МИР ЕН-Антенн


Сайт, посвященный ЕН-Антеннам. Статьи. Описания. Конструкции. Эксперименты. Результаты испытаний.

Понятно, что занимаясь емкостными антеннами, периодически просматриваю публикации на тему электрически малых антенн (ЭМА). Некоторое время назад, попался журнал "Успехи современной радиоэлектроники, 2016 г., №7", где увидел статью "Электрически малые аненны" в двух частях. Статья заинтересовала и я с удовольствием ее прочитал. Много полезного материала. Но в статье резануло несоответствие определения антенн ЕН и Magnetic Loop, так как я занимался именно этими антеннами долгое время, причем практически и переписывался с людьми, непосредственно являющимися родоначальниками этих антенн. Из-за недостатка времени статья как-то позабылась и вот опять попалась на глаза. Сейчас хочется прокомментировать некоторые моменты этой статьи с позиции их практической реализации и той литературы в которой эти антенны упоминаются.

Некоторые комментарии к статье "Электрически малые антенны"
из журнала "Успехи современной радиоэлектроники".
Ссылка на статью в открытом доступе на docs.yandex.ru ЗДЕСЬ или ЗДЕСЬ

Кононов Владимир ( UA1ACO )
Санкт-Петербург

Открываем журнал... читаем... интересно, но до тех пор пока не доходим до страницы №20. Видим антенну "CFA" (Cross Field Antenna) называемую авторами статьи (скрещенно-полевые антенны СПА). Что касается антенны "CFA" - момент спорный, хотя на основе этой антенны инженером Тедом Хартом была разработана антенна "ЕН". Вот как раз о ней-то и идет дальше речь в статье, но этой антенне уделяется всего одно предложение: "Вариантом СПА является ЕН-антенна, но принципы ее построения являются теми же самыми, что были рассмтрены выше для СПА антенн. Пример ЕН-аненны показан на Рис.5".

Естественно перевожу взгляд на рисунок №5 и вижу.... совсм другую антенну! Глазам не верю... опечатка? Журнал-то солидный, да и авторы не школьники? Неужели они не потрудились перед написанием статьи посмотреть что это за антенна? Ну хотя бы Патент № 3,432,858 от 11.03.1969 на эту антенну прочитать?

или более поздний: № US 7,586,462 B1. Не говоря уже о том. чтобы посмотреть Патент на саму "ЕН" антенну Теда Харта: № US 6,486,846 B1 и ознакомиться, чем "CFA" отличается от "ЕН"? Сравните эти патенты (по данным ссылкам) Как говорится - разница налицо! Странно не заметить.
На рисунке Рис.5 в статье не "ЕН" антенна - а это "TAK-tenna" антенна! "ТАК-tenna" по сути укороченный диполь с емкостными нагрузками на концах диполя. О ее эффективности разговора нет, но путать антенны специалистам не надо, иначе доверие к изложенному материалу в статье падает.
В статье цитируется также мнение авторов "CFA" антенны, что "Метод моментов не может быть использована для моделирования СПА, потому что моделирует только токи".

Антенны "CFA" я не моделировал, но мне, как человеку занимающемуся изготовлениев макетов, настройкой и измерениями характеристик емкостных "ЕН" антенн, пришлось убедиться на практике, что расчеты произведенные в антенном моделировщике "MMANA" и в электродинамическом моделировщике "Ansoft Designer" (в котором можно смоделировать не только антенны, но и утюг и полосковую линию) результаты существенно отличаются! Электродинамический моделировщик дает результат практически совпадающий с реальными характеристиками, в отличие от "MMANA" (для "ЕН" антенн), хотя надо отдать должное, обычные антенны, например подобные диполю, "MMANA" моделирует прекрасно!
Вот такие небольшие нюансы. Особенно поразила "TAK-tenna", выдаваемая за "ЕН" антенну :-). Если бы статья была написана в 2003-2005 годах, когда было много всяких теоретических измышлений о работе "ЕН" антенн - было бы понятно. НО статья написана более чем через 10 лет после этих дат, когда появилось большое количество статей и Патентов (в том числе и в России, например: №2470424RU или №2566434RU и т.д.), где описана работа емкостных антенн. Можно соглашаться, можно не соглашаться, но конечно проще прочитать, например, статью опубликованную ранее "Также были проведены опыты с ЕН антеннами" , в которой авторы настолько далеки от понимания в работе "ЕН" антенны, что умудрились выдать обычный диполь за емкостную антенну, а потом вставить все это в обсуждаемую статью и к тому же выдав "TAK-tennа" за ""ЕН". Всё время какие-то подмены...
-------
Хорошо, с емкостными "ЕН" антеннами более менее разобрались... читаем дальше.
На странице №21 статьи, есть параграф №6, озаглавленный "Антенна сдвоенная петля".

Почему такое название ?, хотя общепринятое для этой антенны название "Magnetic Loop" или по русски "Магнитая Рамка". Антенна общеизвестна и описана в различной литературе, например: К.Ротхаммель "АНТЕННЫ", изд. 11-е, Том 2, 2007г, стр. 11-19., под общим названием "Рамочные антенны"!
Что же мы читаем в обсуждаемой статье? Многое конечно правильно и об узкой полосе пропускания, и о большой добротности, но нет главного, а всё около... Что можно понять из этого описания? Только то, что антенна, названная "Антенна сдвоенная петля" имеет большую добротность, узкую полосу и ... низкий КПД. Почему низкий КПД? В статье дается общий ответ на это вопрос: "Потери большой петли, которая связана с малой петлей, увеличивают полосу рабочих частот и уменьшают КПД". Отчего потери в большой петле большие? к сожалению ответа нет, может быть из-за необходимости ограничить текст описания... может быть.
А теперь обратимся к К.Ротхаммелю "АНТЕННЫ", в котором подробно описаны Рамочные аненны:
"Рамочные антенны применяются с самого начала развития техники радиоприема..."

В обсуждаемой статье приведен пример согласования рамки с питающей линией только с помощью дополнительной рамки (петли Рис.8) может быть авторы опустили варианты, или не знали, что в рамочных антеннах применяют и другие варианты согласования... дальше приведены некоторые из таких вариантов:

и др., поэтому "малая эксцентричная петля" не является единственным вариантом, а отсюда и эквивалентная схема, приведенная в статье, не будет соответствовать различным вариантам согласования.
Раз уж заговорили об антенне "Магнитная рамка" или "Magnetic Loop", надо сказать о некоторых характеритиках этой антенны. Обратимся опять к К.Ротхаммелю.
О потерях:

О чем это говорит и какие можно сделать выводы? Сама рамка должна иметь минимальное оммическое сопротивление (выполнена из хорошо проводящего материала с идеальной проводимостью для минимального скин эффекта, может быть отпалирована). Просто прикиньте, повторюсь: увеличение сопротивление рамки всего на 0,1 Ома приводит к снижению КПД на 33% !
Об эффективности антенны "Magnetic Loop":

Как видим проводилось сравнение антенны "Magnetic Loop" (АМА2) диаметром 1,7 метра, с вертикалом "Groundplay" (7 метров высотой) и полуволновым полноразмерным Диполем, установленным на высоте 27 метров. Выводы можно увидеть на скриншоте из К.Ротхаммеля, выше.

В этих комментариях к обсуждаемой статье, удачно сошлись две антенны: "ЕН" (емкостная антенна) и "Magnetic Loop" (магнитная рамка). Чем же они похожи или не похожи? Можно сказать просто - они антиподы (противоположны по своей сути). Магнитную рамку мы разобрали выше, а в чем же противоположность "ЕН" антенны?

Магнитная рамка - последовательный колебательный контур, в котором есть развернутая в пространстве индуктивность (рамка и сосредоточенная емкость - конденсатор), и в результате протекания тока по рамке происходит излучение ЭМВ.
Емкостная ЕН антенна - также последовательный колебательный контур. В емкостной антенне (ЕН) есть раскрытая в пространстве емкость (в отличие от магнитной рамки - где развернутая в пространстве индуктивность), но этот развернутый в пространстве конденсатор также излучает (можно прочитать и у Г.З. Айзенберга и у T.C. Choy и т.д.), причем излучает не только "Е" поле (разность потенцталов в емкости), но и "Н" поле (за счет токов смещения в развернутой емкости), об этом уже много написано в литературе и на этом сайте, даже ссылок давать не буду. НО! "Magnetic Loop" принимается в обществе, а вот с "ЕН" антеннами некоторые разобраться еще не могут.
Это всё равно как в ботанике с паслёновыми культурами, есть "помидоры", а есть "картофель" и они не похожи друг на друга, хотя и являются паслёновыми. Так и с антеннами для которых Законы Максвелла одинаковые, но антенны разные и токи смещения никто не отменял. Как в русской народной сказке "Мужик и медведь" - "кому вершки, а кому и корешки". Может быть поэтому в различных моделировщиках, антенных и электродинамических, результаты для разных антенн (дипольных и емкостных) разные?

Согласен, сравнение грубое, но нельзя же говорить, что помидоры - это настоящие пасленовые, а картофель или баклажан - это не то... главное не путать с горохом или капустой, кстати среди пасленовых есть и дурман и белена... :-). Изучайте, экспериментируйте, проводите исследования и эксперименты и будет счастье, тем более что теории АФУ и уравнениям Максвелла ничего не противоречит.

В конце статьи указано, что статья, в основном, построена на зарубежных публикациях, тем более, упоминание отечественных разработок (кроме 1-2 упомянутых в статье) было бы очень актуально, например упомянуть статьи в журналах "АНТЕННЫ" издательства "Радиотехника", "Инфокоммуникационные технологии" Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики; неплохо бы было упомянуть и об излучении конденсатора в монографии T.C.Choy и т.д.,
например:
1. Маслов О.Н., "Статистические характеристики малогабаритной резонансной антенны", "АНТЕННЫ", изд. Радиотехника, Выпуск 9 (172), 2011г.
2. Маслов О.Н., Рябушкин А.В., Шашенков В.Ф. "Малогабаритные резонансные антенны". «Инфокоммуникационные технологии»., Самара: Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики. Том 8, № 2, 2010.
3. Маслов О.Н., Рябушкин А.В., Шашенков В.Ф., "Результаты экспериментального исследования малогабаритных резонансных антенн"., Материалы Х МНТК «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций». Уфа: Изд-во УГАТУ, 2010.
4. Спиридонов Л.В., и др., «Малогабаритная ЕН-антенна декаметрового и метрового диапазона», Материалы Международной научно-технической конференции, INTERMATIC 2015, Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт им. академика А.И. Берга, г. Москва.
5. Кононов В.В., Морозов.В.П., «Физические принципы построения емкостных антенн радиочастотного диапазона». RLNC-2016, Международная научная конференция, апрель 2016, Воронеж, том 2, секция 19,20.
6. Choy T.C., "Capacitors can radiate - some consequences of the two-capacitor problem with radiation", Centre for Materials Research University College London Gower Street, London WC1E 6BT, 05.2003.
7. Ted Hart, "Small, High-Efficiency Loop Antennas", American Co. ISBN 1-877992- 75-5, QST june 1986
и т.д., но это мое мнение, я не автор статьи.

Об остальных антеннах, перечисленных в обсуждаемой статье, писать и строить предположения не буду, много полезного. В общем статья положительная, мало толковых статей об электрически малых антеннах, но, на мой взгляд, тщательнее надо.

Успехов всем!

73!
UA1ACO/1 op. Vlad
г. С-Петербург, Ленинградская обл.
01.2022г.