Bičová anténa - Whip antenna
Prutová anténa je anténa tvořená rovnou pružného drátu nebo tyče. Spodní konec biče je připojen k rádiovému přijímači nebo vysílači . Anténa je navržena tak, aby byly pružné, takže to není zlomit, a název je odvozen od bič -jako pohyb při které se projevují při vyrušení. Bičové antény pro přenosná rádia jsou často vyrobeny ze série vzájemně propojených teleskopických kovových trubek, takže je lze zasunout, když se nepoužívají. Delší, vyrobené pro montáž na vozidla a konstrukce, jsou vyrobeny z pružné tyče ze skleněných vláken kolem drátěného jádra a mohou být dlouhé až 11 m (35 stop). Délka bičové antény je dána vlnovou délkou rádiových vln, se kterými se používá. Nejběžnějším typem je čtvrtvlnný bič , který je dlouhý přibližně jednu čtvrtinu vlnové délky . Biče jsou nejběžnějším typem monopólové antény a používají se ve vyšších frekvenčních pásmech KV , VKV a UHF . Jsou široce používány jako antény pro ruční vysílačky, bezdrátové telefony , vysílačky , FM rádia , boom boxy a zařízení podporující Wi-Fi a jsou připevněny k vozidlům jako antény pro autorádia a obousměrné rádia pro kolová vozidla a pro letadla. Větší verze montované na střechy, balkony a rozhlasové stožáry se používají jako antény základnových stanic pro amatérské rádio a policii, hasiče, záchranné služby, taxi a další dispečery vozidel.
Radiační vzor
Bičová anténa je monopólová anténa a jako svislý dipól má všesměrový vyzařovací obrazec , vyzařující stejný rádiový výkon ve všech azimutálních směrech (kolmých na osu antény), přičemž vyzářený výkon klesá s výškovým úhlem na nulu na ose antény . Antény biče kratší než polovina vlnové délky, včetně běžného čtvrtvlnového biče, mají jediný hlavní lalok a s dokonale vodivou základní rovinou pod ním je maximální intenzita pole v horizontálních směrech, monotónně klesá na osu. Je -li pod ním malá nebo nedokonale vodivá pozemní rovina nebo žádná zemní rovina, obecným výsledkem je naklonění hlavního laloku nahoru, takže maximální výkon již není vyzařován horizontálně, ale pod úhlem k obloze.
Antény delší než poloviční vlnová délka mají vzory skládající se z několika kuželovitých „laloků“; s radiačními maximy v několika výškových úhlech; čím delší je elektrická délka antény, tím více laloků má vzor.
Svislý bič vyzařuje vertikálně polarizované rádiové vlny, přičemž vertikální je elektrické pole a horizontální magnetické pole.
Vertikální bičové antény jsou široce používány pro jednosměrnou rádiovou komunikaci na povrchu Země, kde je směr k vysílači (nebo přijímači) neznámý nebo se neustále mění, například v přenosných FM rádiových přijímačích, vysílačkách a obousměrných rádia ve vozidlech. Důvodem je, že vysílají (nebo přijímají) stejně dobře ve všech horizontálních směrech, přičemž vyzařují málo rádiové energie nahoru na oblohu, kde se plýtvá.
Délka
Bičové antény jsou obvykle konstruovány jako rezonanční antény; tyč působí jako rezonátor pro rádiové vlny, přičemž stojaté vlny napětí a proudu se odrážejí tam a zpět od jejích konců. Délka anténní tyče je tedy určena vlnovou délkou ( ) použitých rádiových vln. Nejběžnější délkou je přibližně jedna čtvrtina vlnové délky ( ), nazývaná „čtvrtvlnný bič“ (i když často zkrácená použitím zaváděcí cívky ; viz Elektricky krátké biče níže). Například běžné čtvrtvlnové bičové antény používané na FM rádiích v USA jsou dlouhé přibližně 75 cm (2,5 stop), což je zhruba jedna čtvrtina délky rádiových vln v pásmu rádia FM , což je 2,78 až 3,41 m (9 až 11 stop) dlouhý.
Běžné délky jsou také půlvlnné biče ( dlouhé), které mají větší zisk , a biče s osminovou vlnou ( dlouhé), které mají maximální horizontální zisk dosažitelný monopólem.
Zisk a odolnost proti záření
Čtvrtvlnná vertikální anténa pracující proti dokonale vodivému nekonečnému zemi bude mít zisk 5,19 dBi a radiační odpor asi 36,8 Ω . K tomuto zisku se však ve skutečných anténách nikdy nepřistupuje, pokud základní rovina nemá průměr více vlnových délek. 2 dBi je typičtější pro bič s pozemní rovinou . Biče namontované na vozidlech používají kovovou kůži vozidla jako pozemní letadlo. U ručních zařízení obvykle není k dispozici žádná explicitní zemní rovina a pozemní strana napájecího vedení antény je právě připojena k zemi na desce s plošnými spoji zařízení. Proto samotné rádio a možná i ruka uživatele slouží jako základní pozemská rovina. Pokud je šasi rádia menší než samotná anténa, kombinace biče a rádia často funguje spíše jako asymetrická dipólová anténa než jako monopólová anténa . Zisk bude ve srovnání s půlvlnným kovovým dipólem nebo bičem s dobře definovanou zemskou rovinou poněkud trpět.
Biče, které nejsou namontovány na samotném rádiu, jsou obvykle napájeny koaxiálním kabelem s impedancí 50 nebo 75 ohmů. Pro vysílací antény musí být impedance antény přizpůsobena napájecí lince pro maximální přenos energie.
Půlvlnová bičová anténa (délka ) má o něco vyšší zisk než bič čtvrtinová, ale ve svém napájecím bodě na základně tyče má proudový uzel, takže má velmi vysokou vstupní impedanci. Pokud by byla nekonečně tenká, měla by anténa nekonečnou vstupní impedanci, ale konečná šířka dává typickým půlvlnným bičům impedanci 800–1500 Ω. Ty jsou obvykle napájeny přes impedanční přizpůsobovací transformátor nebo sekci pro přizpůsobení čtvrtiny vlny ( J-pólová anténa ). Výhodou je, že protože funguje jako dipól, nepotřebuje pozemní rovinu.
Maximální horizontální zisk monopólové antény je dosažen na délce pěti osmin vlnové délky, takže toto je také populární délka pro biče. V této délce je však radiační obrazec rozdělen na horizontální lalok a malý druhý lalok pod úhlem 60 °, takže vyzařování vysokého úhlu je špatné. Vstupní impedance se pohybuje kolem 40 Ω.
Pozemní anténa
V bičové anténě, která není namontována na vodivém povrchu, jako je anténa namontovaná na stožáru, způsobuje nedostatek odražených rádiových vln od zemské roviny naklonění laloku radiačního obrazce směrem k obloze, takže je horizontálně vyzařováno méně energie směry, nežádoucí pro pozemskou komunikaci. Také nevyvážená impedance monopólového prvku způsobuje vysokofrekvenční proudy v nosném stožáru a na vnější straně vodiče zemního štítu koaxiální napájecí linky. Aby se tomu zabránilo, u stacionárních bičů namontovaných na konstrukcích se často používá umělá „pozemní rovina“ skládající se ze tří nebo čtyř prutů o délce čtvrtiny vlnové délky spojených s opačnou stranou přívodní šňůry, vodorovně sahajících od základny biče. Toto se nazývá pozemní anténa . Těchto několik krátkých drátových prvků slouží k přijímání výtlakového proudu z poháněného prvku a jeho vracení do zemního vodiče přenosového vedení, takže anténa se chová, jako by pod sebou měla spojitou vodivou rovinu.
Odpor radiace čtvrtinové pozemní antény s horizontálními zemními dráty je kolem 22 Ω, což je špatná shoda s koaxiální kabelovou přívodní linkou, a hlavní lalok radiačního obrazce je stále nakloněn nahoru k obloze. Tyče pozemní roviny jsou často (viz obrázky) šikmé dolů, což má za následek snížení hlavního laloku radiačního obrazce, takže je více energie vyzařováno v horizontálních směrech, a zvyšuje vstupní impedance pro dobrou shodu se standardními 50- ohm koaxiální kabel . Aby odpovídaly koaxiálnímu kabelu 75 ohmů, lze konce základní roviny otočit dolů nebo použít skládaný monopolový pohon.
Elektricky krátké biče
Aby se zmenšila délka bičové antény, aby byla méně těžkopádná, často se do série přidává induktor ( zaváděcí cívka ). To umožňuje, aby byla anténa mnohem kratší než normální délka čtvrtvlnné délky a stále byla rezonanční , a to zrušením kapacitní reaktance krátké antény. Cívka se přidává na základnu biče (nazývá se bič se základnou) nebo příležitostně uprostřed (bič se středovým zatížením). V nejpoužívanější formě, gumové kachní anténě , je zaváděcí cívka integrována se samotnou anténou tím, že se bič vytvoří z úzké šroubovice pružného drátu. Šroubovice rozděluje indukčnost po délce antény, zlepšuje vyzařovací diagram a také je flexibilnější. Další alternativou, která se příležitostně používá ke zkrácení antény, je přidání „kapacitního klobouku“, kovové obrazovky nebo vyzařujících drátů na konec. Nicméně všechny tyto elektricky krátké biče mají nižší zisk než bič o plné délce čtvrtvlny.
Vícepásmový provoz je možný s cívkami přibližně v polovině nebo třetině a dvou třetinách, které v nejnižším pásmu příliš neovlivňují anténu, ale vytvářejí efekt skládaných dipólů ve vyšším pásmu (obvykle × 2 nebo × 3 frekvence).
Na vyšších frekvencích (2,4 GHz, ale existují vojenské biče pro pásmo 50 MHz až 80 MHz a jsou standardním problémem pro rádio SINCGARS v rozsahu 30–88 MHz) může napájecí koaxiální kabel stoupat do středu trubice. Izolovaný spoj trubice a biče je napájen z koaxiálního kabelu a spodní konec trubice, do kterého vstupuje koaxiální kabel, má izolovaný držák. Tento druh svislého biče je plný dipól, a proto nepotřebuje žádnou pozemní rovinu. Obecně funguje lépe několik vlnových délek nad zemí, proto je toto omezení normálně pro mikrovlnná pásma.
Poškození antény vozidla
Antény biče na vozidlech mohou být poškozeny automatickým mycím zařízením, zejména těmi, které používají rotující kartáče k abrazivnímu setření nečistot z vnější části karoserie vozidla. Protože kartáče musí být v kontaktu s povrchem vozidla, mohou ohýbat nebo úplně odlomit bičové antény. Tyto antény se obecně doporučují vyjmout nebo zasunout, aby se kartáče nedotýkaly, nebo by majitel vozidla měl používat pouze „bezdotykovou“ sprejovou automatickou myčku aut.
Galerie Obrázků
Viz také
- Taktický vestový anténní systém
- Waves (Juno) (Používá dvě bičové antény pro jeden ze svých senzorů)
- POLE (Používá čtyři bičové antény na sluneční sondě Parker )