Антенны КВ Конструктивная геометрия дипольной антенны довольно проста. Антенна состоит только из одного активного элемента – возбуждаемого. Типичный полуволновой резонансный диполь устанавливается горизонтально (параллельно поверхности земли), однако вполне возможно вертикальное или даже наклонное расположение.
Здесь рассмотрим геометрию и размеры диполя.
Иллюстрация типичной геометрии дипольной антенны, включающей симметрирующий трансформатор 1:1 для обеспечения преобразования симметричного сопротивления в несимметричное между антенной и линией передачи коаксиального кабеля
Стоит напомнить, что полуволновой резонансный диполь — это частный случай дипольных антенн. Существуют и другие варианты. Однако в данной статье речь идёт только о полуволновом резонансном диполе с центральным питанием.
Длина электрического проводника (провода, трубы, стержня, трубки и т.д.), равная 1/2 λ на требуемой рабочей частоте, составляет основу полуволновой дипольной антенны. При длине резонанса, равной 1/2 λ, по проводнику не будет протекать реактивный ток, и, следовательно, импеданс в любой точке проводника будет чисто резистивным.
Это резистивное сопротивление будет минимальным в середине длины, в центре. В случае полуволнового диполя мы используем эту центральную точку в качестве точки питания. Таким образом, импеданс в точке питания представляет собой чисто резистивное низкое значение, достаточно близкое к характеристическому импедансу популярных коаксиальных кабелей, чтобы обеспечить приемлемый КСВ.
Какой должна быть длина резонансного полуволнового диполя с центральной питанием? Давайте выясним…
Если упростить, то можно сказать, что длина может быть вычислена по формуле частоты и длины волны для электромагнитных волн.
λ = C / f
Где…
C = 3 x 108 метр/сек.
f = частота в герцах.
Если применить описанное выше и перевести частоту в мегагерцы (как f(МГц)), то C = 300, а λ = 300 / f(МГц). Половина длины волны будет равна половине указанного выше значения.
λ/2 = 150 / f(МГц)
Это всё? Нет, к сожалению, нет… Есть кое-что ещё. Физические провода имеют конечную толщину в зависимости от их диаметра. Из-за ярко выраженного скин-эффекта на радиочастотах ток в антенне протекает исключительно по внешней поверхности проводника. Несмотря на сплошную геометрию провода, ток протекает по его цилиндрической внешней поверхности.
Изменённая геометрия тока влияет на индуктивность и ёмкость провода. В результате скорость передачи радиочастотного тока по диполю незначительно снижается. Приведённое выше значение λ/2 больше не является фактической резонансной длиной волны. Поскольку электрический диполь, который у нас есть, немного длиннее, он создаёт небольшое дополнительное индуктивное сопротивление.
В настоящее время импеданс в точке питания нашего диполя составляет Zin = 73 + j42,5 Ом. Чтобы компенсировать это и вернуть длину проводника в резонансное состояние, для типичных проволочных дипольных антенн вместо длины 0,5 λ нужно использовать примерно 0,47–0,48 λ. Следовательно, в приведённой выше формуле нужно заменить 150 на 142–143. Это позволит приблизительно определить необходимую длину диполя в метрах. Чтобы рассчитать длину диполя в футах, нужно умножить результат в метрах на 3,28.
Исходя из вышесказанного, общую длину диполя (λ/2) можно рассчитать следующим образом…
L(мт.) = 143 / f(МГц)
или
L(фут.) = 468 / f(МГц)
Приведённая выше длина диполя является приблизительной. Точная длина для точной настройки резонанса может незначительно отличаться в зависимости от множества факторов, включая окружающую среду, помехи от земли, взаимодействие в ближнем поле с объектами, находящимися поблизости, высоту над землёй, диаметр проводника, его изоляцию, если таковая имеется, и т.д.
Поэтому при установке диполя всегда рекомендуется делать проводник на 3–4 % длиннее расчётной длины. Во время окончательной настройки и оптимизации рекомендуется постепенно уменьшать длину с обоих концов небольшими равными отрезками.
VU2NSB
