|
Совсем недавно в одном из форумов обсуждался вопрос, влияет ли тело оператора, при работе с переносной радиостанцией, на величину излучаемой энергии в пространство. Попробуем на опыте выяснить этот вопрос (хотя для многих он вполне очевиден и без всяких опытов). |
Влияние тела человека на работу антенн, на переносной р/станции.
Кононов Владимир ( UA1ACO )
С-Петербург
Кононов Владимир ( UA1ACO )
С-Петербург
Может быть все что дальше будет сказано, многим и очень многим хорошо известно (я не сомневаюсь, и в литературе все это описано), но по репликам в форумах, оказывается, что далеко не всем все ясно. Проверим это на простом опыте.
И так обратимся к теории. Есть антенны самодостаточные, так их назовем, например полноразмерный диполь, рамка, DeltaLoop и т.д. А есть антенны которые представляют собой как бы половинку антенны, а вторая часть "зеркально" отражается в земле, т.е. второй половины физически нет, но земля является этой второй половиной, например всем хорошо известый Graund Plane и т.д. Оба типа антенн очень широко применяются в радиосвязи, есть стройные теории таких антенн, они имеют свои недостатки и преимущества.
Но это в общих словах. Перейдем теперь к существу вопроса об антеннах на переносной радиостанции (мобильные телефоны мы в этом обзоре рассматривать не будем - это особый разговор и если кого-то интересует, посмотрите в интернете и поймете, с какими трудностями сталкиваются разработчики антенн для мобильных телефонов).
Обычно, при покупке мобильной радиостанции в комплекте есть стандартная антенна, рассчитанная на диапазон в котором работает радиостанция. Если радиостианция перекрывает широкий диапазон частот, прилагаемая антенна иногда может работать тольько в более узком, наиболее употребительном диапазрне частот. Как правило, в описании к радиостанции об этой "особенности" прилагаемой антенны, ни слова нет.
Эти стандартные антенны, прилагаемые к радиостанции иногда называют жаргонными словами: "резинка", "пенек" и т.д. Дело в том, что такая антенна представляет собой сильноукороченный вертикальный штырь, и для удлиннения его электрической длинны, последовательно с этим штырем включают удлинняющую катушку (а может быть и не одну) и все это "хозяйство" закатывают в резину. Антенна получается небольшой, гибкой, удобной в обращении (как пенек), но.... не эффективной! Есть и другой вариант изготовления такой антенны, когда на гибкое основание навивают в виде длинной катушки большой отрезок провода... совмещая два в одном, но сути это не меняет.
Как же работает такая антенна? На самом деле все просто. С электрической точки зрения, такой коротенький штырек - это обычный четвертьволновый штырь (электрически удлинненный с помощью катушки, поэтому и очень короткий) - половина диполя. А вот вторая половина этого диполя, чисто "виртуальная", ее физически нет, и эту вторую половину выполняет корпус радиостанции совместно с телом оператора. А тело оператора, совместо с корпусом радиостанции не идеальное (с электрической точки зрения), поэтому мысль не заканчиваю и ставлю многоточие... информация к размышлению!
Точно по такому же принципу выполняются и автомобильные антенны, поэтому рассмотрим сначала эти антенны. Присмотритесь к автомобильным антеннам (особенно на СВ диапазон 27 МГц). Вы сразу увидите тонкий длинный гибкий (автомашина же.. скорость) штырь и утолщение в основании штыря (в котором и находится удлинняющая катушка "закатанная" в резину).
Давайте поиздеваемся над автомобильной антенной и посмотрим как она себя ведет в разных условиях. Для издевательств выберем автомобильную антенну "Midland Sirio". Установим эту антенну на деревянный стол и подключим к векторному антенному анализатору. Характеристика антенны на деревянном столе представлена на рисунке Рис. 1
Рис. 1 Характеристика автомобильной антенны диапазона 27 МГц, на деревянном столе.
Конечно, такую характеристику, даже характеристикой назвать нельзя - ужас! И что? неисправная антенна? Конечно нет, антенна полностью исправна, НО... надо помнить, что наша антенна - это только половинка антенны, а второй части (крыши автомобиля) у нас НЕТ! Поэтому и характеристика этой "половины" антенны такая корявая.
Продолжим. Установим эту же автомобильную антенну на металлическое основание (не обязательно на машину, хотя машина, на которую и расчитана эта антенна - предпочтительнее). Посмотрим теперь на характеристику на рисунке Рис. 2
Рис. 2 Характеристика автомобильной антенны диапазона 27 МГц, на крыше автомобиля.
Совсем другое дело... четкий резонанс, хорошие праметры.
Теперь мы практически убедились как работает укороченная автомобильная антенна и как влияет вторая "недостающая половинка" на параметры антенны (а значит и на эффективность, т.е. способность антенны передавать энергию в окружающее пространство).
Вернемся же теперь к нашим переносным радиостанциям, антенны которых также представляют собой укороченные штыри (как и автомобильная антенна, только еще меньше), а вторая "виртуальная" часть - корпус радиостанции и тело оператора. В дальнейшем мы покажем это на примере. Запомним это.
Чуть чуть коснемся теперь полнофункциональных антенн, для которых не нужны "вторые виртуальные" половинки.
Понятно, что поставить полноразмерный диполь 27 МГц на автомобиль или на переносную станцию, не представляется возможным - размеры диполя слишком велики (более 5 метров!). Поэтому рассмотрим ЕН антенну этого диапазона. Внешний вид такой антенны представлен на рисунке Рис. 3, а ее характеристика на рисунке Рис. 4
Рис. 3 Внешний вид ЕН антенны диапазона 27 МГц в сравнении с автомобильной Midland-Sirio.
Рис. 4 Характеристика ЕН антенны диапазона 27 МГц на автомобиле.
Кстати, насчет широкополосности и добротности - они равны у той и другой антенны, не смотря на разницу в размерах. Такую антенну можно ставить хоть на деревянный стол, хоть на крышу автомобиля - характеристика ее не меняется, потому что такая антенна самодостаточна и ей не нужна "вторая недостающая половинка". Но, как и во всяком деле, у такой антенны есть плюсы и минусы. Как это ни покажется странным, она полный антипод с вышеприведенной автомобильной антенной. Если для рассмотренной автомобильной антенны нужна крыша автомобиля, то для ЕН антенны эта крыша (металлическая) - вредна, так как довольно большое сконценрированное поле ЕН антннны расходуется (из-за близости металлической крыши автомобиля) на нагрев этой крыши, и КПД антенны в таком варианте резко падает (процентов на 10-30, все зависит от близости металлической поверхности). Но зато (в силу самодостаточности), такую антенну можно использовать в различных устройствах, как стационарных, так и переносных, при неизменности характеристики антенны.
Теперь, наверное, понятно как в переносной радиостанции работают штатная "резиновая" антенна и ЕН, и что необходимо для нормальной их работы. Именно поэтому в ОТК заводов, выпускающих переносные станции есть "заменитель" человека (вторая половинка антнны) имитирующая тело человека. И именно на этом "заменителе человека" проверяют характеристики антенны и под это разработана технология проверки антенн. Кстати, "заменитель человека" представляет собой довольно большой сосуд (конструкцию), заполненный водой, с плотностью соли, как и кровь в теле человека (как известно, тело человека почти на 80 процентов состоит из воды). Смешно было бы думать, что такая масса проводящего материала не влияет на характеристики антенны.
Ниже даны три ссылки на видеоролики (в формате WMV, AVI и FLV). Видеоролики совершенно одинаковые и различаются лишь форматом записи и объемом занимаемой памяти. В видеороликах проведен "школьный" опыт. На столе была установлена радиостанция "MayCom SH-27" с малой мощностью (Р<1вт). Поскольку аккумуляторы в радиостанции старенькие, чтобы не было искажений результатов из-за просадки аккумулятора на передачу, использовался внешний аккумулятор 12В х 7А/ч, подключенный к р/ст через фильтр на ферритовом кольце. На расстоянии 1,5 метра от станции стоял Индикатор Поля (ИП). На радиостанцию устанавливалась антенна и замерялся уровень поля по шкале ИП. Далее оператор брался рукой за разъем (корпус) радиостанции и в таком положении замерялся уровень поля вторично. Как влияло тело оператора на уровень поля (значит и на параметры общей АФС р/ст) наглядно видно. Конечно, индикатор поля стоял в очень ближней зоне и сравнивать уровни сигналов от разных антенн здесь нельзя, но ивидеть относительную разницу, для одной и той же антенны - вполне. Но не это главное, главное видно как влияет тело оператора на поле от различных антенн. На рисунке Рис. 5 показан фрагмент видеоролика. Все действия, со всеми антеннами, проводились в равных, одинаковых условиях.
Рис. 5 Фрагмент видеоролика "школьного" опыта.
Заранее прошу прощения за не совсем хорошее качество, видеоролик снимался обычной "мыльницей", а потом был сжат и переконвертирован.
Файл "ant.wmv" (39 Мб)
Файл "ant.avi" (37 Мб)
Файл "ant.flv" (49 Мб)
(Щелкнув по файлу правой кнопкой мышки и выбрав опцию "сохранить объект как..." - можно перекачать файл на компьютер.)
Для хоть какой-то оценки результатов количественно (в ролике эта оценка есть), ниже приведена фотография тарировочной таблицы Индикатора Поля (соответствие делений шкалы в Децибелах), по уровню поля.
Рис. 6 Тарировочная таблица Индикатора Поля (деления - Децибелы).
Справедливости ради надо сказать, что разница в изменении уровня поля, когда оператор держит радиостанцию или она свободно стоит, может происходить не только из-за того, что антенна не имеет своей "второй половинки", но и в том случае, если антенна по входу имеет реактивность (т.е. имеет плохое согласование). В этом случае показания ИП также будут меняться (даже у самодостаточных антенн). Кстати, на примере ЕН антенн и рамки видно, что они нормально согласованы с выходом радиостанции.
Естественно, что прикосновение рукой или каким-то металлическим предметом (а для ЕН и диэлектриком) к рабочим частям любой антенны, вызовет расстройку антенны. Поэтому этот вопрос здесь не нрассматривается.
Комментировать материал я не буду, и так много всего сказано, и думаю, что из видеоролика все понятно.
73!
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
10.2009г.
UA1ACO op. Vlad
г. С-Петербург
10.2009г.