Практика антенны Фукса

[R1AIT]

Открыть эту тему меня заставило большое количество вопросов об этой антенне, которое мне задавали в других ветках форума при упоминании о ней. Поскольку в тех ветках обсуждались другие вопросы, обсуждать эту антенну стоит в отдельной ветке, что и делаю.
Изготовив некоторое количество экземпляров этой антенны я много экспериментировал с ней и с тех пор и по сей день успешно использую эти конструкции практически постоянно.
Вкратце о моем опыте с этой антенной можно почитать в моей статье, опубликованной в 32м выпуске CQ-QRP http://qrp.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=87
Хочется сразу акцентировать внимание интересующихся на несколько моментов, которые на первый взгляд могут показаться не существенными. С тех пор, как господин Фукс проводил свои эксперименты с этой конструкцией и даже запатентовал ее, прошло не мало времени. Случилось так, что эта конструкция не нашла широкого применения, а потому в течении достаточно большого количества времени в основном лишь упоминалась в различных публикациях, причем большей частью лишь в сравнении с другими антеннами и без подробного описания именно этой конструкции и ее работы. По этой причине конструкция обросла различными неточностями и элементами, которых не было в исходном варианте. Самым грустным при этом, оказалось то, что эти, на первый взгляд не существенные отличия, на самом деле превращают антенну Фукса в совершенно другие конструкции. Они по другому работают и обладают совершенно другими свойствами. Самый яркий пример - та самая статья из журнала Радио, "Неумирающая антенна Фукса". Об антенне Фукса там лишь упоминается в начале статьи и даже приведен ее рисунок. Однако далее, вся статья посвящена другим антеннам.
Не смотря на то, что использую эти антенны уже несколько лет и много с ними экспериментирую, еще на очень большое количество вопросов получить ответы мне пока не удалось. Эксперименты и измерения требуют времени, которого всегда не хватает. Возможно сообща у нас получится эту ситуацию поправить. Всегда готов поделиться своим опытом, и буду очень благодарен за описание своих впечатлений и результатов тем, кто таки построит такую антенну.

[ra6foo]

При этом КПД будет оставаться практически неизменным.

... а значит и сопротивление излучения также будет оставаться неизменным.

Добавлено через 34 минут(ы):

потери нужно тоже относить к тем же самым точкам и токам.

Потери, величина распределенная по проводу. Относить к точке их абсурдно.
"потери в точке", "сопротивление в точке" - бессмыслица

[plyrvt]

И одно и другое будет верным, просто надо каждый раз оговаривать конкретное условие - к какому току относим искомое сопротивление.

бесконечно тонкий диполь - уникальный частный (вырожденный) случай, когда точку питания можно двигать как угодно и при этом свойства диполя:
- поляризация и направленность
- закон распределения токов вдоль линии диполя
не изменятся.

Для такого частного случая, сопротивление излучения можно определить через количество энергии убывающей из системы за 1 цикл. Связано оно будет с понятием добротности Q колебательного контура. В частном случае бесконечно тонкого диполя это сопротивление можно посчитать точными аналитическими уравнениями.
В общем случае, для произвольных структур, такое сопротивление можно посчитать с помощью расчетов во временной области, питание пульсом и смотреть на затухание энергии через N циклов.

В русском и английском определении есть большая разница:

Сопротивление излучения — это показатель, имеющий размерность сопротивления и связывающий излучаемую мощность Pизл с током IA протекающим через какое-либо сечение антенны.


Radiation resistance is that part of an antenna's feedpoint resistance that is caused by the radiation of electromagnetic waves.

В английском определении, Rизл всегда часть входного, т.е. это всегда излученная мощность P деленная на квадрат тока в точке питания (через сечение присоединения линии или генератора).

В русском определении, связывать можно с каким-либо сечением. Что это за сечение "какое-либо"?

В общем случае, антенна - это 3-мерная структура из проводников и диэлектриков. Что есть сечение 3-мерной структуры? В каком направлении ножом отсекать структуру?
Изменение точки возбуждения 3-мерной структуры - меняет все её свойства:
- поляризацию и направленность
- закон распределения токов

Исключение - бесконечено тонкий диполь (1-мерная структура), и в первом приближении (неточно) некоторые более сложные антенны на основе такого диполя.

В общем случае, токи растекаются по поверхности 3-мерной структуры. Никакого другого сечения кроме как сечения в месте ввода питания выбрать нельзя.

[Valery12]

В английском определении, Rизл всегда часть входного,

Ну да, если написано по англицки, это круто!

Только интересно, где это написано?
В пособии для английских домохозяек-радиолюбителей?

[plyrvt]

Только интересно, где это написано?

Сергей Щелкунов, Гаральд Фриис. Antennas: Theory and practice. Applied Mathematics Series. New York, NY: John Wiley (второе издание 1966, первое издание 1952

Раздел "1.11 CURRENT DISTRIBUTION IN THIN ANTENNAS" (распределение токов в тонких антеннах)

Русское определение "через какой-либо" встречается только в анонимных статьях на сайте РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

[Valery12]

первое издание 1952

Старик Хоттбыч тоже считал, что Земная Твердь покоится на трех Китах

Если без шуток, то "толкование" понятия сопротивления излучения несколько менялось со временем и в современных классических учебниках оно, сопротивление излучения, не считается частью входного сопротивления.

Русское определение "через какой-либо" встречается только в анонимных статьях на сайте РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

Статьи из "Керосинки" классическим учебником по АФУ "не являются"

[ra6foo]

Сергей Щелкунов, Гаральд Фриис. Antennas: Theory and practice.

Есть в переводе на русский. https://www.twirpx.com/file/670357/

[RA6AGY]

Да простят меня модераторы. Польза и вред Интернета. Упаси боже от такого источника знаний.

[Vlad UR 4 III]

Антенна Фукса трансформирует волновое сопротивление линии в волновое сопротивление фотона. Как и любая другая антенна, включая просто любой проводник (даже тот, который работает как очень плохая антенна). На антенну пришла волна с соотношением Е и Н равным 50 Ом, а в дальнем поле (там где магнитное и электрическое поле синфазны) эта волна имеет соотношение 376,73 Ом (в вакууме). Преобразование произошло на проводниках и в ближнем поле антенны. С точки зрения теории цепей, антенна работала как трансформатор волнового сопротивления.

1.Если англичане до сих пор ружьё кирпичом чистят, то и слава Богу!
Есть простой вопрос на вшивость (совершенно ничего против Вас не имею), показывающий, как глубоко человек знает физику излучения ЭМВ: Каким образом энергия источника эдс оказывается в ЭМВ?
2. Ниже скан из учебника Белоцерковского. Не кажется ли вам, что отношение напряжения к току и отношение напряженности эл.поля к напряженности маг. поля чисто случайно в данной системе единиц имеют одинаковую размерность? А в другой системе единиц одинаковая размерность сохранится?
Строить на "омах" теорию "антенна - есть трансформатор волнового сопротивления" мне кажется нелепостью.

[RW4HJD]

попробуйте для теста надеть ферритовых колец и посмотреть будет ли изменяться импеданс на дальнем конце

Одел 20 колец, импеданс изменился.

Дважды делал обычный "инвертед 40/80" и не было никаких проблем при запитке его 28 метровым куском кабеля

И я делал такую антенну. Изначально питал кабелем длинной 40 метров, и никаких проблем, если не считать помех ТВ. Затем оставил 20 метров кабеля, ничего не изменилось.

Второй вариант убрать 2 метровый противовес

Добавил к 2 метрам 8 метров, и всё встало на свои места. Помех ТВ нет. (что мне и требовалось). Резонанс 7.060, R=49 Ом, Х=0. Ферритовые кольца убирать не стал. Антенна только на диапазон 40 метров. Всем спасибо!

[plyrvt]

Строить на "омах" теорию "антенна - есть трансформатор волнового сопротивления" мне кажется нелепостью.

Я не говорю что это удобная теория и что она несет какие-либо практические преимущества в расчетах.
Волновое сопротивление вакуума в этой теме - не я упоминал.
R1AIT зачем то написал что "50 Ом плохо согласуется с 377 Ом пространства"
Я ответил - что отлично согласуется, с помощью трансфоматора сопротивлений, который мы называем антенной.
Гофра/рупор на звуковом динамике или просветляющие напыление на оптике - это тоже трансформаторы волновых сопротивлений. По своей сущности.
Хотя в практических расчетах рупоров или напылений оптики мы не применяем понятия теории цепей (потому что такая абстракция менее удобная чем другие).
Но при большом желании "натянуть сову на глобус" можно считать и по теории цепей. Напыление должно иметь электрическую (действующую) длину L/4 для той длины волны которую хотим согласовать, а оптимальное волновое сопротивление этого трансформатора (материала напыления) можно посчитать по формуле телеграфного уравнения для L/4 трансформатора. Если например волновое сопротивление материала основной линзы 300 Ом, а в вакууме 377 Ом, то для минимизации отражения на границе - необходимо включить промежуточный материал сопротивлением 336 Ом и толщиной L/4 для желаемой длины волны (с учетом velocity factor)

На входных терминалах или на питающем волноводе, волновое сопротивление среды распространения для волны одно (например 50 Ом), а в дальней зоне другое (377 Ом).
Преобразование произошло на проводниках конструкции антенны и в её ближней зоне. Это преобразование очень эффективное (обычно КПД более 99%), и хорошо настраиваемое (часто можно без труда добиться отражения не более 1% по мощности), с предсказуемой поляризацией и пространственной ДН.