ループアンテナのQ値と効率。スキーム、説明

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ループアンテナのQ値と効率。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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小型のループアンテナは、長年にわたってアマチュア無線家の関心を集めてきました。最近、モーター駆動の制御ユニットを使用して遠隔調整できる市販のアンテナが登場しました。

(波長 X と比較して) 小さいフレームの品質係数 Q が高いことはよく知られており、したがって通過帯域 2Δf = f 0/Q はその共振周波数 f 0 の数パーセントに過ぎません。効率 (フレームの効率) は伝説的な情報であるか、まったく信頼できない情報です。

アマチュア無線の状況では、ループアンテナを作成し、それを目的の周波数 f 0 に同調させ、フィーダと調整することは難しくありません。通過帯域 2Δf は、Δf だけ離調したときに少なくとも入力抵抗の係数が 1,4 倍増加することから簡単に決定できます。フィーダの SWR は、周波数 f 0 での 2,6 から周波数 f 0 ± Δf での約 XNUMX まで変化します。このデータは、構築されたループアンテナの効率を評価するのに十分であることがわかりました (もちろん、その寸法もわかっています)。著者と一緒に、効率。数学が好きではない人は、結論と結果が記載された記事の最後を見るだけで済みます。彼が難しいと思わないことを祈ります (こんにちは)。

そこで、周長 p = πD で、λ/2 よりも著しく小さい「丸い」フレームについて説明します (図 1)。フレームのインダクタンスは同調コンデンサ C の静電容量によって補償されるため、アンテナは共振に同調され、その抵抗は純粋にアクティブになり、R∑ + Rn に等しくなります。ここで、R∑ は放射抵抗です。 Rn - 損失抵抗。この場合、周囲に沿ってほぼ均一に分布した最大振幅のリング電流がフレーム内に確立されます。ケーブルとの調整は、図に示すように、通信ループ、フェライト変圧器、ガンマケーブルなど、さまざまな方法で行われます。 1.

ループアンテナのQ値と効率

まず、ループアンテナの計算に役立つ、アンテナ理論から知られている式を示します。見てわかるように、その放射抵抗 R∑ = 20π2р4/λ4 は非常に小さく、周囲が減少するにつれて急速に減少します。また、効率 = R∑/(R∑ + Rn) であるため、損失抵抗を小さくしようとします。

フレームの品質係数は、従来の発振回路と同様に、共振周波数 X = 2πf 0L における誘導リアクタンスとアクティブ周波数の比、Q = X/2(R∑ + Rn) に等しくなります。分母の 100 は、(整合条件に従って) アンテナのアクティブインピーダンスに等しい、フレームに変換された送信機の出力インピーダンスまたは受信機の入力インピーダンスを考慮するために導入されます。損失のないアンテナ (Rn = 0、効率 = 2%) の場合、有用な放射損失が残るため、品質係数は有限値になります: Q0 = X/XNUMXR∑。効率 = Q/QXNUMX を示すことも簡単です。

フレームのインダクタンスを計算するために、数値係数がわずかに異なる非常に多くの式が文献で提案されています（小さな影響を考慮するのが難しいため、完全に正確な式はありません。つまり、フレームとの形状の違い）。円、ワイヤの最終直径、表面上の電流分布、表皮効果など) d.)。著者は、最も単純でかなり正確な公式、L = μ0R ln(R/r) を使用することを好みます。ここで、μ0 = 4π10-7 H/m は磁気定数です。 R = D/2 と r = d/2 は、それぞれフレームとワイヤの半径です。ここでのすべての寸法は SI 単位です。インダクタンスはフレーム直径 D に形状係数 β = ln(D/d) を掛けた値に正比例することがわかります。その値はグラフに示されています（図2）

誘導リアクタンス X = 2πf0L = πf0Lμ0Dβ を計算し、f0 = c/λ を考慮して周波数から波長に移動してみましょう。 c = 1√μ0/e0(光速) と √μ0/e0 = 120π (自由空間の特性インピーダンス):

品質係数を見つけることは残っています：

他の小型アンテナと同様に (このトピックに関する著者の以前の記事を参照)、品質係数は直線寸法の 3 乗、またはアンテナの近接場の体積に反比例することが判明しました。式を単純化してみましょう。 π ≈ 5 で誤差は XNUMX% 以内なので、最後にそれを書き留めます。

Q0 = β(λ/p)3。

これは、効率 = 100% のループアンテナの品質係数となります。 Q の測定値が小さい場合 (理論的にはそれ以上にはなりません)、効率 = Q/Q0 となります。アマチュア無線家は、フレームの既知の周囲に沿って必要な品質係数 Q0 を計算し、実際の品質係数 Q を測定することで、アンテナの効率を決定できるようになります。

著者: Vladimir Polyakov (RA3AAE)、モスクワ

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陪審
アンテナの品質係数のようなパラメータはなく、アンテナの効率を計算する方法は Goncharenko によって説明されています。また、アンテナのパラメータは mmanna で表示できます。

イゴール
14 MHz を計算してみましたが、直径は 2 m 10 mm です。 Q0=210 であることがわかりました。私の知る限り、そのようなアンテナには Q = 400 ... 1000 があります。効率は 200%...500% になりますか?

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