Search in topic

Укорачивание антенны приёмника.

Присоединяюсь к Виталию…
А то я вот ошибся в распознании типи антенны.
Я думаю многим (в том числе мне) будет интересно.

Статью не потяну.
Эт какой умище надо.
Да и на клавиатуре я одним пальцем.
Но постараюсь сделать пару вариантов спиральки и произвести измерения.
И выложить результаты.
Надеюсь найду время как станет сухо на полях.
Но не обещаю на 100% - времени нужно потратить много.

Если коротко:
КПД антенны равен отношению сопротивления излучения антенны к его полному сопротивлению, которое в свою очередь состоит из двух компонент - сопротивления излучения и сопротивления потерь. Это при КСВ = 1, т.е. идеальном согласовании волновых сопротивлений антенны и выходного каскада передатчика. Отраженная волна полностью отсутствует.
Сопротивление излучения вертикального тонкого штыря длиной в диапазоне до четверти длины волны олределяется по пораболе простой расчетной формулой R=1600(hd/L)*2 - здесь возведение в квадрат. L - это длина волны, hd - действующая высота штыря, примерно равная 0,64 от его геометрической длины, если на конце нет зонтика. В диапазоне длин волн RC-аппаратуры эта формула одинаково применима как для тонкого штыря, так и для спирали, намотанной на диэлектрический штырь диаметром много меньшим чем длина волны.
Просьба не путать сопротивление излучения и волновое сопротивление антенны. Волновые сопротивления у прямого штыря и спирали существенно разные, а сопротивления излучения - совершенно одинаково зависят от геометрической длины.Поэтому сопротивление излучения штыря длиною 1 метр будет ровно в 25 раз больше сопротивления излучения спирали, длиной намотки 20 сантиметров. При этом их волновые сопротивления могут быть одинаковыми при надлежащем шаге намотки и диаметре диэлектрического штыря, на который намотана спираль.
Это положение является ключевым в определении эффективности штыревой антенны. И обойти его никак нельзя.
Теперь о полном сопротивлении, точнее о той его компоненте, которая в конечном итоге и определяет КПД антенны в целом - сопротивлении потерь. Откуда оно вообще берется?

Напомню, мы рассматриваем случай идеального согласования антенны с передатчиком и КСВ=1. В этом случае вся энергия из передатчика переходит в антенну. Назад ничего не отражается. Часть ее излучается в пространство в виде радиоволны, а другая часть - греет антенну из-за неизбежных омических потерь. Если бы сделать антенну из сверхпроводника - у нее КПД был бы 100%. Но это не наш случай.
Омические потери складываются из электрического сопротивления штыря и проволоки в удлинняющей катушке. В спиральной антенне это сопротивление проволоки, намотанной в спираль. Длина проволоки, как все понимают, существенно больше длины намотки - в разы.
Омическое сопротивление расчитывается, естественно, с учетом скин-эффекта, проявляемого в диапазонах RC-аппаратуры весьма ярко - реально проводящая ВЧ ток поверхность провода составляет несколько микрон, а остальная внутренность проволоки - как диэлектрик, ВЧ ток по ней не течет. Не приводя здесь расчет сопротивления потерь могу сказать о результате - сопротивление потерь штыря и спирали, изготовленных из одного материала и имеющих одинаковое волновое сопротивление - примерно одинаково. Даже у штыря чуть меньше, за счет его большего диаметра, чем проволоки в спирали.

Теперь давайте посчитаем. Берем 40 МГц - диапазон. Длина волны 7,5 метра. Метровый штырь будет иметь действующую высоту 0,64 метра. Отношение к длине волны = 0,085. В квадрате = 0,0072. Итого, сопротивление излучения = 11,5 Ом. Соответственно у спирали длиной намотки 20 сантиметров сопротивление излучения будет 0,46 Ом. Сделать сопротивление потерь даже с посеребрянной проволокой при волновом сопротивлении около 30 Ом меньше, чем несколько единиц Ом никак не получается. Хоть тресни. Отсюда и разница в получающемся КПД. Желающие точно посчитать сопротивление потерь могут заглянуть в ВУЗовские учебники по технической электродинамике, где есть целый раздел, посвященный расчету скин-эффекта в проводниках.

И в третий раз напомню, мы рассматривали случай идеального согласования обеих антенн с КСВ=1.
Т.е. дальше настраивать некуда.
Если же КСВ не равен 1, то падает не КПД антенны, а излучаемая эффективная мощность радиоволны за счет отражения части ВЧ энергии от антенны и возвращение ее в передатчик, где эта часть также бездарно рассеивается в тепло. Т.е. при плохо настроенной антенне падает излучаемая ею мощность, но не ее КПД.
Лучшего материала с меньшими омическими потерями чем серебро, к сожалению в мире нет. Поэтому приведенные выше соотношения - являются предельными.

Вот, собственно, и все. Можно поместить этот пост в FAQ раздела.

Vovic спасибо за разъяснения.
И если я правильно понял, то при одинаковом сопротивлении потерь (30Ом) КПД:
Телескопа- 28%
Спирали - 2%?

И еще вопрос. Ведь спираль может быть при одинаковой длине иметь и большее количество витков и меньшее, играя шагом намотки. При этом длина провода будет значительно меняться, а следовательно и сопротивление потерь. Как в данном случае? Формула остается без изменения?

И если я правильно понял, то при одинаковом сопротивлении потерь (30Ом) КПД:

Нет, не правильно. Читать нужно внимательнее.
Повторяю фразу:
“Сделать сопротивление потерь при волновом сопротивлении около 30 Ом меньше, чем несколько единиц Ом никак не получается.”
Разве из этой фразы вытекает, что сопротивление потерь = 30 Ом?
Три года назад я считал для Карпунина сопротивление потерь его укороченной спиральки. Сейчас точно не помню, но получалось около 1,5-3 Ом.
Почему волновое сопротивление крутиться вокруг 30 -50 Ом? Исключительно в силу схемотехники современных передатчиков на транзисторах. Не удается построить выходной каскад передатчика с хорошим КПД и низким выходвым сопротивлением - в районе единиц Ом. Никак.
Меняя число витков, шаг намотки и диаметр стержня нужно все время помнить о согласовании волновых сопротивлений антенны и выходного каскада передатчика. И произвольно менять эти параметры нельзя.

Просто предложение было так написано, что с первого раза в смысл не въехал.

Теперь понятно.

И я так понимаю, что неправильным шагом и кол-вом витков можно привести к полному рассогласованию антенны и нагреву (выходу из строя) выходного каскада ВЧ ???

И я так понимаю, что неправильным шагом и кол-вом витков можно привести к полному рассогласованию антенны и нагреву (выходу из строя) выходного каскада ВЧ ???

К рассогласованию - да. Просто мощность получаемая антенной будет много меньше номинальной. Да в эфир уйдет из нее опять таки не вся, а часть уйдет на нагрев антенны.
А вот спалить рассогласованием выходной каскад передатчика в RC-аппаратуре практически нельзя. Как правило, допустимая тепловая мощность выходного транзистора около полуватта - ватта. Поэтому даже отсоединение антенны или закорачивание по ВЧ антенного гнезда приводит лишь к легкому разогреву его выходного транзистора. Случаи его выгорания мне не встречались ни разу.
Совсем другое дело в связной аппаратуре, где мощность десятки, а то и сотни ватт. Там рассогласование при отключенной защите однозначно палит выходной каскад, поскольку его тепловой режим не рассчитан на возврат из антенны ВЧ энергии в отраженной волне.

Ясно. Огромное спасибо.

hd - действующая высота штыря, примерно равная 0,64 от его геометрической длины, если на конце нет зонтика.

Вот это для меня белое пятно.Есть подозрения что оно несколько будет отличаться для спиральки.
В свое время не смог найти этой информации,правда и литературы почти небыло у меня.
Может подкините какие ссылки.Из инета.

Люди, читайте статьи дядьки ГЛАЙДЕРА

Читали,там даже близко нет ответа на этот вопрос.

Вот это для меня белое пятно.

Это как раз очень просто. Антенна излучает в пространство радиоволну каждым своим элементом. Поэтому ток в ней от корня штыря к его концу уменьшается примерно по параболе. Действующей высотой называется эквивалентная высота антенны с той же излучаемой мощностью что и реальный штырь при условии, что ток вдоль всей длины равен току в корневом сечении реального штыря. Излучение спиральной антенны в этом смысле никак не отличается от простого штыря. Зонтик на конце штыря (диск) слегка меняет распределение тока, на несколько процентов увеличивая действующую высоту, - но при этом сужает в вертикальной плоскости лепесток диаграммы направленности антенны.
Спиральная антенна отличается от штыря только погонным волновым сопротивлением - только! И ничем не отличается в механизме излучения радиоволны.

Не надо заклинать нас именем И.Карпунина. Все расчеты его антенны, сделанные у нас на кафедре АФУ я ему отправлял еще три года назад. Он ушел от обсуждения, отделавшись хаем, аналогичным его же реакции на публикации здесь моих статей по RC-аппаратуре, которую он сам же потом стыдливо вычистил с форума. По-видимому, коммерческий интерес тогда превысил профессиональный. 😎

Небольшое добавление.
Я не ожидал эмоциональной реакции на события многолетней давности.
Всем желающим оспорить расчеты КПД штыря и спиральной антенны я предлагаю выложить свой, альтернативный расчет. И провести его обсуждение предметно, с точки зрения радиофизики, а не с шапкозакидательских позиций. Не думаю, что администрация возразит против корректного научного спора радиотехников. Пожалуйте - аргументы на стол!

Наверно так.Но если закон распределения тока и будет отличен от параболического
то в любом случае коэффициент будет в пределах 0.64 - 1.0 .
А 1.0 -недостижимая величина.
И дополню -в сопротивление потерь вносит свою долю не только сам вибратор,но и то что выполняет
роль противовеса. И это значительная величина и одинаковая по значению в нашем случае и для
телескопа и для спиральки.А по влиянию на общий КПД-разное.Для спиральки-катастрофическое.

У меня чего-то от всех этих теорий голова кругом. А может просто купить спиралину и сравнить? Просто прикрутить к передатчику и отойти подальше, плюс перебрать несколько комплектов кварцев. Стоят-то спиральные антены недорого, расходы компенсировать не проблема.

Я спросил человека которрый разработал эту антенну (www.sigmacom.ryazan.ru/index.php?act=catprod&produ…) как она работает по сравнению с портативными витушками. Ответ - дальность с 3.5 км, в среднем возросла до 9 км. Полоса спиральки около 1.5мГц, полоса штыревой в районе 4 мГц.
Всё это на частотах 35 - 40 мГц. Мощность радиостанции 5.5Вт.

для начала поймите что в обоих случаях это короткий штырь с удлинняющей индуктивностью,
только в одном случае индуктивность сосредоточенная,включена в точке подключения телескопа,
а в другом -распределена по длинне антенны.

У R/C передатчиков удлиняющая индуктивность встроена внутри и потому присутствует для обоих антенн (это про "индуктивность сосредоточенную,включеную в точке подключения антенны).

У меня чего-то от всех этих теорий голова кругом. А может просто купить спиралину и сравнить?

Мысль хорошая, а главное - она уже приходила в голову другим людям 😃
Вкрутили по очереди антены, замерили, получили результаты…
Вывод по результатам получился следующий: дальность с применением спиральных антен обычно несколько больше (5…10%), чем с обычным ШТАТНЫМ телескопом.
Главная причина, как мне думается, в том, что спиральные антены обычно отстраивают под КОНКРЕТНЫЙ передатчик, телескопы же стоят в стандартной поставке, никто на потоке передатчик отстраивать под конкретную антену не будет. (антену подпиливать - тоже 😃 ) Не стоит забывать, что телескоп - далеко не идеальный штырь! Особенно если им интенсивно пользовались.
Если кому статистической информации недостаточно, попросите Вовика, он вам под это дело “научную” базу подтянет! 😒
И вот что мне главное интерено: вам что, действительно не все равно, на какую дальность работает спиральная антена? чуть больше или чуть меньше, чем стандартный телескоп? если по всем замерам получается, что ОБА варианта антен дают возможность стабильно работать аппаратуре на дальности более 1000 м? Или может все собравшиеся - профессиональные планеристы, у которых каждый полет - под тучку? 😲
Основное преймущество спиральной антены - компактность и живучесть. Для кого важно именно это - тот и будет ими пользоваться! вне зависимости от того, какое типа теоретические соотношение дальностей устойчивой связи для двух этих типов антен вы в результате получите. Кому это нужно, если уже есть ПРАКТИЧЕСКИЕ данные?
Для тех, кто думает, что изобретает велосипед, хочу заметить, что читать желательно не только этот форум, но и другие форумы и ресурсы, может тогда можно будет заметить, что радиомоделисты ДАЛЕКО не первые, кто применяет спиральные антены в таком (да и не только таком) диапазоне частот. Практичски все носимые CB-радиостанции идут с таким типом антен!
Дык снизойдите же с небес, почитайте, как там это делается уже не первый десяток лет!
А кому действительно нужна (!) спиральная антена - поглядите статью дядьки Глайдера, параметры и методика изготовления описаны, честное слово, времени на изготовление потратите меньше, чем на перечитывание всего вышеизложенного…

То что оба варианта больше 1000 метров бьют - не аргумент. Между 1 и 5 километрами - большая разница. На мелких дистанциях это выражается в помехозащищенности.

Так что, собственно, лично мне хотелось бы именно практических данных. Сравнить серийную спиральную антенну для какого-то типа передатчиков и штатный новый телескоп. С несколькими комплектами кварцев. По краям и в середине диапазона.

То что оба варианта больше 1000 метров бьют - не аргумент.
Так что, собственно, лично мне хотелось бы именно практических данных. Сравнить серийную спиральную антенну для какого-то типа передатчиков и штатный новый телескоп. С несколькими комплектами кварцев. По краям и в середине диапазона.

Больше 1000 м - не аргумент??? 😊
причем 1000м - по земле!!! В воздухе будет еще больше!
Вот это тема! “научным изысканиям” Вовика - верят (ну дык он даже для Глайдера чего-то считал вместе со всем институтом… 😂 , хорошо хоть, что не диссертации за Глайдера писал…), а тому, что десятки (как минимум!) людей только в Росии уже годами пользуются, что и в других странах делают и пользуются и никто пока не кричит, что не пользуйтесь, модели побъете - не верят…
Загадочный однако народ… уже три страницы постов… КАЖДЫЙ внимательно прочитавший все уже давно мог себе намотать по спиральной антене и провести все интересующие его замеры! 😃
Эххх… вот потому так и живем…

Виталий, ты хоть раз сам летал на таком удалении?!! при такой дальности трехметровый планер, мягко говоря, не очень замечательно видно! Или может кто на такой дальности на машинках гоняет? глядя на них в подзорную трубу… 😲

Из тех данных, что я видел, получается , что разница по дальности - 5…10% (в пользу спиральки).
Хорошо, пусть случится чудо (ну, допустим, Вовик насчитает опять с институтом чего-нибудь) и у спиральной антены полоса окажется узкой и на краях диапазона дальность упадет даже на 20%, ну будет, допустим 850 м (по земле!!!), что из этого?
С чего бы тогда мощность передатчиков сползла с 1000…1500 мВт до 350…500 мВт в современных?
Думается мне, что по простой причине: спортсменов мало, хоббистов - много, хоббиты на больших дальностях не летают, зато летают МНОГО (читай, надо обеспечить людям возможность отлетать как можно больше на одной зарядке аккумулятора).
Не знаю, как у других, а я часто ловил помехи и на 50, и на 100 метрах, и даже прямо на земле! И с передатчиком все было в порядке, и мощность там дай божЕ (ИГВА с питанием 12В), так что запас в 10% не спасет аж никак (попробуйте потягаться с судовым КИЛОВАТНЫМ передатчиком)…

>Главная причина, как мне думается, в том, что спиральные антены обычно отстраивают под >КОНКРЕТНЫЙ передатчик, телескопы же стоят в стандартной поставке, никто на потоке
>передатчик отстраивать под конкретную антену не будет.

Вот именно! Если спиралька тщательно настраивается, то для телескопа в качестве согласующей индуктивности стоит обычный дроссель, а хорошо бы если индуктивность подстраивалась…

> (антену подпиливать - тоже ) Не стоит забывать, что телескоп - далеко не идеальный штырь! Особенно если им интенсивно пользовались.

Если вспомнить радиостанции Мещера (Электроника), то да, телескопы просто разваливались. А импортные
телескопы, если ими ничего не околачивать, вполне живучи. У моего фокуса 6 я уже 3 хозяин - телескоп в нормальном состоянии. В нашем коллективе эклипсы, призм (это которым не менее 2 лет) - тоже усё нормально.

>Основное преймущество спиральной антены - компактность и живучесть.

С компактностью (в рабочем положении) не спорю. А вот по поводу компактности при транспортировке?
Придётся ставить разъём, это уже настораживает. Теперь про живучесть. Если вы собираетесь хранить антенну в чехле, а в поле не задевать ей за различное стартовое оборудование, то хорошо, но это пол беды, ведь зимой холодно, а летом жарко. Полоса спиральной антенны на этих частотах как правило
1 - 1.5 мГц. А что бывает когда у контура сдвигают, раздвигают витки? Правильно, резонансная частота гуляет, а полоса спиральки у нас с очень небольшим запасом.

>Основное преймущество спиральной антены - компактность и живучесть. Для кого важно именно это - >тот и будет ими пользоваться!

Почти так и получается - компактность минус НАДЁЖНОСТЬ. Выдвигая телескоп перед взлётом, мы видим состояние антенны. В общем каждый выбирает сам.

>Практичски все носимые CB-радиостанции идут с таким типом антен!

РЖУНИМАГУ!!! В своё время, лет 10 назад я пользовался CB 27мГц. Начал с мещеры, потом SY-101+.
Так вот! После покупки импортной портативной радиостанции (аланы, мегаджеты, драгоны) все мои знакомые и я в том числе выбрасывали родную спиральную антенну куда подальше, вместо неё ставили самодельную! Делали сами, или заказывали умельцам. Разница на приём между родной и самодельной, была около 3-5 баллов на S-метре!

>Если кому статистической информации недостаточно, попросите Вовика, он вам под это дело “научную” базу подтянет!

Вот научная база. Карл Ротхаммель “Антенны”
1 Про полосу пропускания, 2 про “чрезвычайные плохие излучающие характеристики”

1. 3.1.4 Полуволновой вибратор как колебательный контур.
2. 29.2.2.4 Укороченные вертикальные антенны с распределённой индуктивностью (спиральные антенны).

Больше 1000 м - не аргумент??? 😊
причем 1000м - по земле!!! В воздухе будет еще больше!
Вот это тема! “научным изысканиям” Вовика - верят (ну дык он даже для Глайдера чего-то считал вместе со всем институтом… 😂 , хорошо хоть, что не диссертации за Глайдера писал…), а тому, что десятки (как минимум!) людей только в Росии уже годами пользуются, что и в других странах делают и пользуются и никто пока не кричит, что не пользуйтесь, модели побъете - не верят…

Вы не дружите с радиотехникой - Ради Бога, можно и без теории.
Смотрим какие-нибудь соревнования в цивильном мире, к примеру чемпионат мира по F3A. Какие антенны на передатчиках? Укороченные? А почему нет? В голову вопрос такой не приходил?

При том при всем укороченные спиральки выпускает куча фирм, в т.ч. и Граупнер и Футаба. (Не думаю, что они хуже “наших”).Только они честно предупреждают, что эта антенна излучает радиоволну меньшей мощности, чем штатная. В отличие от наших пропагандистов, - там антенны обмеряют, и отнюдь не метрами дальности.
Сама по себе дальность в метрах никак не исчерпывающе характеризует качество антенны. Потому как дальность зависит от массы факторов. Помеховой обстановки, согласованности полос излучения и приема. Вам что, не понятно, что дальность по земле, как это не парадоксально звучит, в подмосковье может оказаться значительно больше, чем дальность с летящей высоко моделью? Не понятно? А попробуйте замерить уровень фона в этой полосе частот вблизи мегаполиса на высоте 10 метров и 100 метров. Можете неприятно удивиться.

Единственным исчерпывающим способом оценки эффективности антенны может быть только измерение напряженности поля, создаваемого антенной при фиксированной излучаемой мощности. Вы измеряли хоть раз эту напряженность? А я измерял. И сравнивал настроенную спиральную антенну с телескопом. И отнюдь не метрами дальности.

Жульничество это, если прямо сказать. В “За рулем”, мартовском номере, очередная статья про чудо-присадки к маслам автомобильным. Реметаллизантам и кондиционерам металла. Те же самые наперсточники. Жулики.

Я не продаю никаких антенн. Как и никакой модельной продукции. И мне на рекламно-маркетинговую политику “кулибиных” глубоко наплевать.
Просто жалко бывает смотреть на очередную обобранную старушку лохотронщиками с лотереей.

И я никогда не был против укороченных антенн. Я просто попросил честно ими торговать. Так, как это делают модельные фирмы в цивилизованном мире.

Моделистам же далеким от радиотехники могу только посоветовать подумать, ну почему же даже передатчики запредельного ценового диапазона - по две штуки баксов идут штатно с телескопом, а не с гораздо более компактной и удобной спиралькой? При такой цене на фирме не наняли бы инженеров для индивидуальной настройки? Ну полноте. Уж чемпионы то на ТОС в Лас-Вегасе могли бы себе позволить хоть позолотить передатчик, хоть джойстики из чистого золота - а поди ж ты, летают с телескопами. На чем летает Себастьяно Сильвестри, на чем пилоты турбореактивных моделей?
Тупой оказывается не только автор этих строк, но и весь модельный мир. 😮