Автор Тема: Ближнее поле  (Прочитано 41864 раз)

Константин (Омск)

  • Гость
Ближнее поле
« : 14 Ноября 2010, 10:48:42 »
Здравствуйте , Игорь. Возникла задача оценки развязки между приемной и передающей антенной на близком расстоянии (порядка лямбда). Для этого решил попробовать расчет таблиц ближнего поля из прилагающихся к MMANA-GAl и NEC-2 for MMANA утилит. И в процессе возник вопрос. Каковы границы ближней зоны? То есть для диполя допустим все понятно, лямбда/2пи или величина того же порядка по разным источникам. А как определить границы ближней зоны для геометрически сложной антенны, например V-образной наклонной антенны длиной несколько десятков метров. Относительно чего определять границы - относительно источника, геометрического центра?
И в связи с этим вопрос по таблицам ближнего поля, есть ли какие то ограничения в методике расчета таблиц mman-ой или nec-ом, связанные с выходом границ геометрии антенны за лямбда/2пи, или по-другому, есть ли какие-то ограничения на расстояния в лямбдах .
И еще, что можете посоветовать почитать по ближним зонам эмп антенн (желательно чтобы кроме физики там была и математика).

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2319
  • Репутация: +240/-5
    • Просмотр профиля
Re: Ближнее поле
« Ответ #1 : 15 Ноября 2010, 14:35:22 »
1. Выраженной границы нет. Там плавный переход. Ориентироваться можно попытаться углу тока (в ближней зоне он близок к 90 гр, потом плавно меняется).
Но реально эти таблицы анализировать глазами практически нереально (там хитрый вывод вектора в трех проекциях на оси). У нас уже есть в составе GAL-ANA окно визуализации этих таблиц в трехмерные диаграммы. Им, например, сделаны рисунки с 16 по 20-й на странице http://gal-ana.de/scr/index.htm . Этим же окном сделаны рисунки в статьях о поле двухпроводной линии и анодном дросселе.
В принципе, это окно существует и в виде отдельной программы, и применяется нами для профессиональных задач (в основном для расчетов по электромагнитной совместимости).
2. Границы зависят от конструкции. В каждом случае индивидуально (на вышеупомянутых рисунках это хорошо видно).
3. Ограничений нет. Само название "Таблица ближнего поля" условно. Там считается полное поле. Можно ставить хоть километры расстояния.
4. Проблема не в математике (там все те же уравнения Максвелла), а том, как применить ее для конкретной конструкции. Почитать можно Айзенберга, Constantine A. Balanis`a.

Сергей

  • Гость
Re: Ближнее поле
« Ответ #2 : 20 Марта 2011, 12:36:00 »
Игорь,здравствуйте! Насколько ухудшатся параметры OFC диполя если его короткая часть будет над крышей.

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2319
  • Репутация: +240/-5
    • Просмотр профиля
Re: Ближнее поле
« Ответ #3 : 21 Марта 2011, 16:22:40 »
Как у любой другой антенны, часть которой разместить в плохом месте (низко над крышей): эта часть будет не излучать, а греть крышу.

Вообще, стoит иметь в виду, что излучение радиоволны обеспечивает не антенна сама по себе, а возбуждаемая антенной ближняя реактивная зона вокруг нее (для простых антенн ориентировочно около 0,16 длины волны вокруг антенны).
Если ближняя зона "чистая", без потерь, то реактивная энергия "выплескивается" из нее наружу в виде обычной радиоволны.
А если мы в пространство ближней зоны насовали всякой ерунды (земля с потерями, крыша, и.т.д), то энергия ближней зоны охотнее (с одного раза) пойдет на обогрев этой ерунды, вместо того, чтобы трудно (многократно качаясь туда-сюда много раз внутри ближней зоны) уходить в эфир.

Очень ненаучная аналогия. Громкоговоритель. Катушка громкоговорителя – это антенна. Диффузор – излучающая ближняя зона, возбуждаемая катушкой (антенной). Если мы испортим диффузор (придавим, насыплем на него земли, поглощающей ваты, сделаем слишком тонким и гибким), то как бы катушка не старалась – нормального звучания мы не получим.

С антенной то же самое (только вот ближней зоны глазами не видно, отчего ее влияние недооценивают часто) – сколь угодно прекрасная антенна будет работать плохо, если испортить потерями её ближнюю зону.

UA4NE

  • Гость
Re: Ближнее поле
« Ответ #4 : 05 Февраля 2014, 01:34:54 »
Игорь, спасибо за статью про гигиену в ближнем поле.
А вот интересно, опасно ли находиться внутри кабины легкового автомобиля при 100 ваттах в двухметровой укороченной штыревой антенне (скажем, 40-метрового ё MFJ), размещённой на его крыше-противовесе?

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2319
  • Репутация: +240/-5
    • Просмотр профиля
Re: Ближнее поле
« Ответ #5 : 06 Февраля 2014, 05:21:34 »
Думаю, что не очень.
   Внутри замкнутого проводящего экрана небольших в размеров электрического поля нет. Ибо если бы оно было, это соответствовало бы напряжению а от него в проводнике тек бы выравнивающий ток, пока это поле не скомпенсировалось бы полностью. А при отсутствии электрического поля нечему создавать и магнитное. Мы же об электромагнитной волне речь ведем, там Е без Н (соотношение между Е и Н бывает разным, но они в радиоволне и ближней зоне есть оба). Так работает обычный замкнутый экран.

   Но кабина автомобиля не замкнута наглухо. И к тому же имеет конечную проводимость на ВЧ. Поэтому что-то "залетает" через окна (но думается, что если их размеры сильно меньше длины волны, то это не так страшно). И из-за конечной проводимости вдоль кузова существует какое-то напряжение, а оно создаст электрическое поле. Опять же, мне кажется, что небольшое.
   Точнее – надо считать, а такую работу мне пока никто не заказывал.

Владимир (КУЗНЕЦК)

  • Гость
Re: Ближнее поле
« Ответ #6 : 07 Февраля 2014, 09:08:14 »
Программа MMANA правильно ли считает параметра антенн типа магнитной рамки ? Может для расчетов таких антенн эта программа не подходит? У магнитной рамки все таки сильно выражено магнитная составляющая электромагнитного поля...

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2319
  • Репутация: +240/-5
    • Просмотр профиля
Re: Ближнее поле
« Ответ #7 : 08 Февраля 2014, 12:54:54 »
 MMANA-GAL считает по уравнениям Максвелла, никак не разделяя антенны по типам. Она просто ничего не знает о типах антенн: они все считаются по одной и той же методике (что и обеспечивает универсальность).
   Для вычислителя любая моделируемая антенна – это некий набор точек в проводах (для этого и нужна сегментация) в пространстве по которым течет ток. Токи и поля (и Е, и Н) в каждой точке считаются по Максвеллу (их при всем желании невозможно посчитать отдельно, только вместе). А потом происходит интегрирование по объему, с учетом влияния всех точек друг на друга (квадратная матрица со стороной, равной числу сегментов). В результате вычислитель выдает распределение токов по антенне, ее импеданс, диаграмму направленности и напряженности полей (и Е, и Н) в каждой заданной в расчету точке (последнее это команда Файл – Создать таблицу ближнего поля *.csv).
   А уж что там на выходе получилось, чего где больше, а чего где меньше: это вопросы не к MMANA-GAL, а к Максвеллу, к физике и к данной конструкции антенны.

   Конкретно о магнитной рамке: да там вблизи ее магнитное поле велико. А что другого ждать, при сопротивлении излучения в доли ома? Попытка загнать в такое маленькое сопротивление хоть какую-то заметную мощность приводит к огромным токам (MMANA-GAL, кстати, показывает, к каким команда Файл- Сохранить таблицу токов). Просто по закону Ома. А огромный ВЧ ток не может не создать столь же огромного магнитного поля. И это рассчитывается. См. рисунки 9 и 11 на http://dl2kq.de/ant/3-92.htm – там огромные магнитные поля, в десятки А/м. В десятки раз выше, чем у &/2 диполя при той же подводимой мощности.
Но магнитным полем в рамке дело не исчерпывается. Мы же электромагнитную волну формируем. А в ней не может быть только одной составляющей. Поэтому есть и электрическое поле у рамки. Оно в точности повторяет распределение напряжения: мало там, где большой ток и максимально на концах того, что раньше было диполем. То есть на конденсаторе. И без моделирования известно, что для хорошей передающей рамки КПЕ должен выдерживать несколько киловольт. А такое напряжение не может не создать ощутимое электрическое поле. И это рассчитывается, см. рисунки 8 и10 на http://dl2kq.de/ant/3-92.htm : Е -поле есть, но оно сосредоточено около конденсатора и быстро падает при отходе от него.
   Так что электромагнитный симулятор по Максвеллу (в данном случае ядро MININEC3m) электромагнитные процессы в проводниках и вокруг них считает правильно. Как бы причудливо эти проводники не располагались. И какой бы антенной они не назывались.

Оффлайн VA7KL

  • ***
  • Сообщений: 67
  • Репутация: +6/-6
    • Просмотр профиля
Re: Ближнее поле
« Ответ #8 : 08 Октября 2015, 04:16:13 »
Здравствуйте Игорь. Объясните пожалуйста такое "несоответствие" двух ваших статей:
 1. гдето вы пишете что антенна больше всего излучает тем местом где больше ток - то есть в центре λ/2 диполя я так понимаю
 2. графики в Безопасном расстоянии показывают что опаснее всего находиться у концов λ/2 диполя, а в центре можно стоять почти рядом с антенной..

это ничуть не теоретический а практический вопрос. Я только что настроил 80-40-20-... fan dipole который висит точно поперек моего дома, с балуном метров 15 над моей головой когда я в офисе... Значит ли это что мне не стоит покупать 1кWt PA, а всю жизнь работать QRP?

Спасибо

Константин

RZ6FE

  • Гость
Re: Ближнее поле
« Ответ #9 : 08 Октября 2015, 07:49:43 »
Здравствуйте Игорь. Объясните пожалуйста такое "несоответствие" двух ваших статей:
 1. гдето вы пишете что антенна больше всего излучает тем местом где больше ток - то есть в центре λ/2 диполя я так понимаю
 2. графики в Безопасном расстоянии показывают что опаснее всего находиться у концов λ/2 диполя, а в центре можно стоять почти рядом с антенной..

это ничуть не теоретический а практический вопрос. Я только что настроил 80-40-20-... fan dipole который висит точно поперек моего дома, с балуном метров 15 над моей головой когда я в офисе... Значит ли это что мне не стоит покупать 1кWt PA, а всю жизнь работать QRP?

Спасибо

Константин
:) А вы чего больше опасаетесь - тока или напряжения?

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2319
  • Репутация: +240/-5
    • Просмотр профиля
Re: Ближнее поле
« Ответ #10 : 08 Октября 2015, 12:27:17 »
1. гдето вы пишете что антенна больше всего излучает тем местом где больше ток - то есть в центре λ/2 диполя я так понимаю
 2. графики в Безопасном расстоянии показывают что опаснее всего находиться у концов λ/2 диполя, а в центре можно стоять почти рядом с антенной..
Излучают, в основном, действительно те части антенны, в которых больше ток.
А допустимые уровни нормируются по напряженности как магнитного, так и электрического поля.

В дальней зоне антенны магнитное H и электрическое E поле жестко связаны друг с другом (через коэффициент, называемый волновым сопротивлением свободного пространства E/H= ~377 Ом). Поэтому в дальней зоне достаточно контролировать только одно из полей.

 А вот в ближней зоне не так. Там  возможно всякое отношение E/H, в зависимости от конструктива антенны. И вполне может быть вариант, что концы диполя (слабо участвующие в излучении, например, в inverted V их вообще к земле опускают - заметно на излучение это не влияет) вокруг себя создают недопустимо большое электрическое поле (а магнитного там почти не будет).

Так что вопросы эффективности излучения антенны и её безопасности по полю  для людей -- в ближней зоне разные.

В Вашем случае, надо что-то придумывать, чтобы увести подальше от людей концы диполя, например, загнув их параллельно дому.




Оффлайн UB3TKG

  • **
  • Сообщений: 3
  • Репутация: +0/-0
    • Просмотр профиля
Re: Ближнее поле
« Ответ #11 : 30 Мая 2017, 11:27:57 »
Игорь Викторович, здравствуйте!

Скажите пожалуйста, какая величина из таблицы ближнего поля, создаваемой программой MMANA отображена на рис.2
по ссылке: http://dl2kq.de/ant/3-92.htm. (REAL(V/m),IMAGINARY(V/m),MAGNITUDE(V/m),PHASE(DEG))

Для диполя на два диапазона не могу рассчитать напряжённость электрического поля в GAL-ANA, а вот в MMANA очень хорошо эта таблица генерируется.

Внимательно сейчас тему перечитал, как оказывается для каждой точки ещё и проекция есть. Прошу пояснить как же тогда можно построить
трёхмерный график. Владею навыками работы в matlab, mathcad и пр.
« Последнее редактирование: 30 Мая 2017, 14:39:18 от UB3TKG »

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2319
  • Репутация: +240/-5
    • Просмотр профиля
Re: Ближнее поле
« Ответ #12 : 30 Мая 2017, 15:03:08 »
   1. Магнитуда.

   2. В доступной всем demo GAL-ANA этого пока нет. Но есть в MMANA-GAL-PRO.

   3. На http://dl2kq.de/ant/3-92.htm графики плоские, магнитуда передана цветом.
Трехмерный ближнего поля график в полном виде не построишь, тк. в каждой точке пространства надо указывать напряженность поля (мы с DL1PBD, во всяком случае не смогли придумать сколь-нибудь внятной визуализации).

  Те трехмерные графики что есть, например, в http://dl2kq.de/ant/3-41.htm – это по сути двумерный график по плоскости среза, а по вертикали отображается магнитуда (в дополнение к цвету). Подробности есть в описании соответсвующего окна MMANA-GAL-PRO.

Оффлайн UB3TKG

  • **
  • Сообщений: 3
  • Репутация: +0/-0
    • Просмотр профиля
Re: Ближнее поле
« Ответ #13 : 30 Мая 2017, 15:06:56 »
Спасибо за ответ! а как можно собрать три проекции в одно число?
т.к. это теперь основная проблема =)
Построю плоский график, а магнитуду, как Вы и говорите, цветом передам.

Оффлайн DL2KQ

  • Администратор
  • *****
  • Сообщений: 2319
  • Репутация: +240/-5
    • Просмотр профиля
Re: Ближнее поле
« Ответ #14 : 30 Мая 2017, 15:26:55 »
Корень из суммы квадратов.