www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи радіолокації

Напівхвильова антена

   

Напівхвильова дипольна антена є найпростішою резонансною структурою у антенних технологіях. Такі антени використовуються у якості основного елементу в антенах майже усіх форм, а також іноді розглядаються у якості еталонної антени наряду із ізотропним ненаправленим випромінювачем.

Більшість випромінювачів у заданому напрямку випромінюють сильніше, ніж у будь-якому іншому напрямку. Випромінювачі такого типу називають анізотропними.

Напівхвильова антена (звана також дипольною антеною, антеною Герца, диполем Герца, напівхвильовим вібратором) складається з двох відрізків проволоки або трубки, кожен з яких має довжину, що дорівнює ¼ довжини робочої хвилі антени. Така антена є базовим елементом, з якого конструюють багато більш складних антен. Для напівхвильового диполя струм, що протікає по ньому, має максимальне значення в центрі, а мінімальні — по краях диполя. Напруга, навпаки, є мінімальною в центрі диполя і максимальна на його краях.

Енергію до такої антени можливо подавати, підключивши лінію передачі від вихідного каскаду передавача до відрізків, з яких складається антена. При використанні двохпроводової лінії передачі, наприклад, коаксіального кабелю центральна його жила підключається до одного плеча, а обплетення — до іншому. Оскільки в цьому випадку точка живлення антени знаходиться в її центрі (точці мінімуму напруги і максимуму струму), такий тип живлення називають центральним живленням або струмовим живленням. Вибір точки живлення дипольної антени є важливим з огляду на тип використовуваної лінії живлення.

Стоячі хвилі струму та напруги виникають так само, як і в паралельному коливальному контурі. На відміну від ізотропного випромінювача, коефіцієнт підсилювання якого дорівнює 1, напівхвильова антена має коефіцієнт підсилювання вже близько 1,5, при цьому максимум випромінення припадає на напрямок, перпендикулярний її осі.

Діаграма направленості у горизонтальній площині
ширина променю

Рисунок 2. Діаграма направленості напівхвильової дипольної антени

ширина променю

Рисунок 2. Діаграма направленості напівхвильової дипольної антени

ширина променю
рівень бічних
пелюсток
рівень задньої
пелюстки

Рисунок 3. Діаграма направленості антени Ягі

ширина променю
рівень бічних
пелюсток
рівень задньої
пелюстки

Рисунок 3. Діаграма направленості антени Ягі

Рисунок 5. Діаграма направленості вертикального диполя, побудована за результатами тривимірного моделювання

Виникнення напівхвильової антени
Animation: Die Entstehung eines Dipols aus einem Schwingkreis

Рисунок 4. Виникнення напівхвильової антени

Напівхвильовий диполь також виникає з простого коливального контуру. Для простоти припустимо, що пластини конденсатора коливального контуру потроху нахиляються і розходяться в сторони (Рисунок 4). Ємність конденсатора в цьому випадку зменшується, але він при цьому все ще залишається конденсатором. По мірі розходження пластин конденсатора силові лінії електричного поля (які починаються на одній пластині і закінчуються на другій) мають охоплювати все більший і більший простір. Наступає момент, коли конденсатор перестає існувати як такий, а силові лінії електричного поля тепер замикаються через вільний простір. Напівхвильовий диполь, що виникає в результате, має центральне живлення.

Напівхвильовий диполь також виникає з простого коливального контуру.

   На малюнку зображено паралельний резонансний контур.

Для простоти припустимо, що пластини конденсатора коливального контуру потроху нахиляються і розходяться в сторони. Ємність конденсатора в цьому випадку зменшується, але він при цьому все ще залишається конденсатором.

Паралельний резонансний контур зі злегка відкритими обкладками конденсатора.

У міру розходження пластин конденсатора силові лінії лінії електричного поля (які починаються на одній пластині і закінчуються на іншій) повинні охоплювати все більший і більший простір.

Пластини конденсатора тепер дуже далеко одна від одної.

Настає момент, коли конденсатор перестає існувати як такий, а силові лінії електричного поля тепер замикаються через вільний простір.

Створено диполь з індуктивним живленням.

Виниклий у результаті напівхвильовий диполь має центральне живлення.

Принципова схема напівхвильового диполя з лінією живлення.

Рисунок 5. Диаграмма направленности вертикального диполя, построенная по результатам трехмерного моделирования.

Коефіцієнт укорочення

Однак обчислення довжини диполя на основі довжини хвилі стосується лише нескінченно тонких проводів. На практиці диполі мають реальну товщину проводу. Крім того, диполі мають більш широку смугу пропускання зі збільшенням товщини проводу. У цьому випадку вводиться коефіцієнт укорочення, який залежить від товщини проводу:

v = l де v – коефіцієнт укорочення диполя;
l – довжина диполя;
d – діаметр проводу.
(1)
l+d

Довжина диполя, помножена на цей коефіцієнт укорочення, дає резонансну довжину хвилі диполя.