Piskeantenne - Whip antenna
En piskeantenne er en antenne, der består af en lige fleksibel ledning eller stang. Den nederste ende af pisken er forbundet til radiomodtageren eller senderen . Antennen er designet til at være fleksibel, så den ikke går i stykker let, og navnet stammer fra den pisklignende bevægelse, den udviser ved forstyrrelse. Piskeantenner til bærbare radioer er ofte lavet af en række sammenlåsende teleskopiske metalrør, så de kan trækkes tilbage, når de ikke er i brug. Længere, der er beregnet til montering på køretøjer og konstruktioner, er lavet af en fleksibel glasfiberstang omkring en trådkerne og kan være op til 11 m (35 fod) lange. Længden af piskeantennen bestemmes af bølgelængden af de radiobølger, den bruges med. Den mest almindelige type er kvartbølge-pisken , som er cirka en fjerdedel af en bølgelængde lang. Pisk er den mest almindelige type monopolantenne og bruges i HF- , VHF- og UHF -radiobånd med højere frekvens . De bruges i vid udstrækning som antenner til håndholdte radioer, trådløse telefoner , walkie-talkies , FM-radioer , bomkasser og Wi-Fi- aktiverede enheder og er knyttet til køretøjer som antenner til bilradioer og tovejsradioer til hjulkøretøjer og til fly. Større versioner monteret på tage, altaner og radiomaster bruges som basestationsantenner til amatørradio og politi, brand, ambulance, taxa og andre bilsendere.
Strålingsmønster
Piskeantennen er en monopolantenne , og har ligesom en lodret dipol et omnidirektionelt strålingsmønster , der udstråler lige stor radiokraft i alle azimutale retninger (vinkelret på antennens akse), hvor den udstrålede effekt falder af med højdevinklen til nul på antennens akse . Piskeantenner, der er mindre end en halv bølgelængde lang, inklusive den almindelige kvartbølgepisk, har en enkelt hovedlob , og med et perfekt ledende jordplan under sig er den maksimale feltstyrke i vandrette retninger, der falder monotont til nul på aksen. Med et lille eller ufuldstændigt ledende jordplan eller intet jordplan under det, er det generelle resultat at vippe hovedlappen op, så maksimal effekt ikke længere udstråles vandret, men i en vinkel ind i himlen.
Antenner længere end en halvbølgelængde har mønstre bestående af flere koniske "lapper"; med strålingsmaxima i flere højdevinkler; jo længere antennens elektriske længde , jo flere lapper har mønsteret.
En lodret pisk udstråler lodret polariserede radiobølger, med det elektriske felt lodret og magnetfeltet vandret.
Lodrette piskeantenner bruges i vid udstrækning til ikke- retningsbestemt radiokommunikation på jordens overflade, hvor retningen til senderen (eller modtageren) er ukendt eller konstant ændrer sig, for eksempel i bærbare FM- radiomodtagere, walkie-talkies og tovejs radioer i køretøjer. Dette skyldes, at de sender (eller modtager) lige godt i alle vandrette retninger, mens de udstråler lidt radioenergi op til himlen, hvor den er spildt.
Længde
Piskeantenner er normalt udformet som resonansantenner ; stangen fungerer som en resonator for radiobølger, med stående bølger af spænding og strøm reflekteret frem og tilbage fra dens ender. Derfor bestemmes længden af antennestangen af bølgelængden ( ) af de anvendte radiobølger. Den mest almindelige længde er cirka en fjerdedel af bølgelængden ( ), kaldet en "kvartbølgepisk" (selvom den ofte forkortes ved brug af en ladespole ; se Elektrisk korte piske herunder). For eksempel er de almindelige kvartbølge-piskeantenner, der bruges på FM-radioer i USA, cirka 75 cm (2,5 fod) lange, hvilket er omtrent en fjerdedel af længden af radiobølger i FM-radiobåndet , som er 2,78 til 3,41 m (9 til 11 fod) lang.
Halvbølge-piske ( lange), der har større forstærkning , og fem-ottende-bølge-piske ( lange), der har den maksimale vandrette forstærkning, der kan opnås af en monopol, er også almindelige længder.
Gain og strålingsresistens
En kvartbølge lodret antenne, der arbejder mod en perfekt ledende uendelig jord, vil have en forstærkning på 5,19 dBi og en strålingsmodstand på omkring 36,8 Ω . Denne gevinst nås dog aldrig i faktiske antenner, medmindre jordplanet er flere bølgelængder i diameter. 2 dBi er mere typisk for en pisk med et jordplan på . Pisk monteret på køretøjer bruger køretøjets metalskind som et jordplan. I håndholdte enheder findes normalt ikke noget eksplicit jordplan, og jordsiden af antennens fødelinje er lige forbundet med jorden på enhedens printkort. Derfor fungerer selve radioen og muligvis brugerens hånd som et rudimentært jordplan. Hvis radiochassiset er mindre end selve antennen, fungerer kombinationen af pisk og radio ofte mere som en asymmetrisk dipolantenne end som en monopolantenne . Gevinsten vil lide lidt i forhold til en halvbølge metallisk dipol eller en pisk med et veldefineret jordplan.
Pisk, der ikke er monteret på selve radioen, fodres sædvanligvis med en koaksial kabel- feedline på 50 eller 75 ohm impedans. Ved transmitterende antenner skal antennens impedans tilpasses feedline for maksimal effektoverførsel.
En halvbølge piskeantenne (længde på ) har noget højere forstærkning end en kvart bølge pisk, men den har en strømknude ved sit feedpoint ved bunden af stangen, så den har meget høj inputimpedans. Hvis den var uendelig tynd, ville antennen have en uendelig indgangsimpedans, men den begrænsede bredde giver typiske halvbølgepisker en impedans på 800–1500 Ω. Disse fødes normalt gennem en impedansmatchende transformer eller en kvartbølge stub matchende sektion ( J-polet antenne ). En fordel er, at fordi den fungerer som en dipol, behøver den ikke et jordplan.
Den maksimale vandrette forstærkning af en monopolantenne opnås ved en længde på fem ottendedele af en bølgelængde, så dette er også en populær længde for piske. På denne længde er strålingsmønsteret imidlertid opdelt i en vandret lap og en lille anden lap i en vinkel på 60 °, så stråling med høj vinkel er dårlig. Indgangsimpedansen er omkring 40 Ω.
Jordplanantenne
I en piskeantenne, der ikke er monteret på en ledende overflade, f.eks. En monteret på en mast, får manglen på reflekterede radiobølger fra jordplanet til at strålemønsterets lap vippes op mod himlen, så mindre strøm udstråles vandret retninger, uønskede til terrestrisk kommunikation. Også den ubalancerede impedans af monopolelementet forårsager RF -strømme i støttemasten og på ydersiden af jordskærmslederen på den koaksiale feedline. For at forhindre dette, med stationære piske monteret på strukturer, bruges ofte et kunstigt "jordplan" bestående af tre eller fire stænger på en kvartbølgelængde, der er forbundet til den modsatte side af fødelinjen, der strækker sig vandret fra piskens bund. Dette kaldes en jordplanantenne . Disse få korte ledningselementer tjener til at modtage forskydningsstrømmen fra det drevne element og returnere det til jordlederen på transmissionsledningen, hvilket får antennen til at opføre sig som om den har et kontinuerligt ledende plan under sig.
Strålingsmodstanden for en kvartbølgende jordplanantenne med vandrette jordledninger er omkring 22 Ω, en dårlig match til koaksialkabelfødningslinjen , og strålemønsterets hovedlob er stadig vippet op mod himlen. Ofte (se billeder) er jordplanstængerne skråt nedad, hvilket har den virkning, at sænkningen af hovedstrengen i strålingsmønsteret sker, så mere af strømmen udstråles i vandrette retninger og øger inputimpedansen for et godt match til standard 50- ohm koaksialkabel . For at matche 75-ohm koaksialkabel kan enderne af jordplanet vendes nedad, eller et foldet monopoldrevet element kan bruges.
Elektrisk korte piske
For at reducere længden af en piskeantenne for at gøre den mindre besværlig, tilføjes der ofte en induktor ( ladespole ) i serie med den. Dette gør det muligt for antennen at blive gjort meget kortere end den normale længde på en kvartbølgelængde og stadig være resonant ved at annullere den korte antennes kapacitive reaktans . Spolen tilføjes i bunden af pisken (kaldet en baseladet pisk) eller lejlighedsvis i midten (midterlastet pisk). I den mest udbredte form, gummi -ducky -antennen , er belastningsspolen integreret med selve antennen ved at lave pisken af en smal spiral af fjedrende tråd. Helix fordeler induktansen langs antennens længde, forbedrer strålingsmønsteret og gør den også mere fleksibel. Et andet alternativ, der lejlighedsvis bruges til at forkorte antennen, er at tilføje en "kapacitetshue", en metalskærm eller udstrålende ledninger, for enden. Imidlertid har alle disse elektrisk korte piske lavere forstærkning end en kvartbølgepisk i fuld længde.
Multibåndsoperation er mulig med spoler på cirka en halv eller en tredjedel og to tredjedele, der ikke påvirker antennen meget ved det laveste bånd, men det skaber effekten af stablede dipoler ved et højere bånd (normalt × 2 eller × 3 frekvens).
Ved højere frekvenser (2,4 GHz, men der findes militære piske for 50 MHz til 80 MHz -bånd , og er standardproblem for SINCGARS -radioen i 30-88 MHz -området), kan foderkoaks gå op i midten af et rør. Det isolerede kryds mellem røret og pisken føres fra koaksialen, og den nedre rørende, hvor koaksialkablet kommer ind, har en isoleret holder. Denne form for lodret pisk er en fuld dipol og behøver derfor ikke noget jordplan. Det fungerer generelt bedre flere bølgelængder over jorden, derfor begrænsningen normalt til mikrobølgebånd.
Køretøjsantenneskader
Piskeantenner på køretøjer kan blive beskadiget af automatisk bilvaskudstyr, især dem, der bruger roterende børster til slibende at gnide snavs af ydersiden af bilens karosseri. Fordi børsterne skal komme i kontakt med køretøjets overflade, kan de bøje eller helt afbryde piskeantenner. Disse antenner anbefales generelt at fjernes eller trækkes tilbage, så børsterne ikke kommer i kontakt, eller køretøjets ejer bør kun bruge en "berøringsfri" spraystråle automatisk bilvask.
Billedgalleri
Se også
- Taktisk vestantennesystem
- Waves (Juno) (Bruger to piskeantenner til en af dens sensorer)
- FIELDS (bruger fire piskeantenner på Parkers solprobe )