|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 토로이달 안테나. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
안테나 기술의 시급한 과제는 효율적이고 전기적으로 작은 안테나를 만드는 것입니다. 휴대용 및 모바일 라디오 방송국 KB, VHF 및 극초단파 대역과 제한된 공간 조건의 고정식 장파 라디오 시스템 모두에 필요합니다. 제안된 기사는 독자들에게 이 문제를 해결하는 흥미로운 방법 중 하나를 소개합니다. 전기적으로 작은 안테나의 치수는 정의상 자유 공간에서 파장 λ보다 훨씬 작습니다. 이러한 안테나 설계의 문제점은 방사 시스템의 크기가 줄어들수록 방사 효율이 급격히 감소한다는 것입니다. 비공진 안테나를 소스(수신기)와 일치시키는 데 어려움이 있습니다. 직선 도체를 나선 형태로 구부러진 나선형 도체로 교체하여 전기적(파동) 치수를 유지하면서 안테나의 물리적 치수를 줄이는 것이 가능합니다(그림 1).
이러한 구조를 지연이라고 합니다. 나선형 축을 따라 파동이 전파되는 속도는 빛의 속도보다 느리므로 동일한 주파수에서 이러한 구조의 파장 λs는 λ보다 작습니다. 공진 안테나의 물리적 길이는 이러한 방식으로 XNUMX배로 줄일 수 있습니다. 헬리컬 횡방향(축에 수직) 방사 안테나는 휴대용 및 고정 무선 장비에 널리 사용됩니다. 선형 진동기가 닫힌 링으로 접히면 프레임이 생깁니다(그림 2, a). 전기적으로 작은 프레임에서 전류 1e의 분포는 균일한 것으로 간주될 수 있으므로 기본 수직 자기 진동기와 같이 모든 방위각 방향으로 균일하게 방사되지만 수평 편파(그림 2,6)로만 방사됩니다. 전류 분포가 고르지 않으면 다이어그램이 대칭적이지 않습니다. 프레임 둘레의 길이가 반파장의 정수배일 때, 그러한 안테나에서 공진이 가능하다. 따라서 "정사각형" 유형의 안테나에서는 두 개의 반파가 주변에 맞습니다.
중장파, 장파 및 초장파에서는 전파 특성으로 인해 수직 편파가 선호됩니다. 안테나의 수직 치수를 줄이는 문제가 특히 심각합니다. 약 136m 높이의 550kHz 범위의 아마추어 2/3 파장 수직 진동기를 상상해 봅시다! 그러나 방사선원으로 전류를 사용할 필요는 전혀 없습니다. 순열 이중성의 원리에 따라 균일하게 분포된 고리 전류(그림 XNUMXa)가 자기 전류 IM으로 대체되면(자연에는 자기 전하가 없기 때문에 밀도가 자기 유도의 변화율에 비례하는 가상의 자기 전류가 됩니다), 방사선장에서 전기 및 자기 구성 요소의 벡터가 위치를 변경합니다. 기본 전기 진동기에 대한 지향성 패턴 측면에서 동등한 소스를 얻을 수 있습니다. 이 경우에는 수직 진동기입니다(그림 XNUMX).
링 자기 전류는 선형 나선형을 폐쇄 링으로 접어서 형성되는 토로이달 헬리컬 안테나(Toroidal Helical Antenna, THA)에서 얻을 수 있습니다. 나선형 코일의 모양은 임의적일 수 있습니다(원, 직사각형 등). 무화과. 도 4는 정사각형 단면 형상을 갖는 토로이드의 스케치를 도시하고 크기 지정이 표시된다.
무화과. 도 5a는 7-턴 토로이달 안테나를 구축하는 예를 보여준다. 이러한 시스템에서는 자기 전류의 반파의 정수가 토로이드의 축을 따라 맞을 때 공명이 가능합니다. 그러나 나선형에서는 파장이 더 짧기 때문에 공진 TNA는 선형 와이어의 공진 프레임보다 훨씬 작을 수 있습니다. 무화과. 5,b,c,d에서 HPP의 공간 지향성 다이어그램(RP)은 전기장의 개별 구성 요소 Eθ, Eφ 및 전체 필드 EΣ에서 전기장의 수평 Eφ 구성 요소로 제공됩니다.
전류의 토로이달 성분을 보상하기 위해 두 개의 동일한 권선이 만들어지고 서로 다른 방향(왼쪽 및 오른쪽)으로 감겨 역위상으로 켜집니다(그림 6, a).
권선은 교차점에서 연결되지 않습니다. 카운터 헬리컬 와인딩이 있는 토로이달 헬리컬 안테나(Contrawound Toroidal Helical Antenna, CTHA)를 받았습니다. 두 권선에서 토로이드 공동의 자기장이 합산됩니다. Fig. 그림 6b에서 방사선장에서 Eθ 성분의 비율이 눈에 띄게 증가하고 y축을 따른 전체 다이어그램의 최소값이 덜 깊어졌음을 알 수 있지만 다시 그림에서와 같이 일반 다이어그램을 얻지 못했습니다. 3. 이것은 토로이드 공동의 자기장이 축을 따라 균일하게 분포되지 않고 정재파의 진폭 분포에 따른다는 사실에 의해 설명됩니다. 이 장애물을 극복하는 방법은 아래에 나와 있으며 이제 이미 설명한 안테나의 몇 가지 흥미로운 속성을 고려할 것입니다. 무화과. 그림 7은 a = 0,6m, h = 0,8m 및 N = 7에서 HP의 입력 임피던스의 능동(R) 및 반응(X) 구성 요소의 계산된 주파수 종속성을 보여줍니다. 짝수 "직렬" 및 홀수 "병렬" 공진(직렬 및 병렬 발진 회로의 공진과 본질적으로 유사)의 교번이 특징적입니다.
비교를 위해 이 표는 이 안테나(TNA)와 동일한 매개변수를 가진 STNA 안테나에 대해 계산된 공진 주파수(MHz) 및 공진 임피던스(킬로옴) 값을 보여줍니다. STNA에서 공진 교번의 특성은 TNA에서와 동일하지만 동일한 매개 변수를 사용하면 STNA의 공진 주파수가 더 낮습니다. 이는 권선 사이의 커패시턴스 효과로 설명할 수 있습니다. 두 안테나 모두 엄격한 다중 공진 주파수를 가지고 있지 않습니다. 토로이달 안테나의 주요 매개변수는 치수와 턴 수 N입니다. 계산 및 모델링을 위해 측면이 h인 정사각형 형태의 단면 모양을 선택했습니다. 토로이드 내부와 외부의 매질의 영향을 무시하면 1차 공진 주파수(MHz)와 반경 a(m)가 주어지면 다음 공식을 사용하여 위 안테나의 크기 h(m)를 계산할 수 있습니다. TNA의 경우:
STNA의 경우:
수식은 와이어 직경 1,3 mm, 크기 0,6 m ≤a ≤ 4 m, 0,5m ≤h≤4m, 0,3 ≤h/a ≤1,3, 주파수 범위 0,7 MHz < f1 < 23 MHz에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 기반으로 회귀 분석을 사용하여 구했습니다. 지정된 조건에서 평균 제곱근 오차는 약 0,03m이며 다른 주파수에 대해서도 스케일 재계산이 가능합니다(모든 치수는 파장의 변화에 비례하여 변경됨). STNA의 흥미로운 특징은 등방성에 가까운 방사 패턴을 얻을 수 있다는 것입니다(특정 매개변수 조합에 대해서만).(그림 8) 이 패턴은 특히 자유 공간 조건에서 매개변수 N = 70, a = 5m 및 h = 0,2m인 안테나에 대해 0,27MHz의 주파수에서 얻어졌습니다.
무화과. 도 9는 주파수에 대한 TNA 및 STNA의 효율성의 비교 의존성을 보여준다. 일반적으로 안테나의 주요 치수가 감소하고 회전 수가 증가함에 따라 효율이 급격히 감소합니다. TNA의 최고 효율은 2차와 3차 공진 사이, STNA의 경우 3차와 5차 공진 사이에 있으며 최대값은 TNA보다 낮습니다. 두 가지 유형의 안테나 모두 두 번째 이상의 고른 공진에서 깊은 효율 최소값을 특징으로 합니다. 이것은 효과적인 복사를 위해 권선에 불리한 전류 분포로 설명됩니다.
전기적으로 작은 안테나는 일반적으로 효율이 낮기 때문에 피더 안테나 효과에 매우 민감합니다. 피더가 매우 짧거나 전혀 없는 움직이는 물체에 사용하는 것이 좋습니다. 예를 들어 토로이달 안테나의 타원 편파는 특히 VHF FM 방송 프로그램의 안정적인 수신을 위해 모바일 시스템에서 중단 없는 통신을 보장하는 데 유용합니다. 무화과. 도 10은 도 8에 따른 특성을 갖는 STNA의 배치를 도시한다. XNUMX 차량 지붕에 차체와 지면의 영향을 고려한 방사 패턴을 보여줍니다.
역사적으로 토로이달 안테나의 개발은 수직 편파 및 원형 패턴으로 방사 시스템의 수직 크기를 줄이려는 욕구와 관련이 있습니다. 언급한 바와 같이, 단일 여기 소스를 갖는 종래의 STNA 안테나에서는 토로이드의 축을 따라 자기 전류의 균일한 분포를 얻는 것이 불가능하다. 무화과. 11,a는 확장된 형태로 토로이드의 전체 외부 표면에 있는 왼쪽 및 오른쪽 권선의 회전 교차점을 보여줍니다. 12(곡선 1) - f8 = 3MHz에서 27턴 기존 STNA에 대한 토로이드 축을 따른 자기장 강도의 분포. 필드의 불균일한 분포로 인해 이러한 안테나의 방사 패턴은 그림 6에 표시된 것과 비슷합니다. XNUMX.
자기 전류의 거의 균일한 분포를 얻는 한 가지 방법은 권선을 섹션으로 나누는 것입니다. 각 섹션에서 두 권선의 방향(왼쪽 및 오른쪽)이 인접한 것과 반대 방향으로 변경됩니다(그림 11,6). 권선이 섹션으로 나뉘는 곳에 추가 여자 소스를 연결하기 위해 터미널이 설치됩니다. 이 경우 하나가 아니라 12,6개의 동일한 공통 모드 소스를 연결해야 합니다. 이 경우 자기 전류의 분포(그림 XNUMX)는 작은 리플이 있지만 부호 변경 없이 얻어집니다. 이러한 솔루션을 통해 그림 3과 다르지 않은 넓은 주파수 대역에서 RP를 얻을 수 있었습니다. 36. 이 경우 59MHz 주파수에서 분할된 STNA의 계산된 효율은 비구획된 STNA의 약 29배(XNUMX% 대 XNUMX%)인 것으로 나타났습니다. 결론적으로 고려한 안테나의 가장 중요한 장단점과 적용 가능성에 주목합니다. 일반적인 장점은 안테나의 수직 크기 감소(수평 치수 증가로 인해!), 균형추 및 접지에 대한 요구 사항이 없다는 것입니다. 본질적으로 THA는 나선형 도체로 만들어진 프레임으로 공진 안테나의 물리적 크기를 줄였습니다. 이러한 안테나는 타원형 편파를 갖고 있고 연결의 모양, 환경 및 비대칭성에 대한 RP의 의존성으로 인해 그러한 안테나가 통신, 방송, 원격 측정 및 기타 휴대용 무선 장비에서 광범위하고 다양하게 사용될 수 있기 때문에 이미 흥미롭습니다. 일반적으로 말해서 STNA에 두 번째 반대 권선이 있으면 방사 조건이 악화되어 효율이 낮아집니다. 그러나 이러한 안테나는 다중 경로 조건에서 이동 통신 시스템에 중요한 편파 타원율이 더 우수합니다. 분할되지 않은 STNA의 등방성 RP는 환경의 강한 영향으로 인해 실제로 거의 실현 가능하지 않지만 주변 물체(특히 전도성 표면)는 STNA의 입력 임피던스에 거의 영향을 미치지 않습니다. 비분할 STNA는 nGPS 셀룰러 통신 시스템에서 저수준 무선 통신 및 개인 무선 통화용 휴대용 장치에 사용할 수 있습니다. 수직 진동자(수직 편파 및 수평면에서 균일한 방사 패턴을 가짐)에 해당하는 토로이달 안테나의 주요 적용 영역은 지구(또는 물)의 전도성이 충분히 큰 상대적으로 장파입니다. 단점 STNA - 복잡한 제조 기술. 안테나를 절단할 때 여러 개의 전원을 연결해야 하는 추가적인 문제가 있습니다. 일반적인 단점-크기가 줄어들면 안테나의 효율성이 급격히 떨어지고 개선하려고 할 때 (와이어 재료의 두께와 선택을 늘리고 유전체의 품질을 향상시켜) 대역폭이 감소합니다. 한 주파수에서 다른 주파수로 튜닝할 때 매칭 문제로 인해 주파수 범위에서 토로이달 안테나를 사용하기가 어렵습니다. 관심 있는 독자는 특허 문헌[1-4]과 저자가 참여한 연구 결과[5, 6]를 참조할 수 있습니다. [7]에서 토로이달 구조에 기반한 수직 편파 이미터를 제조하기 위한 몇 가지 새로운 방법이 제안되었습니다. [8]에서는 전기 및 자기 전류가 있는 세그먼트에서 안테나를 합성하기 위한 범용 알고리즘이 제안되었습니다. 문학
저자: A. Grechikhin(UA3TZ)
터치 에뮬레이션을 위한 인조 가죽
15.04.2024 펫구구 글로벌 고양이 모래
15.04.2024 배려심 많은 남자의 매력
14.04.2024
▪ 기사 냉간 단조 장비 및 프레스의 조절 장치. 노동 보호에 관한 표준 지침
홈페이지 | 도서관 | 조항 | 사이트 맵 | 사이트 리뷰
www.diagram.com.ua |
다른 기사 보기 섹션 
과학 기술의 최신 뉴스, 새로운 전자 제품:
이 페이지의 모든 언어