Keretantenna

A keretantenna egy csökkentett méretű sugárzó. Csökkentett méretéből adódóan kis hatásfokú antenna, leginkább vevőantennaként használják. Régen csöves rádiók dobozának belső oldalán képeztek ki több menetes tekercset, így tették alkalmassá a készüléket, hogy az erősebben vehető közeli rádióállomások jelét külső antennna nélkül is venni lehessen.

A keretantenna napjainkban sem vesztette el jelentőségét, több területen is használják vevőantennaként:

• mivel enyhe irányhatással rendelkezik hosszabb hullámokon is, használják iránymérésre, zavarjelek felderítésére, "rókavadászatra".
• mivel hosszabb hullámokra is kis méretben elkészíthető, mozgó megfigyelőállomások is használják.
• mivel leginkább a rádióhullámok mágneses komponensére érzékeny, jelentős szerepe van hosszúhullámú rádiónavigációban.
• Induktív alkalmazásokban, RFID, áruellenőrző.

Felépítése, méretezése

A keretantenna egy A területet bekerítő, n menetszámú tekercs. Sugárzási ellenállása λ hullámhosszon a következőképp számítható:

${\displaystyle R_{s}=n^{2}320sin{{\biggl (}{\frac {\pi {\sqrt {A}}}{\lambda }}{\biggr )}}}$

A keretantenna dipólusként működik, melynek hatásos hossza:

${\displaystyle h_{eff}={\frac {2\pi nA}{\lambda }}}$

A h_eff-nek megfelelő dipólus-félhosszúság:

${\displaystyle h_{0}={\frac {2arctan{{\biggl (}{\frac {h_{eff}\beta }{2}}{\biggr )}}}{\beta }}}$

• n - a keretantenna menetszáma
• A - A keretantenna által bekerített terület (m²)
• λ - az üzemi hullámhossz (m)
• R_s - sugárzási ellenállás (Ω)
• heff - hatásos magasság (m)
• h0 - dipólus félhosszúság (m)
• β - hullámtényező

A keretantenna iránykarakterisztikája

A keretantenna kvázi gömbsugárzó, de van egy nagyon keskeny szögtartomány, amelyben az antenna teljesen érzéktelen. Irányméréskor ezt a tulajdonságát használják ki, ugyanis amikor a tekercs tengelyirányban néz a jelforrás felé, akkor megszűnik a jel vétele. Mivel ez egy nagyon keskeny szögtartomány, így pontos, akár 1° körüli pontossággal van lehetőség iránymérésre.

Keretantenna illesztése

A keretantenna helyes iránykarakterisztikájának kialakításához a keretet szigorúan szimmetrikus üzemben kell működtetni, amelyben a keret árama a kerülete mentén kering (folytonos nyilak). A szimmetria megsértése esetén – akár magában a keretben, akár a vevőkészülék bemeneti áramköreiben – azonos irányú áramok jelenhetnek meg (szaggatott nyilak). Ez utóbbi esetben a keret egyetlen függőleges vezetőként működik, amely két párhuzamosan futó vezetőre van „felhasítva”.

Köráram esetén az iránykarakterisztika nyolcas alakú, F(Θ)=sin(Θ), míg az azonos irányú áramok esetén az iránydiagram megegyezik egyetlen függőleges vezetőével, azaz kör alakú. Ezért, ha a hurokantenna áramköreiben aszimmetria van jelen, az iránykarakterisztikát a kör- és a lineáris áramok együttes hatása határozza meg, és az eltér mind a nyolcas alakú, mind a kör alakú diagramtól. Kis mértékű aszimmetria esetén általában elmosódnak a vételi nullák, ami csökkenti az elrendezés zavarelnyomó képességét.

Az aszimmetria forrásai többnyire a vevőkészülék bemeneti áramkörei. A hurok közvetlen csatlakoztatása egy nem szimmetrikus vevőbemenethez nem képes biztosítani a hurokantenna helyes működését és annak nyolcas alakú iránykarakterisztikáját.

Az ábrán a szimmetrikus hurok és a nem szimmetrikus vevőkészülék közötti átmenet egyik lehetséges kapcsolása látható. A földelt rotorú kondenzátor a hurok rezonanciára hangolására szolgál. Az így létrejövő rezgőkör tovább növeli a rendszer hatásfokát. A hangolt keretantenna effektív hossza:

${\displaystyle h_{eff}=Q{\frac {2\pi nA}{\lambda }}}$

ahol Q a létrejövő rezgőkör jósági tényezője.

Kardioid alakú iránykarakterisztika elérése

A vevőantenna irányhatásának további növelése lehetséges a hurokantenna és egy nyitott függőleges antenna kombinációjával:

A hurok áramkörébe egy C kondenzátort iktatnak a hurok rezonanciára hangolásához, továbbá két L₁ és L₂ tekercset szimmetrikusan, a hurok mindkét ágába, a hurok és a nyitott antenna csatolására, valamint egy L₃ tekercset a hurok és a vevő bemeneti rezgőköre közötti csatolásra.

Az L₁ és L₂ tekercsekhez kapcsolódik az L₄ tekercs, amely az antenna áramkörébe tartozik, és az antenna és a hurok közötti csatolást szolgálja. A nyitott antenna áramkörébe egy változtatható ellenállás R_A és egy kétirányú, kétállású kapcsoló П van beiktatva. E kapcsoló segítségével az L₄ tekercsben folyó áram iránya megváltoztatható.

A keretben lévő bejövő mező által létrehozott elektromotoros erő:

${\displaystyle U_{P1}=h_{Peff}\sin(\Theta )E}$

A nyitott antennában létrejövő elektromotoros erő:

${\displaystyle U_{A}=Eh_{Aeff}}$

Ha az antenna rezonanciára van hangolva, akkor áram:

${\displaystyle I_{A}={\frac {U_{A}}{R+R_{A}}}={\frac {Eh_{Aeff}}{R+R_{A}}}}$

Ez az áram EMF-et indukál a keret áramkörében:

${\displaystyle U_{P2}=\pm \omega MI_{A}=\pm {\frac {\omega MIh_{Aeff}}{R+R_{A}}}E}$

ahol М - Az L₄ tekercs és az L₁ és L₂ tekercsek közötti kölcsönös indukciós együttható. A ± jelek a csatolótekercsben folyó áram irányát jelölik, ami a P kapcsoló helyzetétől függ.

A keretáramkörben két U_P1 és U_P2 elektromotoros erő lesz. Az összeg:

${\displaystyle U_{P}=U_{P1}+U_{P2}={\biggl (}h_{Peff}\sin(\Theta )\pm {\frac {\omega MIh_{Aeff}}{R+R_{A}}}{\biggr )}E}$

Ha az R_A-t az egyenlőség elérése érdekében módosítjuk:

${\displaystyle h_{Peff}={\frac {\omega MIh_{Aeff}}{R+R_{A}}}}$

akkor

${\displaystyle U_{P}=h_{Peff}\sin(\Theta \pm 1)E}$

Az ${\displaystyle F(\Theta )=\sin(\Theta \pm 1)}$ a kardioida egyenlete. Mivel a szinusz az első és a második kvadránsban pozitív, a harmadikban és a negyedikben pedig negatív, ezért az első két kvadránsban aritmetikai összeadás, az utolsó kettőben pedig kivonás történik.

Ennek eredményeként kardioida alakú iránykarakterisztikát kapunk. A kapcsoló állásának megváltoztatásával az egész diagram 180°-kal elforgatható. A hurok elforgatásával a kardioida folyamatosan forgatható.

Az iránykarakterisztika vezérlésének lehetősége a hurokból és a nyitott antennából álló vizsgált rendszer igen értékes tulajdonsága. Teljesen nyilvánvaló, hogy a forgatható huroknak kicsinek kell lennie, mivel egy nagy hurok forgatásához bonyolult, terjedelmes és drága szerkezetre lenne szükség.

Ugyanakkor a hurok hatásfoka arányos a felületével. A hatásfok növelése érdekében rendkívül kívánatos lenne a hurok felületét a lehető legnagyobbra növelni. A rögzített, nagy méretű hurkok iránykarakterisztikájának forgatása a goniometrikus vételi kapcsolás alkalmazásával lehetséges.

Képek

Jegyzetek

1. ↑ Armando Garcia Dominguez (1990). Antennák méretezése. ISBN 963 10 8552. {{cite book}}: Check |isbn= value: length (súgó)
2. ↑ Szergej Ivanovics Nagyenyenkó - Antennák (СВЯЗИЗДАТ - ÁLLAMI IRODALMI KIADÓ A HÍRKÖZLÉSRŐL ÉS RÁDIÓRÓL MOSZKVA 1959)
3. ↑ Szergej Ivanovics Nagyenyenkó - Antennák (СВЯЗИЗДАТ - ÁLLAMI IRODALMI KIADÓ A HÍRKÖZLÉSRŐL ÉS RÁDIÓRÓL MOSZKVA 1959)