Antena dipolowa

W tym rozdziale rozważana jest antena dipolowa o bardzo cienkim promieniu. Antena dipolowa jest podobna do krótkiego dipola, z wyjątkiem tego, że nie wymaga się, aby jej promień był mały w porównaniu z długością fali (przy częstotliwości, przy której antena pracuje).

Dla anteny dipolowej o długości L zorientowanej wzdłuż osi z i wyśrodkowanej w punkcie z=0, prąd płynie w kierunku z z z amplitudą, która ściśle odpowiada następującej funkcji:

Zauważ, że prąd ten również oscyluje w czasie sinusoidalnie z częstotliwością f.Rozkłady prądu dla anten dipolowych o długości ćwierć mili (po lewej) i pełnej mili (po prawej) są podane na rysunku 1. Zauważmy, że wartość szczytowa prądu nie jest osiągana wzdłuż dipola, chyba że jego długość jest większa niż pół długości fali.

Rysunek 1. Rozkłady prądu na antenach dipolowych o skończonej długości.

Przed zbadaniem pól promieniowanych przez antenę dipolową należy rozważyć impedancję wejściową dipola jako funkcję jego długości, wykreśloną na rysunku 2 poniżej. Zauważmy, że impedancja wejściowa jest określona jako Z=R + jX, gdzie R jest rezystancją, a X reaktancją.

Rysunek 2. Impedancja wejściowa jako funkcja długości (L) anteny dipolowej.

Zauważ, że dla bardzo małych anten dipolowych impedancja wejściowa jest pojemnościowa, co oznacza, że impedancja jest zdominowana przez ujemną wartość reaktancji (i stosunkowo małą rzeczywistą impedancję lub rezystancję). W miarę jak dipol staje się większy, rezystancja wejściowa wzrasta, wraz z reaktancją. Przy nieco mniej niż 0,5 antena ma zerową składową urojoną impedancji (reaktancja X=0), a o antenie mówi się, że jest rezonansowa.

Jeśli długość anteny dipolowej staje się bliska jednej długości fali, impedancja wejściowa staje się nieskończona. Ta dzika zmiana w impedancji wejściowej może być zrozumiana poprzez studiowanie teorii linii transmisyjnej wysokiej częstotliwości. Jako prostsze wyjaśnienie, rozważmy dipol o długości jednej fali pokazany na rysunku 1. Jeśli do zacisków prawej anteny na rysunku 1 zostanie przyłożone napięcie, rozkład prądu będzie taki, jak na rysunku. Ponieważ prąd na zaciskach jest równy zeru, impedancja wejściowa (określona przez Z=V/I) będzie z konieczności nieskończona. W związku z tym, nieskończona impedancja występuje zawsze, gdy antena dipolowa jest całkowitą wielokrotnością długości fali.

W następnym rozdziale rozważymy charakterystykę promieniowania anten dipolowych.

Wzorce promieniowania dla anten dipolowych

Pole dalekie od anteny dipolowej o długości L jest dane przez:

Normalizowane wzorce promieniowania dla anten dipolowych o różnych długościach są pokazane na rysunku 3.

Rysunek 3. Znormalizowane rozkłady promieniowania dla anten dipolowych o określonej długości.

Antena dipolowa o pełnej długości fali jest bardziej kierunkowa niż krótsza antena dipolowa o długości ćwierć fali. Jest to typowy wynik w teorii anten: potrzeba większej anteny, aby zwiększyć kierunkowość. Jednakże, wyniki nie zawsze są oczywiste. Wzorzec dipola o długości 1,5 długości jest również wykreślony na rysunku 3. Zauważ, że ten wzór jest maksymalny w przybliżeniu +45 i -45 stopni.

Antena dipolowa jest symetryczna, gdy patrzy się na nią azymutalnie (wokół długiej osi dipola); w rezultacie wzór promieniowania nie jest funkcją kąta azymutalnego . Stąd, antena dipolowa jest przykładem anteny dookólnej. Ponadto, pole E ma tylko jedną składową wektorową i w konsekwencji pola są spolaryzowane liniowo. Patrząc w płaszczyźnie x-y (dla dipola zorientowanego wzdłuż osi z), pole E jest w kierunku -y, a w konsekwencji antena dipolowa jest spolaryzowana pionowo.

Wzór 3D dla anteny dipolowej o długości 1 fali jest pokazany na rysunku 4. Wzór ten jest podobny do wzoru dla ćwierć- i półfalowej anteny dipolowej.

Rysunek 4. Znormalizowany wzór promieniowania 3d dla anteny dipolowej o długości 1 fali.

Wzór promieniowania 3d dla anteny dipolowej o długości 1,5 fali jest znacząco inny i został przedstawiony na rysunku 5.

Rysunek 5. Znormalizowana charakterystyka promieniowania 3d dla anteny dipolowej o długości 1,5 fali.

Kierunkowość (szczytowa) anteny dipolowej zmienia się jak pokazano na rysunku 6.

Rysunek 6. Kierunkowość anteny dipolowej w funkcji długości dipola.

Rysunek 6 wskazuje, że do około L=1,25 kierunkowość rośnie wraz z długością. Jednakże, dla większych długości kierunkowość ma tendencję wzrostową, ale nie jest już monotoniczna.

W następnym rozdziale przyjrzymy się najbardziej rozpowszechnionej antenie dipolowej, półfalowej antenie dipolowej.

Dalej: Anteny Dipolowe Półfalowe

Up: Anteny dipolowe

Lista anten

Teoria anteny .com

.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.