Штыревая антенна - Whip antenna

Штыревая антенна на автомобиле

А штыревая антенна является антенна состоящий из прямой гибкой проволоки или прутка. Нижний конец плети соединен с радиоприемник или же передатчик. Антенна спроектирована так, чтобы быть гибкой, поэтому ее сложно сломать, а название происходит от хлыст -подобное движение, которое он проявляет при беспокойстве. Штыревые антенны для портативных радиоприемников часто изготавливаются из ряда взаимосвязанных телескопических металлических трубок, поэтому их можно убрать, когда они не используются. Более длинные, предназначенные для установки на автомобили и конструкции, выполнены из гибкого стекловолокно стержень вокруг сердечника проволоки и может быть длиной до 35 футов (10 м). Длина штыревой антенны определяется длина волны радиоволн, с которыми он используется. Самый распространенный тип - это четвертьволновая плеть, что составляет примерно четверть длина волны длинный. Кнуты - самый распространенный вид монопольная антенна, и используются в более высокой частоте HF, УКВ и УВЧ радиодиапазоны. Они широко используются в качестве антенн для портативных радиостанций, беспроводные телефоны, рации, FM-радио, стрелы, и Вай фай подключенных устройств и прикреплены к автомобилям в качестве антенн для автомобильные радиоприемники и двустороннее радио для колесной техники и для самолетов. Более крупные версии, устанавливаемые на крышах, балконах и радиомачтах, используются как базовая станция антенны для любительское радио а также полицейские, пожарные, скорая помощь, такси и другие диспетчеры транспортных средств.

Диаграмма излучения

Три больших кнута из стекловолокна, установленных на мачте.
Кнут из стекловолокна для радиолюбительских диапазонов 2 м и 70 см, с радиальными контактами заземления

Штыревая антенна - это монопольная антенна, и, как и вертикальный диполь, имеет всенаправленный диаграмма направленности, излучающая одинаковую мощность радиосигнала во всех азимутальных направлениях (перпендикулярных оси антенны), при этом излучаемая мощность спадает с углом места до нуля на оси антенны. Штыревые антенны длиной менее половины длины волны, включая обычные четвертьволновые штыри, имеют один главная доля, а с идеально проводящей заземляющей поверхностью под ним максимальная напряженность поля находится в горизонтальном направлении, монотонно снижаясь до нуля на оси. С небольшой или плохо проводящей заземляющей пластиной или без заземляющей пластины под ней, общий результат заключается в наклоне главного лепестка вверх, так что максимальная мощность больше не излучается горизонтально, а под углом в небо.

Антенны длиной более половины длины волны имеют структуру, состоящую из нескольких конических «лепестков»; с максимумами излучения на нескольких углах места; чем дольше электрическая длина антенны, тем больше лепестков в диаграмме.

Вертикальные штыревые антенны широко используются для ненаправленного радиосвязь на поверхности Земли, где направление на передатчик (или приемник) неизвестно или постоянно меняется, например, в переносных FM радио приемники, рации, и двустороннее радио в транспортных средствах. Это связано с тем, что они одинаково хорошо передают (или принимают) во всех горизонтальных направлениях, при этом излучая мало радиоэнергии вверх в небо, где она расходуется впустую.

Длина

Штыревые антенны обычно проектируются как резонансный антенны; стержень действует как резонатор для радиоволн, с стоячие волны напряжения и тока, отраженных назад и вперед от его концов. Поэтому длина антенного стержня определяется длина волны используемых радиоволн. Чаще всего длина составляет примерно четверть длины волны, она называется «четвертьволновой хлыст» (хотя ее часто сокращают за счет использования загрузочная катушка; видеть Электрически короткие хлысты ниже). Например, обычные четвертьволновые штыревые антенны, используемые в FM-радиостанциях в США, имеют длину примерно 75 см, что составляет примерно четверть длины радиоволн в FM радио полосы от 2,78 до 3,41 метра в длину. Полуволновые антенны также распространены.

Коэффициент усиления и радиационная стойкость

Четвертьволновая вертикальная антенна, работающая против идеальной бесконечной земли, будет иметь усиление 5,19 дБи и радиационная стойкость около 36,8 Ом. Кнуты, установленные на транспортных средствах, используют металлическую обшивку транспортного средства в качестве плоскости заземления. В портативных устройствах обычно не предусмотрено явное заземление, и заземляющая сторона антенны линия подачи просто подключается к земле на печатной плате устройства.[1] Таким образом, само радио и, возможно, рука пользователя служат элементарной заземляющей поверхностью. Поскольку они не больше, чем размер самой антенны, комбинация шнура и радио часто работает скорее как асимметричный дипольная антенна чем как монопольная антенна. Коэффициент усиления несколько пострадает по сравнению с полуволновым металлическим диполем или штырем с четко определенной заземляющей поверхностью.

Антенна на земле

Антенны на земле

В штыревой антенне, не установленной на проводящей поверхности, например антенне, установленной на мачте, отсутствие отраженных радиоволн от плоскости земли приводит к тому, что лепесток диаграммы направленности наклоняется вверх к небу, поэтому по горизонтали излучается меньше энергии. направления, нежелательные для наземной связи.[2] Кроме того, несимметричный импеданс монопольного элемента вызывает ВЧ тока в опорной мачте и на внешней стороне основных экранирующего проводника коаксиального фидера. Чтобы предотвратить это, со стационарными хлыстами, установленными на конструкциях, часто используется искусственная «заземляющая плоскость», состоящая из трех или четырех стержней длиной в четверть длины волны, соединенных с противоположной стороной фидерной линии, проходящей горизонтально от основания хлыста.[2] Это называется антенна на земле.[3] Эти несколько коротких проволочных элементов служат для получения ток смещения от ведомого элемента и верните его к заземляющему проводнику линии передачи, заставляя антенну вести себя так, как если бы под ней была сплошная проводящая плоскость. Часто (см. картинки) стержни заземляющего слоя наклонены вниз, чтобы опустить главный лепесток диаграммы направленности ближе к горизонтали и увеличить нормальное сопротивление излучения 36,8 Ом ближе к 50 Ом, чтобы обеспечить лучшее согласование импеданса со стандартным 50 Ом коаксиальный кабель линия подачи.

Электрически короткие хлысты

А резиновая утка антенна, распространенный тип электрически короткого хлыста на портативном УВЧ CB трансивер. С резиновой оболочкой (оставили) удаленный.

Чтобы уменьшить длину штыревой антенны и сделать ее менее громоздкой, индуктор (загрузочная катушка ) часто добавляется последовательно с ним. Это позволяет сделать антенну намного короче, чем нормальная длина четверти длины волны, и при этом оставаться резонансный, отменив емкостное сопротивление короткой антенны. Катушка добавляется у основания хлыста (называемого хлыстом с базовой нагрузкой) или иногда посередине (хлыст с центральной загрузкой). В наиболее распространенной форме резиновая утка антенна, загрузочная катушка интегрирована с самой антенной, сделав штырь из узкого спираль из упругой проволоки. Спираль распределяет индуктивность по длине антенны, улучшая диаграмму направленности, а также делает ее более гибкой. Другой альтернативой, иногда используемой для укорачивания антенны, является добавление на конце «шляпы емкости», металлического экрана или излучающих проводов. Однако все эти электрически короткие кнуты имеют нижнюю прирост чем полный четвертьволновой хлыст.

Многодиапазонная работа возможна с катушками примерно на половину или одну треть и две трети, которые не сильно влияют на антенну на самом нижнем диапазоне, но создают эффект сложенных диполей на более высоком диапазоне (обычно × 2 или × 3 частота).

На более высоких частотах (2,4 ГГц, но существуют военные кнуты для диапазона от 50 до 80 МГц, и они являются стандартной проблемой для SINCGARS радио в диапазоне 30–88 МГц), коаксиальный кабель может проходить вверх по центру трубки. Изолированный переход трубки и шнура питается от коаксиального кабеля, и нижний конец трубки, куда входит коаксиальный кабель, имеет изолированное крепление. Этот вид вертикального штыря представляет собой полный диполь и поэтому не требует заземления. Как правило, он лучше работает на нескольких длинах волн над землей, отсюда обычно ограничение на микроволновые диапазоны.

Повреждения автомобильной антенны

Штыревые антенны на транспортных средствах могут быть повреждены автоматическим оборудованием для мойки автомобилей, особенно тем, которое использует вращающиеся щетки для абразивного удаления грязи с внешней стороны кузова транспортного средства.[4] Поскольку щетки должны соприкасаться с поверхностью автомобиля, они могут погнуться или полностью сломать штыревые антенны. Эти антенны обычно рекомендуется снимать или убирать, чтобы щетки не соприкасались, или владелец транспортного средства должен использовать только автоматическую мойку с «бесконтактной» струей воды.

Галерея

Штыревая антенна мобильного телефона с базовая загрузочная катушка на машине.
Коллекция рации с электрически короткие кнуты. Блоки на концах и маленький на переднем плане имеют антенны типа «резиновая уточка».
Штыревая антенна FM на портативном приемнике
Привязанный кнут из стекловолокна на военном джипе

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Чен, Чжи Нин. Антенны для портативных устройств. Чичестер: Джон Вили, 2007. Печать.
  2. ^ а б Краус, Джон Д. (1988). Антенны, 2-е изд.. Тата МакГроу-Хилл. С. 721–724. ISBN  0-07-463219-1.
  3. ^ Уоллес, Ричард; Андреассон, Кристер (2005). "земля + самолет + антенна" Введение в пассивные ВЧ- и СВЧ-компоненты. Артек Хаус. С. 85–87. ISBN  9781630810092.
  4. ^ Новости авто прачечной - август 2013 г., Требования о возмещении ущерба - документация и установленная процедура являются ключевыми, Аллен Спирс, доступ 28 ноября 2015 г. Связь