Антенна - гвоздь! Вопросы согласования. [Nail antenna match questions]

 Каждый радиолюбитель слышал или читал в интернете, что "согласовать можно и гвоздь, вопрос как он будет излучать!" Пожалуй, рассмотрю эту фразу как руководство к действию и проверю, что ждать от подобного вида коротких антенн! 

Например вот такой гвоздик. Или лучше два, скажем по 10 см на высоте 3 метра, а диапазон допустим 20 метров! Размер антенны - около 2% от полноразмерного диполя! Нарисуем модель в MMANA-GAL:

Bolt

*

14.15

***Wires***

1

0.0, 0.0, 0.1, 0.0, 0.0, -0.1, 8.000e-04, -1

***Source***

1, 0

w1c, 0.0, 1.0

***Load***

0, 0

***Segmentation***

800, 80, 2.0, 2

***G/H/M/R/AzEl/X***

2, 3.0, 0, 50.0, 120, 60, 0.0

Важно уточнить материал гвоздей! Всё таки отличие проводимости железа, от проводимости меди отличается сильно! Итак, железо!

Для угла 20° к горизонту получаем усиление -16.3 дБи! Совсем немного, но как это сравнивать с обычным диполем, который изготавливают из медного или омедненного провода?! Давайте посмотрим на результат моделирования, что будет, если заменить гвозди на медные! 

Получаем для угла 20° к горизонту  усиление -4.1 дБи, что лишь на 4 дБ ниже, чем у полноразмерного вертикального диполя! Так в чем же дело?! А дело как раз в согласовании, а точнее в потерях при согласовании. Воспользуемся утилитой LC-match из пакета GAL-ANA и оценим эти потери! (установлены значения добротности C в 500 и L в 200)

Для железного согласования (Вариант 4):

Получаем 25.47 дБ потерь! При подаче в тюнер 100 Вт, в антенну поступит лишь 0.28 Вт (-5.5 дБ)! 

Для медного согласования (Вариант 2):

Получаем 30.67 дБ потерь! При подаче в тюнер 100 Вт, в антенну поступит лишь 0.081 Вт (-10.9 дБ)! 

Теперь совместим цифры усиления антенны и мощности подводимой к антенне (гвоздям).

Для железа получаем:  -5.5-16.3 = -21.8 дБ

Для меди получаем:  -10.9-4.1 = -15 дБ

Отмечу здесь, что утилита LC-match предлагает несколько топологий согласования с использованием разных комбинаций индуктивностей и ёмкостей, следует выбирать вариант с наименьшим КСВ, а также такой, чтобы компоненты физически могли быть реализованы! Мне кажется, будет сложным найти ёмкость 1.97 пФ, т.к. она уже может быть сопоставима с ёмкостями монтажа схемы согласования!

Несколько удивила в варианте "с железом" и цифра КСВ=1, поэтому я приведу еще один вариант с более реальным КСВ и другими потерями (Вариант 2):

Здесь КСВ=1.65, при этом потери 18.53 дБ (меньше!) и из 100 Вт в антенну поступит 1.32 Вт! 

Следует помнить о том, что сам передатчик сможет отдать только часть своей энергии в тюнер, если КСВ не равно точно единице. КПД отдачи можно оценить по формуле β = 4 / (2+КСВ+1/КСВ)

Не могу сказать, учитывается ли этот момент в финальном результате LC-match. 

В конечном итоге, любая антенна занимается распределением электро-магнитной энергии в пространстве и для одноэлементного излучателя она будет близка к всенаправленной, с учетом влияния отражения и поглощения в подстилающей поверхности, независимо от размера излучателя. 

 

Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA

Для связи с автором есть почта: R2AJA at MAIL RU