Dipol półfalowy
Dipolowa antena półfalowa jest najprostszą strukturą rezonansową w technologii antenowej. Takie anteny są używane jako główny element w antenach o prawie wszystkich kształtach i czasami są uważane za antenę referencyjną wraz z izotropowym promiennikiem bezkierunkowym.
Większość promienników promieniuje silniej w danym kierunku niż w jakimkolwiek innym kierunku. Promienniki tego typu nazywane są anizotropowymi.
Antena półfalowa (zwana również anteną dipolową, anteną Hertza, dipolem Hertza, wibratorem półfalowym) składa się z dwóch kawałków drutu lub rurki, z których każdy ma długość równą ¼ długości fali roboczej anteny. Taka antena jest podstawowym elementem, z którego konstruuje się wiele bardziej złożonych anten. W przypadku dipola półfalowego prąd przepływający przez niego ma wartość maksymalną w środku i minimalną na krawędziach dipola. Napięcie, przeciwnie, jest minimalne w środku dipola i maksymalne na jego krawędziach.
Energia może być dostarczana do takiej anteny poprzez podłączenie linii transmisyjnej ze stopnia wyjściowego nadajnika do segmentów tworzących antenę. W przypadku korzystania z dwuprzewodowej linii transmisyjnej, na przykład kabla koncentrycznego, jego centralny rdzeń jest podłączony do jednego ramienia, a oplot do drugiego. Ponieważ w tym przypadku punkt zasilania anteny znajduje się w jej centrum (punkt minimalnego napięcia i maksymalnego prądu), ten typ zasilania nazywany jest zasilaniem centralnym lub zasilaniem prądowym. Wybór punktu zasilania dla anteny dipolowej jest ważny ze względu na rodzaj zastosowanej linii zasilającej.
Fale stojące prądu i napięcia występują w taki sam sposób, jak w równoległym obwodzie drgającym. W przeciwieństwie do promiennika izotropowego o zysku 1, antena półfalowa ma zysk około 1,5, z maksymalnym promieniowaniem w kierunku prostopadłym do jej osi.
Wzór promieniowania w płaszczyźnie poziomej
Rysunek 2. Charakterystyka kierunkowa półfalowej anteny dipolowej
Rysunek 2. Charakterystyka kierunkowa półfalowej anteny dipolowej
bocznych
listka
Rysunek 3. Charakterystyka kierunkowa anteny Yagi
bocznych
listka
Rysunek 3. Charakterystyka kierunkowa anteny Yagi
Rysunek 5. Wzór promieniowania pionowego dipola na podstawie wyników modelowania trójwymiarowego.
Występowanie anteny półfalowej
Rysunek 4. Pojawienie się anteny półfalowej
Dipol półfalowy powstaje również z prostego obwodu drgającego. Dla uproszczenia załóżmy, że płytki kondensatora obwodu oscylacyjnego stopniowo przechylają się i oddalają od siebie (rysunek 4). W tym przypadku pojemność kondensatora maleje, ale nadal jest to kondensator. Gdy płytki kondensatora oddalają się od siebie, linie sił pola elektrycznego (które zaczynają się na jednej płytce, a kończą na drugiej) muszą pokrywać coraz większą przestrzeń. Osiągnięty zostaje punkt, w którym kondensator przestaje istnieć jako taki, a linie pola elektrycznego zamykają się w wolnej przestrzeni. Powstały dipol półfalowy jest zasilany centralnie.
Dipol jest tworzony z prostego obwodu rezonansowego. |
||
Wyobraźmy sobie, że płytki kondensatora obwodu rezonansowego są nieco rozchylone. |
||
Zmniejsza to pojemność, ale kondensator pozostaje kondensatorem. Jeśli płytki kondensatora zostaną bardziej oddalone od siebie, linie pola elektrycznego będą musiały pokonać coraz większą odległość. |
||
Kondensator nie może być już rozpoznawany jako taki. Linie pola elektrycznego przechodzą do wolnej przestrzeni. |
||
Utworzono dipol półfalowy, który jest zasilany przez linię zasilającą. |
Współczynnik skrócenia
Jednak obliczanie długości dipola na podstawie długości fali dotyczy tylko nieskończenie cienkich przewodów. W praktyce dipole mają rzeczywistą grubość drutu. Ponadto dipole mają szersze pasmo przenoszenia wraz ze wzrostem grubości przewodu. W takim przypadku wprowadzany jest współczynnik skrócenia, który zależy od grubości przewodu:
v = | l | gdzie |
v = współczynnikiem skracania dipola; l = długość dipola; d = średnica przewodu. |
(1) |
l+d |
Długość dipola pomnożona przez współczynnik skrócenia daje długość fali rezonansowej dipola.