|
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 Dây dẫn thép trong ăng-ten. 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 Khi chọn vật liệu làm ăng-ten, người ta thường ưu tiên đồng hoặc nhôm, vì những kim loại này có độ dẫn điện tốt hơn so với thép chẳng hạn. Nhưng thép rẻ hơn và đôi khi việc chế tạo ăng-ten từ thép lại dễ dàng hơn. Bài báo đánh giá tổn thất khi thay thế dây đồng bằng dây làm bằng thép và các vật liệu khác, đồng thời đưa ra các ví dụ về sự suy giảm hiệu suất của ăng-ten trong quá trình thay thế như vậy. Nguyên nhân gây tổn thất tần số cao trong dây thép đã được xem xét, phương pháp đo điện trở hoạt động tuyến tính của dây làm bằng vật liệu có đặc tính chưa xác định trong phạm vi 3,5...28 MHz được mô tả và đưa ra khuyến nghị cho mô hình máy tính của dây và anten rung làm bằng thép. Vật liệu truyền thống làm ăng-ten là đồng (dây) và hợp kim nhôm (ống). Ưu điểm của chúng là độ dẫn điện tốt. Nhược điểm bao gồm độ bền cơ học thấp và giá thành cao trong những năm gần đây. Kinh nghiệm sử dụng kết cấu thép làm thành phần phụ của hệ thống ăng-ten cho thấy khả năng sử dụng thép rẻ và bền làm một trong những vật liệu chính để sản xuất ăng-ten. Những người vô tuyến nghiệp dư sử dụng dây đồng-thép lưỡng kim chịu được thời tiết (BSM), cũng như dây cách điện bằng polyetylen (GSP) [1], có lõi thép cùng với dây đồng. Về vấn đề này, điều đáng quan tâm là ước tính tổn thất khi thay thế đồng hoặc nhôm truyền thống bằng thép. Là một thước đo đánh giá, tỷ lệ thành phần hoạt tính R của điện trở tuyến tính của dây tiết diện tròn làm bằng vật liệu đang nghiên cứu ở tần số cao với giá trị RM tương ứng đối với dây đồng có cùng đường kính ở cùng tần số là lấy: R/RM. Như đã biết, dòng điện tần số cao được phân bố không đều trên mặt cắt ngang của dây: nó đạt cực đại ở gần bề mặt và giảm nhanh khi di chuyển sâu hơn vào vật liệu từ nó (hiệu ứng bề mặt). Đối với dây có đường kính lớn hơn 1 mm ở tần số trên 1 MHz, độ dày hiệu dụng của lớp bề mặt nơi tập trung dòng điện (độ sâu xuyên thấu) được xác định theo công thức [2]:
trong đó f là tần số (Hz); δ - độ dẫn điện riêng của vật liệu (S/m); μr - độ thấm từ tương đối của vật liệu; μ0 = 4π·10-7 (H/m). Tiết diện hiệu dụng của dây có đường kính d (m) đối với dòng điện tần số vô tuyến là s = 5πd (m2), và điện trở tác dụng tuyến tính
Trong bảng. 1 thể hiện các giá trị δ, p và μr của một số vật liệu làm dây dẫn.
Đối với dây dẫn không sắt từ, μr là 1 và công thức (2) là đủ để so sánh điện trở tuyến tính của dây, ví dụ, làm bằng nhôm và đồng. Số đo yêu cầu được tính toán đơn giản: R/RM = = √δM / δ. Vì vậy, ví dụ, đối với nhôm, chúng ta nhận được: R/RM = √56,6/35,3 = 1,265. Đối với vật liệu sắt từ (μr >> 1), mọi thứ phức tạp hơn nhiều. Thực tế là khi tần số tăng, μr giảm nhanh, có xu hướng thống nhất và tổn thất trong vật liệu tăng lên, đặc biệt tổn thất do dòng điện xoáy tăng tỷ lệ với bình phương tần số. Việc giảm μr dẫn đến lớp bề mặt dày lên, tức là giảm điện trở và tăng tổn thất tương đương với tăng điện trở. Kết quả là tổn thất lớn hơn và điện trở tuyến tính vẫn tăng khi tần số tăng. Mọi thứ đều có thể được tính đến (mặc dù không dễ dàng) nếu chúng ta biết chính xác thành phần hóa học và cấu trúc của hợp kim. Và vì điều này hiếm khi được biết đến, nên vẫn phải quay lại tiêu chí cũ của sự thật - thực hành. Điện trở tuyến tính của dây đồng RM được xác định bằng tính toán theo công thức (2). Để xác định điện trở tuyến tính R của dây làm bằng bất kỳ vật liệu nào có đặc tính chưa xác định, người ta đã sử dụng máy đo hệ số chất lượng tần số cao (kumeter) loại E9-4. Chuẩn bị sơ bộ của máy đo bao gồm việc hiệu chỉnh cài đặt mức trên tất cả các thang đo theo tiêu chí Q = fres/Δf0,707. Để làm được điều này, một tụ điện vernier có độ chia 0,1 pF đã được sử dụng. Kết quả là thiết bị đã xác định được hệ số chất lượng Q tương đương của toàn bộ mạch đo, có tính đến cả tổn thất trong cuộn cảm được thử nghiệm và các tổn thất khác (trong bản thân thiết bị, trong tụ điện bổ sung bên ngoài, trong môi trường và do bức xạ) . Để cách ly thân thiết bị khỏi mạng điện và các vật dẫn điện khác ở tần số cao, một cuộn cảm ngắt được lắp đặt, chứa 20 vòng dây nguồn ba dây trên lõi từ vòng K90x70x10 làm bằng ferit loại 400NN tại điểm mà dây được kết nối với thiết bị. Một trong những dây dẫn của dây là dây nối đất bảo vệ (nối đất) của thân thiết bị. Kumeter được lắp đặt trên giá điện môi cao 0,5 m ở khoảng cách ít nhất 2 m so với tường và các vật thể lớn, đặc biệt là dẫn điện. Để giảm sai số đo, cần làm nóng thiết bị trong 60 phút trước khi đo, theo dõi độ lệch 5 có thể xảy ra và thực hiện một số phép đo (ít nhất 7-10) C và Q ở mỗi tần số, sau đó lấy trung bình. Khi đo ở tần số trên 0,5 MHz, kết quả có thể bị ảnh hưởng do tay người vận hành xoay tay cầm tụ điện. Để có kết quả chính xác, bạn phải di chuyển tay ra xa và giữ đầu ở khoảng cách không quá XNUMX m so với thiết bị. Giả sử chúng ta cần xác định điện trở tuyến tính R của một dây có đường kính d ở tần số f trong khoảng 3...30 MHz. Chúng ta lấy một đoạn dây dài 1 m và một đoạn dây đồng dài 1 m có cùng đường kính. Từ những dây này, chúng ta tạo ra những đường dây hai dây ngắn mạch giống hệt nhau với khoảng cách giữa các dây là 40 mm. Chúng tôi kết nối từng đường dây này với thiết bị dưới dạng cuộn cảm và các đường dây này phải được lắp đặt theo chiều dọc. Chúng tôi đo lường các yếu tố chất lượng cho các đường dây làm bằng cả hai vật liệu và giá trị cộng hưởng của điện dung C trên thang đo cumeter. Nếu cần thiết (đối với tần số dưới 10 MHz), chúng tôi kết nối một tụ điện bổ sung, tốt nhất là mica, nhưng đối với cả hai vật liệu thì nó phải giống nhau. Dung lượng của nó phải được biết với sai số không quá ±5%. Tiếp theo bạn cần thực hiện một vài phép tính. Trước tiên, hãy tính giá trị tổng điện trở chuỗi tương đương của các tổn hao cần thiết trong mạch đo (bao gồm cả tổn hao trên dây và các tổn hao khác). Việc này được thực hiện cho cả hai vật liệu theo biểu thức quen thuộc của mạch dao động : req = 1/(2πfCQ). Với cùng kích thước đường dây, cùng tụ điện bổ sung và cùng tần số, các tổn hao khác ở trên có thể được coi là như nhau đối với cả hai vật liệu. Và chúng có thể được tìm thấy bằng cách đo trên đường dây đồng, vì điện trở dây tính toán RM đã được biết đến. Do đó, điện trở của các tổn hao khác là hiệu: r pp = r ppm = r eq m - RM. Bây giờ vẫn còn phải tính điện trở của đoạn dây dài 1 m từ vật liệu thử nghiệm R = r eq - r pp và xác định tỷ số R/Rm yêu cầu. Sai số chính của máy đo là ±5%. Ảnh hưởng của sai số hệ thống có thể xảy ra được bù đắp một phần bởi thực tế là kết quả xác định giá trị R chứa sự khác biệt trong kết quả đo giá trị yêu cầu đối với các vật liệu khác nhau. Từ các dây khác nhau có đường kính từ 1 đến 4,5 mm và chiều dài 1 m, các đoạn ngắn mạch của đường dây hai dây được thực hiện với khoảng cách giữa các dây là 40 mm, tổng cộng có 25 mẫu. Các phép đo được thực hiện theo phương pháp mô tả ở trên ở năm tần số: 3,5; 7; 14; 21; 28 MHz. Kết quả tính toán Rm được thể hiện trên hình.
Kết quả đo điện trở tuyến tính R và tính tỷ số R/RM đối với thép và một số dây khác được tóm tắt trong bảng. 2.
Từ cái bàn Hình 2 cho thấy đối với dây thép trong dải tần quy định thì điện trở tuyến tính tăng 15,9...24,9 lần. Đối với các mẫu có bề mặt sạch và nhẵn (1, 6, 8), sự phụ thuộc của R/RM vào tần số là yếu. Sự nhiễm bẩn bề mặt của mẫu 2, 3 và độ nhám bề mặt đáng kể của mẫu 4 quyết định mức tăng R/RM đáng kể hơn với tần suất ngày càng tăng. Việc ủ dây thép không có tác động đáng kể đến tổn thất nếu lớp cặn được loại bỏ và bề mặt được làm sạch. Dây làm bằng titan và thép không gỉ không nhiễm từ có ưu điểm gấp khoảng 2,5 lần so với dây thép thông thường. Dây thép-đồng lưỡng kim 9 (BSM) ở mọi tần số kém hơn đồng nguyên chất hơn 3 lần, nhưng tốt hơn thép nguyên chất 5...6 lần. Lưu ý rằng với độ dày lớp phủ đồng khoảng 0,03 mm, mục đích chính của nó là bảo vệ đế thép khỏi ảnh hưởng của khí quyển. Dòng 10, 11 cung cấp dữ liệu cho dây bện có tiết diện cách điện 0,5 mm2. Dây GSP có 4 lõi đồng và 3 lõi thép có đường kính 0,3 mm. Xét về tổn thất ở tần số 28 MHz, nó ngang bằng với dây thép có đường kính 4,1 mm, còn ở dải tần số thấp thì tốt hơn nhiều. Dây lắp đặt MGShV có 16 lõi đồng mạ thiếc đường kính 0,2 mm tốt hơn GSP hơn 2 lần. Các kết quả cho dây nhôm 8 có bề mặt nhẵn và sạch phù hợp tốt với kết quả tính toán sử dụng công thức (2) và có thể dùng để xác nhận tính đúng đắn của phương pháp đã chọn. Mô phỏng máy tính được thực hiện bằng chương trình MMANA [3]. Điểm đặc biệt của mô phỏng là do kết quả phân tích, thành phần hoạt động của điện trở đầu vào phức tạp của ăng-ten được xác định chứ không phải điện trở tuyến tính của dây. Và trở kháng đầu vào phụ thuộc vào kích thước của ăng-ten, cấu hình của nó và vị trí kết nối nguồn kích thích. Tuy nhiên, sự phụ thuộc này khiến cho các anten có kích thước sóng tương đối lớn có thể đạt được mức suy hao gần như không thể nhận thấy khi thay thế đồng bằng thép. Một số ăng-ten vòng và lưỡng cực có kích thước khác nhau đã được lấy để phân tích. Kết quả mô phỏng được đưa ra trong bảng. 3.
Điện trở bức xạ R∑ được tính bằng thành phần hoạt động RA của trở kháng đầu vào trong phân tích mà không tính đến tổn thất. Giá trị này của It được giả định không thay đổi trong quá trình chuyển đổi từ đồng sang sắt, vì hình dạng và kích thước của ăng-ten không thay đổi. Các giá trị của RAM và Raz cũng thu được tương ứng đối với ăng-ten làm bằng đồng và sắt. Hiệu suất của đồng và sắt được tính bằng tỷ lệ R∑ với giá trị RA tương ứng. Tỷ lệ Rl/Rm được tính bằng công thức: Rzh / Rm = (Razh - R∑) / (RAm - R∑) Đối với tất cả các ăng-ten được xem xét, hóa ra tỷ lệ Rzh/RM trung bình gần bằng 27,8, bất kể tần số. Điều này có thể xảy ra với điều kiện là công thức (2) được sử dụng để tính toán tổn hao sắt, ví dụ, với giá trị điện trở suất được lập bảng = 0,0918 Ohm mm2/m và hằng số μr - 150. Nhân tiện, kết quả tương tự là thu được trong chương trình ELNEC ở các thông số đã chỉ định. Dựa trên dữ liệu thực nghiệm ở trên, những kết quả mô phỏng này có thể được sử dụng làm ước tính tổn thất trong trường hợp xấu nhất trên dây thép ở dải tần lên tới 28 MHz. Đối với băng tần VHF, có lẽ họ sẽ gần với sự thật hơn. Từ cái bàn Bảng 3 cho thấy rằng ngay cả với đánh giá như vậy đối với các trường hợp được xem xét, hầu hết tất cả các hệ số suy giảm hiệu quả đều thấp hơn đáng kể so với hệ số R/RM đối với thép trong Bảng. 2. Suy hao của ăng-ten thép sẽ nhỏ hơn nếu Rh của ăng-ten lớn hơn (ví dụ: xem lưỡng cực 2x5,13 m ở tần số 28 MHz). Ăng-ten điện nhỏ có R∑ nhỏ và hiệu suất ban đầu thấp đối với đồng sẽ nhạy cảm nhất với việc thay thế đồng bằng thép. Một số chương trình mô hình hóa ăng-ten dây (ví dụ: Nec2d, ASAP) không cung cấp đầu vào về tính thấm từ của vật liệu. Rõ ràng, khi lập mô hình ăng-ten thép sử dụng công thức (2), người ta có thể giả sử μr = 1 và đưa ra độ dẫn điện tương đương δeq (hoặc điện trở req) có tính đến tổn thất thực tế. Đối với thép trong khoảng 3,5...28 MHz, bạn có thể nhập tương ứng δeq = 0,19... 0.094 MSm/m (req = 5,3...10,6 Ohm mm2/m) đối với bề mặt gồ ghề và bị nhiễm bẩn, hoặc δeq = 0,22...0,17 MSm/m (req = 4,5.-5,9 Ohm mm2/m) cho sạch và mịn. Chương trình MM AN A không cho phép bạn mô phỏng các dây khác nhau được làm từ các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như đồng và thép. Để ước tính hiệu suất của ăng-ten trong trường hợp này, bạn có thể đưa thủ công vào từng đoạn dây đồng, thực tế phải là thép, tổn thất tập trung, được tính toán dựa trên chiều dài của đoạn, có tính đến tuyến tính Điện trở của dây thép ở tần số cao gấp 16...25 lần dây đồng. Ví dụ: trong mỗi 10 đoạn giống hệt nhau của dây đồng dài 20 m và đường kính 2 mm ở tần số 3,5 MHz, bạn có thể đưa vào tải hoạt động 16-0,08-20/10 = 2,56 Ohm, trong đó điện trở tuyến tính của dây đồng là 0,08 Ohm/m được xác định theo công thức (2) và có thể tìm thấy từ đồ thị trên hình. Đôi khi, để đánh giá hiệu quả trong tình huống này, có thể giảm đường kính của dây đồng trong mô hình (cũng có thể giảm 16...25 lần). Tuy nhiên, chúng ta phải nhớ rằng điều này dẫn đến sự gia tăng đáng kể điện kháng tuyến tính; kết quả là sự phân bố dòng điện trong cấu trúc và mọi thứ liên quan đến nó có thể thay đổi đáng kể. Sự thay đổi hiệu suất của ăng-ten khi thay dây đồng bằng dây thép phụ thuộc vào kích thước sóng và hiệu suất ban đầu của ăng-ten đồng. Nếu hiệu suất của ăng-ten đồng nửa sóng là 0,98...0,99 thì ăng-ten thép có cùng kích thước có thể có hiệu suất 0,7...0,85, không quá tệ. Tuy nhiên, nếu hiệu suất của ăng-ten đồng nhỏ về điện ở mức vài phần trăm, thì việc thay thế đồng bằng thép có thể khiến nó bị hỏng tới 15...25 lần. Tác giả cảm ơn F. Golovin (RZ3TC) đã đặt ra vấn đề và hỗ trợ trong công việc, cũng như cảm ơn I. Karetnikova vì những nhận xét quý báu. Văn chương
Tác giả: A. Grechikhin (UA3TZ), Nizhny Novgorod
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
▪ Máy quay phim nhỏ gọn Sanyo Hacti HD1 ▪ Bộ thu phát IEEE 802.15.4 CC2520 mới cho mạng ZigBee ▪ Máy biến áp xung Bourns dùng cho nguồn điện bị cô lập ▪ Thuốc chủng ngừa sốt rét ngọt ngào
▪ phần của trang web Công nghệ nghiệp dư Radio. Lựa chọn bài viết ▪ bài viết của Diogenes of Sinop. câu cách ngôn nổi tiếng ▪ bài viết Forwarder. Mô tả công việc ▪ bài báo Các nguồn bức xạ điện từ bên ngoài. 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