Антенны. Инфо. Физика радиоволн для самодельщиков.

Введение в конструирование антенн.

Идея разработки супер-уникальной антенны для радиоприема или телевидения периодически посещает пытливые умы потребителей волнового контента. Порой этому способствует плохое качество приема малочисленных станций ... Порой на это наталкивают неожиданно возникшие особенности сверхдальнего прохождения радиосигнала ... Или, простое человеческое любопытство ...

Последнее, что меня убило - это биконическая широкодиапазонная антенна стоимостью 79965 руб ... Понятно, что это патентованное изобретение ... Понятно, что использовались сложнейшие расчеты с учетом распространения волн, согласования сигналов и диэлектрических свойств материалов ...

Как это делали раньше? Брали провод, снимали изоляцию с верхней части и оголенные ниточки проводников распушивали в виде зонтика ... Вроде бы приемник начинал ловить лучше ... Или, это был самообман ... Или нет? ...

Конечно, встречались различные объяснения некоторых особенностей работоспособности антенн ... Захотелось упорядочить их и навести хоть какой-то порядок в голове ... Забегая вперед, скажу, что получился какой-то радио / физико / математический справочник ... Который дает некоторые разъяснения - но не говорит, как сделать хорошую антенну своими руками ...

Примечание : коммерческая антенна EggBeater, всенаправленная, с круговой LHCP или, чаще - RHCP поляризацией (с возможностью легкого переключения), при цене / стоимости $350 (почти 30000 руб.), наверное - самый лучший выбор и простой способ изготовить антенну своими руками и в домашних условиях ...

Основные физические понятия радиоволн.

Волна.

Волна - колебательный процесс, развивающийся в пространстве и времени, в общем случае - синусоида. Волна переносит энергию по веществу пространства, не передвигая его / их ... только вызывая возмущение среды ... Скорость распространения волны - кинетическая энергия, возмущение пространства - потенциальная энергия. Предполагаю, что силы противодействия образовавшемуся возмущению заставляют потенциальную энергию снова переходить в кинетическую, и двигаться дальше, ослабевая от естественных потерь, и со временем затухая ...

Синусоида.

Синусоида - это кривая отображаемая на прямоугольных координатах. В расчетах используются sin, cos. Косинусоида это частный случай синусоиды и практически не используется, как излишний термин. В общем понимании синусоида - это проекция круга, развернутая во времени на листе бумаги / графика. Или, круг - это синусоида, представленная в виде замкнутой окружности в пределе одного периода / поворота ...
Поэтому, в некоторых измерениях, длина / свойства антенны или волны измеряются в единицах угла или радианах.

Угол и радиан.

Угол - это сектор мнимого круга, образованный двумя прямыми (лучами) из центра круга и спроецированный на окружность. Сектор окружности, полученный пересечением прямых с окружностью указывает значение угла в градусах. Если совместить одну прямую с нулем начала отсчета круга / окружности, вторая прямая укажет истинное значение угла в градусах. Следует отметить, что у круга нет нуля отсчета / любая точка может быть назначена нулем / поэтому измерения проводятся в некоторой, предварительно заданной системе координат ... При, этом, принято считать, что полный круг - это 360 градусов.
Градус - древняя единица измерения углов ... Почему круг 360 градусов? Древне-Вавилонский календарь ежедневно, в течении года, отмечал 360 возможных положений солнца по окружности. Впоследствии эти положения назвали градусами.
Радиан - современная единица измерения углов в математике и физике.
Rad_радиан = 180 / π = примерно 57.3 градуса.
Радиан = Градус * π / 180 ; Градус * 0,0174532925199444
Градус = Радиан * 180 / π ; Радиан * 57,29577951307855

Таблица соответствия градусов и радианов.

Градусы	Радианы	π
0	0	0
30	0.525	π/6
45	0.79	π/4
57.29	1	-
60	1.05	π/3
90	1.57	π/2
114.59	2	-
120	2.09	2π/3
135	2.35	3π/4
150	2.62	5π/6
171.88	3	-
180	3.14	π
210	3.66	7π/6
225	3.93	5π/4
229.18	4	-
240	4.18	4π/3
270	4.71	3π/2
286.47	5	-
300	5.23	5π/3
315	5.5	7π/4
330	5.76	11π/6
343.77	6	-
360	6.28	2π

Длина волны.

Длина волны / синусоиды - это расстояние между двумя вершинами, в которых колебания находятся в одинаковой фазе.
Длина волны λ = с_скорость_света * T_период. Принимается, что фазовая скорость волны равна скорости света,
λ = u_фазовая_скорость_волны * T_период.
В радиолюбительской практике более популярны расчеты по частоте ...
f_частота = 1 / T_период, следовательно, Длина волны
λ = с_скорость_света / f_частота .
Длина волны в среде короче, чем в расчетном вакууме, и с учетом преломления среды, проницаемости среды и потерь в изоляции для расчетов введен коэффициент укорочения. Эффект укорочения проявиться в большинстве случаев практических применений, однако в СВЧ / КВЧ волноводах волна может удлиняться за счет большей фазовой скорости.

Колебания.

Колебания - это процессы, при которых состояние системы (визуально на графике) регулярно повторяются во времени, или, повторяются циклично, что может быть применимо к радиоволнам.
Колебания вынужденные - образуются во время внешнего воздействия, например, генератора колебаний или принимаемой волны. При совпадении вынужденных и собственных колебаний на основной или кратных частотах возникает явление резонанса.
Колебания параметрические - образуются при изменении параметров системы. Эффект наиболее проявляется с изменением параметра на удвоенной частоте собственных колебаний системы.
Колебания самопроизвольные - автоколебания. При переходе потенциальной энергии в кинетическую, в сочетании с естественной потерей энергии, становятся затухающими колебаниями. Здесь не очень понятна природа и полезность автоколебаний ... Любая система / или, возможно, под действием гравитации / стремиться к выравниванию всех противодействующих сил и переходу в состояние покоя ... Если, для запуска системы требуется импульс - это вынужденные колебания ... Если, для запуска системы требуется изменение параметра - это параметрические колебания ... Если, это естественные колебания Земли, например, волны гравитации - то, пока я не думал на эту тему и как их использовать ... Всем известен пример разрушения моста, по которому шел строй солдат ... Это автоколебания, запущенные вынужденными колебаниями, перешедшие в резонанс - и окончившиеся саморазрушением ... Тут, еще, сильно попахивает параметрическими колебаниями, так как мост - не цельная конструкция, а собранная из элементов, где их взаимодействие - это изменяемые параметры целой системы ... Возможно, в цельном прутке антенны таких деструктивных действий - и не происходит ...

Период волны.

Период волны - это время, за которое волна проходит свою длину / расстояние между двумя вершинами. Период колебаний - это промежуток времени, через который состояние системы повторяется. Период волны и колебаний это одно и тоже для волн с синусоидальным, колебательным сигналом.

Частота колебаний.

Частота колебаний - величина повторений колебаний в секунду, величина обратная периоду,
f_частота = 1 / T_период .
Частота цикличная / угловая, радиальная, круговая / мера частоты вращательного или колебательного движения,
ω = 2 * π * f_частота.
ω = 1/√L/C , формула циклической частоты свободных колебаний для LC контура.
Для примера, количество оборотов в минуту ...

Эффект Доплера.

Эффект Доплера, доплеровский эффект - при сближении с источником волн частота повышается, при удалении от источника волн частота понижается. Этот эффект проявляется при радиосвязи с движущимися объектами и, особенно - при высокочастотной космической радиосвязи со спутниками, когда поправка частоты рассчитывается специализированными программами радио / навигационного приема, учитывая координаты спутника и направление его движения.

Фаза, сдвиг фаз.

Фаза ... Наиболее трудно воспринимаемое понятие ... Угловая величина выполненной работы / пройденного пути / от начала колебания ... Измеряется в градусах или радианах.
Какой практический интерес представляет фаза и фазовый сдвиг : синусоиды тока, напряжения и ЭДС самоиндукции в исследуемой цепи могут быть сдвинуты по времени одна относительно другой.
Сопротивление реактивное вызывает в цепи сдвиг фаз между напряжением и током.
Сдвиг фаз положительный = ток отстает от напряжения.
Cдвиг фаз отрицательный = ток опережает напряжение.

Колебательный контур.

Колебательный контур - простейшая электрическая цепь соединения индуктивности и емкости, в которой могут протекать свободные электромагнитные колебания.
Свободные электромагнитные колебания возникают за счет собственных запасов энергии в системе / схеме, без привлечения дополнительной энергии извне, и затухающие в следствии естественных потерь. Длительность колебаний обратно пропорциональна потерям энергии в контуре.
Резонанс токов - это процесс протекающий в колебательном контуре, при котором токи, протекающие через индуктивность и емкость, превышают общий ток контура в некоторое число раз, называемое добротностью.
Формула резонансной частоты LC контура : f_резонанс_LC=1/2*π*√L*C .
Добротность контура, Q. Известное правило : от перемены мест слагаемых сумма не меняется - не подходит для резонансного контура. Несмотря на то, что произведение получается одинаковым при различных значениях L и C - добротность контура будет различной ... Добротность контура определяет ширину резонанса и отношение запасов энергии к потерям энергии за время изменения фазы на 1 радиан. Добротность обратно пропорциональна скорости затухания собственных колебаний в системе. Чем выше добротность контура - тем меньше потери энергии, и медленнее затухания колебаний, тем шире полоса пропускания.

Последовательный LC контур, элементы соединены последовательно, эквивалент сопротивления R подставляется последовательно. Добротность контура растет с увеличением L. Добротность, Q=1/R*√L/C , или = ω*L/R , где
ω - резонансная частота контура
√L/C - волновое сопротивление контура
R - активное сопротивление контура

Параллельный LC контур, элементы соединены параллельно, эквивалент сопротивления R подставляется параллельно.
Конденсатор задерживает постоянный ток и пропускает переменный ток. Сопротивление конденсатора зависит от емкости конденсатора и частоты сигнала. Конденсатор оказывает высокое сопротивление токам низкой частоты и легко пропускает токи высокой частоты.
- Увеличение емкости конденсатора снижает сопротивление переменному току.
- Увеличение частоты снижает сопротивление переменному току.
- Сопротивление емкостной цепи больше при меньших емкости и частоте.
Сопротивление конденсатора Xc=1/ω*C , или Xc=1/2*π*f*C .
Сопротивление конденсатора реактивное, т.к. он не потребляет ток для выполнения работы, хотя безусловно, какие-то потери на излучение могут иметь место ...

Индуктивность, катушка или дроссель, пропускает постоянный ток и задерживает переменный, чему способствует возникновение ЭДС самоиндукции. ЭДС самоиндукции препятствует возрастанию тока и поддерживает его значение при снижении тока. Сопротивление катушки индуктивное.
- Увеличение индуктивности увеличивает сопротивление переменному току.
- Увеличение частоты увеличивает сопротивление переменному току.
- Сопротивление индуктивной цепи больше при больших индуктивности и частоте.
- Сопротивление индуктивности XL=ω*L , или XL=2*π*f*L .
- Индуктивность включает не только реактивное индуктивное сопротивление, но и активное сопротивление потерь проводников катушки, полное сопротивление определяется импедансом. Импеданс, в силу различности реактивного и активного сопротивления не может быть просто суммирован, но может быть найден геометрически (комплексные вычисления), по сторонам прямоугольного треугольника.
- катет, стороны прямоугольного треугольника, образующие прямой угол.
- гипотенуза, сторона прямоугольного треугольника напротив прямого угла.
- горизонтальный катет - индуктивное реактивное сопротивление.
- вертикальный катет - активное сопротивление.
- гипотенуза - импеданс, комплексное сопротивление.
- Импеданс, Z=√R_акт^2+XL_реакт^2

Несколько колебательных контуров образуют фильтр частот. Фильтр может применяться для блокирования нежелательных частот выше или ниже необходимой.
- Low-pass Filter – это фильтр низких частот, т.е. ФНЧ, фильтр блокирует нижние частоты относительно настройки фильтра.
- High-pass Filter – это фильтр высоких частот, ФВЧ, фильтр блокирует верхние частоты относительно настройки фильтра.

Единица Пи.

π (3.14 / 3.1415 / 3.14159265359) - математическая постоянная, равная отношению длины окружности к ее диаметру.
Длина окружности / периметр круга, P_окружности = π * D_диаметр, или π * 2 * R_радиус .
Можно считать, что длина волны / синусоида - это окружность круга ... Только, развернутая во времени / движении ...

Импеданс, комплексное сопротивление.

Импеданс, Z_импеданс - сумма реактивных индуктивного и емкостного сопротивления ...
Импеданс - сумма реактивного и активного сопротивления ...
Короче говоря, совсем запутали ... Импеданс - это комплексное сопротивление системы, зависимое от сопротивлений ее составляющих ...
Резонанс - соответствие колебаний в колебательном контуре (антенне) на основной частоте волны и ее гармониках.
Сопротивление реактивное, R_реакт - сопротивление цепи, способное циклически накапливать / отбирать и отдавать мощность обратно, относится и к емкости, и к индуктивности.
Сопротивление активное, R_акт - сопротивление цепи, вызывающее необратимое превращение электрической энергии в другие формы энергии, преимущественно в тепловую, как на полезную работу, так и на потери, относится к индуктивности и сопротивлению проводников.
Следует ли понимать, когда говорят сопротивление антенны, это = импеданс антенны? Возможно, да ...
Входной импеданс антенны - отношение напряжения к силе тока на клеммах антенны ... А, что это такое? А, это уже - закон Ома = R = U / I ... Вот, мы и вернулись в школу ... 3 класс, вторая четверть ... Вообще, многие электрические законы базируются на законе Ома и модулируются особенностями свойств частных случаев применения ...
Входное сопротивление антенны влияет на КПД антенны и КУ, коэффициента усиления антенны.
КУ, коэффициента усиления обычно рассматривается в направлении максимума диаграммы направленности антенны.

Гармоника.

Гармоника ... Возможные дополнительные колебания на частоте кратной частоте основного сигнала ... Если, идеальная волна - синусоида, то гармоническая волна образована множественными, более высокочастотными волнами, сумма которых образует основную синусоиду ...
Если, в музыке, гармоническая волна может давать приятное и богатое звучание, при приеме радиоволн это воспринимается как помехи ... Которые должны быть отфильтрованы ...
Гармоника, это или увеличение частоты f_частоты * N или уменьшение длины волны λ / N , где N - это номер гармоники, 2, 4 четные, 3, 5 нечетные ...
Основной волне соответствует первая гармоника ... Можно предположить, что если сигнал двоит / отражается, то это первая гармоника? Или, это просто отраженный сигнал, а гармоника может возникать где-то на уровне возбудителя волны? Или, основной сигнал - это и есть первая гармоника? Я не знаю ... Однако, где-то читал, что λ / 2 - это первая гармоника ... Как всегда, в мире все запутано для того, чтобы мы не знали всей правды ...

Мощность, характеристики.

Характеристики мощности : S, P, Q.
S, мощность полная, ВА, V_вольт * I_ампер.
p(t), мощность мгновенная, без учета сопротивления цепи, p(t) = V(t) * I(t) .
P, мощность активная, Ватт, среднее за T_период значение мгновенной мощности,
P_мощность_активная = V_вольт * I_ампер * cosφ .
Q, мощность реактивная, ВАр, V_вольт * I_ампер ; Q = U * I * sinφ .
k, (PF, Power Factor), коэффициент мощности, cosφ, это сдвиг фаз между напряжением и током,
P_мощность_активная / S_мощность_полная .
Взаимосвязь мощностей : S^2 = P^2 + Q^2 .
Комплексная мощность с импедансом, Z_импеданс : S = I^2 * Z ; S = U^2 / Z
Примечание : cosφ, еще раз, почему этот непонятный параметр так важен в электротехнике?
- мощность активная используется полностью, без остатка, на полезную работу.
- мощность реактивная переливается туда / сюда по системе, теряясь на сопротивлении проводников, то есть потери происходят без совершения работы - и потери тем больше, чем меньше cosφ.
- внешне cosφ очень похож на КПД, однако это не так, КПД = выходная мощность (кВт) / входная мощность (кВт).
- cosφ = входная мощность (кВт) / входная мощность (кВА) ...
- кВА, это полная потребляемая мощность, сумма реактивной и активной мощностей ...
- кВт, это активная мощность, затраченная на выполнение работы ...
- кВА реактивная - осталась болтаться в индуктивностях и емкостях энергоустановки ...
- Не все энергоустановки имеют реактивное сопротивление, индуктивность, емкость ...
- Спираль плитки / чайника всю полученную мощность переводит в активную ... Угол между током и напряжением = 0, cosφ = 1. Несмотря на то, что нихромовая спираль имеет резистивное сопротивление, которое с ростом температуры увеличивает сопротивление току, подозреваю, что она имеет и индуктивное, и емкостное сопротивление, которые в случае нагревателя - минимальны или не имеют значения ...
- Значащее реактивное сопротивление могут иметь индуктивность и емкость с очень большими / или очень малыми значениями - в зависимости от применения или рабочей частоты ...

Узлы и пучности тока и напряжения.

... Я не могу ответить на вопрос, образуются ли при идеальном приеме волны - узлы и пучности ... По идее, волна попав в антенну и двигаясь по ней создает движение изменяемого по величине тока, который создает электромагнитное поле, которое индуктирует ЭДС самоиндукции ... ЭДС самоиндукции стремится уничтожить волну, породившую ее и тем самым привести систему в равновесие ... Волна, если все еще в состоянии, должна дойти до согласованного по волновому сопротивлению входа в приемник / или, что более работоспособно - попасть на высокоомный вход приемника / ... и, все ... поглотиться на нагрузке ... или приняться входным усилителем сигнала ... При этом не указывается есть ли узлы и пучности ... И если да - то какие они ... Сам я даже и не пытался их измерять ...
Однако, при рассмотрении несогласованного сопротивления линии и входа всегда рассматривается возможность отражения волн, возникновения стоячих волн, которые являются родителями узлов и пучностей.
Узлы (точки низкого напряжения) образуются на расстоянии λ/2 друг от друга.
Пучности (точки высокого напряжения) образуются на расстоянии λ/2 друг от друга.
Между чередующимися узлами и пучностями напряжения расстояние λ/4.
Узлы и пучности тока сдвинуты относительно напряжения еще на λ/4.
Узлы тока совпадают с пучностями напряжения, и наоборот.
Возможен пробой линии, как правило - мощностью радио / передатчика. Возможна потеря сигнала радио / приемником.
Проблема проявится на расстоянием в четверть длины волны от конца линии.
Длина фидеров рассчитывается таким образом, чтобы при питании антенны током на концах фидера получалась пучность тока, а при питании напряжением находилась пучность напряжения.

Конструктивные особенности антенны

Искажения и помехи в антенне, в первую очередь - возникают там, где они могут возникнуть, а во вторую - там, где они в принципе возникнуть не должны ...
Добротность антенны, Q = R_излучения / R_антенны.
R_излучения = L_длина / D_диаметр прутка штыря антенны.
Широкополосность антенны : широкополосная ... 25 ... L_длина / D_диаметр ... 75 ... настроенная
Расчетная минимальный диаметр / толщина противовесов / если применяются :
d_противовеса = D_штыря / 2,4 * n_количество_противовесов
Широкополосные конусные антенны : угол конуса для наибольшего перекрытия = 60 градусов, максимальная длина волны = 3,5 * длина конуса.
Волна, переданная с вертикальной поляризацией должна приниматься вертикально установленной антенной ... При горизонтальной установке антенны сигнал приема значительно ослабевает ... Примерно в 100 раз ... Волна имеет электрическую и магнитную составляющую ... Поляризация совпадает с направлением электрической составляющей волны.

Сопротивление штыревой антенны.

Эти данные сравнительного сопротивления и могут не соответствовать действительности ... Вообще, каждая антенна должна быть индивидуально рассчитана, а затем - настроена ...
Настройка антенны :
- для удлинения антенны используют переменный конденсатор ...
- для укорочения антенны используют переменную индуктивность ...
- для широкополосной антенны используют и конденсатор, и индуктивность ...
Сопротивление конденсатора C ...
- для тонких антенн С = 5 ... 7 пФ/м, толщина около 3 мм ...
- для толстых антенн С = 8 ... 12 пФ/м, толщина около 10 мм ...
- с повышением частоты сопротивление конденсатора падает ...
- с повышением емкости сопротивление конденсатора падает ...
- по мере укорочения длины антенны емкостное реактивное сопротивление растет ...
Сопротивление индуктивности L ...
- для тонких антенн L = 2 мкгн/м, толщина около 3 мм ...
- для толстых антенн L = ???
- с повышением частоты сопротивление индуктивности растет ...
- с повышением индуктивности сопротивление индуктивности растет ...
- по мере укорочения длины антенны индуктивное реактивное сопротивление падает ...
С увеличением длины активное сопротивление антенны возрастает ...

Заземление антенны.

Заземление антенны, не как прямое замыкание на землю, а как экран / земля для штыря антенны, которое при правильном согласовании заменяет землю ...
Противовесы играют роль заземления антенны.
Наибольшие потери штыря, в зоне заземления, в пределах 0,35 λ
Снижение потерь требует замыкающего кольца / соединения противовесов.
Противовесы не должны касаться земли.
Изолированные противовесы могут погружаться в землю на 1/128 λ для лучшего приема волн, наводимых в земле.
Противовесы располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга.
Угол между штырем и противовесами 90 ... 135 градусов.
Угол между штырем и противовесом / 75 ом, как в антенне ТВ / 180 градусов.
Длина противовесов равна длине штыря - для лучшей направленности.
Чем короче штырь - тем больше противовесов, как минимум λ / 4 - требуется для работы укороченной антенны, не менее 10 ... 12.

КПД, КУс и КУк антенны.

КПД, коэффициент полезного действия, КУс, коэффициент усиления и КУк, коэффициент укорочения.
Простая штыревая антенна имеет КПД около 47%.
Штыревая антенна с 12 противовесами имеет КПД около 19%.
Штыревая антенна с 3 противовесами имеет КПД около 5%.
КУс, коэффициент усиления < 1, для антенн с низким КПД : ...
- электрически малые антенны, укороченные, малогабаритные антенны ...
- антенны широкодиапазонные с поглощающими элементами ...
- антенны низкорасположенные от земли / грунта ...
Высота установки - для настроенной антенны с собственной землей не играет значения ...
Высота установки - выше длины волны λ не требуется. Установка ниже λ - волна начнет замыкать на землю при передаче ... При приеме, возможно, несущественно ...
АБВ, антенны бегущей волны, могут иметь значение 2 * λ и более, предполагается равное = полному числу, кратному волне ... Ну и длина - соответствующая ... Однако, могут обладать лучшим усилением, направленностью, реактивной согласованностью ... Параллельные, П - образные, Г - образные типы АБВ ...

Защита / Грозозащита антенн.

Рекомендуется покрывать антенны и противовесы радиокраской для снижения коррозии и радиопомех.
Для снижения риска повреждения радио / аппаратуры атмосферным электричеством - между штырем и противовесом, и противовесом и землей - установить сопротивления 10 ... 100 кОм / 2 Вт.
В штыревой антенне грозовые разряды могут вызывать помехи, а от прямого попадания не спасает ничего ...

Радио / Магия : λ / 4

Все время, среди многочисленных описаний физико / математических параметров встречается магическое значение λ / 4. Это не так заметно при разрозненных сведениях, получаемых в различное время ... Но, когда вы читаете это на одном дыхании - вы начинает замечать какой-то подвох ... А, подвох - есть всегда ... Что это за магическое значение λ / 4 ?
Волшебство λ / 4 в ее многозадачности, многофункциональности, как, например, у золы : является удобрением для земли, помогает при изжоге, отпугивающее средство от клещей и других кровососущих насекомых ...
Укорочение волн - реальная волна может быть немного короче - достаточно вибратора антенны λ / 2, λ / 4 ...
Применение делителя λ позволяет конструировать эффективные и компактные антенны ...
Для широкополосных антенн : применение индуктивности позволяет одной и той же индуктивностью - немного укорачивать антенну на одном диапазоне - и немного удлинять на другом ... А, также, слегка подстраивать, переменной индуктивностью ...
Для резонансных антенн : емкость - убирает лишнюю длину, индуктивность - добавляет недостающую длину ...
Резонансная антенна λ / 4 предполагает возможность получения пучности на конце антенны, которые также располагаются с λ / 4 ... На заземленном конце антенны не может быть пучности напряжения (земля имеет нулевой потенциал), поэтому у земли образуется узел напряжения и пучность тока при длине волны 3/4 λ ...
Длина антенны λ / 4 или 90 градусов угловой длины = сопротивление излучения 50 ом - легкость согласования ...
Настроенный в резонанс штырь λ / 4 можно установить одним концом прямо на землю ... И подключиться к нему в любой точке ...

Это интересно ...

Движение синусоидальной волны - это колебания относительно некоей точки покоя ...
Собственные свободные колебания антенны => длина антенны => сопротивление, индуктивность и емкость => частота => длина волны ...
В одном направлении, по проводу, волна проходит длину антенны за один полупериод ...
Длина антенны = λ / 2 ...
Вопрос : то есть - нет необходимости использовать антенну длиной в λ? Или, это уже начинает получаться антенна бегущей волны ? ...
Для настройки антенны с заземленным концом в резонанс и получения пучности тока потребуется антенна λ / 4 ...
Практически, с учетом влияния окружающих помех (а, возможно и кабеля связи) длина антенны может получиться λ / 5 ... λ / 6 .
Для облегчения согласования антенны с кабелем - в практике используется незначительное удлинение антенны от λ / 3,8 для 50 Ом ; до λ / 3.33 для 75 Ом ...

Согласование кабеля и радиоаппаратуры.

Согласование кабеля с нагрузкой, антенной или входом радиоаппаратуры, прежде всего преследует цель избежать возникновение стоячих волн, согласование компонентов конструктивно различных по сопротивлению, снижение потерь полезного сигнала (отношение сигнал / шум), с целью увеличения помехозащищенности, улучшения КПД, КБВ ...
КБВ, коэффициент бегущей волны, отношение наименьшего значения к наибольшему амплитуды напряженности поля бегущей в линии волны. Коэффициент бегущей волны - это величина обратная коэффициенту стоячей волны.
Согласование параллельным реактивным элементом требует точности изготовления, соответствия заданным параметрам, сложно и непрактично.
Согласование последовательным реактивным элементом более просто и удобно ...
- компенсирование неточности изготовления
- слабое влияние на активную часть входного импеданса
- легкая настройка реактивной части входного импеданса

Согласование последовательным элементом, расчет R+jX, комплексное сопротивление. jX используется для расчета Xc и XL при переводе последовательного импеданса в параллельный и, наоборот, параллельного импеданса в последовательный ...
- При расчете используются знаки, так как Xc и XL взаимокомпенсируются ...
- При согласовании двух сопротивлений элемент с большим сопротивлением преобразуется к меньшему сопротивлению путем подключения к нему емкости. Дополнительная емкость взаимокомпенсируется подключаемой дополнительной индуктивностью.
- Для меньшего согласуемого сопротивления рассчитывается индуктивная реактивность.
- Для большего согласуемого сопротивления рассчитывается емкостная реактивность.
- Сопротивление заменяется на емкость + сопротивление половинных величин (суммарно равных сопротивлению).
- Параллельные емкость + сопротивление заменяются на последовательные емкость + сопротивление половинных величин от исходных, для случая R = jXc

# Подробнее о расчетах согласования волновых сопротивлений можно узнать в статье

...

- КСВ = R_нагрузки / R_кабеля, обычно приемлемые значения в диапазоне 1,1 ... 2,0
- Коэффициент Q = √ КСВ - 1
- Реактивная индуктивность XL = Q * R_меньшее = j
- Реактивная емкость Xc = R_большее / Q = -j (знак минус указывает, что это емкостный реактанс / противопоставление)
- Частота, герц, f - для продолжения расчетов на необходимой частоте ...
- расчет индуктивности L = jXL / 2 * π * f , мкГн
- расчет емкости C = 1 / ( 2 * π * f * -jXc , пФ (знак минус при расчетах не используется)

Усилители радиосигнала.

Если, в далеких 198х гг. найти радиодетали на частоту 1ГГц было от проблематично до невозможно ... То, сейчас, в обычном дешманском усилителе, стоят транзисторы на 9 ГГц (!!!) ... И это, собственно говоря - вообще никакая не проблема ... А, проблема заключается в применении усилителя, вернее в его характеристиках ...
Главная ошибка при выборе усилителя кроется в его названии ... Зачем нужен усилитель? Правильно, чтобы усиливать сигнал ... И, чем больше коэффициент усиления - тем лучше ... В этом и есть самый главный подвох ... В любом усилителе есть уровень собственных шумов ... И, отношение сигнал / шум улучшается, когда усиливается только сигнал, а не сигнал + шум в равной мере ...
Практическая оценка показывает, что основное значение при усилении имеет первый каскад, что в усилителе, что в приемнике ... Чем меньше шума в первом усиливающем каскаде - тем лучше отношение сигнал / шум во всем усилительном тракте. Поэтому уровень шума усилителя должен быть ниже уровня шума первого входного каскада приемника, иначе должного эффекта не будет ...
Уровень усиления тоже играет роль - но не в качестве усилителя слабых сигналов - а, в первую очередь, для компенсации потерь принятого сигнала в кабеле и коммутационных соединениях. Для улучшения приема следует разместить антенну выше границы радиогоризонта, значит антенна будет дальше и потребуется кабель связи длиннее ... Потери в кабеле могут свести все усилия усилителя на нет ...
Очевидна бесполезность бытовой любительской грозозащиты. Попадание молнии в антенну даже с молниеотводом гарантирует выход усилителя из строя. Простое, наведенное атмосферное электричество, в незаземленной антенне, может вывести радиокомпоненты из строя. Лучшее, в этом случае, решение - размещение антенны в защитной зоне профессионального молниеотвода, с достаточным удалением от молниеприемника и токоотвода.

Заключение.

Вот собственно и все, что мне хотелось бы знать на первоначальном этапе конструирования антенн ... Далее могут применяться упрощенные и более сложные расчеты ... включая специализированную программу расчета антенн - Mmana ... кстати в которой радиолюбители / конструкторы антенн - обнаружили небольшие неточности расчетов ... при этом, признавая программу - одной из лучших для расчетов антенн ...
Даже собранной информации за глаза хватит для первоначального анализа и понимания некоторой сути вещей ... Которую придется перечитать, по ходу - еще неоднократно ...

Полезные ссылки.

... Оглавление - Микроволновые антенны ... Автор, Пол Уэйд W1GHZ (N1BWT), продолжает собирать материалы секретов Антенн СВЧ и микроволнового диапазонов частот ... Изобилие математики преподается с помощью иллюстраций, рисунков, графиков и других наглядных пособий ... Ему пришло в голову сделать сборник статей - незаконченной онлайн книгой в интернете ...

Раздел antenna : список всех страниц ...