Rádióelektronika és elektrotechnika - antenna - nyitott áramkör

Az antenna egy olyan rendszer, amely rádióhullámokat sugároz egy adóállomáson, és rádióhullámokat fog a befogadó állomáson. Más szóval, az antenna a nagyfrekvenciájú áram energiává alakítását, rádióhullám energiává alakítja, vagy éppen ellenkezőleg, a rádióhullámok energiáját nagyfrekvenciájú áram energiává alakítja át.

A világ első alkalommal az antennát A. S. Popov alkalmazta. Később, a szovjet tudósok tettek az elmélet és a technika a nagy hozzájárulását antennaszerkezetekre MV Shuleikin AA Pistol'kors, VV Tatarinov, Bonch-Bruevich, AL Menta, 3. G. Eisenberg és mások. A Szovjetunióban számos eredeti antennatípust terveztek és valósítottak meg.

A antennaeszköz sok esetben, amellett, hogy az antenna szolgáló kibocsátási vagy vételére rádióhullámok tartalmaz egy másik tápvezeték, amely arra szolgál, az átviteli minimális veszteség az elektromágneses hullámok az adótól, hogy az antenna vagy az antenna a vevőhöz. Az antennakészülék helyes működéséhez maguknak a tápvezetékeknek nem szabad antennahatást kifejteniük, vagyis rádióhullámokat sugároznak vagy fogadniuk kell.

Elfogadható, hogy az antennákat átvivő és vevőkészülékekre bontják, bár elvben nincs alapvető különbség a készülék között. Az átviteli antennának a lehető legnagyobb energiával kell a kívánt irányban elektromágneses hullámokat sugároznia. A vevőantennában a bizonyos irányba érkező rádióhullámoknak annyi energiát kell létrehozniuk, amennyit csak lehet.

Az antennarendszerek reverzibilitással rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy bármelyik adóantenna, mint általában, fogadó antennaként működhet, és fordítva. Ezenkívül, ha egy adóegységként működő antevnának bizonyos tulajdonságai vannak, akkor hasonló tulajdonságok maradnak még abban az esetben is, ha ezt az antennát fogadásra használják. Például, ha az antennát a legmegfelelőbb hullámok sugározzák, akkor a legjobb hullámokat fogják kapni ugyanabból az irányból. A gyakorlatban néha különbözik az antennák továbbadása és fogadása is.

Először is vegyük fontolóra a készülék alapvető elveit és a legegyszerűbb antennák működését.

A hullámhosszhoz képest kis méretekkel rendelkező zárt oszcilláló áramkör nagyon rosszul bocsát ki elektromágneses hullámokat. Ez a következőképpen magyarázható.

Az elektromágneses hullámokat egy karmantyú sugározza, amelyen keresztül nagyfrekvenciás áram halad. Ha a huzal meghajlott a 2. ábrán. Az oszcillátor áramkörének elemeiben lévő áramok ellentétes irányai, mint hurok (1a. Ábra), majd a két fél felében az áramlások ellentétes irányban vannak irányítva.

1. ábra - Ellenkező irányú áramerősség az oszcilláló áramkör elemeiben.

Az ilyen áramok által előidézett hullámok fázisban vannak, és ha a dróma d távolsága kicsi a hullámhosszhoz képest, akkor ezek a hullámok kölcsönösen elpusztulnak az űrben.

Így a huzal formájában hurok szinte nem bocsát ki elektromágneses hullámokat. Ugyanezt lehet tenni egy téglalap alakú vagy kerek tekercs formájában (1 (b) és (c) ábra), amely sokkal kisebb, mint a hullámhossz. A négyzetfordulót ellentétes oldalainak áramlása különböző irányban irányul, és az ezek által előidézett hullámok ellentétes fázisokkal rendelkeznek. A forradalom síkjára merőleges irányban ezek a hullámok egymást törlik. A forduló síkja mentén a hullámok közötti fáziseltolódás kissé eltér 180 ° -tól, mivel az egyik hullám egy d-val egyenlő extra pályát mutat, és némileg elmarad a fázisban. De ha a forradalom oldala sokkal kisebb, mint a hullámhossz, akkor a lag elhanyagolható, és gyakorlatilag az ebbe az irányba ható hullámok is elpusztulnak.

A kis átmérőjű, kör alakú tekercs huzalok egyes adott elem, például A elem az 1. ábrán a megfelel egy másik átmérősen ellentétes elem (az 1. ábra B. b), ahol az áramok ezen elemek különböző irányba mutató. Az ezen elemek által létrehozott hullámok ellentétes fázisokkal rendelkeznek, és gyakorlatilag egymásnak vannak elpusztítva.

Ha a méret d volt érzékelhető frakció a hullámhossz λ, a hullámok utazás menti irányban a tekercs sík annak egymással ellentétes végein, volna egy fáziseltolódás lényegében különbözik a 180 °, mivel az egyik hullám észrevehetően kell késleltetett, és így kölcsönös pusztítás hullámok nem működne. Csak a tekercsre merőleges irányban, a hullámok ugyanolyan hosszúságúak lennének, és kölcsönösen megsemmisítenék egymást.

A közepes és a rövid hullámhosszon működő rádiókészülék oszcilláló áramkörökben a tekercs-fordulatok általában több centiméteres átmérőjűek, a hullámhosszat tíz és több száz méterben mérik. Ilyen arány mellett gyakorlatilag feltételezhető, hogy az egyes tekercsek külön nem sugároznak, következésképpen az egész tekercs egésze sem sugározhat.

Ezen hullámok teljes kontúrja egy forradalomnak tekinthető, ellentétes elemeiben, amelyekben az áramlatok különböző irányúak. AB és VG összekötő vezetékekben (1. ábra) az áramlatok ellentétes irányúak. Ugyanez mondható el az AB és BG szakaszok áramlásairól, vagyis a tekercsben és a kondenzátorban. Mivel a kontúr geometriai méretei kisebbek a hullámhosszhoz képest, a kontúr gyakorlatilag nagyon kevés.

Az oszcillátor áramkörének eszközét azonban megváltoztathatjuk úgy, hogy egyes elemeiben az áramok ugyanolyan irányt kapjanak a térben, azaz Az áramkör egyes elemeiben lévő oszcillációk egybeesnek a fázisban. Ezután az ezen elemek által létrehozott hullámok egymást nem törik ki, és jelentős sugárzást kapnak. Ezt úgy érjük el, hogy a zárt hurkot (2a. Ábra) egy nyitott áramkörbe transzformáljuk. az antennában.

2. ábra - Zárt hurok átfordítása nyitott áramkörbe

Ha a kondenzátor lemezeket meghosszabbítja és a vezetékeket egyenes vonalba helyezi (2-6. Ábra), akkor ezeken a vezetékeken az áram iránya ugyanaz lesz. Ilyen áramkör sugárzik a hullámok még mindig nem elegendő, mivel nem-tekercs, és átfolyó áramok a kondenzátor lemezek vannak irányítva ellentétes irányban, és merőlegesek az áramok az összekötő vezetékek.

A hullámok sugárzásának további növekedését akkor kapjuk meg, ha a tekercshuzalt egyenesen húzzuk ki, és a megfelelő kapacitás létrehozásához megfelelő hosszúságú huzalokat használunk (2c. Ábra). Ezután a vezeték összes elemének áramlási iránya ugyanaz lesz, vagyis a huzal minden részében az oszcilláció ugyanabban a fázisban történik, és a hullámok sugara sugárzása a legnagyobb. Így a legegyszerűbb esetben a nyitott kontúr egyenes vonalú. A gyakorlatban azonban egy kis Lee-tekercset általában hagynak kommunikálni a generátorral (2d ábra).

Minden vezetéknek saját induktivitása és saját kapacitása van, amely hosszúsága mentén oszlik ki, és ezért egyfajta oszcilláló áramkör, amelyben szabad elektromos oszcillációk érhetők el. Az áramkörben (3a ábra) a kapcsoló 1. pozíciójában a vezeték mindkét felét feltölti a B akkumulátorról.

3. ábra - A szabad oszcilláció gerjesztésének rendje nyitott áramkörben és oszcillációs folyamatban.

Ha egy átkapcsoló 2, a elektron fog elmozdulni a huzal mentén az irányt képez a fenekétől a felső felében, majd az ellenkező irányba, azaz. E. Free csillapodó rezgéseinek fordulnak elő a vezetékben.

Az oszcillációs folyamat egyes fázisai a vezetékben a 3b. Ábrán láthatók. Az ábra felső része mutatja az elektromos és mágneses mezők eloszlását, az alsó rész pedig az antenna áram- és feszültségváltozásának grafikonját.

Az antenna bármely pontján lévő feszültséget általában az adott pont és a vezeték második felének szimmetrikusan elhelyezett pontja közötti potenciális különbségnek nevezzük. Az aktuális diagram a mágneses mező erősségének változását is mutatja, és a feszültség-rajz az elektromos térerősség változása. On (3-6. Ábra), a feszültség-rajzot és a megfelelő elektromos mezőt szaggatott vonallal ábrázolják, és az aktuális grafikont és a megfelelő mágneses mezőt egy tömör vonal mutatja.

A kezdeti pillanatban (0 a 3-6. Ábrán) a drótnak a töltés elektromos térének potenciális energiája van, amely a vezeték felső és alsó felére koncentrálódik. Még nincs áram, és a potenciális különbségnek maximális értéke van. Amikor az elektronok a vezeték mentén mozognak, az áram nő és a feszültség csökken, és az elektromos mező energiája átmegy az áram által létrehozott mágneses mező kinetikus energiájába. Az időszak egynegyedét követően az elektromos mezőt mágneses mező váltja fel. Ebben a pillanatban (a 3b ábrán 1) az áram maximális, és a feszültség nulla. Ezután csökken az áramerősség és a mágneses mező. Van egy olyan önindukció, amely támogatja az elektronok mozgását és a vezeték újratöltése. Az energia átkerül a mágneses mezőről az elektromos mezőre. Az időszak második negyedévének végére (2. pillanat) az energia ismét az elektromos mezőbe koncentrálódik, de a mező iránya megfordult. Továbbá az időszak következő felében az egész folyamat az ellenkező irányba megismétlődik, és az eredeti állapot visszaáll.

Közép pillanatoknál, amelyek nem szerepelnek a felső ábrán, egyszerre vannak elektromos és mágneses mezők, mivel az energia a két mező között oszlik meg. Az elektromos és mágneses mezők a teljes vezeték mentén léteznek, a mágneses mező a legerősebb a vezeték közepén, ahol az áram a legnagyobb, és a vezeték végénél az áram 0, és a mágneses mező hiányzik.

A nyitott hurkot, amely egyenes vonalú vezeték, amelyben szabad elektromos rezgések fordulhatnak elő, szimmetrikus vibrátor, vagy egyszerűbb vibrátor vagy dipólusnak nevezik. A csillapodó rezgések megszerzéséhez a generátorhoz kapcsolódik, például induktív csatolással (4. A legegyszerűbb esetben a hosszú, közepes és néha rövid hullámú antennakészülék az alábbiak szerint hajtható végre. Ha lehetséges, a föld felett az antenna maga felfüggesztésre kerül, i. a drótrendszer, amely egy kondenzátor lemez szerepét játssza. A második burkolatot őrölték vagy egy második huzalt, amelyet ellensúlynak neveztek és alacsonyan felfüggesztették a talaj felett.

4. ábra: Nyitott hurok induktív csatolása generátorral

Az ilyen antennatest aszimmetrikus. Az antenna és a föld (vagy ellensúly) közötti Ca kapacitása tíz vagy akár több száz picofaradot is elér. Diagramszerűen, a földeléssel és ellensúlysal ellátott antennaberendezéseket (5a. Ábra) I b. Ugyanezekben a számokban adják meg a rádiós mérnöki rendszerekben használt antennát, földelést és ellensúlyt.

5. ábra - Az a) és az anti-weight (b)