Какво е полувълнова диполна антена?
Диполната антена с полувълнова дължина на вълната, от полувълнова диполна антена е най-широко използваната версия на популярната диполна антена.
Както подсказва името, диполът на половин вълна е дължина на половината вълна. Това е най-късата резонансна дължина, която може да се използва за резонансен дипол. Освен това има много удобен модел на радиация.
Основи на полувълновата диполна антена.
Диполът на полувълната е формиран от проводящ елемент, който е тел или метална тръба, която е електрическа дължина на половин вълна. Полувълновият дипол обикновено се подава в средата, където импедансът пада до най-ниското. По този начин антената се състои от подаващото устройство, свързано с два елемента от дължината на вълната, които са една в друга.
Трябва да се помни, че дължината на дипола с половин вълна е електрическа дължина на половин вълна за вълната, пътуваща в антенните проводници. Това е малко по-късо от еквивалентната дължина на вълна, пътуваща в свободно пространство, тъй като антенните проводници влияят на дължината на вълната.
Основна полувълнова диполна антена, показваща дължината на дипола по отношение на дължината на вълната.
Нивата на напрежение и ток варират по дължината на излъчващата секция на антената. Това се случва, защото стоящите вълни са настроени по дължината на излъчващия елемент.
Тъй като краищата са ток с отворена верига в тези точки е нула, но напрежението е на своя максимум.
Тъй като точката, в която се измерват тези количества, се отдалечава от краищата, се установява, че те варират синусоидално: напрежението пада, но токът нараства. Токът след това достига максимум, а напрежението – минимум при дължина, равна на дължината на електрическата четвърт вълна от краищата. Тъй като е дипол на половин вълна, тази точка се появява в центъра.
Захранване на полувълновия дипол.
Едно от основните съображения при всяка антена е устройството за подаване – как да прехвърляте захранването от захранващата / предавателната линия в самата антена. Трябва да се вземат предвид съвпадение на импеданса, балансирано или небалансирано и много други аспекти.
В много аспекти полувълновият дипол се подхранва много лесно. Подаващото устройство обикновено е свързано към централната точка, където има максимален ток и минимум напрежение. Това води до това, че антената представя нисък импеданс на подаващото устройство. Това е много по-лесно за захранване, тъй като високите радиочестотни напрежения, свързани с устройствата за подаване с висок импеданс, могат да представляват много проблеми за захранващите устройства и съвпадащите единици.
Токови и напрежени форми на полувълнов дипол.
Токови и напрежени форми на полувълнов дипол
За диполна антена, която е електрическа дължина на дължина на половин вълна, индуктивните и капацитивни реагенти се анулират взаимно с резонансна честота. С нивата на индуктивната и капацитивна реактивност се отменят взаимно, натоварването става чисто съпротивително и това прави подаването на диполна антена на половината вълна далеч по-лесно.
Диполът е балансирана антена и затова е необходимо балансирано подреждане. Обикновено е необходима форма на двойно или балансирано подаващо устройство, за да се използва. Възможно е обаче да се използва коаксиален фидер, ако се използва балун (балансиран до небалансиран трансформатор).
Коаксиалният фидер представя много привлекателна опция, когато съпротивлението на съпротивлението е добро и не съществуват стоящи вълни, а също така е много по-лесно да се свържете с изходния предавател, който може да иска само да види съпротивително натоварване. Натоварванията, включващи реагенти, водят до по-високо напрежение на нивата на тока, което предавателят може да не може да понася.
Импедансът за полувълнова диполна антена в свободно пространство е диполен 73 Ω, което представя добро съответствие на коаксиалния захранващ уред 70Ω и това е една от причините коаксията с този импеданс да бъде избрана за много приложения.
Диполът на половин вълна често се захранва с фидер 50Ω. Антената често представя много добро съответствие, тъй като близостта на други обекти, като Земята, монтаж на антена и т.н. означава, че импедансът е понижен под 73Ω, който представя в свободно пространство.
Дължина на полувълновия дипол.
Въпреки че името на дипола дава приблизителната му дължина, при проектирането и изграждането на истински дипол е необходима по-точна дължина.
Действителната дължина на полувълновия дипол е малко по-къса от дължината на половината вълна в свободното пространство поради редица ефекти, свързани с факта, че радиочестотната форма на радиочестота се носи в проводник и също така най-вероятно не във вакуум.
Изчисленията за дължината на диполната антена на половината вълна вземат предвид елементи като съотношението на дебелината или диаметъра на проводника към дължината, диелектрична константа на средата около излъчващия елемент и така нататък.
В някои случаи е необходимо да се съкрати дължината на полувълнова диполна антена. Това може да се постигне чрез добавяне на зареждащ индуктор. Това се поставя в излъчващия елемент. Тя работи, защото диполната антена може да се разглежда като резонансна верига, състояща се от кондензатор и индуктор. Добавянето на допълнителна индуктивност ще намали резонансната честота, т.е. дадена дължина на антената ще резонира с по-ниска честота от тази, която би била възможна, ако няма индуктор. По този начин е възможно да се скъси дължината на антената.
Този принцип може да се използва за всяка форма на антена и често се използва там, където пространството е основно значение.
Диполно излъчване на половин вълна и насоченост
Възможно е да се изчисли схемата на излъчване и по този начин да се определи насочеността.
Както може да се очаква, диполната насоченост на половин вълна показва максималната радиация под прав ъгъл спрямо основния радиатор.
При други ъгли ъгълът θ във формулата на дипола на половин вълна по-горе може да се използва за определяне на силата на полето.
Половинна вълнова диполна полярна диаграма и схема на излъчване.
Половинна вълнова диполна полярна диаграма
Също така е възможно да се види схемата на излъчване по отношение на равнината, която се оглежда около диполната антена, т.е. в равнината, прерязваща дипола в неговото поле на максимална радиация.
Диполна полярна диаграма под прав ъгъл спрямо оста на антената.
Модел на излъчване с ос на антената в екрана
Както може да се види, с оста на антената в екрана / нивото на радиацията нивото на излъчване е еднакво навсякъде около антената. Това може да се очаква, тъй като няма нищо, което да различава една посока от друга или да влияе на радиацията в различни посоки в тази равнина.
Практически съвети
При разработването, проектирането и инсталирането на полувълнова диполна антена има редица общи съвети и съвети, които могат да се следват, за да се гарантира оптималната производителност. Те са над нормалните, използвани за инсталиране на антена, например осигуряване на височина е оптимална и т.н.
* Използвайте балансиран фидер или балун:
Диполната антена е балансирана антена. Следователно е необходимо да се използва балансиран фидер или ако трябва да се използва коаксиален фидер, тогава трябва да се използва балун – има няколко типа, които лесно могат да бъдат конструирани.
* Диполът на половин вълна не е половин вълна: Диполната антена на половин вълна не е със същата дължина като половин дължина на вълната в свободното пространство. Крайните ефекти означават, че действителната необходима дължина е малко по-малка.
* Текущи максимални секции:
Може да се покаже, че зоните на антената, където токът е максимален, допринасят най-много за излъчването / приемането. За да се осигури най-ефективната работа, тези зони трябва да бъдат без препятствия и да им се осигури оптимална позиция за радиация.
Това е най-приложимо за антени, използвани за по-ниски честоти, където дължините са много дълги. За VHF и UHF антени, при които антените са много по-къси, вероятно по цялата дължина на дипола има подобен „изглед“. За HF антените понякога центърът на антената може да се поддържа по-висок от краищата и следователно има по-голям шанс да излъчва сигнал по-добре.
* Максимални напрежения в края на антената:
Точките на максимално напрежение са в краищата на антената. Ако се използва за предаване, уверете се, че те не могат да бъдат докоснати случайно, и също така се уверете, че те са достатъчно изолирани. Това е важно, когато използвате телени антени, където краищата се използват като точки за закрепване.
Те също трябва да са далеч от близките предмети, които могат да действат за поглъщане на енергия и да взривят антената.
Диполната антена на половината вълна е вероятно най-широко използваните форми на дипола – дори най-широко използваната форма на антената. Той е прост, ефективен и може да бъде включен като задвижван елемент в много други форми на антена от Yagi антени до параболични отражатели и много други.