Основы дипольных антенн: типы, приложения, советы по установке
2024-09-02 6161

В этой статье рассматривается все о дипольных антеннах или дипольной воздушной антенне - от их простой конструкции до их использования в сложных системах.Будь то общий полуволновый диполь или более специализированные сложенные и нерезонансные версии, эти антенны являются универсальными и соответствуют различным потребностям.Мы рассмотрим, как работают эти антенны, как они разработаны, и что делает их такими полезными в разных настройках.

Каталог

Рисунок 1: Дипольные антенны

Обзор дипольной антенны

Дипольная антенна/ дипольная антенна представляет собой основную, но высокоэффективную радиочастотную (РЧ) антенну, широко используемая во многих радиосвязи.Он состоит из двух проводящих металлических стержней или проводов, расположенных вдоль той же оси и разделенного в центре изолятором.Это расположение позволяет электрическому току течь и генерировать соответствующее напряжение, которое, в свою очередь, производит электромагнитные волны, которые излучают наружу.

Каждый элемент дипольной антенны обычно измеряет половину длины волны (λ/2) самой высокой рабочей частоты антенны.Эта конкретная длина определяет способность антенны эффективно работать на различных полосах частот, таких как HF (высокая частота), VHF (очень высокая частота) и UHF (сверхвысокая частота).Регулируя длину этих элементов, импеданс корма антенны, центральная частота и резонанс может быть точно настроена для удовлетворения конкретных требований.

Рисунок 2: Дипольные антенны базовые

Дипольные антенны очень адаптируются и могут функционировать независимо или как компоненты более сложных антенных систем, таких как антенны Yagi или параболические отражатели.При передаче дипольная антенна преобразует электрическую мощность в радиочастотное излучение посредством взаимодействия электрических и магнитных полей, генерируемых током в его элементах.При получении он захватывает входящие электромагнитные волны, преобразуя их в электрические сигналы для приемника.Производительность антенны как в режимах передачи, так и в режимах приема повышается за счет использования фидера, который оптимизирует управление питанием.

Рисунок 3: Передатчик и приемник

Центральная точка подачи дипольной антенны обычно подключается к коаксиальному кабелю или фидеру.Это необходимо для эффективной радиочастотной передачи и приема.Прямая конструкция дипольной антенны обеспечивает точные расчеты и простую реализацию, что делает ее предпочтительным выбором как для вещания, так и для получения в современных технологиях связи.

Основная работа дипольной антенны

Дипольная антенна работает через простой, но мощный процесс.Когда источник радиочастотного напряжения подключен к антенне, он применяет напряжение непосредственно в центре.Это инициирует поток напряжения и тока через два проводящих элемента антенны.Когда этот ток течет, он генерирует электромагнитные волны, которые затем излучает антенну.

Рисунок 4: Дипольная антенна полуволны

Эффективность дипольной антенны зависит от конкретного распределения тока и напряжения по ее длине.В центре антенны ток достигает своего максимума, в то время как напряжение находится на самом низком уровне.Двигаясь к концам антенны, ток уменьшается, и напряжение увеличивается до ее пика.Эта схема распределения помогает для способности антенны эффективно передавать и получать сигналы.

Радиационная картина дипольной антенны показывает, как она распределяет энергию в пространство.Как правило, эта схема перпендикулярна оси антенны и является фактором оценки направленных возможностей антенны и общей производительности в излучании энергии РЧ.

Основной функцией дипольной антенны является преобразование электрических сигналов в РЧ -электромагнитные волны для прохождения.На приемном конце он меняет этот процесс, преобразуя входящие радиочастотные волны обратно в электрические сигналы.Эта двойная способность обоих передачи и приема делает дипольную антенну мощным компонентом в широком диапазоне радиочастотных применений.

Дипольная антенна V ионы ariat

Дипольные антенны невероятно адаптируются и широко используются в радиочастотной связи.Наиболее распространенным вариантом является полуволновый диполь, названный, потому что его длина соответствует половине электрической длины волны.Существуют различные конструкции дипольных антенн, каждая из которых адаптирована для удовлетворения конкретных потребностей и повышения их производительности в разных приложениях.

Полуволновая дипольная антенна

Полуволновая дипольная антенна предназначена для резонирования на длине, равной половине электрической длины волны, которая обычно немного короче, чем половина волны в свободном пространстве из-за свойств проводящего материала.Эта антенна, как правило, в центре, с низкой точкой подачи импеданса, которая легко соответствует общим линиям передачи.Чтобы обеспечить сбалансированную эксплуатацию, важно использовать сбалансированный кормушку или балун при подключении к несбалансированному фидеру, такому как коаксиальный кабель.Радиационный рисунок полуволнового диполя образует форму восьмерка, с максимальным излучением, происходящим перпендикулярно проволоке.

Многоволновая дипольная антенна

Опираясь на основную полуволновую конструкцию, многоволновая дипольная антенна использует нечетную кратную половину волн.Это позволяет создавать различные модели радиации при сохранении сходных операционных характеристик.Как и полуволновый диполь, эта антенна также в центре и обеспечивает низкий импеданс подачи, что облегчает интеграцию в различные системы.Он эффективен для многополосной работы, поддерживая сигналы как на фундаментальной частоте, так и на ее кратных.

Свернутая дипольная антенна

Сложная дипольная антенна добавляет дополнительный слой функциональности, включив дополнительный полуволновый дирижер, который параллельно оригинальному и зациклена на себя.Эта конструкция создает короткий замыкание постоянного тока, сохраняя при этом половину длины расстояния между концами антенны.Результатом является увеличение импеданса подачи и пропускной способности, что делает сложенный диполь универсальным выбором для более широкого диапазона потребностей в связи.

Короткая дипольная антенна

Короткая дипольная антенна, которая короче половины волны, ценится за его компактный размер.По мере того, как длина антенны уменьшается, его импеданс-подавление повышается, что делает ее менее чувствительным к конкретным частотам и подходящим для применений с широкополосной пропускной способностью.Тем не менее, уменьшенный размер также снижает свою эффективность по сравнению с более длинными диполями.Чтобы компенсировать, для обработки более высокого импеданса часто требуются специальные меры подачи.

Нерезонансная дипольная антенна

Нерезонансная дипольная антенна работает вдали от резонансной частоты и обычно сочетается с фидером с высоким импедансом.Эта конструкция позволяет антенне покрывать более широкую полосу пропускания, обеспечивая большую гибкость на различных частотах без необходимости точной настройки.Это делает нерезонансный диполь отличным выбором для сложных радиочастотных сред.

Кормление и импеданс подачи

Подавление импеданса, непосредственно влияя на эффективность дипольных антенн и общую эффективность радиосвязи, которую они поддерживают.

Дипольные антенны естественным образом сбалансированы.Это означает, что ни одна из сторон антенны не подключена к земле.Эта конструкция требует сбалансированной подачи, такой как открытый или двойной кормушки, которые состоят из двух параллельных проводов.Эти кормушки обычно используются на частотах HF, потому что они предлагают низкие потери.Тем не менее, они могут быть сложными для управления, особенно в помещении, где близлежащие объекты могут нарушить баланс и увеличить убытки.

В то время как коаксиальные кабели практичны и широко используются, они несбалансированы.Чтобы соединить их с сбалансированной дипольной антенной, необходим балунь (сбалансированный к небалансированному трансформатору).Балун поддерживает необходимый баланс для эффективной работы антенны.Он также предотвращает проходные токи RF вдоль внешней части кабеля, что может вызвать интерференцию с приемом и другими близлежащими электронными устройствами во время передачи.

Переволочный импеданс дипольной антенны часто цитируется как 73 Ом, но это значение может варьироваться в зависимости от факторов, таких как высота антенны над землей, толщина провода и условия окружающей среды.Фигура 73-ома теоретическая, предполагая идеальные условия свободного пространства.Чтобы обеспечить оптимальную производительность антенны, точно соответствует импедансу между системой подачи и антенной.Надлежащее сопоставление импеданса максимизирует передачу мощности, помогает добиться наилучшей возможной работы антенны.

Применение дипольных антенн

Рисунок 5: Применение дипольной антенны

Дипольные антенны широко используются в различных радиосистемах.Они могут функционировать независимо или как важные компоненты в более сложных антенных массивах.Их универсальность позволяет им использовать в приложениях, начиная от двусторонней радиосвязи и радиовещания до общего приема на радио.

Проволочный диполь HF

Исторически дипольные антенны были неотъемлемой частью средней частоты (MF) и высокочастотных проволочных антенных систем, широко используемых как для передачи, так и для приемных сигналов.Они остаются популярным выбором в любительском радио, причем полуволновый диполь является общей конфигурацией.Для определенных операций диполь 3λ/2 обеспечивает дополнительные преимущества, что позволяет антенне функционировать с частотой, а также своей третьей гармоникой, предлагая повышенную гибкость.

Роль в антеннах Яги

В антеннах Яги диполь служит управляемым элементом, часть антенны, которая активно передает и получает сигналы.В этой роли часто используется сложенное диполь для усиления соответствия импеданса, особенно после того, как присутствие паразитических элементов в яги может уменьшить импеданс корма диполя.Яги антенны широко используются для приема на наземном телевидении и также распространены в двусторонней радиосвязи.

Всенаправленный вертикальный диполь

Дипольные антенны часто настраиваются в виде вертикально поляризованных антенн для достижения всенаправленного покрытия.Эта конфигурация выгодно в частных мобильных радиосистемах, обеспечивая надежную связь для предприятий и аварийных служб.Упаковав несколько вертикальных диполей, направленная картина может быть утончена, увеличивая усиление в направлениях, перпендикулярных оси антенны, и тем самым усиливая общее покрытие.

Интеграция с параболическими отражателями

В антеннах параболических отражателей диполь функционирует в качестве основного излучающего элемента, излучая сигналы, которые затем фокусирует параболический отражатель и направляет.Эта настройка очень эффективна для таких приложений, как спутниковая связь, радиоастрономия и различные связи на расстоянии.Дипольные антенны также обычно используются в мобильных системах и приеме на спутниковом телевидении, где их точная радиационная схема способствует сильным, направленным возможностям связи.

Преимущества и недостатки

Дипольные антенны имеют практические преимущества, хотя у них есть некоторые ограничения, которые могут повлиять на их эффективность в определенных ситуациях.

Преимущества дипольных антенн

Простота - Дипольные антенны просты в разработке и эксплуатации.Сделать их простым выбором для многих приложений.

Эффективная производительность - Они работают исключительно хорошо на своих резонансных частотах, максимизируя силу и ясность сигнала.

Гибкая установка - Конструкция дипольных антенн терпима к установке и ионам ariat.Значение пробелов или небольшие изменения в размещении не влияют на производительность.

Всенаправленное покрытие - Дипольные антенны могут передавать и получать сигналы со всех сторон.Таким образом, они идеально подходят для общего вещания и общения широкой области.

Широкий диапазон частот - Они охватывают более широкий диапазон частот по сравнению с антеннами телескопического монополя.Следовательно, обеспечение большей универсальности в системах связи.

Последовательный радиационный паттерн - Паттерн излучения в форме пончиков диполя обеспечивает равномерное распределение сигналов, сводя к минимуму мертвые зоны.

Простота установки - Эти антенны могут быть легко установлены в различных конфигурациях, таких как наклон, опадение или инвертированные V -формы.Это обеспечивает адаптивность к разным средам.

Направленная гибкость - Дипольные антенны могут получать сигналы практически из любого направления без точного выравнивания.Таким образом, упрощение их настройки и использования.

Настройка с нагрузочной катушкой - Производительность диполя может быть дополнительно оптимизирована, настраивая его с центральной нагрузочной катушкой.Это повысит его эффективность для определенных частотных диапазонов.

Недостатки дипольных антенн

Требования к размеру - На очень низких частотах длина волны, необходимая для диполя, делает антенну большой и трудной для управления.

Сложность сложенных дизайнов - Хотя более эффективные, сложенные диполи более сложны, чем простые монополи.Это требует дополнительных соображений в их дизайне и строительстве.

Снижение эффективности ниже 27 МГц - Эффективность дипольных антенн падает при работе ниже 27 МГц, особенно если длина антенны укорачивается, чтобы соответствовать ограничениям пространства.

Более низкая эффективность инвертированных типов V - Конфигурации перевернутого V, как правило, менее эффективны, чем прямые диполи, потенциально снижая прочность сигнала.

Ограничения размера в помещении - Дипольные антенны, используемые в помещении, часто меньше, что может ограничить их производительность и диапазон.

Проблемы с наружной установкой - Большие дипольные антенны при использовании на открытом воздухе могут быть трудно установить, транспортировать и обслуживать.Это будет создавать проблемы для тех, кто нуждается в более обширных настройках.

Эффективные советы по установке

Правильная установка дипольной антенны помогает оптимизировать ее производительность на разных радиочастотах.Независимо от того, работаете ли вы с антеннами HF, VHF или UHF, определенные принципы установки применяются универсально, хотя антенны HF из -за их более длинных длин волн, как правило, требуют большего пространства и поддержки.

Процесс установки должен быть скорректирован на основе частотного диапазона антенны и физического размера.Антенны HF, которые работают на более низких частотах, обычно требуют большего пространства и более сильных опорных структур из -за их большего размера.Напротив, антенны VHF и UHF меньше и проще в управлении.Несмотря на эти различия, основные шаги в процессе установки остаются неизменными для всех типов дипольных антенн.

Чтобы получить наилучшую производительность от дипольной антенны, помните следующие соображения:

• Расположение - Выберите место с минимальными препятствиями, такими как здания или деревья, так как они могут ослабить силу сигнала и снизить общую производительность.

• Ориентация - Правильно выровняйте антенну, чтобы убедиться, что она эффективно захватывает и передает сигналы.Идеальная ориентация зависит от направления сигналов, которые вы хотите получить или передавать, а также локальные условия.

• Поддержка структур - Для более крупных антенн, особенно моделей HF, используйте прочные структуры поддержки для поддержания стабильности антенны и правильного выравнивания с течением времени.

• Регулярное обслуживание - Периодически проверяйте и поддерживайте антенну, чтобы предотвратить проблемы с производительностью, вызванные такими факторами окружающей среды, как выветривание или физический износ.

Дипольные антенны и монопольные разницы антенны

Особенность	Дипольная антенна	Монопольная антенна
Категория антенны	Принадлежит линейному Категория антенны	Также принадлежит линейному Категория антенны
Требование на землю	Не требует физического грунтовый самолет	Требуется физическая почва самолет
Радиатор дизайн	Использует радиатор для создания синтетическая грунтовая плоскость между элементами	Требуется физическая почва самолет для работы
Элементы радиатора	Элементы соединены 180 градусы вне фазы друг друга	Внешний проводник Коаксиальный кабель служит плоскостью заземления
Производительность и радиация Шаблон	Похоже на монополь, но не Симметрично вертикально	Похож на диполь, но Симметрично вертикально
Симметрия радиационного рисунка	Вертикально симметричный для легкая ориентация	Зависит от плоскости земли ориентация
Кормовой импеданс	Как правило, около 73 Ом	Как правило, около 36 Ом с идеальным наземным самолетом
Требование физической длины	Длина - это половина Длина волны рабочей частоты	Длина - это четверть Длина волны рабочей частоты
Типы доступны	Включает в себя сложенные, короткие и Общие полуотехнические конструкции	Включает в себя такие типы, как военно -морской низкочастотные и автомобильные антенны
Приложения	Использовал автономный или в сложная система	Обычно используется в беспроводных телефоны, сотовые системы, радиоприемники и т. Д.
Сложность установки	Как правило, проще из -за Отсутствие необходимой грунтовой плоскости	Более сложный из -за Необходимость грунтовой плоскости
Расходы	Как правило, менее дорого Из -за более простого дизайна	Может быть дороже из -за Дополнительные компоненты, такие как земля
Параметры монтажа	Гибкие варианты монтажа как Наземный самолет не требуется	Обычно требует монтажа на металлической поверхности, которая действует как плоскость заземления
Размер	Может быть больше, так как это должно повторить полную длину волны, разделенную на два	Как правило, более компактный как ему нужно только повторить половину длины волны
Частотный диапазон	Как правило, широкая частота диапазон из -за гибкости в дизайне	Часто более ограничен в частотный диапазон по сравнению с дипольными антеннами

Заключение

Дипольные антенны адаптируются ко многим ситуациям с разными стилями и размерами.Таким образом, они полезны как в старых, так и в новых технологиях.От их простых форм до более сложных ионов V ariat эти антенны соответствуют конкретным потребностям с точностью.Они работают в одиночку или в рамках более крупных систем и демонстрируют идеальное сочетание технических смарт и практического использования.Узнав о том, как работают дипольные антенны, в том числе о том, как правильно их установить и решать их уникальные проблемы, помогает нам максимально использовать наши инструменты связи, обеспечивая сильную и надежную производительность, где бы они ни использовали.