Сложенная дипольная антенна

Примечания и сводка по антенне со складчатым диполем, импедансу со складчатым диполем, согнутым диполям с неравным проводником и многопроволочным согнутым диполям.

Базовая дипольная антенна или антенна широко используется в своей базовой форме. Однако при ряде обстоятельств модификация этой антенны, называемая складчатой ​​дипольной антенной, дает ряд преимуществ. Антенна со складчатым диполем или антенна со складчатым диполем широко используется не только сама по себе, но и в качестве ведомого элемента в других антеннах, таких как антенна Яги и различные другие типы антенн.

Сложенные диполи могут обеспечить ряд преимуществ, которые можно с пользой использовать в различных ситуациях для улучшения характеристик тем или иным образом.

Основы складной дипольной антенны

Сложенная дипольная антенна состоит из основного диполя, но с дополнительным проводником, соединяющим два конца вместе. Это создает «петлю» из провода, которая представляет собой короткое замыкание на постоянный ток. Поскольку концы кажутся загнутыми назад, антенна называется сложенной дипольной антенной. Базовый формат антенны со сложенным диполем показан ниже. Как и базовый диполь, складчатая дипольная антенна представляет собой симметричную антенну, и ее необходимо запитывать от симметричного фидера. Несимметричные фидеры могут использоваться при условии, что используется симметрирующий трансформатор (преобразователь несимметричного в симметричный).

Кроме того, наиболее распространенной формой сложенного диполя является полуволновая версия. Он подается по центру на одном из отрезков проволоки. Это означает, что он питается там, где ток находится на высоком уровне, а напряжение низкое. Это означает, что, как и стандартный полуволновой диполь с центральным питанием, он питается в точке с низким импедансом, хотя импеданс выше, чем у стандартного полуволнового диполя. Дополнительную часть складчатой ​​дипольной антенны часто изготавливают из проволоки или стержня того же диаметра, что и основная секция диполя. Тем не менее, это не всегда так.

Кроме того, проволоки или стержни обычно располагаются на равном расстоянии друг от друга по длине параллельных элементов. Этого можно достичь несколькими способами. Часто для антенн VHF или UHF достаточно жесткости элементов, но на более низких частотах может потребоваться использование прокладок. Чтобы провода не разошлись. Очевидно, что если они не изолированы, необходимо предотвратить их короткое замыкание. В некоторых случаях можно использовать плоскую кормушку.

Одной из основных причин использования складчатой ​​дипольной антенны является увеличение импеданса облучателя, который она обеспечивает. Если проводники в основном диполе и во втором или «складчатом» проводнике имеют одинаковый диаметр, то обнаруживается четырехкратное увеличение (т.е. два в квадрате) импеданса питания. В свободном пространстве это приводит к увеличению входного импеданса с 73 Ом до примерно 300 Ом. Кроме того, радиочастотная антенна имеет более широкую полосу пропускания.

Теория увеличения импеданса сложенного диполя

Можно объяснить, почему импеданс согнутой дипольной антенны увеличивается в четыре раза.В стандартной дипольной антенне токи, протекающие по проводникам, совпадают по фазе и в результате нет компенсации полей и в результате возникает излучение или сигнал. Когда второй проводник добавляется для создания сложенной дипольной антенны, это можно рассматривать как расширение стандартного диполя с концами, загнутыми назад, чтобы встретиться друг с другом. В результате токи в новой секции текут в том же направлении, что и в исходном диполе. Следовательно, токи вдоль обеих полуволн находятся в фазе, и антенна будет излучать с такими же диаграммами направленности и т. д., что и простой полуволновой диполь.

Увеличение импеданса можно вывести из того факта, что мощность, подаваемая на сложенную дипольную антенну, равномерно распределяется между двумя секциями, составляющими антенну. Это означает, что по сравнению со стандартным диполем ток в каждом проводнике уменьшен вдвое. Поскольку применяется та же мощность, импеданс должен быть увеличен в четыре раза, чтобы сохранить баланс в уравнении Watts = I ² x R.

Эффект линии передачи со сложенным диполем

Сложенный элемент сложенной дипольной антенны имеет связанный с ним эффект линии передачи. Можно видеть, что импеданс диполя возникает параллельно с импедансом закороченных участков линии передачи, хотя аргументы в пользу импеданса, приведенные выше, остаются в силе — это просто другой взгляд на ту же проблему. Это может помочь объяснить некоторые другие свойства антенны. Этот эффект влияет на длину. Обычно на длину волны стоячей волны в фидере влияет фактор скорости. Если используется воздух, это составит примерно 95% от значения свободного пространства. Однако, если используется плоский питатель с более низким коэффициентом скорости, это приведет к сокращению требуемой длины. Эффект фидера также приводит к тому, что антенна со складчатым диполем имеет более плоскую характеристику, т.е. более широкую полосу пропускания, чем антенна со складчатым диполем.

Это происходит из-за того, что на частоте вне резонанса реактивное сопротивление диполя имеет форму, противоположную реактивному сопротивлению отсортированной линии передачи, и в результате происходит некоторая компенсация реактивного сопротивления в точке питания антенны.

Преимущества сложенного диполя

Есть два основных преимущества использования складной дипольной антенны по сравнению со стандартным диполем:

• Увеличение импеданса: когда необходимо использовать фидеры с более высоким импедансом или когда импеданс диполя снижается из-за таких факторов, как паразитные элементы, витой диполь обеспечивает значительное увеличение уровня импеданса, что позволяет легче согласовать антенну с фидер в наличии.
• Широкая полоса пропускания: складчатая дипольная антенна имеет более плоскую частотную характеристику, что позволяет использовать ее в более широкой полосе пропускания при многих передачах с использованием множества различных выбираемых каналов, например, телевидения и радиовещания, требуется антенна с широкой полосой пропускания. Стандартная дипольная антенна не всегда обеспечивает требуемую полосу пропускания, а дополнительная полоса пропускания витого диполя удовлетворяет требованиям.

Свернутые диполи с неравными проводниками

Во многих случаях может быть необходимо реализовать отношение импеданса к стандартному соотношению 4:1, которое является нормальным для складчатой ​​дипольной антенны. Просто изменяя эффективный диаметр двух проводников: верхнего и нижнего, можно получить разные соотношения.

Коэффициент повышения импеданса можно определить по следующей формуле:

Следует помнить, что существует эффект укорочения, связанный с использованием толстых проводников, в отличие от обычного провода, и это повлияет на длину сложенного диполя.

Многопроводные складчатые диполи

Хотя концепция складчатой ​​дипольной антенны часто подразумевает использование одного дополнительного проводника, эту концепцию можно расширить, добавив дополнительные проводники. Это приводит к еще большему увеличению общего импеданса и дальнейшему расширению полосы пропускания.

Например, для трехпроводного витого диполя, где все провода или проводники имеют одинаковый диаметр, полное сопротивление увеличивается в три раза в квадрате, т. е. в 9 раз. Это означает, что номинальное значение для витого диполя с тремя проводниками в 9 раз больше. 73 Ом или приблизительно 600 Ом

Применение складчатого диполя

Существует очень много ситуаций, в которых можно использовать свернутые диполи. Их свойства более высокого входного импеданса, чем у прямого полуволнового диполя с центральным питанием, и увеличенная полоса пропускания обеспечивают существенное улучшение характеристик, необходимое для многих антенных систем. Есть несколько ситуаций, в которых используются свернутые диполи:

• Сами по себе: Складчатые дипольные антенны иногда используются сами по себе, но они должны питаться от фидера с высоким импедансом, обычно 300 Ом. Это само по себе может быть очень полезным в некоторых приложениях, где могут использоваться сбалансированные фидеры.
• Как часть другой антенны: сложенные диполи находят больше применений, когда диполь встроен в другую конструкцию радиочастотной антенны с другими элементами поблизости. Проблема в том, что включение диполя в антенну, такую ​​как Yagi, где элементы тесно связаны, снижает импеданс фидера. Если использовался простой диполь, то можно легко испытать уровни входного импеданса менее 20 Ом.

• Использование сложенного диполя позволяет увеличить импеданс в четыре раза или сколько угодно, используя несколько проводов в сложенном диполе.
• Увеличенная полоса пропускания: иногда можно использовать сложенные диполи исключительно для увеличения полосы пропускания. При использовании для увеличения полосы пропускания сложенные диполи могут использоваться сами по себе или в другой антенной системе.

Свернутые диполи видны в самых разных местах. Иногда они используются сами по себе, но чаще в качестве ведомого элемента в более сложной антенной решетке. Здесь они обеспечивают дополнительную полосу пропускания, а также увеличение входного импеданса, чтобы противодействовать снижению импеданса, вызванному другими элементами в общей антенной системе.