МИР ЕН-Антенн


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

На этой странице размещена одна из последних теорий, объясняющая работу ЕН антенны, представленная изобретателем ЕН антенны Тедом Хартом. Обратите внимание на название антенны: SFRT (Simultaneous Field Radiation Technology), новое название ЕН антенн.

ТЕОРИЯ РАБОТЫ АНТЕННЫ SFRT
Тед Харт (W5QJR)

ВВЕДЕНИЕ:
Антенна SFRT является уникальным понятием, которое предполагает концепцию широокополосных, малогабаритных антенн с высокой эффективностью. Этот документ подготовлен для того, чтобы объяснить работу антенны и является краткой версией более подробного документа.

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА:
На рисунке Рис. 1 представлена эквивалентная схема излучающей части антенны (любой антенны), которая является просто конденсатором, включенным последовательно с сопротивлением излучения. Ширина полосы пропускания антенны определяется в совокупности емкостью и сопротивлением излучения. Из-за этого антенна SFRT использует толстые цилиндры, а не тонкие провода, плюс уникальная конфигурация для повышения сопротивления излучения.

Рис. 1

Чтобы появилась возможность выделять на сопротивлении излучения мощность, необходимо чем-то скомпенсировать реактивность емкости (конденсатора). Это можно сделать включением дополнительной катушки последовательно с конденсатором, и имеющей ту же величину реактивности, как и емкость, на желаемой частоте. Теперь у нас есть последовательная эквивалентная цепь, показанная на рисунке Рис. 2. Для согласования с линией питания, от индуктивности (катушки) можно сделать отвод для согласования с линией питания в 50 Ом. Полная схема антенны изображена на рисунке Рис. 3.

Рис. 2 Рис. 3

ВХОДНОЕ ПОЛНОЕ СОЛПРОТИВЛЕНИЕ:
Чтобы проиллюстрировать полное входное сопротивление, как функцию от частоты, приведен график на рисунке Рис. 4 На рисунке Рис. 4 приведены кривые входного сопротивления, реактивности и КСВх10. Эти графики были получены при моделировании антенны. Характеристики изготовленной антенны показали полное совпадение данных Изготовленная антенна на частоту 7 МГц имела диаметр 2,36 дюйма и длину 2,5 фута. Стандартный диполь, для этой частоты должен иметь длину 69 футов. Эффективность данной антенны, которая характерна для всех SFRT антенн, очень высокая, не смотря на то, что общая длина антенны составляет только 1,8% ото длины волны, в сравнении с 50% для стандартных антенн. Как же это возможно?

Рис. 4

ЭЛЕМЕНТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ АНТЕННЫ:
Для понимания принципа работы ЕН антенны, надо в первую очередь рассмотреть области Е (электрическое поле) и Н (магнитное поле) антенны, как показано на рисунке Рис. 5 Здесь важно понять, что общая длина антенны, является лишь очень небольшой частью длины волны. Именно по этой причине, цилиндры представляют из себя конденсатор с незначительной индуктивностью.

Когда к цилиндрам приложено высокое напряжение, между ними образуется поле Е. В месте подключения к цилиндрам мы имеем высокий потенциал, но на концах цилиндров он стремится к нулю. Следовательно есть большой потенциал напряжения между концами цилиндра. Это диффиренциальное напряжение заставляет течь ток в цилиндрах. В свою очередь этот ток создает Н поле, окружающее цилиндры. Теперь у нас есть все компоненты, чтобы происходило излучение радиоволны, которая включает ортогональные Е и Н поля. Также они находятся в фазе, поскольку Н поле создано Е полем. Иными словами потенциал создает Е поле, вызывающее ток, создающий Н поле. Заметьте, что Е и Н поля создаются в размерах самой антенны. Это конечно противоречит существующей теории антенн, в которых подразумевается наличие ближнего и дальнего полей. Это отличие будет понятно из информации представленной ниже.

ОБЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ:
Рисунок Рис. 6 представляет собой совмещение рисунков Рис. 3 и Рис. 5 чтобы яснее представить процессы, происходящие в SFRT антенне. Процесс начинается с подачи мощности (P=I*V) в точку А. В точке В, ток отстает от напряжения на 90 градусов, поскольку он проходит через индуктивность. Но уже в точке С ток проходит через конденсатор, который сдвигает его на 90 градусов и делает в фазе с точкой А. Здесь необходимо отметить, что ток через конденсатор является током смещения, по сравнению с током электропроводности в цилиндрах.

Рис. 5

Рис. 6

Поскольку цепь настроена в резонанс, к цилиндрам приложено очень большое напряжение. Мы уже говорили, что приложенное напряжение, создает область Е, которая, в свою очередь создает дифференциальное напряжение на цилиндрах, создающее ток электропроводности в цилиндрах, а он, в свою очередь, поле Н. Сопротивление излучения, это соотношение между полем Е (вольт/метр) и полем Н (ампервиток/метр). Отношение между этими полями должно быть равно 377 Ом – полному сопротивлению свободного пространства. Антенна проектируется как преобразователь, который передает мощность, прилагаемую к сопротивлению излучения в излучение в свободное пространство. В действительности сопротивление излучения является лишь математическим символом, придуманным лишь для того, чтобы можно было подсчитывать мощность, излучаемую антенной и потерями на сопротивлении потерь антенны.

АНТЕННА КАК ПРИЕМНАЯ:
Процесс, описанный выше – линейный и обратимый. Следовательно радиоволна, приходящая к антенне (содержащая Е и Н поля), содает на сопротивлении излучения/емкости цилиндров напряжение, которое в свою очередь, передается на радиоприемное устройство. Уникальность антенны заключается в том, что получаемое от антенны напряжение на радиоприемное устройство даже превышает уровни, получаемые от обычных полноразмерных антенн.

Если SFRT антенна находится в пространстве, где действует помеха в виде разрозненных Е и Н полей, то напряжения, снимаемые с антенны малы, по сравнению со стандартными антеннами, вследствие того, что цилиндры очень коротки и на них не могут развиться значительные напряжения. Кроме того, поскольку поля Е и Н разрозненные, сопротивление излучения для них практически нулевое. По этим соображениям, SFRT антенна создает более лучшее соотношение сигнал/шум.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ:
Эффективностью антенны является соотношение излучаемой мощности к подводимой. Потери проявляются в виде тепла на активных элементах антенны. В случае с SFRT антенной, единственными потерями, являются потери на сопротивлении катушки настройки. Эффективность меняется от частоты и размеров, но обычно приближается к 100%. Интересно отметить, что есть возможность расширения полосы пропускания антенны. Когда есть возможность уменьшения величины индуктивности, уменьшаются потери в катушки,

Для расширения полосы пропускания обычных антенн, вводят резистивные нагрузки, которые уменьшают эффективность антенн. Кроме того, антенны для портативных переносных станций имеют настроенную антенну, но не имеют эффективного противовеса. Это равносильно попытке зажечь лампочку по одному единственному проводу, поскольку радиостанция не имеет хорошего заземления. С другой стороны, SFRT антенна является дипольной и не требует противовесов и внешнего заземления.

Перевод с английского
Владимир Кононов (UA1ACO)
Санкт-Петербург. 05.2007