Зачем это нужно Структура организации Программы вещания Команда и контакты
Основные определения Диапазоны радиочастот Радио «Зеленый глаз» Клубы и радиокружки
Процесс легализации Типовые документы Радиотехника — теория Вопросы и ответы
Конференции и решения Полезные ссылки Комплект аппаратуры Форум и общение

Полуволновой диполь Герца (вибратор)

« вернуться в раздел «Радиотехника — теория»

Коэффициент укорочения

Рассмотрим работу диполя Герца, который является основной частью многих антенн, работающих в диапазонах длинных, средних, коротких и ультракоротких волн. Распределение тока и напряжения вдоль диполя имеет сдвиг по фазе на 90 градусов. Это вызвано раcпределёнными параметрами LC –элементов вдоль полотна полуволнового диполя, см. Рис 1. В зависимости от соотношения между длиной диполя и длиной волны генератора, входное сопротивление диполя принимает реактивные значения емкостного или индуктивного характера, а при резонансе оно имеет активный характер. Скорость распространения электромагнитных волн вдоль реального диполя несколько отстает в связи с задержкой в распределенных L-элементах, поэтому длина провода диполя имеет коэффициент укорочений равный примерно 0,95. Если диполь расположен близко к различным окружающим предметам, то его приходится укорачивать еще более, т.к. его емкостная составляющая увеличивается.

Сопротивление излучения

Энергия излучаемых волн диполем Герца эквивалентна потерям в активном сопротивлении 73 Ом, которое следует считать включенным в пучность тока в точках включения хх, см. Рис.1. Это условное сопротивление, потери в котором эквивалентны потерям на излучение, называют сопротивлением излучения (Rизл). На практике, в самом проводе есть потери энергии, то полное сопротивление антенны Ra для полуволнового диполя Герца (вибратора), равно 75-80 Ом. Именно такое сопротивление оказывает вибратор для генератора. По этому, ко входу антенны подключают кабель с сопротивлением 75 Ом, что обеспечивает режим бегущей волны и согласование кабеля с полуволновым диполем.

Распределение тока и напряжения

При изображении распределения тока и напряжения в вибраторе принято изображать фрагментально.

Представления о колебательном процессе в полуволновом вибраторе изображены на рис.2. Здесь запечатлены распределения тока и напряжения в различные моменты времени в течение одной половины периода. В начале (рис. 2 а) тока еще нет, а напряжение имеет наибольшее значение, которому соответствует электрическое поле Е. За период Т = 1/8 (90 градусов) от начала колебания напряжение уменьшилось и возник ток, который в среде вызывает магнитное поле Н (рис. 2 б). Через четверть периода от начала колебания ток достигает наибольшей величины, а напряжение равно нулю (рис. 2 в). Затем ток уменьшается, и снова появляется напряжение, но уже противоположного знака, так как половинки провода перезаряжаются (рис. 2 г). Когда пройдет полпериода от начала колебания, ток уменьшится до нуля, а напряжение возрастет до максимума (рис. 2 д). После этого процесс повторяется в обратном направлении.

Поляризация диполя

Принято определять поляризацию радиоволн по направлению электрического поля. Когда вибратор расположен вертикально (рис. 3), волна поляризована вертикально, так как электрические силовые линии поля — Е расположены в вертикальной плоскости. Если же вибратор расположен горизонтально, то излучаемые им волны имеют горизонтальную поляризацию.

Здесь надо отметить, что поля Е и Н всегда перпендикулярны относительно друг друга, т.к, электрические силовые линии поля Е располагаются параллельно вибратору, а магнитные силовые линии поля Н — перпендикулярно к нему.

Поле вокруг диполя

Следует обратить внимание на то, что электромагнитные поля вблизи вибратора и вдали от него имеют различный характер и распределяются на зоны, — ближняя зона и дальняя зона, см. Рис. 4. В ближней зоне поле Е опережает поле Н на 90 градусов и электромагнитное поле волны еще не сформировано. Здесь напряжение сначала прикладывается к длинному проводнику, то для волны в ближней зоне характерно, что Е=1, а Н?1. Эти волны определяются как стоячие. В дальней зоне от вибратора (на расстоянии 2-3 длины волны) поле представляет собой бегущую волну, удаляющуюся от вибратора. Здесь, как и во всякой бегущей волне, колебания электрического — Е и магнитного — Н полей совпадают по фазе Е=Н=1, а энергия между этими полями распределена поровну. Если мы представляем диполь Герца как точный излучатель, то такое электромагнитное поле принято называть полем излучения, а место, где поля начинают совпадать по фазе, сферой. Разумеется что, резкой границы между ближней и дальней зонами нет. Одна постепенно переходит в другую, и между ними существует промежуточная зона, в которой поле индукции и поле излучения имеют напряженности одного порядка.

В ближней зоне стоячие волны, имеют амплитуду гораздо больше, чем амплитуда бегущих волн в дальней зоне, соотношение которых по мере удаления снижается квадратично. Энергия стоячих волн является чисто реактивной. В ближней зоне совершается колебания энергии, переходящие из электрического поля, в магнитное и обратно. Это поле, значительно более сильное, нежели поле излучения, называют полем индукции.

КПД полуволнового диполя Герца

Антенна, работающая в режиме передачи теряет значительную энергию еще в ближней зоне с квадратичной зависимостью, по этому ее КПД в режиме передачи очень низок. На рис.5 изображена напряженность поля передающей антенны.

Здесь наглядно видно уровень сигнала в ближней и дальней зонах. Антенна, обладает принципами взаимности, т.е. антенна, работающая как на передачу, так и на прием обладает всеми параметрами антенны работающей на передачу и наоборот. По этой причине диполь Герца, принимая сформированную волну от удаленного радиопередатчика, имеет потери, т.к. способен в полной мере принимать волну с отставанием по фазе как в ближней зоне. По этой причине и другим, диполь Герца отражает часть принятых электромагнитных волн, что снижает общую величину КПД. Для такого типа антенн, КПД всегда меньше 90%.

73! UA9LBG & Радио-Вектор-Тюмень