Мощность потерь на малом участке диполя из реального материала пропорциональна его длине и
квадрату тока в нём. R провода в программе также должно быть распределено по сегментам
провода пропорционально их длине.
В MMANA это условие не выполняется, сопротивление
материала провода в ней введено в центр провода. Например в модели 0,5λ диполя из 1
провода оно сосредоточено в максимуме тока, что приводит к завышению потерь в 2 раза и
занижению усиления, а в модели 1λ диполя из 1 провода в минимуме тока, что приводит
к занижению потерь в 20 раз и завышению усиления. Исправить эту ошибку можно методом
кусочно-линейной аппроксимации - разбивкой провода на несколько проводов в "Правке провода"
В этом случае сопротивление будет введено в каждый провод пропорционально его длине.
(Попутно возникает вопрос, куда отнесены потери в нагрузке, также в центр
провода или в указанный ей сегмент? В этом случае - в указанный сегмент и ошибки не будет.)
При РАВНОМЕРНОМ распределении тока P потерь = I2макс х R провода.
При СИНУСОИДАЛЬНОМ распределении тока P потерь = 0,5 I2макс х R провода.
При ТРЕУГОЛЬНОМ распределении тока P потерь = 0.25 I2макс х R провода.
( где I макс - ток провода в максимуме, R провода - его сопротивление на ВЧ,
Р потерь - вся распределенная по длине диполя мощность потерь )
Из этого следует, что СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОТЕРЬ
зависит от распределения тока по проводу. При равномерном, синусоидальном и треугольном
распределении тока по проводу, соответственно и СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОТЕРЬ будет 1.0, 0.5
и 0.25 от рассчитанного в КАЛЬКУЛЯТОРЕ
сопротивления провода на этой частоте.
Почему R потерь может быть меньше R провода, будет более понятно, если
сравнить два диполя, один со вставкой из высокоомного отрезка в конец диполя, где ток мал,
другой со вставкой в центр, где ток максимален. При равном общем сопротивлении проводов,
у первого диполя потери и сопротивление потерь будут меньше.
24 03 2020
Следует также учитывать, что и распределение тока и его форма в одной и той же антенне
зависит от расположения точки питания. Например в петлевом вибраторе, при питании в центр,
или со смещением 11% от центра или с питанием в торец, распределение тока изменяется от
почти синусоидального с максимумом в центре, до равномерного и далее до синусоидального
с максимумами на торцах. Соответственно и сопротивление потерь будет изменяться от 0,5 R
провода на ВЧ, до 1 R провода на ВЧ и далее опять до 0,5 R провода на ВЧ. При этом и
R излучения меняется от 280 Ом при питании в центр до 1 Ома (зависит от ширины ПВ)
при питании в торец. Всё это приводит к тому, что при изменении точки питания и КПД как
отношение R изл / (R изл + R потерь) будет меняться в очень широких пределах, от 0,99 до 0,15.
Или иначе, КПД для конкретного набора излучающих проводов НЕ ЯВЛЯЕТСЯ КОНСТАНТОЙ.
Подводимая мощность расходуется на мощность излучения и мощность потерь. Р подв. =
Р изл. + Р потерь.
Зная Р подв. и рассчитав Р потерь, можно определить МОЩНОСТЬ
ИЗЛУЧЕНИЯ: Р изл = Р подв. - Р потерь,
и далее КПД диполя как отношение мощности
излучения к подводимой мощности: КПД = Р изл./Р подв.
Отношение Р изл. / Р потерь равно
отношению R изл. / R потерь, отсюда R изл. = R потерь х Р излуч. / Р потерь.
Сказанное выше можно проверить в программах расчета MMANA и EZNEC на диполях. При
средних потерях в проводе, еще не искажающих диаграмму направленности и зависящее от
неё усиление, но в достаточной степени влияющих на результат расчета, можно получить
численные данные с достаточной для практики точностью.
Малые величиы дБ можно перевести в разы помощью калькулятора на стр.
Перевод отношений U, I, P в децибелы
В расчетах Р подв. принята за 1, а Р излуч. и Р потерь как её доли. R излуч. = R потерь х Р излуч. / Р потерь.
Должен добавить, что эта формула имеет ограничение по соотношению Р потерь к Р излучения.
В случае, когда R потерь >> R изл, то и Р потерь >> Р излучения и отношение Р подв. / Р потерь
приближается к единице, и тогда из утверждения "R изл. = (Р подв. / Р потерь) х R потерь"
получалось бы противоречие: будто R изл. приближается к R потерь, что противоречит нашему
исходному условию: R потерь >> R изл. Соотношение R потерь / R изл < 1 (КПД > 50%) у большинства
антенн и обеспечивает достаточную точность вычисления R изл. Соотношение R потерь / R изл > 1
может быть у диполей много короче 0,5 лямбда и малых рамок. В таком случае лучше
воспользоваться формулой R изл. = КПД х (Р подв. / Р потерь) х R потерь, где вместо
Р излуч. Р подводимая и коэффициент КПД.
КПД в дБ будет равен разности усиления в дБ диполя из
реального материала и идеального.
МОЩНОСТЬ ПОТЕРЬ и МОЩНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ можно определить
из КПД и подводимой мощности.
СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОТЕРЬ у 0,5λ, 1λ и петлевого диполей равно
0,5 от омического на данной частоте.
СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ можно далее рассчитать по
формуле R изл. = R потерь х Р излуч. / Р потерь.
ПОЛУВОЛНОВЫЙ ДИПОЛЬ , 14,15 МГц, длина провода 10,32 м, Ø 1.04 мм,
R провода 4 Ома, R потерь 2 Ома, усиление "алюминий / без потерь -0,14 дБ / -0,01 дБ, их разность -0.13 дБ
КПД Потеря усиления 0,13 дБ, это КПД 0,97
МОЩНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ 0,97
МОЩНОСТЬ ПОТЕРЬ 0,03
СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОТЕРЬ 0,5 R провода = 2 Ома.
СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ = 65 Ом
Для сравнения,
тот же диполь в EZNEC дает разность усилений 0,12 дБ,
Р излучения 0,973, Р потерь 0,027, R излучения 74 Ома.
(отличие от 72 Ом в основном из за округления программами усиления до 2 знаков после запятой)
ПЕТЛЕВОЙ ДИПОЛЬ 14.15 МГц длина провода 20,6 м, Ø 1.04 мм,
R провода 8 Ом, R потерь 4 Ома, усиление "алюминий /без потерь" 2,08 дБ / 2,14 дБ, их разность -0,06 дБ.
R потерь (расчет по R пров. и эпюре тока) = 4 Ома
R' потерь (расчет по разности R вх. в EZNEC) = 4,3 Ома (о R и R' потерь
см. прим. ниже красным цветом)
КПД Потеря усиления 0,06 дБ, это КПД 0,986
МОЩНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ 0,986
МОЩНОСТЬ ПОТЕРЬ 0,014
СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ расчет по R потерь = 282 Ом
СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ расчет по R' потерь = 303 Ом
27 01 2019 Тот же
Петлевой диполь, питаемый в торец (в провод 3 или 4)
Усиление "алюминий / без потерь" -2,47/ 5,66 их разность -8,13 дБ.
КПД Потеря усиления 8,13 дБ, это КПД 0,154 (упал с 98,6% до 15,4%)
МОЩНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ 0,154
МОЩНОСТЬ ПОТЕРЬ 0,846
СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ = 0.73 Ом (упало в 386 раз)
СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОТЕРЬ осталось прежним, 0,5 R провода = 4 Ома.
ВОЛНОВЫЙ ДИПОЛЬ 14.15 МГц длина 20.86 м Ø 1,08 мм R провода 8 Ом,
R потерь = 0.5 R провода = 4 Ома.
Усиление "алюминий / без потерь" 1.35 - 1.44 = -0,09 дБ. (
тот же диполь в EZNEC )
КПД 0.98
МОЩНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ 0,98
МОЩНОСТЬ ПОТЕРЬ 0,02
СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ 200 Ом
02 02 2019 г. Расчет сопротивления потерь (R потерь) исходя из R провода суммарной длины
в случаях, когда ток разветвляется на два провода, даст очевидную ошибку, т. к. R потерь
проводов на этом участке складывается параллельно, а не последовательно. (Например,
когда плечи диполя из двух проводов нерасплетенной полёвки). В таких и подобных ему
случаях надо сверять расчет R потерь по R провода и эпюре тока, с расчетом R потерь по
разности активной части входного сопротивления антенны из реального материала и без
потерь в моделях MMANA с коррекцией ошибки или в моделях EZNEC и NEC. Такой расчет
сделан для ПВ в виде R потерь и R' потерь.
выводы
1 - Сопротивление потерь не равно сопротивлению провода и зависит от формы тока в нем.
2 - Сопротивление провода в MMANA не рассредоточено по его сегментам, а вводится в центр провода.
3 - Это приводит к тому, что если в области центра провода находится максимум тока, то усиление
занижено,
и существенно завышено если в центре провода находится
минимум тока, например в диполе длиной 1λ
4 - Мнение одного из авторов книг и поддержавших его мнение пользователей форумов о том, что
R излучения петлевого вибратора не 290 Ом, как принято считать, а 72 Ома,
является ошибочным.
НА ГЛАВНУЮ