ラジオエンジニア、経験豊富なアマチュアラジオオペレーター、または物理学を熟知している場合は、精神的健康への悪影響を避けるために、以下を読むことは厳密に推奨されません。 あなたは警告を受けました。
退屈な基本から始めましょう。 古き良き時代に、インターネットもあなたのこの狂気もなかったとき、電気と磁気のよく知られた現象は、ちょうど200年前まで、共通の性質を持つ単一のものとは見なされませんでした、デンマークのエルステッドは、導体を通る電流の流れが逸脱を引き起こすことを発見しましたコンパス針、すなわち シンプルなデバイスで観察や測定にアクセスできる磁場を作成します。
すぐに、フランス人アンペールは、電流とそれに起因する磁場の依存性を説明する彼自身の名前の法則を推測し、少し後に、電磁誘導の現象をオンにし、発見し、数学的に述べたイギリス人ファラデーが推論しました。 かなりの時間が経った後、スコット・マクスウェルは電磁界の理論を作成しますが、これは次のストーリーで使用する必要がありますが、可能な限りマタンを使用しないことに同意しました。 これらすべての研究は、1887年にドイツのヘルツが無線送信機と無線受信機を構築することにより、電波の存在を実験的に証明したという事実につながりました。 しかし、ハーツ自身は彼の放送の見通しを高く評価していませんでした（世界初！）、したがって、ラジオの発明は、イタリアのマルコーニに関連付けられていることが多く、イタリアのマルコーニは、否定できないエンジニアリングの天才に加えて、商業化の点で成功していました。 はい、もし誰かが興味を持っているなら、この声の最初の放送は1900年にこの問題をどうにかして成功したカナダのフェゼンデンに属します。
導体の電流は磁場を生成します。 なぜ裸線を取るのですか？ 次に、導体の電流の方向に応じて、磁場ベクトルの方向を簡単に覚えるために-「右手の法則」。
そのため、導体に電流が流れると、導体の近くに磁場が発生することがわかりました。 これは、非常に単純化されていれば、電磁気学です。 したがって、最初に学ぶことができるのは、アンテナの放射はアンテナ内の電流の流れに関連しています。
無線通信では、さまざまな周波数の交流（または波長-アンテナと言えば、波長について、および無線工学全体について-周波数について話す方が便利なことが多い）を使用します。
異なる周波数を使用すると、多くの独立した送信を同時に実行し、受信を共有して、適切な周波数を選択し、不要なものを破棄できます。 これを行う方法はかなりありますが、それらは個々の記事のトピックです。 交流には1つの不快な特徴があります。オームの法則（電圧、回路抵抗、電流の相互依存性）に完全に準拠していますが、電圧と電流は時間的に一致しない場合があります。 はい、「位相シフト」は必ずしも頭の中にあるわけではなく、電気工学および無線工学の用語以上のものです。 結果は次のとおりです。 理想的な抵抗器に交流電圧を印加すると、この回路のコモンモード交流電流は、ボルト単位の電圧をオーム単位の抵抗で割った値に等しくなります-まともな直流電流のように。 しかし、抵抗の代わりにインダクタがある場合、問題はより複雑になります。 コイルに電圧を印加すると、コイルに流れる電流に抵抗するため、電流は電圧の位相よりも遅れます。 ちなみに、コイルから電圧供給を切断すると、（コイルがエネルギーを蓄えることができる範囲で）抵抗し、電流の流れを維持しようとします-もう電圧はありませんが、電流はまだ流れています。 これはこの抵抗であり、反応性と呼ばれ、周波数が高くなるほど高くなります。 つまり、同じインダクタンスで周波数が増加するか、同じ周波数でインダクタンスが増加すると、交流に対する抵抗が増加します。 コンデンサーでは、すべてが同じですが、まったく逆です。 コンデンサに電圧が印加されると、電流は最初に電圧に先立って空の穴のようにコンデンサに流れ込み、その後充電されるにつれて低下します。 交流電流がコンデンサに入る容易さは、同じ静電容量で周波数が増加すると交流電流に対する抵抗が減少し、静電容量が増加すると同じ周波数で交流電流への抵抗も減少することを意味します。 したがって、注意が必要です。リアクタンス、つまり交流に対する誘導抵抗または容量抵抗は、周波数に依存します。
左側は伝統的な正弦波形であり、右側は回路に誘導抵抗がある場合の電圧からの電流の「遅れ」の例の位相シフトです。
アクティブ成分（位相に影響を与えずに「純粋に」電力を消費する条件付き抵抗器）とリアクティブ成分（位相シフトインダクタンスおよび/またはキャパシタンス）で構成される合計抵抗は、複素抵抗またはインピーダンスと呼ばれます。
そのため、アンテナは電気エネルギーが供給され、周囲の空間に放射する導体です。 導体に電流を放出し、導体の周囲に磁場を生成します。
なぜ電磁エネルギーは、彼女にとって快適で、彼女にとって不快な真空になる導体を残すのですか？ そして彼女は出てこない！ エネルギーは場の振動を生み出しますが、それ自体では動きません。 音波と比較しましょう。 スピーカー（アンテナ）が振動を生成すると、空気（エーテル）は移動せず、風は発生しませんが、振動は空気（エーテル）を伝播します。 同じことが電磁波でも発生しますが、電磁エネルギーは空気中を伝播するのではなく、エーテル中を伝播します。 しかし、その後、彼らは提案されたエーテルが存在せず、地球も平坦ではなく、電磁場も真空でうまく感じることを発見しますが、エーテルが
振動回路としてのアンテナ。 複雑なアンテナの設計を理解できる原理に基づいて、単純なアンテナの特定の設計について話す前に、電気共振について話しましょう。 これを行うには、リアクタンスに戻ります。 アンテナシートは、分布容量と分布インダクタンスとして表すことができます。つまり、コイルが直線に巻かれ、コンデンサプレートが同じ線に縮退したものです。 私たちが思い出すように、回路内のリアクタンスの存在は、電流と電圧の相を分離します。 ただし、インダクタンスとキャパシタンスの特定の組み合わせを選択すると（リアクタンスが周波数の変化に応じて変化することを覚えているため、特定の周波数でのみ機能します）、キャパシタンスとインダクタンスが相互に相殺され、純粋にアクティブな抵抗が表示されます負荷で。 このような相互補償と、補償の結果としての純粋にアクティブな抵抗の形の結果は、電気共振と呼ばれます。 アンテナが動作することは重要ではありません。なぜなら、アンテナは、すでにわかっているように、導体に電流を放出するからです。 ただし、アンテナで共振を起こす傾向があるのにはいくつかの理由があります。 事実、直流とは異なり、交流では、発電機、送電線、負荷の波動インピーダンス（オームの法則、つまり回路抵抗が印加電圧を電流で割った数値に等しいこと）が重要です。 アンテナ自体は同等でした。 平等がない場合、電磁エネルギーの一部が発生器に反射され、望ましくない現象のスペクトル全体につながります。 有意なリアクタンスは、強いミスマッチとエネルギーの顕著な反射をもたらします。 ただし、これはインピーダンスのアクティブなコンポーネントにも当てはまります。これは、重要でない、簡単に補償される無効なコンポーネントとの調整が容易です。 したがって、技術的には、無効成分が存在しないか簡単に補償され、有効成分が発電機の波動インピーダンスに等しいか、または容易に変換されるようなアンテナを作成しようとしています。 最も単純なアンテナの場合、特定のアンテナ容量または特定のインダクタンスを作成することは、単にサイジングを意味します。 したがって、通常、アンテナの寸法は線形単位ではなく、波長の一部で測定されます。
最も単純なフルサイズのアンテナ。 半波ダイポール、1/4波グラウンドプレーン、および同様の設計。
ご覧のとおり、電流と電圧の分布は同じです。 四分の一波長のグラウンドプレインでダイポールの半分がピンであり、後半が地球である場合にのみ、その後、半波ダイポールでは-後半はその後半です。 :)
より複雑なアンテナでも同じ原理を理解するために、基本的なアンテナの設計と動作を扱うことを提案します-対称半波ダイポールまたは非対称1/4波グラウンドプレイン。 ある程度、それらは同一であり、半波ダイポールは放射ピンの180度に達する放射状角（バランス）の4分の1波長グラウンドプレインの極端な場合と見なすことができるため、考慮される機能のほとんどは両方のアンテナに等しく適用できます。
ご覧のとおり、そのようなアンテナには電気共振があります。これは、導体に整数個の半波電流と整数個の半波電圧が配置されるためです。 それらは互いに位相シフトされていますが、それらの反応性は相互に補償されています。
アンテナが半波より少し短い場合、インピーダンスの容量成分を持ち、インダクタンスによって補償する必要があります（シビシュナヤの自動アンテナのベースのコイルを思い出させませんか？）、しかし逆に長くなると、誘導成分が静電容量によって補償される必要があります。
耐放射線性。 耐放射線性に関して特別なものはありません。 本当にそうではありません。 物理的な意味での放射抵抗は存在せず、アンテナの効率を決定するために使用される分析値です。 放射抵抗を想像する最も簡単な方法は、放射に費やされるアンテナ全体の全抵抗の有効成分です。 実際には、「放射損失」という用語があり、これはアンテナについて話している場合に有用な「損失」ですが、これは放射抵抗と等しくないため、混同しないでください。 そこへの想像上の放射や他のものに対する媒質の想像上の抵抗はありません-誘電率のような異なる特性がありますが、今のところ考慮しません。
また、アンテナの損失抵抗は、導体の抵抗という形であり、導体の加熱、構造要素およびマッチングリンクのさまざまな損失に費やされます。 アンテナの効率を理解するには、放射抵抗の知識が必要です。一部のアンテナでは、放射抵抗は単位およびオームの端数になることがありますが、損失抵抗は数倍大きくなります。つまり、そのようなアンテナの設計は他の点では適切であるにもかかわらず、効率は非常に低くなります。 検討中のダイポールやグランドプレインなどの単純なアンテナでは、導体の損失が比較的小さいため、放射抵抗はアンテナ自体の全抵抗に近くなりますが、いずれの場合も同一の概念ではありません。
ダイポールに戻りましょう。 電流が最大で電圧が最小の幾何学的中心にエネルギーを供給する限り、放射抵抗は小さくなります。 理論的には、約73オームであり、材料の相対的な厚さによってほぼわずかに小さくなります。 ダイポールの半分が別々の放射状に分割されると、抵抗はわずかに減少し、ピンに対して90度の角度で約36オームmiに低下します。 これは明らかにアンテナ効率に影響します。 しかし、明確にするために、ダイポールだけを検討します。 供給ポイントが中央から端に移動すると、電流が減少し、電圧が増加する、つまり放射抵抗が増加し、端から電力を供給したときに最大に達することがわかります。 この状況はアンテナの他のすべての特性に影響を与えるものではなく、同じ放射パターンで放射します。つまり、放射効率は同じです（ただし、効率は相対損失に依存するため、アンテナアセンブリ全体の効率ではありません）。
アンテナのインピーダンスは、電力点の電圧を出力電流で割ったものに等しくなります。 そして、すでにわかっているように、必要な放射線に対してエネルギーを有効に失う耐放射線性と、エネルギーを失う耐損失性は無用です。 さまざまな方法で、アンテナのインピーダンスに影響を与えることができます。 ジオメトリを変更せずに、パワーポイントをシフトできます。 さまざまな変換要素を使用できます（文字通り、使用が合理的な周波数で巻線を備えたトランスを含む）。 これらの操作はすべて、アンテナの放射効率に影響を与えず、アンテナとジェネレーター（トランスミッター）を一致させるためにのみ必要です。 たとえば、抵抗が約73オームの中央に電源がある半波ダイポールは、単純な1：4トランスを介して、リード線の接続方法に応じて、インピーダンスが18オームまたは300オームのアンテナ用に設計されたジェネレーターに一致させることができます。 これは、アセンブリ全体の効率に対するトランスの損失の影響を除いて、アンテナの動作に影響を与えません。
アンテナにモノポール（ピン、ワイヤ、またはプリント回路基板上のトラック）しかないと思われる場合、これは実際にはグランドプレーンの変形であり、ラジアルは特別に割り当てられていませんが、地球、オペレータの身体（携帯ラジオ局など） ）またはボード上の埋め立て地。 そのようなラジアルの損失は、アンテナの一部として特別に設計されたものよりも明らかに大きいため、そのような構造の効率は常に低くなり、計算された放射ではなく状況放射の予測不能性によるインピーダンス整合の度合いも常に低くなります。
半波ダイポールを超えるアンテナの長さの増加により、放射抵抗は最初に増加し、偶数の半波で最大に達し、次に再び下がり、奇数の半波で最小に達します。 長さをわずかに長くすると、放射パターンが狭くなり、選択した方向の伝送効率が向上します。重要なものは、パターンを多数のローブに断片化し、一般に非効率的です。したがって、通常、マルチバンドアンテナを除き、実際には使用されません。これは妥協策です。
一般に、波の半分を超える双極子の長さの増加は、キャンバス上に電流が反対方向に流れる領域があるという事実につながります。 もちろん、この電流も放射に関与しますが、それによって作成されたフィールドがキャンバスの条件付き主要部分のフィールドと干渉すると、放射パターンが分割され、ほとんどの場合有害です：通常、無線通信は1つまたは複数の既知の方向で行われ、放射は「不必要な」側とは、単に無駄な損失を意味します。 たとえば、地上通信は地平線の方向に行われ、宇宙への放射は送信機の電力を無駄に浪費しています。 したがって、エネルギーを正しい方向に集中させるためにアンテナの指向性を高める必要がある場合、単一のダイポールを長くするよりも、ダイポールに基づいたより複雑な構造を使用することを好みます。
アンテナの長さが半波ダイポールから短くなると（または4分の1波長の接地ピンが短くなると）、放射抵抗が指数関数的に減少します。これは、ますます複雑になる整合デバイスとともに、短くなったアンテナを非常に効率の悪いものにします。
実際、人文科学がアンテナについて知る必要があるのはそれだけです。