Примечания и подробности о расчете длины дипольной антенны и формуле для полуволнового диполя.
Длина диполя является основным фактором для определения его рабочей частоты. Часто диполи рассчитаны на формирование половинной длины волны на их рабочей частоте. В результате расчет длины дипольной антенны является ключевым элементом проектирования и установки любой антенны для ВЧ, ОВЧ или УВЧ и т. д., для широковещательного приема, передачи или для двусторонней радиосвязи, такой как точка-точка. ссылки любительского радио, для приема или любого приложения.
Большинство дипольных антенн имеют длину в половину длины волны, и, соответственно, часто необходимо рассчитать физическую длину дипольной антенны в половину длины волны.
Однако обнаружено, что физическая длина дипольной антенны не совсем совпадает с длиной волны электрического тока в свободном пространстве. На самом деле он немного короче, пусть и ненамного.
Несмотря на то, что длину антенны можно рассчитать очень хорошо, побочные эффекты могут означать, что длину все же придется немного отрегулировать для оптимальной работы после того, как антенна будет установлена в требуемом месте.
Несмотря на это, всегда необходимо рассчитать необходимую длину, а затем, при необходимости, быть готовым отрегулировать ее на небольшую величину, чтобы обеспечить оптимальную работу.
Изменение длины диполя в зависимости от длины свободного пространства
Хотя антенна может иметь электрическую половину длины волны или кратную половине длины волны, эта физическая длина не совсем совпадает с длиной волны сигнала, распространяющегося в свободном пространстве.
Для этого есть несколько причин, и это означает, что антенна будет немного короче, чем длина, рассчитанная для волны, распространяющейся в свободном пространстве, в результате того, что легко называют «конечным эффектом».
Конечный эффект возникает из-за того, что обычно антенна работает в воздушной среде, а сигнал распространяется по проводнику конечной длины.
Более конкретно, эффект конца антенны возникает из-за уменьшения индуктивности и увеличения емкости ближе к концу проводника антенны. Это служит для эффективного удлинения антенны.
Обнаружено, что концевой эффект антенны увеличивается с частотой, а также различается в зависимости от установки. Диаметр проволоки также оказывает заметное влияние на это, как показано на диаграмме.
Для полуволнового диполя рассчитывается длина волны, бегущей в свободном пространстве, и она умножается на коэффициент «А». Обычно он составляет от 0,96 до 0,98 и в основном зависит от отношения длины антенны к толщине провода или трубки, используемой в качестве элемента. Его значение можно приблизительно оценить по графику:
В качестве дополнительной сложности, поддерживающие изоляторы, системы питания и другие окружающие объекты, такие как земля, здания, деревья и т. д., оказывают заметное влияние на электрическую длину. Это может даже превысить изменение длины, вызванное практическими изменениями диаметра проводника. Это делает точный расчет длины трудным, если не невозможным, в практических условиях. Соответственно, обычно определяют наиболее вероятную длину антенны, обрезают ее немного длиннее, чем ожидается, а затем экспериментально проверяют характеристики антенны, при необходимости изменяя физическую длину. В то время как большинство дипольных антенн могут удовлетворительно работать в большинстве случаев с небольшой регулировкой или без нее, готовность немного отрегулировать длину поможет улучшить характеристики и обеспечить максимально эффективную работу в заданном месте.
Формула длины диполя
Довольно легко рассчитать длину полуволнового диполя, используя простые формулы, приведенные ниже. Для этого расчета длины даны две версии: одна для длины в метрах, а другая для длины в дюймах.
Часто формула для длины диполя в футах выглядит как 468/частота. Это можно получить, взяв цифру 492 из приведенной выше формулы и умножив ее на типичный А или коэффициент конечного эффекта 0,95. Фактическое полученное значение равно 467,48, но этого достаточно для большинства применений, тем более что другие факторы, включая близлежащие объекты и т. д., оказывают значительное влияние на длину. Расчеты по этим формулам дают хорошую отправную точку для определения длины дипольной антенны. Однако такие факторы, как близость земли и других близлежащих объектов, как упоминалось выше, также оказывают значительное влияние на длину, и определить их заранее непросто.
Соответственно всегда лучше сделать любой прототип антенны немного длиннее, чем могут показать расчеты, а затем укоротить антенну, каждый раз измеряя ее характеристики. Таким образом, для этой антенны можно получить оптимальные характеристики.Лучше всего подрезать длину антенны небольшими шагами, потому что провод или трубка не могут быть легко заменены после того, как они были удалены. Программы компьютерного моделирования обычно могут очень точно рассчитать длину диполя при условии, что все переменные и элементы, влияющие на работу диполя, могут быть точно введены, чтобы моделирование было реалистичным и, следовательно, точным. Основная проблема, как правило, заключается в том, чтобы точно ввести реальные данные об окружающей среде, чтобы можно было провести реалистичное моделирование.
Длина антенн для популярных радиолюбительских диапазонов
Дипольные антенны используются во многих областях и приложениях. Одной из основных областей, где требуются самодельные антенны, являются радиолюбители. Проволочные дипольные антенны часто конструируются и устанавливаются для обеспечения антенны для определенного диапазона или иногда диапазонов. Чтобы иметь представление о длинах, необходимых для полуволновых диполей, широко используемые длины приведены в таблице.
ПРИБЛИЗИТЕЛЬНЫЕ ДЛИНЫ ДИПОЛЬНЫХ АНТЕНН ЛЮБИТЕЛЬСКОГО ДИАПАЗОНА
| ДИАПАЗОН (МГЦ) | ДЛИНА (ФУТЫ) | ДЛИНА (МЕТРЫ) |
|---|---|---|
| 1,8 | 266 | 82,2 |
| 3,5 | 137 | 42,2 |
| 7,0 | 68,5 | 21.1 |
| 10.1 | 47,5 | 14,7 |
| 14,0 | 34,3 | 10,6 |
| 18.068 | 26,2 | 8.2 |
| 21,0 | 22,8 | 7.04 |
| 24,89 | 19,3 | 5,94 |
| 28,0 | 17.1 | 5,28 |
Примечание. Длины проводов указаны для полной антенны, и их необходимо будет обрезать по центру для точки питания.
Эти длины широко используются в качестве основы для дипольной антенны любительского диапазона. Как уже упоминалось, влияние земли/высоты, а также близлежащих объектов может изменить требуемую естественную резонансную длину, поэтому обычно требуется небольшое экспериментирование.
Советы по проволочным антеннам
При обрезке проводов по длине для проволочной дипольной антенны необходимо не только отрезать немного больше, чтобы можно было обрезать длину, но также необходимо отрезать немного больше длины, чтобы позволить проводу антенны быть прикреплены к центральной части, а также к изоляторам или тому, что используется на обоих концах. Это связано с тем, что активная длина антенны не включает проволочную петлю для крепления. Это применимо к центральной части, как показано ниже. Какой бы ни была форма используемого центрального элемента, будь то изолятор, как показано на рисунке, или балун, многие балуны предназначены для работы в качестве центральной части диполя.
Строго говоря, следует использовать балун, но его часто опускают, особенно для приемных приложений.
Хотя центральная часть диполя важна, изоляторы на обоих концах (или любое другое крепление) потребуют добавления дополнительной длины.
Важно оставить достаточно дополнительного провода для крепления, чтобы убедиться, что нет необходимости добавлять провод, поскольку это может быть трудно сделать удовлетворительно после того, как антенный провод обрезан. Теоретически относительно легко рассчитать длину антенны. На практике большое влияние на длину оказывают многие другие факторы. Многие программы проектирования антенн помогут уменьшить ошибки, но на практике трудно предсказать влияние зданий, деревьев и общей топологии земли, и то, как эти факторы повлияют на антенну. Всегда лучше рассчитать длину диполя как можно лучше и отрегулировать десять для оптимальной работы на месте.