ЕН антенны стали известны, как интересная идея, с тех пор как японский журнал “CQ” опубликовал о них несколько статей в 2004 году. До сих пор многочисленные японские радиолюбители пытаются показать механизм работы ЕН антенны как теоретическими, так и экспериментальными способами. Но полученные результаты, на 99% еще не могут этого объяснить правильно. По крайней мере для меня, и многих других японских инженеров они не достаточно ясны. По моим наблюдениям, большинство работающих с ЕН антеннами, пытаются следовать за оригинальной разработкой, с ее неоднозначным объяснением.
Я пробую различные пути решения этой задачи используя программу моделировщик антенн “MMANA”, написанную JE3HHT (Mori-san). Я прекрасно понимаю, что программа моделировщик не может учесть все процессы, а также имеет ограничения. Однако моделирование многих известных конструкций и их комбинаций, показывают надежные результаты моделирования, которым я верю больше, чем чьим-то данным, со многими неизвестными факторами (включая ошибки или предубеждения).
Далее несколько моих соображение о ЕН антенне.
1. ЕН антенна похожа на две совмещенных антенны с 90-градусной (1/4 длины волны) разностью фаз. Эта структура может дать эффект фидера с изменением импеданса (увеличение импеданса или другие эффекты). Оригинал ЕН антенны (и большинство существующих ЕН антенн) похож на Диполь Герца, со специальной фазировкой и согласующим устройством, но требующим двойного питания, которое трудно понять. Многие люди заявляли, что это обычный Диполь Герца с одинарным питанием, но другие говорят о таинственном способе запитки, не на самом Диполе, а за счет например, токов в оплетке фидера, земле и т.д. Два элемента Диполя Герца не могут иметь два различных тока одновременно, теоретически.
2. Объяснение излучения радиоволн ЕН антенной «прямым синтезом Вектора Пойнтинга» разностью фазы в 90 градусов от двух областей поля Е. Если фаза в 90 градусов сохраняется в широком диапазоне частот, то ЕН антенна также работает в широком диапазоне частот. Это может объяснить как изменение фазы в широком диапазоне частоты, соответствует изменению импеданса.
3. Толстые короткие элементы маленькой антенны помогают создать увеличенную емкость и применить меньшую величину индуктивности при настройке антенны на заданную частоту. Как следствие это вызывает меньшие потери в индуктивности (понижение добротности Q антенны).
Емкость между цилиндрами антенны зависит от соотношения длина/диаметр антенны. Таким образом, даже маленькая антенна может иметь достаточно большую емкость, когда используется, например, биконическая форма антенны. Если вы слышали об антенне UWB - Ultra Wide Band (Сверх Широкополосный Диапазон), то она как раз является хорошей иллюстрацией в этом плане.
4. Использовать токи утечки в паразитных емкостях, для того чтобы создать второе поле Е, не рекомендуется, потому что такие емкости не поддаются контролю и могут вызвать паразитное излучение. Именно из-за этого многие эксперименты с ЕН антеннами не совсем достоверны и не контролируемы. К сожалению этот механизм работы ЕН антенны является ключевым в ЕН антенне Теда Харта. Рекомендации вертикального расположения ЕН антенны, также являются следствием этого. В ЕН антенне Теда Харта могут возникать паразитные Е поля, за счет паразитных емкостей, например между верхним цилиндром и линией питания, землей и т.д. Именно поэтому такая антенна должна быть вертикальной. Если такая антенна будет расположена как горизонтальный Диполь с симметрирующим трансформатором (балун), тогда вертикальное расположение ЕН антенны не обязательно. К сожалению, не много людей смогли объяснить это достаточно ясно, как я делаю это здесь, и до сих пор, многие люди были очень смущены этим обстоятельством.
Я хотел бы провести моделирование и экспериментальные работы с горизонтальным расположением антенны таким образом, чтобы избежать токов утечки и иметь возможность вращать антенну в горизонтальной плоскости, более легкой для фактических измерений и сравнений, а также создания направленной антенны в будущем.
Метод моделирования
1. О Диполе Герца (некоторое отступление)
Рис. 1 Генрих Герц.
Heinrich Hertz (Генрих Герц) 1857-1894, изобретатель первой антенны.
Герц - первый человек, который подтвердил фундаментальное поведение Электромагнитных Радиоволн своими уникальными экспериментальными и работами, когда он был 20-летним. В его честь названа единица частоты (Герц). Эталонную (де факто) антенну также называют Диполем Герца.
Я сделал этот снимок в институте «HHI» (Институт Генриха Герца) в Берлине, Германия. После запуска проекта этого сайта, у меня была командировка в Германию включая и шанс посетить HHI по стечению обстоятельств. HHI также известен в развитии технологии MPEG.
(продолжение)
Я начал работу с обычного Диполя Герца с толстыми биконическими элементами, для того, чтобы подтвердить такие параметры как узкая полоса пропускания, низкий импеданс, после согласования в jX части, зависимости от высоты, от величины импеданса… и т.д.
2. Перекрещено соединенные диполи, со сдвигом фазы в питании.
Модель MMANA
(исходные данные для расчета. Файл 7.maa )
Рис. 2 Модель антенны в программе MMANA.
См. образцовые рисунки антенны выше.
Это - только один из примеров. Пожалуйста, не копируйте вслепую.
Использование двух Диполей Герца может быть хорошим, но слишком большая связь между двумя антеннами способствует увеличению импеданса, который является препятствием для отдачи подводимой мощности. Я попробовал запитать систему с разностью фаз в 90 градусов, чтобы минимизировать связь (влияние) между Диполями и одновременно максимизировать влияние Диполей одновременно.
Результаты.
- в запитке фазой.
Точно так же как в Диполе Герца... это понятно!!!
- Одновременная подача с разностью фаз в 90 градусов.
Здесь есть новое! Мы получили очень интересные результаты!
- Импеданс доходит до 300 Ом,
Но, на противоположных концах, мы видим отрицательный результат R (-300 Ом) в то же самое время. Согласование не представляет трудностей.
Рис. 3 Зависимость R и jX от частоты.
Очень широкополосная антенна при Q=4,3 иногда и до 2.
Рис. 4 Зависимость КСВ от частоты.
Рис. 5 Зависимость GA и FB от частоты.
Усиление антенны очень чувствительно к сопротивлению катушки настройки, я нашел, что это также или еще хуже, чем в Диполе Герца.
-0.34dB при активном сопротивлении катушки R=0 Ом.
-несколько децибел при сопротивлении катушки R=0.1 Ом.
-10dB при сопротивлении катушки R=1 Ом.
Рис. 6 Зависимость GA и FB от частоты, для Диполя.
Характеристики Диполя Герца, как в учебнике.
Рис. 7 и 8 Диаграммы направленности.
Импеданс не чувствителен к высоте установки антенны.
Ниже приведена таблица зависимостей характеристик от высоты установки.
| № |
Высота (м) |
R Ом |
jX Ом |
SWR |
Ga |
F/B |
Угол |
| 1_1 |
2,000 |
217,3 |
-12,8 |
4,36 |
7,98 |
-1,11 |
89,8 |
| 2_1 |
4,000 |
222,8 |
-8,8 |
4,46 |
7,65 |
-1,01 |
89,7 |
| 3_1 |
6,000 |
222,8 |
-8,3 |
4,46 |
6,34 |
-0,83 |
89,6 |
| 4_1 |
8,000 |
222,6 |
-8,0 |
4,46 |
5,38 |
-0,57 |
87,5 |
| 5_1 |
10,000 |
222,4 |
-7,6 |
4,45 |
4,66 |
0,02 |
58,9 |
| 6_1 |
12,000 |
222,5 |
-7,3 |
4,45 |
4,35 |
0,03 |
47,2 |
| 7_1 |
14,000 |
222,6 |
-7,0 |
4,46 |
4,40 |
0,03 |
40,0 |
| 8_1 |
16,000 |
222,8 |
-6,9 |
4,46 |
4,74 |
0,03 |
34,9 |
| 9_1 |
18,000 |
223,1 |
-6,9 |
4,47 |
5,31 |
0,03 |
31,0 |
P.S. Примечание от UA1ACO
Во первых, хочу сказать спасибо Вадиму (RX3APE) за предоставление ссылки на статью.
Согласитесь, интересные результаты.
В таком ракурсе никто не рассматривал укороченный толстый (биконусный) Диполь.
Автор статьи видимо не знал, что вопрос паразитных емкостей в ЕН антенне (и соответственно создаваемых этими токами Е полей), рассматривался неоднократно как в отечественных статьях, так и на форумах о ЕН антеннах, например QRZ.RU, а также известным экспериментатором с ЕН антеннами, морским офицером-инжереном и радиолюбителем VK5BR (Lloyd Butler). Тем не менее статья интересна, для понимания принципов различия ЕН и стандартного длинного, тонкого Диполя Герца.
Привожу также более крупный рисунок (из программы "MMANA", JE3HHT (Mori-san) исходного варианта перекрещенных биконических Диполей):
Приношу извинения, за несколько "корявый" перевод... все же японский :-) (ua1aco)
op. Vlad UA1ACO
St-Petersburg
11.2010г.
