題:
何時以及為什麼接地平面或徑向尺寸重要?
Kevin Reid AG6YO
2017-05-21 23:04:36 UTC
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請考慮以下三種情況:

  1. 我的理解是,在製造或安裝設計用於在地平面(例如,四分之一波垂直)上工作的天線時,只要與波長相比足夠大,接地平面就無關緊要(例如,地球,可能使用附加的徑嚮導線耦合,或者未指定尺寸的車頂)。通常將其描述為充當反射器的地平面,因此實際上在“地平面下方”存在第二個四分之一波元件。如果這個比喻是準確的,那麼顯然越大越好。 p>

  2. 垂直共振中心饋電偶極子必須具有一個四分之一波長的下部元件-與情況1對稱,但在物理上實例化。

  3. ol >

    在接地平面天線和同軸垂直偶極子之間的連續天線設計中,為什麼有時會有明確定義的最佳接地平面尺寸,或者說天線元件沒有朝上,

    這個問題不是關於地面徑向網絡的大小,而是關於比較“至少有這麼大的設計” ”這樣的接地平面,例如車頂或通過電線增強的地球,其獨立式設計具有特定的導體長度。

W8JI在2010年qrz.com上的一篇文章中說:“'圖像'不是由徑向部分形成的,它是用於計算模式的理論工具,不是實際存在的東西。我們使用該圖像來在對程序進行建模之前先計算仰角方向圖...現在,除非您沒有計算機就可以進行方向圖計算,否則甚至無需考慮這個概念。“順便說一句,天線下方的半徑不會形成“像平面”。 “像面”是從所有物體到幾個波長(主要是地球)的再輻射累積。
續:“天線下方的所有放射狀系統都為饋電系統提供了一定的推動力,並且它在某種程度上像天線一樣輻射。”另一個人說:“鏡像是一種偽造的工具,用於解釋模式用它作為文字實例會產生心理形象問題。”我同意。
[N6LF](https://www.antennasbyn6lf.com/design_of_radial_ground_systems/)對地面徑向系統進行了廣泛的測量。推薦閱讀。
@BrianK1LI問題不在於地面放射狀網絡的大小。我添加了一段來澄清這一點。
六 答案:
Phil Frost - W8II
2017-05-22 07:20:18 UTC
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也許認為接地層的目的是提供低阻抗。在饋電點,希望所有電流都流進天線,而在同軸共模下則沒有。接地平面的阻抗越低,由於其相對較高的阻抗,同軸共模電流就越小。

如果接地平面的阻抗不比同軸共模低很多,那麼會有很大的共模電流,並且您所構建的不是偶極子,垂直或您嘗試構建的東西,而是其他東西。

無限大的接地平面會很不錯,但是“越大越好”就可以了。電流隨著距饋電點距離的增加而減小,因此在遠距離時電流可忽略不計,因此接地平面(或沒有接地平面)的情況無關緊要。

車頂和UHF天線非常適合此模型。 1.6平方米的屋頂足以使440 MHz天線在任何方向上具有約1.14的波長。在這種尺寸下,如果仔細測量,汽車的幾何形狀對天線的影響也許可以檢測到,但幾乎沒有任何實際意義。

如果要使接地平面盡可能小,四分之一波長半徑是一個好的長度。考慮一個四分之一波變壓器:通過1/4波傳輸線查看一個開路,該開路轉換為短路。同樣的概念也適用於徑向線:將徑向線和單極子想像成一條雙引線,並在一端將其分開以形成L。

這個四分之一波長的大小在升高的單極子中特別重要,也就是說,沒有將徑向子線埋在土壤中的單極子。考慮到,儘管電阻損耗會使土壤效率低下,但土壤可以用作確定的接地平面。如果子午線缺陷較小,則土壤可以彌補這些缺陷,而不會產生太多負面影響。但是,空氣根本不能充當地平面。如果徑向半徑不足,那麼該電流將流向何方?饋線共模?塔?要么最終都可以很好地輻射,但是嚴格來說,這種安排不是單極子。

(非常長的高徑向半徑也可以工作,儘管不太實用。)

垂直共振中心饋電偶極子必須具有四分之一波長的下部元件-與情況1具有相同的對稱性,但在物理上被實例化。

如果下部元件不對稱,從定義上講,它不再是中心饋電的偶極子。但是偏心饋電偶極子可以正常工作。中心饋電偶極子是平衡的,並且理想情況下可以通過平衡的饋線饋電,而無需扼流圈或巴倫。使偶極子偏離中心會使其不平衡,這將需要以相同比率不平衡的饋線或扼流圈。

但是,在許多垂直偶極子設計中,饋線與天線同心,並且一半偶極子是輻射套管巴倫。套筒不平衡變壓器的工作原理是,從饋電點的角度呈現低阻抗,從饋電線的角度呈現高阻抗。它必須是四分之一電波才能工作,因此長度同樣很關鍵。在不同的長度下,它仍然可以構成良好的輻射結構,但本質上不再是平衡-不平衡變換器,因此,需要通過其他方法解決隔離饋線的問題。

因此,我得到的是,較低的偶極子元件與接地平面之間的本質區別在於,與饋電線不同,接地平面從饋電點向外看,提供了一個增加的面積以使電流“衰減”設計將處於中間階段,且衰減較慢。
我強烈建議使用NEC2(或更好的是NEC4)對此類天線進行建模,因為您可以對垂直天線進行建模,然後選擇在空白空間(沒有接地層,沒有任何東西)中,或者在完全導電的接地層上進行建模,就好像您有天線下方或基於接地的電導率和介電常數的實際地面模型上的大量銅海,或者您可以構造自己的發明的徑向接地平面並以不同的長度,不同的徑向數量進行實驗,等等。繼續...
繼續...您可以在計算機上完成所有這些操作,並回答有關接地平面如何影響天線,阻抗,電流,輻射場(起飛角,高增益波瓣和依此類推)。
建議使用NEC4,因為NEC2在某些接地平面(徑向)模型上存在一些問題(收斂性和精度),而NEC4可以很好地解決這些問題。
-1
@PhilFrost-W8II不是“為什麼要成圓錐形”,而是該問題假定圓錐形位於電線和磁盤之間,我希望得出一個答案,將其視為頻譜的極端,而不是兩個不同的情況。但是您已經回答了我的問題-這只是對信息的“表示”的評論,還檢查我的推斷是否錯誤。
-1
@KevinReidAG6YO-如果您想回答有關最佳接地平面尺寸的問題的答案,那麼唯一可能得到的正確答案就是數值建模。這是因為您將使用麥克斯韋方程組設置的問題以及地平面的模型(無論您選擇什麼)都是非線性問題。您可以建模並獲得答案,也可以自己進行實驗,或者閱讀那些在您之前進行建模或實驗的人的知識。
@K7PEH我已經澄清了這個問題。我不是在尋找最佳尺寸,而是在問為什麼有時那麼重要而有時卻沒那麼重要(或更少的事情)。
@KevinReidAG6YO是的,我可能由於誤解了您提出問題的動機。我最喜歡的便攜式天線是垂直於地面的20米四分之一波。我對不同的場景進行了重要的建模(使用NEC4)以實現一個目標:良好的性能以及易於安裝的天線。我一直在使用QRP,因此非常需要好的天線和實用的接地平面(有時只有一根平衡地線)。這是我進行建模的動機,而對我而言重要的是擁有一個好的便攜式天線。
SDsolar
2017-05-22 01:32:38 UTC
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在廣播AM廣播中,通常使用四分之一波塔(因為半波塔價格昂貴,並且更容易造成維護麻煩)。這些塔需要接地平面以這樣一種方式反射信號,即它實際上提供了其餘半波的圖像,從而允許在饋電點處實現最低電壓和最高電流。 (這就是方法和原因)

徑向分開設置為3度,所以其中有120個。理想情況下,它將在良好的導電土壤上,並且埋入的深度應足夠深,以實現良好的耦合,因此割草機可以通過而不會造成損壞。事實證明,具有最高電導率(導線)時,在共振時會提供最佳匹配。 (每個站點都有一個匹配的網絡)。這是為了提供中心饋入半波天線中饋電點的最低電壓和最高電流所需的圖像。

當它們更鬆散地耦合到地面時,實際有效接地平面比電線大得多,這有助於地波傳播。土壤的電導率各不相同,因此提供諧振導線的可預測性是阻抗匹配中最重要的因素。腐蝕進入他們並通過我的檢查(我做了VIP-防止FCC突擊檢查的自願檢查程序-我的報告進入了車站的文件中,而不是FCC,他們喜歡我,因為我來一個工具箱,可以立即修復那裡的所有缺陷)。我一直特別想在天線底座上看到良好​​的牢固接地連接。當塔台在基座上有一條寬的低電阻寬銅帶時,我總是很喜歡它,因此,即使某些電線損壞了,其餘的也會帶走貨物。

Hustler對於他們的5BTV天線提出了一些很好的建議,它們相似,只是沒有業餘愛好者會伸出120根電線。實際上,您可以用更少的電線獲得一個很好的接地平面。我個人的建議是使用20至40根電線,當然,在典型的火腿垂直天線安裝方式中會遇到很多障礙。

在屋頂上安裝需要創建人造地面-平衡地。它應在變送器處接地。我為第15部分LPAM站設計了一些設計,這些站可以用20條導線的相對平衡地延伸超過一英里。那些在物理上必須小於四分之一波長;垂直單元受法規限制為離地面10英尺。 (我建議為此使用Procaster發射器,它是FCC類型認可的,包括一個內部調諧器,一個9英尺螺栓固定天線和一個1英尺接地電纜,因此可以安裝在地網上方。)

垂直天線的向下傾斜地面的工作長度與平面天線大致相同,四分之一波長加上5%。帶寬是垂直行業的一個問題,垂直行業必須覆蓋整個頻段(例如144-148 MHz),因此您希望將部分切割成打算使用的頻段範圍的中間,以便在整個頻段上實現最平坦的SWR頻率範圍。 NOAA氣象廣播天線應削減為162.5 MHz。

那麼,越大越好嗎?這取決於您的波長。 VHF信號幾乎沒有地面波傳播模式,傾斜的徑向有助於將信號向天空發射。當然,垂直分量使發射角保持向下。

同軸偶極子和傾斜徑向天線之間的性能略有不同,但沒有您想像的那麼大。在UHF類似。

除此之外(甚至從70CM開始),您將希望盡可能多地放置全向天線。只需問問任何警察部門,當他們從VHF轉換到UHF時,他們的經歷是什麼,他們會告訴你以前更好。

便攜式無線電在具有5/8波天線的情況下效果最佳,因此它們沒有需要接地平面。 HT中的四分之一波天線在以下前提下工作:無線電體會電容耦合到您的身體,以提供一個(有損,鬆散耦合,形狀不規則的)地面,該地面可以反射出它們所缺少的其他四分之一波(

阻抗是一個完全不同的主題,不僅涉及天線的饋電點,而且還涉及整個色域,包括發射機或無線電棚中的匹配網絡,饋線,微波爐中的磁控管帶有一個集成的輻射元件,該輻射元件使電子管的內部直接與波導相匹配。在這種情況下,只有實驗外套的人才能解釋阻抗。我將不得不屈服於其他所有數學。

總結一下有關接地平面大小何時開始起作用的問題:總是如此。即使在10.5 GHz的波導中。共鳴總是最好的。折衷是在現實世界中做出的,它們都可以在不同程度上發揮作用。更大並不總是更好。

阻抗匹配和共振為王。

除非想將饋線切成半波的奇數倍,否則天線處的匹配阻抗肯定比發射機處的匹配阻抗好。

對於構建天線而言,這是一個非常實用的答案,但我正在尋找更多理論-不是“它會變化”,而是“為什麼以及如何變化”。不過,感謝您讓我想起“圖像天線”這一問題-我已將其作為相關部分納入我的問題中。
Keith Martineau
2017-10-12 17:50:03 UTC
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如前所述,真正的答案是它總是很重要。但是在不同情況下,它因不同原因而重要。您的#1實際上是2種不同的情況。

首先,如果您實際使用地球,則無法更改大小。您別無選擇。具有低電阻和較少RF功率吸收的更好的接地更好。因此,使用徑向有助於通過降低總電阻並更好地耦合實際接地來減少“接地損耗”。越多越好,並且可以更有效地平衡天線。使它們接近正確的1/4長度也有助於平衡。使用凸起的徑向線有助於減少對實際地球的依賴(減少損失),同時仍保持靠近地球。

如果您使用車頂(或類似物體),則其主要目的是將電容與實際電容耦合。地球。更大的效果更好。

在您的第二個示例中,徑向線為射頻走線提供了一條路徑,該路徑不是同軸電纜,並且可以平衡天線。這形成了良好的輻射圖。可以使用角度和長度(以及一定程度的徑向數)將天線調整到更好的電阻匹配這一事實也是一個加號。 Walt,W5ALT對變化的徑向長度和角度及其引起的影響進行了有趣的研究。 http://www.hamuniverse.com/w5altradialnotes.html

在您的第三個示例中,它基本上與第二個示例相同。唯一的區別是,只有一半的RF電流流過天線的一半。它仍然提供RF路徑,平衡天線,並有助於創建良好的輻射方向圖。

Richard Fry
2017-10-28 17:05:27 UTC
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對於給定的垂直單極子而言,理想的埋入式半徑的長度和數量在很大程度上取決於其埋入地球的工作頻率和電導率。下圖顯示了此處所示條件的示例。

一組120條水平徑向線,每條自由空間波長λ/ 4的rf損耗即使埋在地下也通常為2Ω或更小

當埋在高電導率(例如10 mS / m或更高)的土壤中時,較少/較短的徑向半徑可以產生可接受的rf損耗和天線系統輻射效率。

Earth Conductivity vs Loss in Buried Radials

此線程中一些其他評論的後續行動:

“在廣播AM廣播中使用四分之一波塔是標準做法(因為半波塔價格昂貴,而且維護起來比較麻煩)。“

請注意,1/4波塔不能由50 kW,24/7,非定向“ A類” AM廣播電台(例如WLW,WJR,WGN等)使用,因為它們至少不會產生FCC對該類電台要求的最小地波場。這些電台大多數都使用電高度在180到195度範圍內的塔。

“這些塔需要接地層以這種方式反射信號,從而實際上提供其餘部分的圖像。允許在饋電點處的最低電壓和最高電流的半波。”

與這種單極子一起使用的埋入式徑向線的目的是為低電壓提供低電阻路徑。由於其輻射,在地球上感應到的射頻電流在單極子基座的1/2波長范圍內。為了獲得最佳的系統輻射效率,必須將它們收集起來並傳遞回發射系統的r-f接地端子。這些收集到的地電流之和等於沿著單極子本身流動的電流。

“將半徑切成四分之一波長加5%。”

埋入式徑向函數與地球表面上方的徑向函數有很大不同。存在於埋入徑向上的r-f電流源自與它們一起使用的單極子的輻射場。升高的徑向上的射頻電流的源頭是直接連接到射頻發生器本身(發射機)的金屬連接。

某些A類AM廣播電台使用的埋入式徑向線長於〜1/4波長減少射頻接地的損耗。例如,芝加哥WLS使用240個埋入式輻射半徑,每個埋入式輻射半徑均為每個自由空間波長的〜550英尺=〜550英尺。 p>

為進一步了解,下面是一個剪輯,描述了當使用埋入式徑嚮導線時,任何電高度的單極輻射器的系統電特性。

作者展示了為什麼這種埋入式子午線的長度需要大於自由空間波長的一半。

enter image description here

我的問題是關於長度在不同的天線設計中為何重要或無關緊要,而不是如何選擇長度。
最佳情況下效率為21%,輻射電阻為1.52歐姆!它必須比1/4波單極子短得多。
是的,它是-所示的單極子高10米,在分析頻率1.85 MHz處的電氣長度約為22.2°。但是,該圖形仍然顯示了我帖子的第一句話的意思:“對於給定的垂直單極子而言,理想的埋入式半徑的長度和數量在很大程度上取決於其埋入地球的工作頻率和電導率。 ”
您好,Richard,“(很抱歉,我的帖子很晚-我剛剛找到了這個論壇...)”無需道歉!與火腿論壇不同,這裡*晚一點的答案-甚至晚幾年-都是*歡迎的。您甚至可以通過回答一些老問題而獲得聲望點。
Rich Morgan - KF9F
2020-03-15 04:26:25 UTC
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  1. 所有天線都是雙列天線。
  2. 這意味著1/4波垂直需要1/4波附加。在地球上開發了1/4波(因此,您的術語“地球儀”,即天線ETC)。應用於天線的信號將首先找到最適合它的信號,如果無法使用,請更換地球。考慮衛星。鬆散的錐形尖刺,巴拉布拉圓錐形,無論懸在其上的什麼,都將衛星的身體用作地面。哦,你說;衛星體是否為非導電材料,該怎麼辦? PCB接地將盡其所能,這就是屏蔽或接地連接的原因(就像SO-239的鐵桶必須-必須與天線的接地良好耦合。 SO-239既可以焊接在PCB上,也可以焊接在衛星的外殼上(或兩者兼而有之),並且天線也可以通過電氣來確保。'73KF9F豐富
  3. ol>
請編輯您的帖子。所有大寫字母的內容都像是在喊。
@mike65535不要討厭。易於閱讀並具有優點。
可證明@user2497是錯誤的。
RF engineer
2018-04-26 20:40:46 UTC
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大多數火腿將“平衡點”與“地平面”混淆,兩者完全不同。平衡點就是您所稱的1 \ 2波偶極子的另一半。地平面就是散熱器的射頻反射器。為什麼最錯誤地認為1 \ 4波接地平面半徑必須與散熱器長度相同,而實際上它們至少應比散熱器長至少10%,並且可以長很多倍。這只是許多老婆之一火腿社區創造和延續的故事。

該答案在沒有給出任何解釋的情況下做出斷言,並且比現有答案沒有更好地解決特定問題。 (擴展的好地方是:為什麼要增加10%?成為反射器和成為偶極子的一半有什麼區別?如何分辨天線元件是一個還是另一個?)


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
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