Лекция 6. Теория малых антенн

Лекция 6

Электрически малыми антеннами называют антенны для которых выполняются условия ка<1 k=2π/λ- волновое число, а- радиус угловой сферы, охватывающей максимальный размер антенны диполя, либо радиус соответствующей полусферы для этого диполя

сфера

антенна

 

Фундаментальные пределы параметров малых антенн:

1. Верхняя граница коэф. усиления не направленной антенны G=4a/λ

2. Добротность-характер отношением запаленной э/м энергии внутри окруж антенну сферы к излучаемой за ее пределы мощности.

Q=ω(We+Wm)/P

Численный расчет добротности эл. малой антенны.

3. Полоса пропускания эл. малой антенны.

Q

Чем меньше радиус антенны, тем больше ее добротность и тем сложнее обеспечить широкополосный прием сигналов. Связь добротности с полосой пропускания стала основной для дальнейшей развития теории малых антенн.

kaQ

 

На данном рисунке приведена графическая схема завис добротности малой антенны от ка.

в

Рассмотрены особенности малых антенн для серьезных проблем их констр вызванных тем что с уменьшением размеров антенны быстро падает ее КПД И ВОЗНИКАЮТ ТРУДНОСТИ В НЕ РЕЗОНАНСНЫХ РЕЖИМАХ при согласовании  малой антенны с источниками или приемниками сигналов. Недостаток антенны заключается в необходимости вертикальной ориентации для обеспечения наилучшего режима излучения. Кроме того с целью защиты пользователя от излучения моб. телефона необходимо минимизировать диаграмму направленности в направлении уха абонента. Наиболее широко свободные от перечисленных недостатков планарные инверсные L и F образные антенны.

Фольгированный слой

Такие антенны применяются в мобильных телефонах, размещая их вдоль длинной стороны корпуса. На вертикальный сегмент антенны подается питание, свободный конец этой антенны через воздух или через диэлектрик оказывается нагружена на эквивалент емкость, образуемою воздушным промежутком либо диэлектриком между антенной и земляной  поверхностью. Длина волны при этом рассчитывается по формуле

λ_г=4(h+в)

Как и у обычного диполя активное сопротивление мало и составляет 4 Ом, а реактивное составляет сотни Ом, что затрудняет согласование с питающей линией. добротность такой антенны определяется выражением

а'- радиус проводника из которого изготовлена антенна

Внутренне сопротивление определяется как

Помимо проволочных антенн возможны варианты их исполнения на основе микрополосковых линий. Так для ноутбуков предложено исп. печатный вариант 2х диапазонной антенны в которых антенна выполнена в виде щелей габариты антенны 5х34 мм. Она рассчитана на работу в диапазоне частот WLAN (2,4-5,2 Ггц)

Перевернутая F- образная антенна (Inverted F-Antenna) IFA.

Стала следующим шагом в развитии L-вибратора

Сигнал подается на внутреннею вертикальную секущею. Антенна этого типа представляет собой по сути 2 L-вибратора разной длины. Введение дополнительного L-сегмента обеспечивает гибкое управление значением вх. сопротивления антенны, значительно упростив согласование. Печатные варианты F- образных антенн в системах MIMO для диапазона частот 2,4-5,2 ГГц

Вопросы к лекции

1. Электрически малыми антеннами называют антенны…?
2. Может ли антенна при а- радиусе угловой сферы, не охватывающей максимальный размер антенны диполя быть малой антенной? Почему?
3. Опишите физический смысл выражения Q=ω(We+Wm)/P
4. Может ли полоса пропускания антенны быть бесконечно большой при высокой добротности? Почему?
5. Может ли полоса пропускания антенны быть бесконечно малой при высокой добротности? Почему?
6. При каких условиях сложнее обеспечить широкополосный прием сигналов малой антенной?
7. Что это за выражение λ_г=4(h+в)
8. От каких недостатков свободны планарные инверсные L и F образные антенны.