آنتن V معکوس چیست؟
آنتن V معکوس نوعی آنتن دوقطبی با تغذیه مرکزی است. در این نوع آنتن، به جای قرار دادن دو عنصر تابشی در یک خط افقی مستقیم، نقطه تغذیه در بالاترین موقعیت قرار میگیرد، در حالی که دو بازوی آنتن به سمت پایین و به سمت زمین شیب دارند.
از دید جانبی، این سازه شبیه یک حرف V وارونه است که نام آنتن از آن گرفته شده است. این چیدمان، فضای نصب افقی را کاهش میدهد و معمولاً فقط به یک دکل مرکزی تکیهگاه نیاز دارد که آن را برای ارتباطات HF، استقرار میدانی، نظارت رادیویی و نصبهایی که در آنها فضا یا سازههای تکیهگاه محدود است، جذاب میکند.
اگرچه آنتنهای V معکوس معمولاً با باند HF 3 تا 30 مگاهرتز مرتبط هستند، فرکانس کاری آنها به جای یک محدوده فرکانسی ثابت، توسط طول الکتریکی تعیین میشود. همان هندسه پایه را میتوان برای سایر کاربردهای RF مقیاسبندی یا اصلاح کرد.
ساختار و اصل عملکرد
یک آنتن V معکوس معمولی از دو عنصر رسانا با طول تقریباً مساوی تشکیل شده است که به یک نقطه تغذیه متعادل در رأس متصل شدهاند. نقطه تغذیه مرکزی روی یک دکل، برج، تکیهگاه پشت بام یا سایر سازههای نارسانا نصب میشود، در حالی که انتهای دو عنصر پایین آمده و با عایقها محکم میشوند.
آنتن عموماً به صورت یک دوقطبی رزونانسی طراحی میشود. جریان RF در نزدیکی نقطه تغذیه قویترین است و به تدریج به سمت انتهای باز کاهش مییابد. این دو عنصر جریانهایی با جهت لحظهای مخالف را حمل میکنند و میدانهای الکترومغناطیسی تولید میکنند که با ترکیب شدن، الگوی تابش کلی آنتن را تشکیل میدهند.
برخلاف آنتن موج رونده، یک دوقطبی V معکوس رزونانسی مرسوم، توزیع جریان موج ایستاده را پشتیبانی میکند. بنابراین، عملکرد آن به شدت تحت تأثیر طول عنصر، امپدانس نقطه تغذیه، زاویه رأس، قطر هادی، ارتفاع نصب و اشیاء اطراف قرار دارد.
زاویه رأس و هندسه نصب
زاویه بین دو بازوی آنتن، زاویه رأس یا زاویه شامل نامیده میشود. پیکربندیهای عملی رایج از زاویهای تقریباً ۹۰ تا ۱۲۰ درجه استفاده میکنند، اگرچه مقدار بهینه به فرکانس مورد نظر، امپدانس، فضای موجود و الگوی تابش مورد نظر بستگی دارد.
کاهش زاویه رأس، مساحت افقی را کوتاه میکند، اما همچنین کوپلینگ بین دو بازوی آنتن را تغییر میدهد. با نزدیکتر شدن بازوها به یکدیگر، امپدانس نقطه تغذیه و فرکانس رزونانس ممکن است تغییر کند و بهره اوج میتواند کمی کاهش یابد.
رأس آنتن معمولاً باید تا حد امکان بالا و دور از سازههای رسانای اطراف قرار گیرد. هیچ قانون جهانی وجود ندارد که بگوید باید زیر یک چهارم طول موج باقی بماند. در عوض، ارتفاع نصب باید بر اساس زاویه ارتفاع مورد نیاز، حالت انتشار، تکیهگاههای موجود و شرایط زمین انتخاب شود.
انتهای سیمها نیز باید به طور ایمن بالای زمین و دور از افراد، ساختمانها، خطوط برق و اشیاء فلزی قرار گیرند.
فرکانس و طول عنصر
بسیاری از آنتنهای V معکوس با طول کل رسانای نزدیک به نصف طول موج در فرکانس کاری مورد نظر طراحی میشوند. در عمل، طول فیزیکی اغلب کمی تنظیم میشود زیرا قطر رسانا، عایق، ارتفاع نصب، زاویه رأس و مواد مجاور بر فرکانس رزونانس تأثیر میگذارند.
طول موج تقریبی فضای آزاد با فرکانس از طریق رابطه زیر مرتبط است:
[\lambda = \frac{c}{f}]
کجا:
- (\lambda) طول موج است؛
- (ج) سرعت نور است؛
- (f) فرکانس کاری است.
این معادله یک تخمین اولیه ارائه میدهد، اما ابعاد نهایی آنتن معمولاً باید از طریق شبیهسازی الکترومغناطیسی یا اندازهگیری تلفات بازگشتی و VSWR تأیید شود.
الگوی تابش
الگوی تابش یک آنتن V معکوس مربوط به یک دوقطبی نیم موج افقی است، اما خم شدن عناصر به سمت پایین، توزیع میدان سهبعدی را تغییر میدهد.
یک دوقطبی افقی مستقیم معمولاً حداکثر تابش را در سمت پهن سیم و تهیهای عمیقی را در دو انتهای آن ایجاد میکند. در یک پیکربندی V معکوس، بازوهای شیبدار رو به پایین تمایل دارند برخی از این تهیها را پر کنند و پوشش آزیموت وسیعتر و اغلب یکنواختتری ایجاد کنند.
بنابراین، آنتن نباید به طور خودکار تک جهته توصیف شود. بسته به زاویه رأس، ارتفاع از سطح زمین، ویژگیهای خاک و فرکانس عملکرد، الگوی افقی ممکن است تقریباً همه جهته باشد یا ممکن است جهتگیری جانبی متوسطی را حفظ کند.
ارتفاع نصب نیز تأثیر عمدهای بر الگوی ارتفاع دارد. یک V معکوس HF نسبتاً پایین ممکن است تابش قوی با زاویه بالا ایجاد کند که میتواند برای ارتباطات موج آسمانی با تابش نزدیک به عمودی مفید باشد. نصب در ارتفاع بالاتر میتواند از زوایای برخاست پایینتری پشتیبانی کند که برای ارتباطات از راه دور مناسبتر هستند.
قطبش
یک آنتن V معکوس متقارن معمولاً عمدتاً دارای قطبش افقی در نظر گرفته میشود زیرا مؤلفههای جریان افقی از دو عنصر شیبدار یکدیگر را تقویت میکنند.
با این حال، بازوهای شیبدار، مؤلفههای میدان عمودی را نیز ایجاد میکنند. سهم آنها به زاویه رأس، جهت آنتن، ارتفاع نصب، بازتابهای زمینی و محیط اطراف بستگی دارد. به همین دلیل، قطبش واقعی در یک نصب واقعی ممکن است در هر جهت کاملاً افقی نباشد.
تغذیه و تطبیق امپدانس
از آنجا که آنتن V معکوس یک آنتن متعادل است، ترجیح داده میشود که آن را با یک خط انتقال متعادل تغذیه کنید یا هنگام اتصال آن به یک کابل کواکسیال نامتعادل از یک بالون مناسب استفاده کنید.
یک بالون به کاهش جریان مد مشترک در خط تغذیه کمک میکند. بدون کنترل مناسب جریان، کابل کواکسیال ممکن است بخشی از سیستم تشعشعی شود و امپدانس آنتن، الگوی تشعشع، قطبش و عملکرد نویز را تغییر دهد.
امپدانس ورودی تحت تأثیر موارد زیر است:
- زاویه رأس
- طول و قطر المان
- ارتفاع از سطح زمین
- رسانایی زمین
- سازههای نزدیک
- چیدمان خط تغذیه
- فرکانس کاری
پس از نصب، مهندسان باید تلفات بازگشتی یا VSWR را اندازهگیری کرده و در صورت لزوم المانها را برش داده یا شبکه تطبیق را تنظیم کنند.
مزایای آنتن V معکوس
پیکربندی V معکوس چندین مزیت عملی ارائه میدهد:
- فقط به یک تکیهگاه مرکزی بلند نیاز دارد
- فضای افقی کمتری نسبت به یک دوقطبی مستقیم اشغال میکند
- ساخت و ساز ساده و نسبتاً کم هزینه
- مناسب برای نصبهای سیار و ثابت
- پوشش آزیموت وسیعی را فراهم میکند
- میتواند برای عملکرد تک باند یا چند باند طراحی شود
- برای ارتباطات HF و کاربردهای NVIS مفید است
محدودیتهای طراحی
آنتن همچنین چندین محدودیت دارد:
- امپدانس نقطه تغذیه با زاویه رأس تغییر میکند
- بهره ممکن است کمی کمتر از یک دوقطبی افقی که به خوبی نصب شده باشد، باشد.
- عملکرد به ارتفاع نصب و شرایط زمین حساس است
- انتهای سیمهای کوتاه میتواند نگرانیهای ایمنی و تلفات ایجاد کند
- سازههای فلزی نزدیک ممکن است الگوی تابش را تحریف کنند
- نسخههای رزونانسی معمولاً پهنای باند عملیاتی محدودی دارند
- مسیریابی نامناسب خط تغذیه میتواند باعث ایجاد تابش مد مشترک شود
کاربردهای معمول
آنتنهای V معکوس معمولاً در موارد زیر استفاده میشوند:
- ارتباط رادیویی HF
- سیستمهای فرستنده و گیرنده موج کوتاه
- ایستگاههای رادیویی آماتور
- ارتباطات اضطراری و میدانی
- سیستمهای Skywave با تابش نزدیک به قائم
- نظارت رادیویی و مشاهده طیف
- ایستگاههای ارتباطی قابل حمل
- آموزش آنتن، شبیهسازی و آزمایشهای اندازهگیری
اهمیت مهندسی
آنتن V معکوس نشان میدهد که چگونه یک تغییر نسبتاً کوچک در هندسه آنتن میتواند بر امپدانس، قطبش، بهره و پوشش تابشی تأثیر بگذارد.
درک این روابط نه تنها برای طراحی آنتن سیمی، بلکه برای توسعه و ارزیابی آنتنهای پهن باند، آنتنهای شیپوری، آرایههای آنتن، سیستمهای رادار و پلتفرمهای اندازهگیری RF نیز مفید است.
آر اف میسوراهکارهایی برای آنتن و اجزای مایکروویو برای آزمایش RF، ارتباطات، رادار، اندازهگیری آنتن و یکپارچهسازی سیستم ارائه میدهد. درک روشنی از نظریه پایه آنتن به مهندسان کمک میکند تا محصولات مناسب را انتخاب کرده و به درستی محدوده فرکانس، بهره، قطبش، پهنای پرتو، VSWR و عملکرد الگوی تابش را ارزیابی کنند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنتنها، لطفاً به آدرس زیر مراجعه کنید:
زمان ارسال: ۱۷ ژوئیه ۲۰۲۶
