Ромбическая антенна - Rhombic antenna

Маленькая ромбическая телевизионная антенна УВЧ 1952 года. Ее широкая полоса пропускания позволила ей покрыть телевизионный диапазон УВЧ диапазона 470–890 МГц.

А ромбическая антенна состоит из четырех отрезков проволоки, подвешенных параллельно земле ромбом или "ромб "форма. Каждая из четырех сторон имеет одинаковую длину - от четверти длины волны до одной длины волны на секцию - сходится, но не соприкасается под углом около 42 ° на стороне подачи и на дальнем конце. Длина не имеет значения , обычно от одного до двух длины волн (λ ), но существует оптимальный угол для любой заданной длины и частоты. Горизонтальная ромбическая антенна излучает горизонтально поляризованные радиоволны с малым углом места от острых концов антенны.

Если секции соединены резистором на одном из острых (заостренных) концов, тогда антенна будет принимать и передавать только в том направлении, на которое указывает конец резистора. Его основные преимущества перед другими типами антенн - простота, высокая передняя прирост, широкий пропускная способность, а также возможность работать в широком диапазоне частот.

Описание

Схема диаграммы направленности (серый) каждого сегмента антенны иллюстрирует, как это работает. Используя правильный угол при вершине, один из главные доли каждой из четырех сторон указывают в одном направлении, усиливая друг друга, увеличивая прирост.

А ромбическая антенна состоит из одного или нескольких параллельных проводов, подвешенных над землей в "ромб "(ромбовидной) формы. Длинные версии обычно поддерживаются шестом или башней в каждой вершине, к которой провода прикреплены изоляторы. Каждая из четырех сторон имеет одинаковую длину. Длина не критична, обычно от одного до двух. длины волн (λ ) встык, но для любой заданной длины и частоты существует оптимальный острый угол, под которым секции должны встречаться.

Горизонтальная ромбическая антенна излучает горизонтально поляризованные радиоволны с малым углом места от острого конца антенны, противоположного фидерной линии. Его основные преимущества перед другими типами антенн - простота, высокая передняя прирост и широкий пропускная способность, способность работать в широком диапазоне частот.

Обычно он подается в одну из двух острых (более острых углов) вершин через сбалансированная линия передачи, или альтернативно коаксиальный кабель с балун трансформатор. Конец проводов, встречающихся в противоположной вершине, либо остается открытым (неподключенным), либо оканчивается несоединением.индуктивный резистор. При подключении через резистор диаграмма направленности является однонаправленной, главная доля с оконечного конца, поэтому этот конец антенны ориентирован в сторону предполагаемой приемной станции или региона. В незавершенном состоянии ромб является двунаправленным с двумя противоположными лепестками от двух острых концов, но не является полностью двунаправленным.

Горизонтальная трехпроводная ромбическая антенна. Этот пример завершается резонансным шлейфом отражателя мощности линии передачи вместо резистора для повышения эффективности.

Ромбическая антенна может излучать под углами возвышения, близкими к горизонту, или под большими углами, в зависимости от ее высоты над землей относительно рабочей частоты и ее физической конструкции. Точно так же его ширина луча может быть узким или широким, в первую очередь, в зависимости от его длины. Малый угол излучения делает его полезным для небесная волна ("пропустить") распространение, режим наибольшего расстояния для коротковолновый, в котором радиоволны, направленные в небо на горизонте, отражаются от слоев в ионосфера и вернуться на Землю далеко за горизонтом.

Можно улучшить низкий КПД и коэффициент усиления однонаправленных ромбических элементов, заменив согласующий резистор сбалансированным с малыми потерями. резонансный заглушка линия передачи. Это отражает мощность, которая была бы потрачена на нагрузочный резистор обратно в антенну с правильной фазой для усиления возбуждения от передатчика. Эта схема может повысить эффективность излучения передающих антенн до 70-80% диапазона за счет увеличения сложности.

История

Двухпроводной ромбовидный кабель AT&T в Диксоне, Калифорния, в 1937 году, использовался для телефонной связи в Шанхай, Китай.

Ромбическая антенна была разработана в 1931 г. Эдмонд Брюс[1] и Харальд Фриис,[2][3] В основном он использовался в высокая частота (HF) или коротковолновый группа как широкополосный направленный антенна.

До Второй мировой войны ромбическая антенна была одной из самых популярных высокочастотных двухточечных антенных решеток. После Второй мировой войны ромбик в значительной степени утратил популярность для коротковолнового вещания и связи точка-точка, и был заменен на логопериодические антенны и занавески. Логопериодики большего размера обеспечивают более широкий частотный охват с сопоставимым усилением с ромбическими. Завесы с распределенным питанием или решетки завес HRS обеспечивали более четкую диаграмму направленности, возможность управления диаграммой направленности по углу места и азимута, гораздо более высокую эффективность и значительно больший выигрыш при меньшем пространстве. Однако ромбические антенны используются в тех случаях, когда сочетание высокого прямого усиления (несмотря на потери, описанные выше) и большой рабочей полосы пропускания не может быть достигнуто другими средствами, или когда необходима направленная антенна, но затраты на строительство и установку должны быть низкими. .

Помимо использования в качестве простой и эффективной передающей антенны (как описано выше), ромбическая также может использоваться в качестве приемной ВЧ-антенны с хорошим усилением и направленностью. Например, BBC Monitoring Приемная станция Crowsley Park имеет три ромбические антенны, ориентированные для приема с азимутами 37, 57 и 77 градусов.

Преимущества и недостатки ромбических антенн

Низкая стоимость, простота, надежность и легкость конструкции ромбических элементов иногда перевешивают преимущества производительности, предлагаемые другими более сложными массивами.[4][5][6]

Преимущества

  • Входное сопротивление и диаграмма направленности ромбов относительно постоянны в диапазоне частот 2: 1. Их импеданс можно сделать относительно постоянным в диапазоне частот 4: 1 или более, с увеличением прямого усиления на 6 дБ на октаву.
  • Множественные ромбические антенны могут быть соединены сквозным образом, чтобы сформировать MUSA (Multiple Unit Steerable Antenna). Массивы MUSA могут принимать нисходящие горизонтально поляризованные волны на большие расстояния, короткие волны.
  • Ромбик остается одним из наименее сложных вариантов со средним усилением для устойчивой связи на большие расстояния по каналам точка-точка.[нужна цитата ]
  • Ромбические элементы также обеспечивают значительную мощность передатчика, поскольку они имеют по существу равномерное распределение напряжения и тока.

Пассивы

  • Ромбическая форма требует большой площади земли, особенно если установлено несколько антенн для обслуживания различных географических регионов на разных расстояниях или направлениях или для покрытия сильно разных частот.
  • Ромбовидный элемент страдает от проблем с эффективностью из-за потерь на землю под антенной, значительных паразитных лепестков, расходующих энергию, потерь на оконечной нагрузке и невозможности поддерживать постоянный ток по длине проводников. Типичная эффективность излучения составляет порядка 40–50%.
  • Низкая эффективность значительно снижает коэффициент усиления для данной ширины луча главного лепестка по сравнению с другими решетками с такой же шириной луча.[7]

Рекомендации

  1. ^ США 2285565A, Брюс, Эдмонд, "Директивная антенна]", выпущенный 9 июня 1942 г. 
  2. ^ США 2041600A, Фриис, Харальд Т., "Радиосистема", выпущено 19 мая 1936 г. 
  3. ^ "Харальд Т. Фриис". IEEE GHN.org.
  4. ^ Jordon-Balmain. Электромагнитные волны и излучающие системы. Prentice-Hall EE Series (2-е изд.). Макгроу-Хилл.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)[требуется полная цитата ]
  5. ^ Краус, Дж. Антенны. Серия McGraw-Hill EE. Макгроу-Хилл. С. 408–412.[требуется полная цитата ]
  6. ^ Лапорт, Э.А. (1952). Радиоантенна инженерия. Макгроу-Хилл. С. 315–334.
  7. ^ Кюкен, Дж. Антенны и линии передачи.[требуется полная цитата ]

внешняя ссылка