Электрически малая или электрически короткая антенна является антенной намного короче , чем длина волны сигнала, она предназначено как все антенны для передачи или приема. Электрически короткие антенны, как правило, менее эффективны и более сложны для проектирования, чем более длинные антенны, такие как четверть- и полуволновые антенны, но, тем не менее, они широко распространены из-за их компактных размеров и низкой стоимости.

Определение

Технически электрически короткая антенна имеет длину 2h, так что $${\ displaystyle {\ frac {2 \ pi h} {\ lambda}} \ ll 1}, где λ - длина волны в свободном пространстве . ^{[1] [2] [3]}

Диаграмма направленности антенны в дальней зоне представляет собой сумму сферических мод ближнего поля , выраженную с помощью функций Лежандра и сферических функций Бесселя . В своей простейшей форме это всенаправленная диаграмма направленности без изменения азимутальной плоскости. Когда антенна становится электрически малой, распространяющиеся моды заменяются затухающими модами с высокой добротностью , где

${\ displaystyle Q \ propto {\ frac {1} {k ^ {3} r ^ {3}}}}$$$$$, $${\ Displaystyle к = 2 \ пи / \ лямбда}^[4]

Короче говоря, максимальная полоса пропускания электрически маленькой антенны регулируется ее максимальным размером, заключенным в сферу радиуса $${\ displaystyle r}.

К трудностям создания электрически малогабаритной антенны относятся:

• согласование импеданса,
• вносимые потери из-за высокой плотности тока, протекающего по несовершенному проводнику, что приводит к джоулевому нагреву , и
• малая апертура излучения с низкой эффективностью излучения.

История

Гарольд А. Уиллер впервые опубликовал «Основные ограничения малых антенн» (1947). Теоретические ограничения электрически малой антенны и ее ширины полосы были впервые исследованы LJ Chu ^[5] в 1948 году.

Примеры [ править ]

Антенны, близкие к электрически малым, включают антенну Губо ^[6], антенну Фольца ^[7] и коническую антенну Роджерса. ^[8]

Основным новым типом электрически малогабаритных антенн являются наномеханические магнитоэлектрические (МЭ) антенны. ^[9] ME антенны имеют размеры всего одну тысячную длины волны. ^[9] Например, длина и ширина активного резонансного тела FeGaB / AlN этой антенны для электромагнитных волн 60,7 МГц составляют 200 и 50 мкм соответственно. ^[9]

Основные ограничения антенн [ править ]

Электрически малогабаритные антенны относятся к одному из четырех основных ограничений ^{[ необходимо пояснение ]} антенн ^{[10], на которые} обратил внимание Р. К. Хансен. ^[11] Четыре основных ограничения антенн: электрически маленькие антенны, сверхнаправленные антенны, антенны со сверхвысоким разрешением и антенны с высоким коэффициентом усиления.

Измерение [ править ]

Для пассивного измерения электрически малогабаритной антенны требуется четвертьволновый радиочастотный дроссель или ферритовый шарик.добавляется к концу питающего коаксиального кабеля для ограничения или предотвращения протекания тока на поверхность кабеля. Ток, протекающий по внешней стороне питающего кабеля, увеличивает электрические размеры и апертуру излучения антенны, что приводит к ошибочному результату измерения. Четвертьволновый дроссель является узкополосным, а ферритовые шарики имеют потери на более высоких частотах, превышающих 1 ГГц. Эти методы не лишены проблем; Метод четвертьволнового дросселя позволяет токам проходить от антенны на расстоянии до 0,25 длины волны и увеличивает эффективный размер, тогда как метод дросселя с потерями (например, ферритовый шов) вносит потери, которые следует учитывать.

См. Также [ править ]

• Электрическая длина - понятие электрической длины проводника, в частности, для линий передачи и антенн .

Ссылки [ править ]