Хорошо известная активная антенна для диапазонов LF, MF и HF-это "MiniWhip", разработанная PA0RDT; см. [1]. Много идей и недоразумений было озвучено о том, как работает эта антенна. В этой части я надеюсь пролить свет на это, используя некоторую элементарную теорию.
1. Обзор MiniWhip
Изображение выше-это типичная схема эрекции антенны MiniWhip. Состоит из следующих частей:
Многометровый опорный стержень помещается в открытой области с активной антенной MiniWhip, прикрепленной к верхней части.
Антенна MiniWhip состоит из маленькая металлическая пластина и усилитель, запечатанный в пластиковый водонепроницаемый корпус, и вводится в внутренний приемник коаксиальным кабелем.
Теперь, предположим, что опорный стержень металлический и хорошо заземлен; предположим, что опорный стержень является изолятором.
Усилитель-это контрольный усилитель напряжения на уровне излучателя с очень высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением. Он усиливает сигнал от металлическую пластину и передает его на приемник через 50 Ом коаксиальный кабель.
Роль маленькая металлическая пластина заключается в измерении потенциалов воздушного электрического поля.
2. Право радиоволнового электрического поля
Давайте сделаем предположение, что длина опорного стержня намного меньше длины волны радиоволны, и радиоволна является вертикально поляризованным сигналом. Это разумное предположение, потому что длина волн длинных, средних и коротких волн относительно длинна, особенно средних и длинных волн, а опорные стержни несколько метров высотой; радиоволны, близкие к опорные стержни, также часто вертикально поляризованы. Но в коротковолновой высокой полосе это предположение становится менее корректным, но также зависит от длины опорного стержня. (Примечание: длина волны высокой полосы составляет в пределах десяти метров, что является таким же размером, как и высота опорного стержня.
Вертикально поляризованные радиоволны генерируют вертикальное электрическое поле вокруг MiniWhip антенны, формируя эквивалентную поверхность, и потенциалы на эквивалентных поверхностях равны везде. Потенциал мини-хлыст антенны на маленькая металлическая пластина равен потенциалов электрического поля на его месте.
Усилительная цепь не только подключена к маленькая металлическая пластина, но и подключена к металлическому опорному стержню. В теориях опорный стержень заземлен, и «заземление» на печатной плате также заземлено через коаксиальный кабель щит). Более точно: исходный сигнал цепи усилителя MiniWhip-это разница в потенциалов между маленькая металлическая пластина и опорным стержнем, и усиленный сигнал передается в приемник через основной провод и слой экрана коаксиального кабеля. Другими словами: полученный приемником сигнал является сигналом разности потенциалов между усиленной маленькая металлическая пластина и металлическим опорным стержнем.
В чем разница между этим сигналом разности потенциалов? И посмотрите на фигуру, так как опорный стержень металлический и хорошо Заземленный, потенциал на кончике опорного стержня равен «заземлению», то есть нулю. Линии электрического поля вокруг опорного стержня должны быть скручены и сжаты, когда они проходят опорный стержень.
Вышеуказанное изображение нарисовывается по формулам Максвелла. Черный ниже находится заземленная металлическая опора, а черный маленький квадрат выше-маленькая металлическая пластина на MiniWhip. Красная линия показывает эквивалентную плоскость, а различные линии имеют различные потенциалы в отношении «земли». Если «заземление» составляет 0 В, то первая красная линия внизу-1 мкВ, предыдущая-2 мкВ, и так далее. (Примечания: другими словами, электрические полевые линии не поглощаются заземляющим металлическим стержнем, но существуют в скрученном режиме сжатия, которая основана на формуле Максвелла, и в основном основана.)
3. Когда опорный стержень является изолятором
Что происходит, когда опорный стержень является изолятором? В это время, так как опорный стержень не является металлическим корпусом, потенциал наконечника больше не нулевой. Схема усиления MiniWhip измеряет возможную разницу между маленькая металлическая пластина и «собственная заземление цепи усилителя». Если схема усилителя надежно соединена с заземлением через щит коаксиального кабеля, то схема усилителя все еще измеряет возможную разницу между маленькая металлическая пластина и земля, что соответствует корпусу, в котором опорный стержень является заземленным металлом. Если щит коаксиального кабеля не надежно подключен к реальной земле, или просто подключен к «размытой земле» (например, сильной поверхности), шум на такой поверхности будет усилен усилением цепи усилителя MiniWhip. Отправьте получателю. Видно, что заземление очень важно.
Если волокно используется вместо коаксиального кабеля для передачи усиленного сигнала минихлыста, будет ли сигнал, переданный на приемник, идеальным, потому что волокно устраняет все электрические шумы? На самом деле не так. Потому что нет "заземления" для подключения проводника к усилительной цепи, потенциал на маленькая металлическая пластина такой же, как и потенциал на всех местах на усилительной цепи. Без разности потенциалов ни один сигнал не может быть усилен, и вся антенна минихлыста теряет свое значение. PA0RDT Great God недавно экспериментировали с этой идеей. Действительно, сигнал не может быть получен.
4. Поляризация радиоволн
PA0RDT сделал еще один интересный кабинет. Вместо того, чтобы поставить минихлыстовую антенну вертикально, она была вытянута из окна и размещена горизонтально. Он также был введен в внутренний приемник с коаксиальным кабелем. Он обнаружил, что прием был таким же, как когда он был размещен вертикально. На первый взгляд, эта антенна не заботится о поляризационном способе. Его можно расположить горизонтально и вертикально.
Но неверно считать, что это не заботится о пути поляризации. Независимо от того, является ли опорный стержень металлическим или нет, источник сигнала, усиленный усилителем, является потенциалом маленькая металлическая пластина относительно "земли", но только прямое «заземление» металлического опорного стержня, или экранирование через коаксиальный кабель щит. Разница между "заземлением", которая сгибается, для усилителя, эффект одинаковый в обоих случаях; но это «вокруг большой изогнутой земли» гораздо меньше длины волны полученного сигнала. (Примечания: То есть, если коаксиальный кабель слишком длинный, его длина близка к длине волны, эффект приема будет еще больше. Другими словами, когда коаксиальный кабель слишком длинный, антенна практически не влияет на низкую полосу, и эффект высокой полосы становится разным.)
5, вибратор хороший с маленькая металлическая пластина или хлыст провод
Многие активные антенны используют хлыст-образный провод длиной около одного метра, чтобы получить вибратор, в то время как минихлыст использует маленькая металлическая пластина, которая является основной технологией, которая отличает минихлыстовую антенну от других антенн. Если в качестве вибратора используется хлыстовая проволока, то вибратор также измеряет потенциал электрического поля в его пространственном положении. До тех пор, пока Длина вибратора не будет длинной до длины волны, она не улучшится.
Форма принимающего вибратора имеет важное воздействие на другой параметр, а именно распределенную емкость вибратора. Вибратор хлыст имеет емкость около 10 ПФ на метр, а его толщина также незначительно влияет на емкость. Маленькие металлические пластины имеют емкость примерно 0,35 ПФ на см, а их емкость пропорциональна диаметру, а не площади. Я до сих пор не могу найти подходящую формулу, чтобы соответствовать емкости небольшой прямоугольный металлический пластин, но я могу оценить, что Обычная Маленькая металлическая пластина MiniWhip имеет емкость около 2 ПФ. Размер вибрационного конденсатора очень важен, потому что входное напряжение усилителя и вибратор образуют делитель конденсатора. Если емкость вибратора слишком маленькая, напряжение сигнала входного усилителя также будет меньше. (Примечание: Входной конденсатор усилителя должен сослаться на соединительную емкость транзисторного входа).
6, направленность
Прежде чем обсудить направленность антенны, каково электромагнитное поле обычной антенны? Как показано выше, радиоволна, передаваемая вертикально поляризованная антенна находится вдали от антенны (т. Е. Дальнее поле), и электрическая полевая линия вертикальная (красная линия). Линии магнитного поля окружают антенну в горизонтальном направлении (синяя линия).
На приведенной выше рисунке также показан поинтинговый Векторный (зеленая линия), а поинтинговый вектор Показывает направление размножения электрической волны, которая может быть определена левшей рукой.
Как сделать приемную антенну более чувствительной в некотором направлении, чем в других направлениях? В теориях, если антенна точно такая же, как и Poynting vector, то антенна может достичь лучшей чувствительности. Но, к сожалению, антенна на самом деле не ловит поинтинговый векторный, но реагирует на линии электрического поля и линии магнитного поля.
Антенна чувствительна к направление. Лучший способ-почувствовать радиоволны в разных местах и сравнить фазовые различия радиоволн. Например, антенна Yagi работает так: электрическая волна сначала прибывает в вызванный вибратор, а затем достигает кормового вибратора. (Примечание: антенны yagi, как правило, имеют Светоотражающие Вибраторы, которые водят вибратор и отраженный вибратор, чтобы вызвать различные фазы электрической волны, соответственно, так что сигнал, полученный подающим вибратором, удваивает.) Однако она не необходима для малогабаритной антенны. Когда размер антенны намного меньше длины волны электрической волны, электрическая волна в одной длине волны достигает практически любой части антенны одновременно, и антенна не может вызвать разницу в фазе электрической волны.
7, направленность антенны малого размера
Для малогабаритной антенны, единственная возможность учитывать ее направленность-это следить за направление линии электрического поля или линии магнитного поля. Но снова, к сожалению, когда линии электромагнитного поля передаются на антенну, направление уже было испорчено. (Примечания: сигналы длинной-средней-коротковолновой волны либо рассеиваются по длине волны, либо Ионосфера отражается несколько раз, и ее поляризационное направление становится нестабильным.)
С другой стороны, направление магнитного поля гораздо полезнее. Если сигнал находится на западной стороне США, то линия магнитного поля находится на северной и южной. Если передаваемый сигнал находится на нашей северной стороне, то линия магнитного поля находится на востоке-западе, и когда передаваемый сигнал находится на нашей южной стороне, линия магнитного поля также на востоке-западе, но направление на 180 градусов. То есть, для вертикально поляризованного магнитного поля сигнала, мы можем использовать полученный сигнал, чтобы определить, какое направление это происходит, несмотря на 180 градусов неуверенности. Как и средний волновой Магнитный шток антенны на радио, Он чувствителен к направлению, но после 180 градусов вращения получающий эффект такой же.
Радиокомпас с диапазоном 80 м также использует магнитный стержень для определения направления магнитного поля сигнала поиска направления. Чтобы решить проблему неуверенности в 180 градусов, получатель направления, как правило, добавляет штыревую антенну для определения направления электрического поля. Как было указано выше, линия электрического поля не показывает нам направление сигнала, но это может помочь нам решить проблему неясности на 180 градусов после того, как мы полагаемся на магнитный шток антенны, чтобы определить общее направление: определить, находится ли направление электрического поля и линия магнитного поля в фазе. Устройство для определения направления, разработанное DF6NM, имеет два взаимно перпендикулярных магнитные стержни, плюс штыревая антенна для измерения электрического поля, которая может непосредственно указать направление сигнала на графе.
Все вышеуказанные рекомендации предполагают, что радиоволна является вертикально поляризованным сигналом. Когда радиоволна Горизонтально поляризационная, все вывода противоположны: магнитная полевая линия вертикальная и не может использоваться для определения направления сигнала; электрическая полевая линия горизонтальная и может быть оценена. Направление сигнала, но с 180 градусами неясности.
8, направленность минихлыста
Вышеуказанные сведения о направленности малогабаритных антенн, так что насчет выводов для антенны MiniWhip? Мы уже знаем, что минихлыжная антенна принимает только вертикально поляризованный Электрический полевой сигнал, и его размер гораздо меньше, чем длина волны. Единственный вывод заключается в том, что он также не имеет направленного направления.
Однако миньхлыст не реагирует на сигналы с верхней части головы. Поскольку электрические полевые линии и линии магнитного поля радиоволн в этом направлении являются горизонтальными, невозможно генерировать возможную разницу в положении антенны. Из получателя WebSDR, который я основал в Твенте в Нидерландов, он может рассматриваться в связи с тем, что голландский Ham друзья часто жалуются, что WebSDR очень плохой при получении на 80-метровый радиус сигнала в Нидерландах. Причина в том, что 80-метровый радиус сигнала вокруг это расстояние проходит. Когда отражение достигает антенны WebSDR, оно почти вертикальное.
Многие друзья предположили, что для того, чтобы получить сигнал в направлении головки, горизонтальная металлическая пластина была прикреплена к одному концу маленькая металлическая пластина. Но это не очень удобно, MiniWhip все еще только измеряет возможную разницу между его местоположением и землёй. Для радиоволнового сигнала от верхней части головы, возможная разница, которая может быть генерирована, равна нулю.
9. Вывод
1. Минихлыст вертикально поляризован.
2. Заземление очень важно. Если антенна подключена только через коаксиальный кабель
Почва станции вызовет шум. Но "Земля" не должна быть в состоянии
Циркулирующая земля, виртуальная земля, не подключенная к земле, также возможна, если золото
ГЕНУС достаточно большой, чтобы удовлетворить вход усилителя
Необходимость конденсаторов.
3. Сила полученного сигнала пропорциональна высоте антенны от земли, но высота меньше длины волны.
4. Является ли опорный стержень металлическим или нет. Но если опорный стержень металлический, то минихлыжная Антенна должна быть размещена над верхней частью опорного стержня.
Когда он находится в положении, его нельзя поместить рядом с валом.
5. Приём антенны MiniWhip является всенаправленным, за исключением верхнего направления.
6. Форма и направленность небольших металлических пластин не имеют значения, то есть использование вибраторов с кнутом.
