máy phát hàng trăm watt và phát ra công suất 3 W, hoàn toàn có thể thực hiện liên lạc vô tuyến đường dài, điều này có lẽ giải thích cho những đánh giá tích cực về hoạt động của ăng-ten cỡ nhỏ. Tác giả: V.Polyakov (RA3AAE)
Nồng độ cồn của bia ấm
07.05.2024 Yếu tố nguy cơ chính gây nghiện cờ bạc
07.05.2024 Tiếng ồn giao thông làm chậm sự phát triển của gà con
06.05.2024
▪ Tế bào quang sử dụng trong nhà ▪ Bắc Cực ấm lên dẫn đến mùa đông băng giá ▪ Drone sẽ tự động bay đến hiện trường cuộc đọ súng
▪ phần của trang web Bảo vệ các thiết bị điện. Lựa chọn các bài viết ▪ bài viết của Orhan Pamuk. câu cách ngôn nổi tiếng ▪ bài viết Chim cánh cụt sống ở đâu? đáp án chi tiết ▪ bài viết Tẩy nút thắt. Các lời khuyên du lịch ▪ bài viết kết nối sao. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này