หลังจากการทดลองกับเสาอากาศแบบขดลวดหลายครั้ง กราฟก็ถูกสร้างขึ้น

ความต้านทานอินพุตของเสาอากาศไดโพลและเสาอากาศแนวตั้งขึ้นอยู่กับปัจจัยการย่อ (รูปที่ 6.9) ในช่วง 7...28 MHz เสาอากาศถูกสร้างขึ้นบนกรอบอิเล็กทริกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. ถึง 10 ซม. ขดลวดของเกลียวมีความสม่ำเสมอและใช้ลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 0.5 มม.

ดังการทดลองแสดงให้เห็นแล้ว สำหรับเสาอากาศขดลวดแบบสั้นที่มี K = 2...10 การเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางของกรอบภายใน 1...10 ซม. จะไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออิมพีแดนซ์อินพุต อย่างไรก็ตาม สำหรับเสาอากาศขดลวดที่สั้นลงอย่างมากด้วย K > 10 ผลลัพธ์ที่ฉันได้รับแสดงให้เห็นว่าอิมพีแดนซ์อินพุตส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของกรอบไดอิเล็กทริกและความถี่ที่เสาอากาศขดลวดสะท้อน ดังนั้นสำหรับพวกเขา กราฟง่ายๆดังในรูป ไม่สามารถรับ 6.9 ได้

ดังที่เห็นได้จากกราฟนี้ สายโคแอกเชียลที่มีอิมพีแดนซ์คลื่น 50 โอห์ม ซึ่งเป็นความยาวไฟฟ้าที่เท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของเสาอากาศ เหมาะสำหรับการจ่ายไฟให้กับเสาอากาศไดโพลและเสาอากาศแนวตั้งที่มีค่า K > 3 ในบางกรณี เสาอากาศแนวตั้งเริ่มแรกมีอิมพีแดนซ์อินพุตมากกว่าในรูปมาก เวอร์ชัน 6.9 แต่การปรับ "กราวด์" ของเสาอากาศให้เป็นเสียงสะท้อนทำให้สามารถลดเสาอากาศลงได้ การเชื่อมต่อสายโคแอกเชียลเข้ากับเสาอากาศแนวตั้งมักจะเปลี่ยนอิมพีแดนซ์อินพุตเล็กน้อยที่ปลายสายรับส่งสัญญาณ ซึ่งในกรณีนี้ อิมพีแดนซ์อินพุตจะเปลี่ยน

เกิดขึ้นในทิศทางที่ลดลง เสาอากาศเกลียวไดโพล

เมื่อเปรียบเทียบกับแนวตั้ง มักจะมีอิมพีแดนซ์อินพุตใกล้เคียงกับที่แสดงในกราฟ อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อสายโคแอกเชียลกับเสาอากาศแบบไดโพลเฮลิกซ์อาจส่งผลให้ความต้านทานของเสาอากาศแตกต่างจากที่ระบุไว้ในกราฟอย่างมาก ทั้งด้านบนและด้านล่าง วงแหวนเฟอร์ไรต์ที่ติดตั้งอย่างน้อย 10 ชิ้นที่ปลายสายโคแอกเชียลจะช่วยลดผลกระทบ

ถึงความต้านทานอินพุตแต่ไม่ได้ถูกกำจัดออกทั้งหมด หากอัตราส่วนภาพของเสาอากาศแบบขดลวดเกิน 5 ที่ปลายสายโคแอกเซียลที่ป้อนเสาอากาศขอแนะนำให้ติดตั้งโช้คความถี่สูงที่ไม่ได้ทำจาก แหวนเฟอร์ไรต์และในรูปแบบของสายโคแอกเซียล 5–20 รอบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10…20 ซม.

การเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวและเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดที่ใช้ในการพันเสาอากาศที่สั้นลงตามจริงจะไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวเพิ่มขึ้น เสาอากาศจะแผ่รังสีได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ดังนั้น ความต้านทานการแผ่รังสีของเสาอากาศจะเพิ่มขึ้น และความต้านทานอินพุตจะเพิ่มขึ้น เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวลดลง ประสิทธิภาพการแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของเสาอากาศจะลดลง ดังนั้นความต้านทานการแผ่รังสีจึงลดลง แต่การสูญเสียอิเล็กทริกในโครงเกลียวจะเพิ่มขึ้น การสูญเสียอิเล็กทริกที่เพิ่มขึ้นทำให้ความต้านทานอินพุตของเสาอากาศขดลวดเพิ่มขึ้น เห็นได้ชัดว่าเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเสาอากาศแบบเกลียวจำเป็นต้องใช้ลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อสร้างเกลียวและเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวหมุนควรเป็นค่าสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับการใช้งานจริงของเสาอากาศ กรอบที่ทำเกลียวเสาอากาศจะต้องมีการสูญเสียอิเล็กทริกต่ำ ในการออกแบบเสาอากาศแบบขดลวดเป็นที่พึงปรารถนาที่จะใช้ขดลวดเกลียวที่สม่ำเสมอ

วัดพารามิเตอร์เสาอากาศ? ไม่ใช่เรื่องยากเลย!

พารามิเตอร์เสาอากาศที่กำหนดอย่างถูกต้องในระบบรับสัญญาณวิทยุเป็นพื้นฐานสำหรับความสามารถในการรับสถานีวิทยุระยะไกลได้สำเร็จ แต่นักวิทยุสมัครเล่นอาจไม่ได้อยู่ในมือเสมอไป เงินทุนที่จำเป็นสำหรับการวัดดังกล่าว ในบทความนี้ผู้เขียนเสนอให้ใช้วิธีง่าย ๆ ที่ให้ผลลัพธ์ที่ค่อนข้างยอมรับได้

ผู้ชื่นชอบวิทยุบนคลื่นยาวและปานกลาง (LW และ SW) มักจะแขวนเสาอากาศแบบใช้สายกลางแจ้งไว้ซึ่งมักจะสงสัยว่า: พารามิเตอร์ของมันคืออะไร? มีพารามิเตอร์หลักสองตัวคือ - ความต้านทานการสูญเสียของระบบสายดินของเสาอากาศ rп และความจุของเสาอากาศเองที่สัมพันธ์กับกราวด์ SA เดียวกัน ประสิทธิภาพของระบบเสาอากาศขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์เหล่านี้ดังนั้นความเป็นไปได้ในการรับสถานีระยะไกลการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์รับสัญญาณด้วย "พลังงานอิสระ" ของสัญญาณที่ได้รับจากอากาศการปรับระบบเสาอากาศให้เป็นความถี่ที่แตกต่างกัน ฯลฯ

การวัดเสาอากาศถือเป็น "Terra Incognita" สำหรับนักวิทยุสมัครเล่นส่วนใหญ่ และไม่ใช่แค่ผู้เริ่มต้นเท่านั้น วิธีการที่รู้จักทั้งหมดต้องใช้เครื่องกำเนิดความถี่สูงที่ทรงพลังและสะพานวัดซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ไม่ค่อยพบในหมู่นักวิทยุสมัครเล่น บ่อยครั้งที่อุปกรณ์ทั้งสองนี้รวมกันเพื่อสร้างโอห์มมิเตอร์ตัวป้อนหรือเสาอากาศ (ตามที่เรียกว่า) ใช้เช่นเมื่อปรับและปรับเสาอากาศของศูนย์ส่งสัญญาณวิทยุ จำเป็นต้องใช้เครื่องกำเนิด HF ที่ทรงพลังเนื่องจากเสาอากาศซึ่งเปิดรับลมทั้งหมด มีแรงดันไฟฟ้าสูงที่มีการรบกวนที่หลากหลาย รวมถึงสัญญาณจากสถานีวิทยุอื่นๆ ที่รบกวนการวัดด้วย

ในวิธีการวัดที่นำเสนอ ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเลย เราจะวัดพารามิเตอร์ของเสาอากาศโดยใช้สัญญาณจากอากาศเนื่องจากมีอยู่มากมาย ฉันจำเป็นต้องสร้างอุปกรณ์พิเศษหรือขาตั้งสำหรับการวัดหรือไม่? นี่เป็นทางเลือก เมื่อพิจารณาว่าเสาอากาศไม่ได้เปลี่ยนทุกวัน การประกอบวงจรการวัดง่ายๆ โดยตรงบนเดสก์ท็อปหรือบนขอบหน้าต่างจึงไม่ใช่เรื่องยาก โดยไม่ต้องใช้แผงเขียงหั่นขนม

การวัดความต้านทานการสูญเสีย คุณจะต้องใช้แท่งเฟอร์ไรต์จากเสาอากาศแม่เหล็กที่มีคอยล์คู่หนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งช่วง DV และ MV ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ที่มีความต้านทาน 0.47...1 kOhm (ไม่จำเป็นต้องเป็นแบบใช้สาย) ความถี่สูงเจอร์เมเนียมกำลังต่ำพลังงานสูงใดๆ ไดโอดและโวลต์มิเตอร์กระแสตรงที่มีความต้านทานอินพุตภายในสูง (อย่างน้อย 0 ,5...1 MOhm) เพื่อระบุสถานีวิทยุที่ได้รับทางหู การมีโทรศัพท์ที่มีความต้านทานสูงจะเป็นประโยชน์

เราประกอบอุปกรณ์ตามแผนภาพในรูป 1 และโดยการขยับแกนในขดลวดเสาอากาศแม่เหล็ก เราจะปรับความถี่สัญญาณของสถานีวิทยุท้องถิ่นที่ทรงพลัง

ข้าว. 1

ในกรณีนี้ จะต้องตั้งค่าตัวต้านทานผันแปร R1 ไปที่ตำแหน่งความต้านทานเป็นศูนย์ (เลื่อนแถบเลื่อนไปที่ตำแหน่งบนสุดตามแผนภาพ) ช่วงเวลาของการปรับวงจรอย่างละเอียดให้สอดคล้องกับความถี่ของสถานีวิทยุจะถูกทำเครื่องหมายโดยค่าเบี่ยงเบนสูงสุดของเข็มมิเตอร์และระดับเสียงสูงสุดในโทรศัพท์ โทรศัพท์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับโวลต์มิเตอร์แทบไม่มีผลกระทบต่อการอ่านค่า และในขณะเดียวกันระดับเสียงก็ไม่สูงเกินไป หากต้องการเพิ่มขึ้นในระหว่างการระบุสถานีวิทยุ สามารถลัดวงจรโวลต์มิเตอร์ สลับไปที่ขีดจำกัดการวัดด้านล่างซึ่งมีความต้านทานต่ำกว่า หรือสามารถเชื่อมต่อตัวเก็บประจุที่มีความจุประมาณ 0.05...0.1 µF แบบขนานได้ ไปที่โวลต์มิเตอร์เพื่อส่งผ่านความถี่เสียงไปยังโทรศัพท์ (เมื่อตัวเก็บประจุดังกล่าวเสียงอาจผิดเพี้ยนบ้างเนื่องจากความไม่เท่าเทียมกันในการโหลดของเครื่องตรวจจับที่ความถี่เสียงและที่กระแสตรง)

เมื่อสังเกตการอ่านโวลต์มิเตอร์ (U1) และเครื่องยนต์โดยไม่เปลี่ยนการตั้งค่าวงจร ตัวต้านทานแบบแปรผันเลื่อน R1 จนกระทั่งค่าโวลต์มิเตอร์ที่อ่านได้ลดลงครึ่งหนึ่ง (U2) ในกรณีนี้ความต้านทานของตัวต้านทานจะเท่ากับความต้านทานการสูญเสียของระบบเสาอากาศที่ความถี่ที่กำหนด การวัดเดียวกันนี้สามารถทำได้ที่ความถี่อื่น

ความต้านทานของตัวต้านทานวัดด้วยโอห์มมิเตอร์โดยถอดออกจากวงจรการวัด หากคุณไม่มีโอห์มมิเตอร์ คุณจะต้องติดตั้งตัวต้านทานพร้อมที่จับพร้อมอุปกรณ์เล็งและสเกล ซึ่งคุณสามารถสอบเทียบเป็นโอห์มได้โดยใช้อุปกรณ์มาตรฐาน

เมื่อใช้วิธีการข้างต้นคุณสามารถเลือกตัวเลือกการต่อลงดินที่ดีที่สุดได้ ในสภาพเมืองมีตัวเลือกดังต่อไปนี้: ท่อจ่ายน้ำ, ท่อทำความร้อน, อุปกรณ์รั้วระเบียง ฯลฯ รวมถึงการรวมกันต่างๆ คุณควรมุ่งเน้นไปที่สัญญาณที่ได้รับสูงสุดและความต้านทานการสูญเสียขั้นต่ำ ใน บ้านในชนบทนอกเหนือจากการต่อสายดินแบบ “คลาสสิก” แล้ว ขอแนะนำให้ลองใช้บ่อน้ำหรือท่อน้ำ รั้วตาข่ายโลหะ หลังคาแผ่นสังกะสี หรือวัตถุโลหะขนาดใหญ่อื่น ๆ แม้ว่าจะไม่ได้สัมผัสกับพื้นโลกก็ตาม

การวัดความจุของเสาอากาศ- แทนที่จะใช้ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ ตอนนี้คุณจะต้องเปิด KPI (ประเภทใดก็ได้) ที่มีความจุสูงสุด 180...510 pF ขอแนะนำให้ใช้เครื่องวัดความจุไฟฟ้าที่มีขีดจำกัดการวัดตั้งแต่สิบถึงหลายร้อยพิโกฟารัด ผู้เขียนใช้ มิเตอร์ดิจิตอลตู้คอนเทนเนอร์ "Master-S" ได้รับการออกแบบโดยนักออกแบบ

หากไม่มีมิเตอร์วัดประจุไฟฟ้า คุณจะต้องทำเช่นเดียวกันกับตัวต้านทาน - ติดตั้ง KPI ด้วยสเกลและปรับเทียบเป็นพิโคฟารัด ซึ่งสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือเนื่องจากความจุเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ของส่วนที่สอดเข้าไปในแผ่นเปลือกโลก วาดรูปร่างของแผ่นโรเตอร์บนกระดาษกราฟ (ยิ่งขนาดใหญ่ การสำเร็จการศึกษาจะแม่นยำยิ่งขึ้น) แบ่งการวาดภาพออกเป็นเซกเตอร์ทุกๆ 10 องศาเชิงมุม แล้วนับพื้นที่ของแต่ละเซกเตอร์และแผ่น S0 ทั้งหมดในเซลล์ . ในรูป 2 เซกเตอร์แรกที่มีพื้นที่ S1 จะถูกแรเงา ที่เครื่องหมายสเกลแรกที่สอดคล้องกัน คุณต้องใส่ความจุ C1 = CmaxS1/S0 เป็นต้น

ข้าว. 2

หากแผ่นโรเตอร์มีรูปร่างครึ่งวงกลม (ตัวเก็บประจุแบบคาปาซิเตอร์โดยตรง) สเกลจะกลายเป็นเส้นตรง และไม่จำเป็นต้องเขียนแบบและคำนวณพื้นที่ ตัวอย่างเช่น KPI ที่มีไดอิเล็กตริกทึบจากชุดความคิดสร้างสรรค์ของเด็กจะมีความจุสูงสุดที่ 180 pF การแบ่งสเกลออกเป็น 18 เซกเตอร์ 10 องศาก็เพียงพอแล้ว และใส่ 10, 20 pF ฯลฯ รอบดิวิชั่น แม้ว่าความแม่นยำจะต่ำ แต่ก็เพียงพอสำหรับวัตถุประสงค์ของเรา

หลังจากปรับเทียบ KPI แล้ว เราจะประกอบการติดตั้งตามแผนภาพในรูป 3.

ข้าว. 3

โดยการเชื่อมต่อเสาอากาศเข้ากับซ็อกเก็ต XS1 และปิด KPI ด้วยสวิตช์ SA1 เราจะปรับวงจรที่เกิดจากความจุของเสาอากาศและคอยล์ L1 ให้เป็นความถี่ของสถานีวิทยุ โดยไม่ต้องสัมผัสคอยล์อีกต่อไปเราเปลี่ยนเสาอากาศไปที่ซ็อกเก็ต XS2 และเชื่อมต่อตัวเก็บประจุ C2 (KPI ของเรา) เข้ากับวงจรด้วยสวิตช์ SA1 เราปรับเป็นความถี่เดิมอีกครั้ง คราวนี้ใช้ C2 เรากำหนดความจุ Sk โดยใช้สเกลหรือใช้เครื่องวัดความจุที่เชื่อมต่อกับซ็อกเก็ต XS3, XS4 (เพื่อจุดประสงค์นี้ให้เปลี่ยน SA1 ไปที่ตำแหน่งที่แสดงในแผนภาพ) ยังคงต้องหาความจุของเสาอากาศ SA โดยใช้สูตร

CA = C2(1 + sqrt(1 +4C1/C2))/2

ความหมายของการปรับเปลี่ยนของเรามีดังนี้: เมื่อเราเชื่อมต่อเสาอากาศผ่านตัวเก็บประจุคัปปลิ้ง C1 ความจุรวมของวงจรก็เล็กลงและเพื่อที่จะคืนค่าเราต้องเพิ่มความจุ C2 คุณเองก็สามารถหาสูตรข้างต้นได้จากความเท่าเทียมกันของความจุของเสาอากาศ CA (ในกรณีแรก) และความจุของวงจรเชิงซ้อน C2 + CAC1/(CA + C1) ในกรณีที่สอง เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการวัด ขอแนะนำให้เลือกความจุที่น้อยกว่าของตัวเก็บประจุคัปปลิ้งในช่วง 15...50 pF หากความจุของตัวเก็บประจุคัปปลิ้งน้อยกว่าความจุของเสาอากาศมาก สูตรการคำนวณจะง่ายขึ้น:

แคลิฟอร์เนีย = C2 + C1

การทดลองและการอภิปราย- ผู้เขียนวัดพารามิเตอร์ของเสาอากาศประเภทนี้ที่เดชา: ลวด PEL 0.7 ยาว 15 ม. ซึ่งทอดยาวไปจนถึงสันหลังคาและอยู่ห่างจากบ้านไปยังต้นไม้ใกล้เคียง "การต่อลงดิน" ที่ดีที่สุด (ถ่วง) กลายเป็นคอลัมน์ทำน้ำร้อนที่แยกได้จากพื้นดินโดยมีเครือข่ายท่อขนาดเล็กและหม้อน้ำทำความร้อนในพื้นที่ การวัดทั้งหมดดำเนินการในช่วง CB โดยใช้ขดลวดเสาอากาศแม่เหล็ก CB มาตรฐานจากตัวรับทรานซิสเตอร์ หากมีการเหนี่ยวนำไม่เพียงพอที่จะปรับที่ปลายความถี่ต่ำของช่วง จะมีการวางแท่งเฟอร์ไรต์อีกอันไว้ข้างเสาอากาศแม่เหล็กโดยขนานกับอันแรก

ผลการวัดสรุปเป็นตาราง พวกเขาต้องการความคิดเห็นเล็กน้อย ประการแรก เป็นที่น่าสังเกตว่าที่ความถี่ต่างกันทั้งความต้านทานการสูญเสียและความจุของเสาอากาศจะแตกต่างกัน สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ข้อผิดพลาดในการวัดเลย ให้เราพิจารณาการพึ่งพาความถี่ของความจุก่อน หากสายเสาอากาศไม่มีการเหนี่ยวนำ LA ค่าความจุจะเท่ากัน ความเหนี่ยวนำของสายไฟต่ออนุกรมกับความจุของเสาอากาศ ดังที่เห็นได้จากแผนภาพวงจรสมมูลของวงจรเสาอากาศที่แสดงในรูปที่ 1 4.

ข้าว. 4

ผลของการเหนี่ยวนำจะแข็งแกร่งขึ้นที่ความถี่สูง โดยที่รีแอคแทนซ์แบบเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นและชดเชยบางส่วนสำหรับรีแอกแตนซ์แบบคาปาซิทีฟ ส่งผลให้นายพล ความต้านทานที่ใช้งานอยู่เสาอากาศลดลงและความจุที่วัดได้จะมีมากขึ้น เสาอากาศมีความถี่ธรรมชาติ f0 - ความถี่เรโซแนนซ์ของวงจร LACA ซึ่งค่ารีแอกแตนซ์ไปที่ศูนย์และค่าความจุที่วัดได้มีแนวโน้มที่จะไม่สิ้นสุด ความยาวคลื่นธรรมชาติของเสาอากาศ Lambda0 ที่สอดคล้องกับความถี่นี้จะเท่ากับประมาณสี่เท่าของความยาวของสายเสาอากาศ และมักจะอยู่ภายในย่านความถี่ HF

ความถี่ธรรมชาติสามารถคำนวณได้จากการวัดความจุไฟฟ้าที่ความถี่ใดก็ได้สองความถี่ แต่สูตรนั้นซับซ้อนเกินไป สำหรับเสาอากาศของเขา ผู้เขียนได้ CA = 85 pF LA = 25 µH และ f0 - ประมาณ 3.5 MHz สำหรับการประมาณค่าคร่าวๆ เราสามารถสรุปได้ว่าสายเสาอากาศแต่ละเมตร (พร้อมกับการลดลง) มีความเหนี่ยวนำประมาณ 1...1.5 μH และความจุประมาณ 6 pF

ความต้านทานการสูญเสียด้วยคอยล์ L1 คุณภาพสูงเพียงพอประกอบด้วยความต้านทานกราวด์เป็นส่วนใหญ่ ในทางกลับกัน คำนวณโดยใช้สูตรเชิงประจักษ์ (ได้มาจากข้อมูลการทดลอง) โดย M.V. Shuleikin: rп = А*Lambda/Lambda0 โดยที่ A คือค่าสัมประสิทธิ์คงที่ขึ้นอยู่กับคุณภาพของสายดิน โดยมีขนาดเป็นโอห์ม สำหรับการต่อสายดินที่ดี A คือหน่วยและเศษส่วนของโอห์ม ดังที่เราเห็นความต้านทานการสูญเสียจะเพิ่มขึ้นตามความยาวคลื่นที่เพิ่มขึ้น (ความถี่ที่ลดลง) ซึ่งได้รับการยืนยันจากข้อมูลในตาราง การพึ่งพาความต้านทานการสูญเสียต่อความถี่ถูกค้นพบเมื่อต้นศตวรรษที่ผ่านมา แต่ผู้เขียนไม่พบคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับผลกระทบนี้ในวรรณคดี

ในเรื่องนี้ข้อมูลจำนวนมากที่นักวิทยุสมัครเล่นได้รับเมื่อทำการวัดพารามิเตอร์ของเสาอากาศอาจมีประโยชน์มาก

วรรณกรรม

1. Fradin A. Z. , Ryzhkov E. V. การวัดพารามิเตอร์เสาอากาศ - ม.: Svyazizdat, 2505.
2. Andreev V. มิเตอร์วัดความจุอย่างง่าย "Master-S" - วิทยุ พ.ศ. 2545 ฉบับที่ 1 น. 50-52; ลำดับที่ 2, น. 51-53; ลำดับที่ 3, น. 52-54.
3. Belotserkovsky G. B. เสาอากาศ - อ.: โอโบรองกิซ, 1956.

ปัญหาของการออกแบบ การผลิต และการใช้เสาอากาศสำหรับแถบคลื่นยาว (LW) ปานกลาง (MV) และสั้น (HF) มีปัญหาน้อยกว่าเสาอากาศสำหรับช่วง VHF อย่างมาก โดยเฉพาะเสาอากาศโทรทัศน์ ความจริงก็คือในช่วง DV, SV, KB ตามกฎแล้วเครื่องส่งสัญญาณมีพลังงานสูงการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุในช่วงเหล่านี้สัมพันธ์กับค่าการเลี้ยวเบนและการหักเหของแสงในบรรยากาศที่มีขนาดใหญ่และอุปกรณ์รับสัญญาณนั้น มีความไวสูง

เมื่อส่งและรับสัญญาณในช่วง VHF และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสัญญาณโทรทัศน์เพื่อให้แน่ใจว่าค่าที่ต้องการของพารามิเตอร์เหล่านี้ทำให้เกิดปัญหาหลายประการกล่าวคือ: การบรรลุพลังของเครื่องส่งสัญญาณโทรทัศน์เช่นเครื่องกระจายเสียงยังไม่ได้ ยังเป็นไปได้; ปรากฏการณ์ของการเลี้ยวเบนและการหักเหของแสงในช่วง VHF นั้นไม่มีนัยสำคัญ ความไวของเครื่องรับโทรทัศน์ถูกจำกัดโดยระดับเสียงรบกวนของตัวเอง และมีค่าประมาณ 5 μV เนื่องจากจำเป็นต้องรับสัญญาณบรอดแบนด์ จึงจะรับขึ้นจอทีวีได้ ระดับสูงภาพระดับสัญญาณอินพุตต้องมีอย่างน้อย 100 µV อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกำลังส่งต่ำและสภาวะการแพร่กระจายคลื่นวิทยุไม่ดี ทำให้เกิดความตึงเครียด สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่จุดรับสัญญาณอยู่ในระดับต่ำ สิ่งนี้ทำให้เกิดข้อกำหนดหลักประการหนึ่งสำหรับเสาอากาศโทรทัศน์: เพื่อความแรงของสนามที่กำหนดที่จุดรับสัญญาณ เสาอากาศจะต้องให้แรงดันสัญญาณที่จำเป็นสำหรับการทำงานปกติของเครื่องรับโทรทัศน์

เสาอากาศรับสัญญาณเป็นสายเดี่ยวหรือระบบสายไฟที่ออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าให้เป็นพลังงานของกระแสความถี่สูง พารามิเตอร์ของเสาอากาศเมื่อใช้งานเพื่อรับและส่งจะเหมือนกันดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะใช้หลักการตอบแทนของอุปกรณ์เสาอากาศทำให้สามารถกำหนดลักษณะและพารามิเตอร์บางอย่างของเสาอากาศในโหมดส่งสัญญาณและอื่น ๆ ในการรับสัญญาณ โหมด.

คลื่นวิทยุที่กระทบกับวัตถุโดยรอบจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าความถี่สูงในตัว อย่างหลังสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เสาอากาศรับคลื่นวิทยุทั้งแบบตรงและแบบสะท้อนซึ่งทำให้ภาพบนหน้าจอทีวีผิดเพี้ยน

การศึกษาเชิงทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อใช้โพลาไรเซชันในแนวตั้ง คลื่นที่สะท้อนจะมาถึงจุดรับจะมีจำนวนมากกว่าเมื่อใช้โพลาไรเซชันในแนวนอน สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในพื้นที่โดยรอบ โดยเฉพาะในเมือง มีสิ่งกีดขวางแนวตั้งและสะท้อนแสงสูงมากมาย (อาคาร เสา ท่อ แม่เหล็ก) เมื่อเลือกประเภทของโพลาไรซ์จะต้องคำนึงถึงคุณสมบัติของเสาอากาศด้วย โครงสร้างเสาอากาศแนวนอนจะง่ายกว่าเสาอากาศแนวตั้ง เกือบทั้งหมดมีทิศทางในระนาบแนวนอนซึ่งทำให้การรับสัญญาณรบกวนและคลื่นสะท้อนอ่อนลงเนื่องจากการเลือกสรรเชิงพื้นที่

การรับเสาอากาศโทรทัศน์ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดพื้นฐานต่อไปนี้:

มีการออกแบบที่เรียบง่ายและใช้งานง่าย

การเลือกสรรเชิงพื้นที่สูง

ผ่านช่วงความถี่ที่หลากหลาย

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอัตราส่วนของระดับสัญญาณสูงต่อระดับการรบกวนระหว่างการรับสัญญาณ

มีการพึ่งพาอิมพีแดนซ์อินพุตและความถี่ที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย

ความต้านทานอินพุตเสาอากาศ

เสาอากาศเป็นแหล่งของสัญญาณซึ่งมีลักษณะของแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) และความต้านทานภายในซึ่งเรียกว่าอิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศ อิมพีแดนซ์อินพุตถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของทิศทางที่ขั้วต่อเสาอากาศต่อกระแสที่อินพุตของตัวป้อน ต้องทราบค่าของอิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศเพื่อให้จับคู่เสาอากาศกับสายเคเบิลและทีวีได้อย่างถูกต้อง: เฉพาะภายใต้เงื่อนไขนี้เท่านั้นที่พลังงานจะไหลไปยังอินพุตทีวีมากที่สุดเท่านั้น หากจับคู่อย่างเหมาะสม อิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศควรเท่ากับอิมพีแดนซ์อินพุตของสายเคเบิล ซึ่งในทางกลับกันก็ควรเท่ากับอิมพีแดนซ์อินพุตของทีวี

อิมพีแดนซ์อินพุตเสาอากาศมีส่วนประกอบแบบแอคทีฟและรีแอกทีฟ อิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศที่ปรับแบบเรโซแนนซ์จะทำงานแบบแอ็คทีฟล้วนๆ ขึ้นอยู่กับประเภทของเสาอากาศและของมัน คุณสมบัติการออกแบบ- ตัวอย่างเช่น อิมพีแดนซ์อินพุตของเครื่องสั่นครึ่งคลื่นเชิงเส้นคือ 75 โอห์ม และเครื่องสั่นแบบลูปมีค่าประมาณ 300 โอห์ม

จับคู่เสาอากาศกับสายป้อน

การจับคู่เสาอากาศกับสายเคเบิลมีลักษณะเฉพาะคือค่าสัมประสิทธิ์คลื่นเคลื่อนที่ (TWC) หากไม่มีการจับคู่เสาอากาศและสายเคเบิลที่สมบูรณ์แบบ การสะท้อนของคลื่นตกกระทบจะเกิดขึ้น ( แรงดันไฟฟ้าขาเข้า) เช่น จากปลายสายเคเบิลหรือจุดอื่นที่คุณสมบัติเปลี่ยนแปลงกะทันหัน ในกรณีนี้ เหตุการณ์และคลื่นสะท้อนจะแพร่กระจายไปตามสายเคเบิลในทิศทางตรงกันข้าม ณ จุดที่เฟสของทั้งสองคลื่นตรงกัน แรงดันไฟฟ้ารวมจะสูงสุด (แอนติโนด) และ ณ จุดที่เฟสตรงข้ามกันคือค่าต่ำสุด (โหนด)

ค่าสัมประสิทธิ์คลื่นเดินทางถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์:

ในกรณีที่เหมาะสมที่สุด KBV = 1 (เมื่อเกิดโหมดคลื่นเคลื่อนที่ กล่าวคือ สัญญาณกำลังสูงสุดที่เป็นไปได้จะถูกส่งไปยังอินพุตทีวี เนื่องจากไม่มีคลื่นสะท้อนในสายเคเบิล) ซึ่งสามารถทำได้โดยจับคู่อิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศ เคเบิล และทีวี ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด (เมื่อ คุณนาที = 0) KBV=0 (โหมดคลื่นนิ่งเกิดขึ้น กล่าวคือ แอมพลิจูดของเหตุการณ์และคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากัน และพลังงานจะไม่ถูกส่งผ่านสายเคเบิล)

อัตราส่วนคลื่นนิ่งถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์:

ทิศทางและอัตราขยายของเสาอากาศ

เสาอากาศรอบทิศทางรับสัญญาณจะรับสัญญาณจากทุกทิศทาง เสาอากาศรับทิศทางมีการเลือกเชิงพื้นที่ สิ่งนี้สำคัญ เนื่องจากเมื่อมีทิศทางของสนามในระดับต่ำที่ตำแหน่งรับ เสาอากาศดังกล่าวจะเพิ่มระดับของสัญญาณที่ได้รับและลดสัญญาณรบกวนภายนอกที่มาจากทิศทางอื่น

ค่าสัมประสิทธิ์ทิศทาง รับเสาอากาศคือตัวเลขที่แสดงจำนวนครั้งที่กำลังรับที่อินพุตทีวีเมื่อได้รับจากเสาอากาศแบบทิศทางนั้นมากกว่ากำลังที่สามารถรับได้เมื่อได้รับจากเสาอากาศแบบรอบทิศทาง (ที่ความแรงของสนามเท่ากัน)

คุณสมบัติทิศทางของเสาอากาศมีลักษณะเฉพาะด้วยรูปแบบการแผ่รังสี รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศรับสัญญาณเป็นการแสดงกราฟิกของการพึ่งพาแรงดันสัญญาณที่อินพุตทีวีกับมุมการหมุนของเสาอากาศในระนาบที่สอดคล้องกัน แผนภาพนี้แสดงลักษณะการพึ่งพา EMF ที่เกิดขึ้นในเสาอากาศโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในทิศทางของสัญญาณที่มาถึง มันกำลังถูกสร้างขึ้นในขั้วโลกหรือ ระบบสี่เหลี่ยมพิกัด บน ข้าว. 1, 2นำเสนอรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบ “ช่องคลื่น”

ข้าว. 1. รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศในระบบพิกัดเชิงขั้ว

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศมักเป็นแบบหลายแฉก กลีบที่สอดคล้องกับทิศทางของการมาถึงของคลื่นซึ่ง EMF สูงสุดถูกเหนี่ยวนำในเสาอากาศเรียกว่ากลีบหลัก ในกรณีส่วนใหญ่ รูปแบบการแผ่รังสีจะมีกลีบย้อนกลับ (ด้านหลัง) และกลีบด้านข้างด้วย เพื่อความสะดวกในการเปรียบเทียบเสาอากาศที่แตกต่างกัน รูปแบบการแผ่รังสีของพวกมันจะถูกทำให้เป็นมาตรฐาน นั่นคือพวกมันจะถูกพล็อตในปริมาณสัมพัทธ์ โดยรับ EMF สูงสุดเป็นหนึ่ง (หรือหนึ่งร้อยเปอร์เซ็นต์)

พารามิเตอร์หลักของรูปแบบการแผ่รังสีคือความกว้าง (มุมเปิด) ของกลีบหลักในระนาบแนวนอนและแนวตั้ง ความกว้างของกลีบหลักใช้เพื่อตัดสินคุณสมบัติทิศทางของเสาอากาศ ยิ่งความกว้างนี้เล็กเท่าใด ทิศทางก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ข้าว. 2. รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศในระบบพิกัดสี่เหลี่ยม

ระดับของกลีบด้านข้างและด้านหลังเป็นตัวกำหนดลักษณะการป้องกันเสียงรบกวนของเสาอากาศ ถูกกำหนดโดยใช้สัมประสิทธิ์การป้องกัน (PAC) ของเสาอากาศ ซึ่งเข้าใจว่าเป็นอัตราส่วนของกำลังที่จัดสรรโดยเสาอากาศต่อโหลดที่ตรงกันเมื่อรับจากทิศทางด้านหลังหรือด้านข้าง ต่อกำลังที่โหลดเดียวกันเมื่อ รับจากทิศทางหลัก

บ่อยครั้งที่ค่าสัมประสิทธิ์การป้องกันแสดงเป็นหน่วยลอการิทึม - เดซิเบล:

คุณสมบัติด้านทิศทางของเสาอากาศยังมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมประสิทธิ์ทิศทาง (DC) ซึ่งเป็นตัวเลขที่แสดงจำนวนครั้งที่กำลังของสัญญาณที่ได้รับที่อินพุตทีวีเมื่อได้รับจากเสาอากาศกำหนดทิศทางนั้นมากกว่ากำลังที่จะได้รับเมื่อรับโดย เสาอากาศอ้างอิงรอบทิศทางหรือทิศทาง เครื่องสั่นแบบครึ่งคลื่น (ไดโพล) มักใช้เป็นเสาอากาศอ้างอิง โดยสัมประสิทธิ์ทิศทางซึ่งสัมพันธ์กับเสาอากาศรอบทิศทางสมมุติคือ 1.64 (หรือ 2.15 เดซิเบล) ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นแสดงถึงความสามารถในการรับพลังงานสูงสุดที่เป็นไปได้ที่เสาอากาศสามารถให้ได้เนื่องจากคุณสมบัติทิศทาง โดยสมมติว่าไม่มีการสูญเสียใด ๆ เลย ในความเป็นจริง เสาอากาศใด ๆ มีการสูญเสียและพลังงานที่ได้รับจะน้อยกว่าค่าสูงสุดที่เป็นไปได้เสมอ กำลังที่ได้รับที่แท้จริงของเสาอากาศสัมพันธ์กับตัวปล่อยไอโซโทรปิกสมมุติหรือเครื่องสั่นแบบครึ่งคลื่นนั้นมีลักษณะเฉพาะคือกำลังที่ได้รับ เคอาร์ซึ่งเกี่ยวข้องกับอัตราส่วนประสิทธิภาพ:

ที่ไหน η - ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ) ของเสาอากาศ

ประสิทธิภาพของเสาอากาศแสดงลักษณะของการสูญเสียพลังงานในเสาอากาศและเป็นอัตราส่วนของพลังงานการแผ่รังสีต่อผลรวมของกำลังการแผ่รังสีและการสูญเสีย นั่นคือต่อพลังงานทั้งหมดที่จ่ายให้กับเสาอากาศจากเครื่องส่งสัญญาณ:

ที่ไหน คุณปู่- พลังรังสี พีเอ็น- การสูญเสียพลังงาน

แบนด์วิธของเสาอากาศ

แบนด์วิดท์ของเสาอากาศโทรทัศน์ที่รับคือสเปกตรัมความถี่ที่รักษาค่าพื้นฐานทั้งหมดของคุณสมบัติทางไฟฟ้าไว้ การตอบสนองความถี่ของเสาอากาศที่ปรับจูนจะคล้ายกับเส้นโค้งเรโซแนนซ์ วงจรการสั่น- ดังนั้นโดยการเปรียบเทียบกับแบนด์วิดท์ของวงจรจึงสามารถกำหนดแบนด์วิดท์ของเสาอากาศได้เช่นกัน

ที่ความถี่เรโซแนนซ์ (คงที่) เสาอากาศจะมีค่าอิมพีแดนซ์อินพุตที่แน่นอน ซึ่งสอดคล้องกับอิมพีแดนซ์โหลด โดยทั่วไปความถี่นี้จะถือเป็นความถี่เฉลี่ยของช่องโทรทัศน์ซึ่งค่ารีแอกแตนซ์ของเสาอากาศเป็นศูนย์ ที่ความถี่ต่ำกว่าเรโซแนนซ์จะเป็นตัวเก็บประจุในธรรมชาติ และที่ความถี่สูงกว่าเรโซแนนซ์จะเป็นอุปนัย

ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความถี่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่และลักษณะของส่วนประกอบที่เกิดปฏิกิริยาของความต้านทานอินพุต เป็นผลให้พลังงานที่จ่ายให้กับโหลดลดลง

โดยเฉพาะอย่างยิ่งจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนที่ความถี่สุดขั้วซึ่งอยู่ไกลออกไป ความถี่เรโซแนนซ์- อนุญาตให้ลดกำลังได้ไม่เกินสองครั้ง ขึ้นอยู่กับแบนด์วิธนี้ 2อัฟสเปกตรัมความถี่ที่อยู่ใกล้กับความถี่เรโซแนนซ์นั้นถือว่าอยู่ภายใน โดยกำลังที่จ่ายให้กับโหลดจะลดลงไม่เกินครึ่งหนึ่ง

เพื่อให้มั่นใจ คุณภาพดีเสาอากาศรับสัญญาณจะต้องผ่านคลื่นความถี่ทั้งหมดของสัญญาณโทรทัศน์ซึ่งสำหรับหนึ่งช่องคือ 8 MHz คุณภาพของภาพยังค่อนข้างดีหากเสาอากาศผ่านย่านความถี่อย่างน้อย 6 MHz การลดย่านความถี่ลงอีกจะทำให้คุณภาพของภาพลดลงและสูญเสียความชัดเจน ที่สุด วิธีการที่มีประสิทธิภาพการขยายแบนด์วิธ - ลดอิมพีแดนซ์คลื่นที่เท่ากันของเครื่องสั่นโดยการเพิ่มขนาดตามขวาง ด้วยวิธีนี้ ความจุเชิงเส้นจะเพิ่มขึ้นและความเหนี่ยวนำเชิงเส้นของเครื่องสั่นจะลดลง เหนือสิ่งอื่นใด แบนด์วิธของเสาอากาศถูกจำกัดโดยแบนด์วิธของตัวป้อนลด

เสาอากาศ- อุปกรณ์แปลงการสั่นสะเทือน กระแสไฟฟ้ากลายเป็นคลื่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (คลื่นวิทยุ) และย้อนกลับ

เสาอากาศเป็นอุปกรณ์ที่สามารถพลิกกลับได้ กล่าวคือ เช่นเดียวกับเสาอากาศที่ทำหน้าที่ในการส่งสัญญาณ เสาอากาศก็จะทำงานได้ดีในการรับสัญญาณเช่นกัน

เครื่องป้อน- สายเคเบิลเชื่อมต่อสถานีวิทยุเข้ากับเสาอากาศ
สายเคเบิลมีอิมพีแดนซ์และการออกแบบที่แตกต่างกัน
เนื่องจากในสถานีวิทยุพลเรือน อิมพีแดนซ์เอาต์พุต/อินพุตคือ 50 โอห์ม และเอาต์พุตไม่สมดุล สายเคเบิลโคแอกเซียลที่มีคุณลักษณะ 50 โอห์มจึงเหมาะสำหรับเราในฐานะตัวป้อน เช่น RK 50-3-18 หรือ RG 8 หรือ RG 58.
ไม่จำเป็นต้องสับสน ความต้านทานลักษณะเฉพาะและโอห์มมิก หากคุณวัดความต้านทานของสายเคเบิลด้วยเครื่องทดสอบ อุปกรณ์ทดสอบจะแสดง 1 โอห์ม แม้ว่าความต้านทานคลื่นของสายเคเบิลนี้อาจอยู่ที่ 75 โอห์มก็ตาม
ความต้านทานเฉพาะของสายโคแอกเซียลขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวนำด้านในและตัวนำด้านนอก (สายเคเบิลที่มีคุณลักษณะความต้านทาน 50 โอห์มมีแกนกลางที่หนากว่าสายเคเบิล 75 โอห์มที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกเท่ากัน)

สว- ค่าสัมประสิทธิ์คลื่นนิ่ง กล่าวคือ อัตราส่วนของกำลังที่ไปตามสายเคเบิลต่อเสาอากาศและกำลังที่ส่งกลับไปตามสายเคเบิลที่สะท้อนจากเสาอากาศเนื่องจากความต้านทานไม่เท่ากับความต้านทานของสายเคเบิล .
ใช่ แรงดันไฟฟ้าความถี่สูงเดินทางผ่านสายไฟต่างกัน ดี.ซี.อาจสะท้อนจากโหลดได้ถ้าโหลดหรือสายเคเบิลมีอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะไม่ถูกต้อง
SWR แสดงคุณภาพการส่งพลังงานจากสถานีวิทยุไปยังเสาอากาศและด้านหลัง ยิ่ง SWR ต่ำเท่าไร การจับคู่ระหว่างสถานีวิทยุกับอุปกรณ์ป้อนและเสาอากาศก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น SWR ต้องไม่น้อยกว่า 1
SWR ไม่ได้ระบุประสิทธิภาพของเสาอากาศและความถี่ที่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ตัวอย่างเช่น SWR จะเป็น 1 ถ้าตัวต้านทาน 50 โอห์มต่ออยู่ที่ปลายสายเคเบิล แต่จะไม่มีใครได้ยินคุณที่ตัวต้านทาน และคุณจะไม่ได้ยินเสียงใครเลย

เสาอากาศทำงานอย่างไร?

ดังที่ทราบกันว่ากระแสสลับเปลี่ยนขั้วด้วยความถี่ที่แน่นอน หากเรากำลังพูดถึง 27 MHz 27 ล้านครั้งต่อวินาทีขั้ว (+/-) ของมันจะเปลี่ยนไป ด้วยเหตุนี้ 27 ล้านครั้งต่อวินาที อิเล็กตรอนในสายเคเบิลจึงเคลื่อนที่จากซ้ายไปขวา จากนั้นจากขวาไปซ้าย เมื่อพิจารณาว่าอิเล็กตรอนวิ่งด้วยความเร็วแสง 300 ล้านเมตรต่อวินาที จากนั้นที่ความถี่ 27 เมกะเฮิรตซ์ พวกมันสามารถวิ่งได้เพียง 11 เมตร (300/27) ก่อนที่กระแสไฟฟ้าจะเปลี่ยน แล้วจึงกลับมา
ความยาวคลื่นคือระยะทางที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ก่อนที่จะถูกดึงกลับโดยขั้วที่เปลี่ยนแปลงของแหล่งกำเนิด
หากเราเชื่อมต่อสายไฟเข้ากับเอาต์พุตของสถานีวิทยุ ซึ่งปลายอีกด้านหนึ่งห้อยอยู่ในอากาศ อิเล็กตรอนก็จะวิ่งเข้าไป อิเล็กตรอนที่ทำงานอยู่จะสร้างสนามแม่เหล็กรอบตัวนำ และที่ปลายของตัวนำ ศักย์ไฟฟ้าสถิตซึ่งจะเปลี่ยนไปตามความถี่ที่สถานีวิทยุทำงาน กล่าวคือ ลวดจะสร้างคลื่นวิทยุ
ระยะทางขั้นต่ำที่อิเล็กตรอนต้องเดินทางเพื่อให้เกิดการแปลงที่มีประสิทธิภาพ เครื่องปรับอากาศกลายเป็นคลื่นวิทยุ และคลื่นวิทยุเป็นกระแสเท่ากับ 1/2 ของความยาวคลื่น
เนื่องจากแหล่งกำเนิดกระแส (แรงดันไฟฟ้า) ใดๆ มีขั้วต่อสองขั้ว เสาอากาศที่มีประสิทธิภาพขั้นต่ำจึงประกอบด้วยลวดสองเส้นที่มีความยาวคลื่น 1/4 (1/2 หารด้วย 2) โดยมีสายไฟหนึ่งเส้นเชื่อมต่อกับขั้วต่อหนึ่งของแหล่งกำเนิด (วิทยุเอาท์พุต) สถานี) ไปยังเอาต์พุตอื่น
ตัวนำตัวหนึ่งเรียกว่าการแผ่รังสีและเชื่อมต่อกับแกนกลางของสายเคเบิล ส่วนอีกตัวหนึ่งเรียกว่า "ถ่วง" และเชื่อมต่อกับสายเคเบิลถักเปีย
* หากคุณวางสายไฟ 2 เส้นแต่ละเส้นยาว 1/4 ความยาวคลื่น 1 เส้นเหนืออีกเส้นหนึ่ง ความต้านทานของเสาอากาศดังกล่าวจะอยู่ที่ประมาณ 75 โอห์ม นอกจากนี้มันจะมีความสมมาตรนั่นคือเชื่อมต่อโดยตรงกับโคแอกเซียล ( ไม่สมมาตร) สายเคเบิลไม่ใช่ความคิดที่ดี

เดี๋ยวก่อนเสาอากาศที่สั้นลงทำงานอย่างไร (เช่น 2 เมตรที่ 27 MHz) และเสาอากาศที่ประกอบด้วยพินบนรถยนต์เท่านั้น
สำหรับหมุดบนรถยนต์ หมุดคือเส้นลวดชิ้นแรก (“ตัวส่งสัญญาณ”) และตัวถังรถคือลวดเส้นที่สอง (“น้ำหนักถ่วง”)
ในเสาอากาศที่สั้นลง ส่วนหนึ่งของลวดจะถูกบิดเป็นขด นั่นคือสำหรับอิเล็กตรอน ความยาวของพินจะเท่ากับ 1/4 ของความยาวคลื่น (2 เมตร 75 ซม. ที่ 27 MHz) และสำหรับเจ้าของพิน มีความยาวเพียง 2 เมตร ส่วนที่เหลืออยู่ในขดลวดซึ่งซ่อนจากสภาพอากาศที่ฐานเสาอากาศ

จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณเชื่อมต่อสายสั้นหรือยาวมากเข้ากับสถานีวิทยุเป็นเสาอากาศ?
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ความต้านทานคลื่นของเอาต์พุต/อินพุตของสถานีวิทยุคือ 50 โอห์ม ดังนั้น เสาอากาศซึ่งเป็นโหลดของมัน จะต้องมีความต้านทาน 50 โอห์มด้วย
สายไฟที่สั้นหรือยาวกว่าความยาวคลื่น 1/4 จะมีอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน หากสายไฟสั้นลงอิเล็กตรอนจะมีเวลาถึงปลายเส้นลวดและต้องการวิ่งต่อไปก่อนที่จะถูกดึงกลับจึงจะฝังตัวเองที่ปลายเส้นลวดก็จะเข้าใจว่ามีการแตกหัก ที่นั่นนั่นคือมีความต้านทานขนาดใหญ่และไม่มีที่สิ้นสุดและความต้านทานของเสาอากาศทั้งหมดจะยิ่งใหญ่ขึ้นลวดก็จะยิ่งสั้นลง ลวดที่ยาวเกินไปก็จะทำงานไม่ถูกต้องเช่นกัน ความต้านทานก็จะสูงเกินความจำเป็นด้วย
เป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้เสาอากาศแบบสั้นมีประสิทธิภาพ แต่จะสูญเสียความยาวทางไฟฟ้าไป 1/4 เสมอ;
* ความแตกต่างระหว่าง "ไฟฟ้าลัดวงจร" และ "ไฟฟ้าลัดวงจร" คือคุณสามารถบิดสายไฟที่มีความยาวเพียงพอให้เป็นขดลวดได้ แต่โดยทางกายภาพแล้วขดลวดจะไม่ยาวมากนัก เสาอากาศดังกล่าวจะค่อนข้างมีประสิทธิภาพ แต่ในช่องจำนวนน้อยและไม่ว่าในกรณีใดจะสูญเสียความยาวคลื่นที่มีความยาวคลื่น 1/4 ของพิน
สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าค่อนข้างมากขึ้นอยู่กับมุมที่ตัวนำเสาอากาศตัวส่งและน้ำหนักถ่วงตั้งอยู่ซึ่งกันและกัน - ทิศทางของมัน (ทิศทางของการแผ่รังสี) และความต้านทานของคลื่น

นอกจากนี้ยังมีปรากฏการณ์เช่นค่าสัมประสิทธิ์การสั้นลงของเสาอากาศปรากฏการณ์นี้เกิดจากการที่ตัวนำมีความหนาและส่วนปลายของตัวนำมีความจุต่อพื้นที่โดยรอบ ยิ่งตัวนำเสาอากาศหนาขึ้นและยิ่งความถี่ที่ต้องใช้งานเสาอากาศสูงเท่าไร การลัดวงจรก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ ยิ่งตัวนำที่ใช้สร้างเสาอากาศหนาขึ้นเท่าใด ก็ยิ่งมีบรอดแบนด์มากขึ้นเท่านั้น (ยิ่งครอบคลุมช่องสัญญาณมากขึ้น)

เสาอากาศทิศทางและโพลาไรเซชันของรังสี

เสาอากาศคือ:
+ ด้วยโพลาไรซ์แนวนอน - ตัวนำเสาอากาศอยู่ในแนวนอน
ด้วยโพลาไรซ์แนวตั้ง - ตัวนำถูกจัดเรียงในแนวตั้ง
หากคุณพยายามรับสัญญาณที่ส่งโดยเสาอากาศที่มีโพลาไรซ์แนวนอนบนเสาอากาศที่มีโพลาไรซ์แนวตั้ง จะมีการสูญเสีย 2 เท่า (3 dB) เมื่อเทียบกับการรับสัญญาณบนเสาอากาศที่มีโพลาไรซ์เดียวกันกับเสาอากาศที่ส่งสัญญาณ

นอกจากนี้ เสาอากาศยังสามารถ:
+ ทิศทาง - เมื่อการปล่อยและการรับคลื่นไปในทิศทางเดียวหรือหลายทิศทาง
+ ไม่มีทิศทาง (มีรูปแบบการแผ่รังสีเป็นวงกลม) - เมื่อมีการปล่อยและรับคลื่นวิทยุอย่างเท่าเทียมกันจากทุกทิศทาง

ตัวอย่าง: พินแนวตั้งมีรูปแบบการแผ่รังสีเป็นวงกลมในระนาบแนวนอน กล่าวคือ พินจะปล่อยและรับคลื่นวิทยุจากแหล่งที่อยู่รอบๆ เท่าๆ กัน

อัตราขยายของเสาอากาศคืออะไร?

หากเรากำลังพูดถึงการขยายเสาอากาศโดยเฉพาะ และไม่เกี่ยวกับเครื่องขยายเสียงที่เชื่อมต่อกับเสาอากาศและต้องใช้สายไฟ การขยายเสาอากาศก็คือความสามารถในการรวมคลื่นวิทยุในระนาบหรือทิศทางที่แน่นอน ไปยังตำแหน่งที่ผู้สื่อข่าวที่ต้องการสำหรับการสื่อสารตั้งอยู่
ตัวอย่างเช่น หมุดสองตัวที่อยู่ในแนวตั้งที่มีความยาวคลื่น 1/4 (ไดโพลแนวตั้ง) จะแผ่กระจายเท่ากันเป็นวงกลม แต่นี่คือถ้าคุณมองจากด้านบน และหากจากด้านข้าง ปรากฎว่าพลังงานส่วนหนึ่งถูกแผ่ออกไป พื้นดินและแยกออกเป็นอวกาศ อัตราขยายไดโพลคือ 0 dBd ไม่มีสัญญาณที่เป็นประโยชน์สำหรับเราทั้งบนพื้นดินและในอวกาศ ดังนั้นโดยการเปลี่ยนการกำหนดค่าของไดโพล (โดยการเพิ่มความยาวส่วนหนึ่งเป็น 5/8 ของความยาวคลื่น) จึงเป็นไปได้เพื่อให้แน่ใจว่ารังสีมีความเข้มข้นใน ขอบฟ้าและรังสีจะถูกปล่อยออกสู่อวกาศและลงสู่พื้นดินเพียงเล็กน้อย อัตราขยายของเสาอากาศดังกล่าวจะอยู่ที่ประมาณ 6 dBd

หากคุณสนใจที่จะเรียนรู้รายละเอียดว่าเสาอากาศและเครื่องป้อนทำงานอย่างไร และดูสูตรที่สมบูรณ์ โปรดอ่านหนังสือ: K. Rothhammel Antennas

จำสิ่งสำคัญ:

ความยาวคลื่น = 300 / ความถี่ช่องสัญญาณสื่อสาร

ความยาวเสาอากาศที่มีประสิทธิภาพขั้นต่ำ = ความยาวคลื่น / 2

ยิ่งตัวนำที่ใช้สร้างเสาอากาศหนาขึ้นเท่าใด ปัจจัยการย่อให้สั้นลงจะทำให้ความยาวของเสาอากาศยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

SWR บ่งบอกถึงคุณภาพการส่งพลังงานจากวิทยุไปยังเสาอากาศ แต่ไม่ได้บ่งบอกถึงประสิทธิภาพของเสาอากาศ

ตอนนี้เป็นตัวอย่าง:
300 / 27.175 = ความยาวคลื่น 11 เมตร 3 เซนติเมตร
เสาอากาศทั้งหมดสำหรับ งานที่มีประสิทธิภาพควรมีความยาว 5 เมตร 51 เซนติเมตร ตามลำดับ หมุดจะมีความยาว 2 เมตร 76 เซนติเมตร
โดยคำนึงถึง K_shortening สำหรับหมุดที่ทำจากท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 มม. ความยาวของหมุดจะอยู่ที่ประมาณ 2 เมตร 65 เซนติเมตร

เสาอากาศใดที่มักใช้กับคลื่นความถี่พลเรือน?

เสาอากาศ 1/4 GP ("gepeshka" หรือ "สี่เท่า")

หมุดบนร่องหรือฐานแม่เหล็ก ซึ่งภายในมีการติดตั้งคอยล์ต่อขยาย ซึ่งเพิ่มขึ้นถึง 1/4 ของความยาวทางไฟฟ้า น้ำหนักถ่วงคือตัวรถซึ่งเชื่อมต่อโดยตรง (สำหรับเสาอากาศแบบฝัง) หรือผ่านความจุของตัวเก็บประจุที่เกิดจากฐานแม่เหล็กและพื้นผิวของตัวรถ

บนย่านความถี่สูง เช่น LPD และ PMR มักจะใช้ช่องว่างหรือ 5/8 แม้แต่ในรถยนต์และในเวอร์ชันที่สวมใส่ได้ ในเวอร์ชันพื้นฐาน จะใช้เสาอากาศแบบคอลลิเนียร์ (ระบบเสาอากาศหลาย 1/2 หรือ 5 /8 เสาอากาศเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าและกลไก ซึ่งทำให้สามารถได้รับ K_gain ของเสาอากาศตั้งแต่ 10 dbi ขึ้นไป นั่นคือเพื่อบีบอัดรังสีให้เป็นแพนเค้กแนวนอนบาง ๆ)

วี. โปลยาคอฟ, RA3AAE

บทความนี้ไม่มีอะไรใหม่ เพียงแต่ช่วยให้เรามองอดีตที่ผ่านมาในมุมที่ต่างออกไปเท่านั้น ข้อเท็จจริงที่ทราบและยังสามารถให้บริการเพื่อการศึกษาทั่วไปอีกด้วย ยังมีความคิดถึงเล็กน้อย...

เป็นที่ทราบกันดีว่าเสาอากาศแบบลวดสั้นหรือแบบแส้ (ความยาวคลื่นน้อยกว่าหนึ่งในสี่) มีรีแอกแตนซ์แบบคาปาซิทีฟ X และความต้านทานการแผ่รังสีแบบแอคทีฟต่ำ r โดยแบบแรกจะเพิ่มขึ้นเมื่อเสาอากาศสั้นลง และแบบหลังลดลง การสูญเสียในเสาอากาศนั้นมีน้อยมาก ซึ่งได้รับการยืนยันจากโปรแกรมสร้างแบบจำลองเสาอากาศ เช่น MMANA ที่กำลังแสดงอยู่ ประสิทธิภาพสูง- การสูญเสียเกิดขึ้นในคอยล์ที่ตรงกัน (ส่วนขยายหรือลูป) และในการต่อสายดิน

วงจรสมมูลของเสาอากาศรับสัญญาณที่มีการต่อกราวด์สั้นมักจะแสดงดังในรูป 1 ทางด้านขวา. E หมายถึงความแรงของสนามของสัญญาณที่ได้รับ และ hd คือความสูงที่มีประสิทธิภาพของเสาอากาศ เสาอากาศและการกระจายกระแสในเสาอากาศจะแสดงทางด้านซ้าย มันเป็นไซน์ซอยด์ แต่สำหรับเสาอากาศแบบสั้นจะถือว่าเป็นรูปสามเหลี่ยมโดยประมาณ

ความจุ X และความต้านทานการแผ่รังสี r ของเสาอากาศถูกกำหนดโดยใช้สูตรที่ให้ไว้ในหนังสือและตำราเรียนหลายเล่ม:
X = Wctg(2ph/l) และ r = 160p2(hд/l)2,

โดยที่ W คือความต้านทานของสายเสาอากาศ

สูตรสามารถทำให้ง่ายขึ้นโดยการใส่เลขคลื่น k = 2p/l และแทนที่การคูณด้วยโคแทนเจนต์ด้วยการหารด้วยแทนเจนต์ และแทนที่ด้วยอาร์กิวเมนต์แทน เนื่องจากมีขนาดเล็ก (h<< l). С учетом того, что действующая высота hд антенны в виде короткого вертикального провода равна половине геометрической h из-за треугольного распределения тока, получим:

X = W/kh และ r = 10(kh)2

น่าเสียดายที่วงจรสมมูลในรูป 1 ไม่ชัดเจนเพียงพอเนื่องจากไม่ได้แสดงการแบ่งที่แท้จริงของอินพุตตัวรับโดยเสาอากาศ ขอแนะนำให้ใช้กฎในการแปลงการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของความจุและความต้านทานแบบแอคทีฟเป็นแบบขนาน (ดูหนังสือเกี่ยวกับทฤษฎีวงจร) สำหรับกรณีของเรา เมื่อ r<< X, они очень просты (рис. 2).


วงจรสมมูลผลลัพธ์ของเสาอากาศรับจะแสดงในรูปที่ 1 จากรูปนี้จะเห็นได้ว่าอิมพีแดนซ์ของเสาอากาศถูกกำหนดโดยตัวเก็บประจุ C และตัวต้านทาน R ที่เชื่อมต่อแบบขนาน ความจุไฟฟ้า C เป็นเพียงความจุของเสาอากาศ สำหรับลวดเส้นเล็กนั้นหาได้ง่ายที่อัตรา 5...7 pF/m และสำหรับเสาอากาศแบบยืดไสลด์ที่ค่อนข้าง "หนา" - 8...12 pF/m

เราจะหาความต้านทาน R โดยการแทนที่ลงในสูตรสุดท้ายในรูป พบ 2 ค่าของ X และ r ด้านบน:
R = W2/10(ข)4.

สำหรับลวดเส้นเล็กในพื้นที่ว่าง โดยทั่วไป W จะถือว่าเป็น 600 โอห์ม เมื่อแทนค่านี้ เช่นเดียวกับ k = 2p/l เราจะได้สูตรการคำนวณ:
R = 23(ลิตร/ชม.)4.

เพื่อเป็นภาพประกอบ ลองคำนวณความจุและความต้านทานของเสาอากาศแนวตั้งแบบลวดสั้นสำหรับความถี่ 1 MHz (ความถี่กลางของช่วง CB) และสมมติว่าความต้านทานกราวด์เป็นศูนย์

ผลการคำนวณสรุปได้ในตาราง:

ความสูงของเสาอากาศ h, m	1	3	10	30
ชั่วโมง/ลิตร	1/300	1/100	1/30	1/10
ซี, พีเอฟ	6	18	60	180
อาร์, โอห์ม	11 2.10	9 2,3.10	7 2.10	5 2,3.10
ร	0.2 เทราโอห์ม	2 กิกะโอห์ม	20 เมกะโอห์ม	230 กิโลโอห์ม

พวกเขาน่าทึ่งมาก ตารางแสดงให้เห็นว่าความต้านทานเชิงแอ็คทีฟที่เทียบเท่า (ขนานกับอินพุต) ของเสาอากาศแนวตั้งแบบสั้นนั้นมีมหาศาล ในทางปฏิบัติแล้วจะไม่ข้ามอินพุตตัวรับ สิ่งนี้ช่วยให้เมื่อมีอิมพีแดนซ์อินพุตต่ำของเครื่องรับ ไม่ต้องคำนึงถึงความต้านทานแอคทีฟของเสาอากาศ R และสมมติว่ามีเพียงกระแสคาปาซิทีฟผ่าน C เท่านั้นที่จ่ายให้กับอินพุตตัวรับสัญญาณ (รูปที่ 3) จากนั้นแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตของตัวรับสัญญาณสามารถคำนวณได้ง่ายๆ โดยใช้กฎของโอห์ม

ตัวอย่าง: เสาอากาศแนวตั้ง 3 เมตรเชื่อมต่อกับอินพุต 50 โอห์มของเครื่องรับที่ทำงานในช่วง CB ความต้านทานแบบคาปาซิทีฟ (18 pF) ที่ความถี่ 1 MHz มากกว่า 8 kOhm หากความแรงของสนามวิทยุคือ 10 mV/m แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เสาอากาศจะเป็น: E.hd = 10 mV/m กระแสประจุไฟฟ้าอยู่ที่ประมาณ 15mV/8kOhm = 2μA เมื่อคูณด้วยความต้านทานอินพุต (50 โอห์ม) เราจะได้แรงดันไฟฟ้าอินพุตประมาณ 100 µV

ตัวอย่างแสดงให้เห็นว่าเสาอากาศแบบสั้นไม่สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงที่อินพุตอิมพีแดนซ์ต่ำของเครื่องรับได้ ในเวลาเดียวกันที่อินพุตของเครื่องรับที่มีอินพุตความต้านทานสูง (มากกว่า 8 kOhm อย่างมีนัยสำคัญ) เสาอากาศเดียวกันสามารถพัฒนาแรงดันไฟฟ้าใกล้กับ E.hd เช่นประมาณ 15 mV นี่คือสิ่งที่วิทยุโบราณเคยเป็น - เครื่องกำเนิดใหม่แบบหลอดเดียว, การขยายเสียงโดยตรง และแม้กระทั่งซุปเปอร์เฮเทอโรไดน์แบบหลอด

ในรีเจนเนอเรเตอร์แบบวงจรเดียว เสาอากาศจะเชื่อมต่อกับวงจรโดยตรงหรือผ่านตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งที่มีความจุขนาดเล็ก (รูปที่ 4) การเชื่อมต่อโดยตรง (ซ็อกเก็ต A2) เหมาะสำหรับเสาอากาศที่สั้นมากและมีความจุน้อยเท่านั้นซึ่งได้รับการชดเชยโดยการลดลงของความจุวงจร C2 ที่สอดคล้องกัน เสาอากาศยาวไม่สามารถเชื่อมต่อกับซ็อกเก็ต A2 ได้ เนื่องจากจะนำไปสู่การดีจูนอย่างรุนแรงและทำให้วงจรมีการลดทอนอย่างมาก รวมอยู่ในซ็อกเก็ต A3 และตัวเก็บประจุคัปปลิ้ง C2 ในการออกแบบที่ออกแบบอย่างชาญฉลาดนั้นปรับได้ เช่น 8...30 pF ซึ่งทำให้การเชื่อมต่อกับเสาอากาศอ่อนลงด้วยสัญญาณที่แรงและการรบกวนขนาดใหญ่

ความต้านทานเรโซแนนซ์ของวงจรสูงถึงหลายร้อยกิโลโอห์มที่ความถี่ MF และมากกว่านั้นที่ความถี่ DV ในรีเจนเนอเรเตอร์นั้นจะต้องคูณด้วยสัมประสิทธิ์การรีเจนเนอเรชั่นด้วยจากนั้นจึงได้เมกะโอห์มจำนวนมาก อย่างที่คุณเห็น เครื่องรับแบบโบราณมีความเหมาะสมอย่างยิ่งที่จะทำงานกับเสาอากาศแบบลวดสั้นซึ่งมีอิมพีแดนซ์อินพุตที่สูงมาก สถานการณ์ในเครื่องรับการขยายเสียงโดยตรงด้วย UHF และซูเปอร์เฮเทอโรไดน์ไม่เปลี่ยนแปลง

ในยุคก่อนการใช้เสาอากาศแม่เหล็กอย่างแพร่หลาย ขดลวด L1 ถูกใช้เพื่อสื่อสารกับเสาอากาศ ซึ่งมีการหมุนมากกว่าขดลวดแบบวงแหวนถึง 4...5 เท่า หวังว่าคอยล์นี้มีความจุของเสาอากาศ "มาตรฐาน" จะสร้างวงจรเรโซแนนซ์ที่ปรับให้เป็นความถี่ที่ต่ำกว่าความถี่ต่ำสุดของช่วง จากนั้นค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านของวงจรอินพุตจะถูกทำให้เท่ากันตลอดช่วง การคำนวณและกราฟสามารถพบได้ในตำราวิทยุ แต่พวกเขาไม่ได้กล่าวถึงผลกระทบอื่นของการตัดสินใจดังกล่าว ความต้านทานของลูปถูกแปลงเป็นเสาอากาศ 16...25 เท่าโดยมีคัปปลิ้งที่แข็งแกร่งและค่อนข้างน้อยกว่าเมื่อมีคัปปลิ้งอ่อน ขอย้ำอีกครั้งว่าความต้านทานอินพุตของเครื่องรับคือหลายเมกะโอห์มหรือมากกว่า

ข้อมูลที่นำเสนอแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าสำหรับการทดลองกับเสาอากาศกระแสต่ำเฉพาะ (ไม้กวาด แคมป์ไฟ ฯลฯ) จำเป็นต้องใช้เครื่องรับที่มีอินพุตอิมพีแดนซ์สูง รวมถึงวงจรที่ปรับแล้ว หลอดไฟ หรือทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม