Jump to content

    
jartsev

Про КСВ

Recommended Posts

1 час назад, Freesom сказал:

Это с какого перепугу? У антенны есть вход. Он обычно что-то отражает в сторону линии.

с такого.   При чём тут антенна и процессы в ней, если вы ограничились "входом антенны" и отражением в сторону фидера? 

Я сообщил для ТС информацию, что намеренное им КСВ=1  запросто уживается с резонансными процессами в самой вибраторной антенне и наличием на длине вибратора пучностей и узлов.

32 минуты назад, jartsev сказал:

Резонанс в данном случае = стоячая волна? По моему да.

Да, по длине антенны.

32 минуты назад, jartsev сказал:

Если стоячая волна есть, то отражение в этом случае = максимум.

Нет. 

От входа антенны в фидер или в ваш прибор отражение от входа антенны отсутствует на частоте, где прибор показал ксв=1.

зы. Но естественно при этом имеется отражение очень приличное от концов вибратора. В этом смысле и верно то, что сказал выше,  что стоячая  волна "по длине вибратора антенны" присутствует. А КСВ ~=1  на входе антенны и Вы его меряете.  Вы не можете этим прибором измерять параметры стоячей волны вдоль вибратора, да оно и не нужно.

Edited by тау

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, jartsev said:

Резонанс в данном случае = стоячая волна? По моему да. Если стоячая волна есть, то отражение в этом случае = максимум.

"Резонанс" в данном случае это просто укладывание целого числа четвертинок длины волны на длине излучателя, потому что это приводит к режиму стоячей волны внутри антенны, но одновременно создаёт за счёт деструктивного сложения волн минимальное отражение обратно в фидер.

2 hours ago, jartsev said:

Вот как раз хочется понять происходящие явления в антенне с физической, волновой точки зрения. Пускаться в абстракции с мнимыми импедансами - это конечно позволит согласовать антенну, но не позволит понять суть физического явления.

Если есть одна неоднородность в линии, которая порождает стоячую волну, например обрыв или КЗ коаксиального фидера, то да - будет стоячая волна, которая распространится в фидер и соответственно намеряете максимум КСВ.  Вибраторная антенна это двойная неоднородность - первое отражение возникает в точке подключения. Там оплетка коаксиала резко заканчивается или превращается в одно из плеч вибратора.  Второе отражение формируется на конце плеч вибраторов. Согласование - это успешная интерференция между этими отражениями - они друг друга компенсируют и отраженная волна больше не бежит обратно в фидер.

Share this post


Link to post
Share on other sites
23 часа назад, jartsev сказал:

Смешались в кучу кони, люди. Показанный кусок проволоки - это линия передачи работающая на ХХ ? Что же такое тогда антенна?

Линия передачи по определению передает, а не излучает. Для этого она должна быть или симметричной или экранированной. Если ни одно из этих условий не выполняется она неизбежно начнет излучать, её можно назвать испорченной линией передачи (всё равно что назвать дуршлаг сосудом для жидкости или трубу с дырками для полива теплицы назвать трубопроводом транспортировки)

 

На фотографии линии передачи нет.

Антенной на фотографии является корпус устройства (прибора) и штырь. При суммарной длине корпуса устройства и штыря около пол-лямбды он превращается в полуволновый диполь. Его входное сопротивление на этой частоте будет чисто активное.

В линии нулевой длины (точечный генератор) понятие КСВ чисто условное. КСВ связан с коэффициентом отражения (S11) простой математической формулой.
Для оценки эффективности системы нас интересует именно коэффициент отражения. Но с точки зрения измерительных приборов всегда проще измерять S11 косвенно по КСВ, создав далее небольшой участок линии передачи (в вашем стенде эта линия находится внутри прибора N1201SA) и методами рефлектометрии измерить соотношение прямой и отраженной волны в этом участке и из КСВ высчитать S11. Прямого метода без линии передачи узнать сколько энергии было отобрано из точечного источника (генератора) в тестируемое устройство (DUT, в данном случае антенну) нет.
 

Т.е. в самой антенне и на её клеммах понятие КСВ неприменимо, но это общепринятая характеристика антенн, как будет вести себя антенна если бы её таки соединить на линию передачи (при условии что сама такая линия не взаимодействует с антенной)

Понять абстрактно смысл КСВ с линией нулевой длины тяжелее чем если мысленно или физически внести в схему такую линию.

Для источника (генератора) безразлично была ли линия или нет. Он видит только нагрузку. Если импеданс нагрузки чисто активный и равен выходному импедансу такого генератора (передатчика) то он всю номинальную мощность выдает в эту нагрузку.

Если точечная нагрузка (нулевой длины) имеет кроме активного сопротивления ещё и ёмкость или индуктивность, то она с точки зрения генератора реактивная. В первый период волны генератор зарядил например обложки такого конденсатора, а во второй период волны коллектор/анод выходного каскада не может выдать такую же порцию энергии, потому что обложки этого конденсатора уже заряжены, и туда или не потечет ток, или потечет и зарядит до ещё более высокого потенциала.

Если КСВ бесконечный (полное отражение), например нагрузка чисто реактивная (активная составляющая ноль), то генератор (источник) зарядит эту реактивную нагрузку (кондер или дроссель) до удвоенной амплитуды и отбор энергии генератором от источника энергии прекратится. Двойная амплитуда потенциала на обкладках такой реактивной системы гарантированно воспрепятствует отбору новых порций энергии из коллектора/катода на 100% длительности цикла синусоиды.
Если КСВ конечный, то в некоторую часть цикла синусоиды на коллекторе/аноде хотя бы изредка будет проскакивать потенциал выше чем на обкладках реактивной нагрузки и хотя бы иногда будет успевать пробегать ток в нагрузку, т.е. будет идти отбор энергии и её рассивание в наггрузке (тепловое или на излучение это уже генератору без разницы куда она там подевалась).

С точки зрения измеритеьлного прибора (там внутри находится генератор-синтезатор), если он видит удвоенный потенциал то значит КСВ бесконечный, если потенциал равен номинальному для генератора значит КСВ=1. Опережает ли ток напряжение или напряжение опережает ток можно знать индуктивный или реактивный импеданс нагрузки.

Практически выполнить такие измерения проще всего методами рефлектометрии - создать небольшой участок линии передачи, и с помощью направленных ответвителей отдельно измерять прямую и отраженную волны, сравнивать их амплитуды и фазы. Т.е. самый дешевый способ измерений это таки создать линию передачи (даже если её нет) и смотреть на стоячие волны в ней.

 

Если рассматривать уже собственно антенну, чтобы разобраться когда и при каких обстоятельствах её входное сопротивление чисто активное, а когда реактивное - то построить какую-то простую теорию можно только для частного случая простых проволочных антенн, для которых придуманы такие концепции как пучности токи и напряжения, сопротивление излучения и т.д.

Для антенн которые созданы не из тонких длинных проводников такую простую теорию не построишь.

Если рассматривать антенну как "черный ящик" с точки зрения точечного генератора в точке питания антенны, то на одной частоте F антену можно представить простой схемой замещения RLC

ba096d7d9c46aa1e36eff028523e769f.png

 

В общем случае антенны или другие ВЧ устройства не могут быть представлены такой простой схемой, реальная схема замещения будет огромной, с большим числом разных R/L/C и сложной топологией. Для какой-то одной частоты можно сделать упрощения и высчитать эквивалентные номиналы этих R/L/C для такой упрощенной схемы (но на другой частоте они не будут такие же)

Edited by yurik82

Share this post


Link to post
Share on other sites
13.02.2021 в 18:54, jartsev сказал:

Смешались в кучу кони, люди. Показанный кусок проволоки - это линия передачи работающая на ХХ ? Что же такое тогда антенна?

Антенна и есть по сути линия, только которая излучает энергию в пространство.

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 hours ago, yurik82 said:

 для частного случая простых проволочных антенн, для которых придуманы такие концепции как пучности токи и напряжения

Спасибо за развёрнутый ответ. Единственное замечание, что пучности тока и напряжения - это реально измеримые величины, а комплексные сопротивления и есть придуманные концепции.

7 hours ago, Freesom said:

Если есть одна неоднородность в линии, которая порождает стоячую волну, например обрыв или КЗ коаксиального фидера, то да - будет стоячая волна, которая распространится в фидер и соответственно намеряете максимум КСВ.

Вопрос то в том и был, каким образом при наличии стоячей волны L/4 КСВ=1.

7 hours ago, Freesom said:

"Резонанс" в данном случае это просто укладывание целого числа четвертинок длины волны на длине излучателя, потому что это приводит к режиму стоячей волны внутри антенны, но одновременно создаёт за счёт деструктивного сложения волн минимальное отражение обратно в фидер.

Во-во уже близко подошли к ключевому моменту. Падающая волна, отражаясь от дальнего конца антенны бежит безпрепятственно назад, создавая по ходу движения пучности и узлы. Этих горбов м/б хоть тыща. Почему при заходе обратно в фидер она исчезает? Потому что в точке входа/выхода узел напряжения (Uобр=0)  и КСВ пересчитывается в единицу?

Share this post


Link to post
Share on other sites
8 minutes ago, jartsev said:

 Единственное замечание, что пучности тока и напряжения - это реально измеримые величины, а комплексные сопротивления и есть придуманные концепции.

Вопрос то в том и был, каким образом при наличии стоячей волны L/4 КСВ=1.

Поясните что значит "пучности тока и напряжения - это реально измеримые величины" если это напряжение и токи ( в узлах или пучностях линии передач) то подскажите чем вы промеряете напряжение и ток например в волноводе  или  для антенны работаюшей на частоте 8кГц (длина волны 37500 м). Да действительно в лабораторных работах по длинным линиям в свое время видел открытую симметричную линию с подвижным датчиком напряжения . Измерители импеданса это обычный широко распространённый прибор 

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 час назад, jartsev сказал:

Единственное замечание, что пучности тока и напряжения - это реально измеримые величины, а комплексные сопротивления и есть придуманные концепции.

1) концепции пучностей применимы только к простейшим проволочным антеннах из бесконечно тонких проводников. К толстому полуволновому диполю Герца (диполь Надененко) эта концепция уже неприменима

2) пучности тока и напряжения это придуманные концепции, которые никак и никогда невозможно измерить. Тогда как сопротивления как раз легко измеряются

 

Концепции пучностей тока и напряжения имеют только академический интерес для теоретиков тонких проволочных антенн. Эти концепции невозможно ни измерить, ни применить на практике.

Комплексные сопротивления как раз измеряют, и как раз с прикладной целью. 99.99% когда либо и кем либо созданных антенн созданы как раз путём измерения этого комплексного сопротивления. Или простыми приборами (натурные испытания). Или (с появлением мощных компьютеров) методами численного моделирования.

Невозможность измерить токи и напряжения "в пучностях" это не только следствие несовершенства приборов.

Даже имея полностью просимулированную модель МКЭ и зная плотность тока на любой поверхности, зная вектор напряженности электрического и магнитного поля в любой точке пространства - нельзя сказать какие напряжения/токи в пучностях. Потому что концепция пучности виртуальная, они придумана для линии бесконечно малого диаметра.

 

Как раз зная фактически измеренные натурными приборами комплексные сопротивлеия и были высчитаны "токи в пучностях" - а какой должен был бы быть ток, если бы провод имел нулевую толщину, чтобы соответствовать измеренному нашим прибором комплексному сопротивлению

Edited by yurik82

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 часа назад, Evgeni сказал:

Антенна и есть по сути линия, только которая излучает энергию в пространство.

Не-А! Антенна это трансформатор волнового сопротивления с потерями. Трансформируется энергия из линии передачи c волновым, к примеру 50 Ом в 3D пространство с волновым ~377Ом (120*Пи) посредством антенны.

Share this post


Link to post
Share on other sites
16 минут назад, Aner сказал:

Не-А! Антенна это трансформатор волнового сопротивления с потерями. Трансформируется энергия из линии передачи c волновым, к примеру 50 Ом в 3D пространство с волновым ~377Ом (120*Пи) посредством антенны.

+1
Для полноты картины кроме изменения импеданса изменяется и направление. В линиях передачи волна (не только в ЭМ, в в акустических тоже) волна движется в одном направлении в  transverse mode (TE, TM или TEM), а после антенны это уже сферическая волна, которая движется во все направления сферы (не обязательно равномерно). Т.е. меняется не только импеданс волны (соотношение электрической к магнитной компоненте), а и режим распространения.
По сути это явленеи для волн называется дифракция, а антенна некоторый эквивалент щели. До такой щели волна шла по линии передачи, на щели (на антенне) произошла дифракция и из принципа Гюйгенса сформировалась сферическая волна после щели.

Скрытый текст

Wavelength=slitwidth.gif

 

Edited by yurik82

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, jartsev said:

Почему при заходе обратно в фидер она исчезает? Потому что в точке входа/выхода узел напряжения (Uобр=0)  и КСВ пересчитывается в единицу?

Не, потому что точка входа в фидер сама по себе представляет нехилую неоднородность, значит скачок импеданса, поэтому тоже отражает. Дальше чистая интерференция обеспечивает согласование. В этом отличие антенн стоячей волны - резонансных от антенн бегущей волны.

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 hour ago, Freesom said:

Не, потому что точка входа в фидер сама по себе представляет нехилую неоднородностьы.

Вроде пазл сошёлся, спасибо!

3 hours ago, yurik82 said:

Концепции пучностей тока и напряжения имеют только академический интерес для теоретиков тонких проволочных антенн. Эти концепции невозможно ни измерить, ни применить на практике.

Ну как бы токовым резистором и осциллографом всё это дело примеряется по крайней мере на спиральных длинных катушках (вторички от теселки). На коротких ещё не пробовал, но не вижу принципиальных препятствий.

Share this post


Link to post
Share on other sites
6 hours ago, jartsev said:

Вроде пазл сошёлся, спасибо!

Ну как бы токовым резистором и осциллографом всё это дело примеряется по крайней мере на спиральных длинных катушках (вторички от теселки). На коротких ещё не пробовал, но не вижу принципиальных препятствий.

попробуйте померять на частоте 10 гГц

Share this post


Link to post
Share on other sites
14 часов назад, Aner сказал:

Не-А! Антенна это трансформатор волнового сопротивления с потерями.

Тут можно интерпретировать по разному. Если бы антенна не излучала, то на хх при 1/4 длине волны, входной импеданс антенны был бы около нуля.

Edited by Evgeni

Share this post


Link to post
Share on other sites
17 минут назад, Evgeni сказал:

Тут можно интерпретировать по разному. Если бы антенна не излучала, то на хх при 1/4 длине волны, входной импеданс антенны был бы около нуля.

 

Таки нельзя интерпретировать по разному "трансформатор эм энергии" и его предназначение, оно одно.

Если бы ... да ка бы, на х.. тут бы мы нужны. Радио-инженера понимаешь ЛИ!

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
21 час назад, jartsev сказал:

Вроде пазл сошёлся, спасибо!

Ну как бы токовым резистором и осциллографом всё это дело примеряется по крайней мере на спиральных длинных катушках (вторички от теселки). На коротких ещё не пробовал, но не вижу принципиальных препятствий.

в принципе неизмерябельно. в отличии от постоянного тока и токов низкой промышленной частоты ЭМ волна (как и любые другие волны, в т.ч. акустические) идут в некоторую линию (волновод) только при условии что импеданс этой линии согласован с импедансом волны. или эта линия очень короткая по сравнению с длиной волны (что как раз и выполняется на низких частотах) в противном случае волна отражается. Ей неинтересно идти в ваш осциллограф.

Ваша измерительная линия это какой-то волновой трансформатор рандомной длины, нагруженный на конце на Мегаом (другими словами открытый конец, от которого отражение 100%)
 

Даже если это будет специальный СВЧ осцилограф с заданным нормированным импедансом.
Даже если вы построите симметричную двухпроводную линию с таким импедансом от резистора и до осциллографа.
Даже если каким-то магическим способом вам удастся убрать любые связи такой линии с измеряемым устройством.

Даже если бы такой гипотетический осцилограф Шрёдингера был осуществим - ток можно было бы измерить только в бесконечно тонких проволочных антеннах (что было распространено в эпоху проволочных ДВ/СВ/КВ антенн).
В небесконечно тонких и в непрочолочных антеннах (т.е. во всех антенна УКВ) ток течёт по всей поверхности устройства (антенны). Есть только понятие поверхностной плотности тока (Ампер/м2).


Даже в тонких проволочных антеннах, понятия пучностей можно применить только для мизерного числа конструкций антенн, в которых нет существенных токов смещения, а есть практически только токи проводимости.

Edited by yurik82

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.