J-polig antenn
J-polantennen , mer korrekt känd som J-antennen , är en vertikal rundstrålande sändarantenn som används i kortvågsfrekvensbanden . Den uppfanns av Hans Beggerow 1909 för användning i Zeppelin- luftskepp. Släpad bakom luftskeppet bestod den av en enda halvvågslängd lång trådradiator , i serie med en kvartsvåg parallell transmissionslinjeavstämningsstubb som matchar antennimpedansen till matningsledningen . År 1936 började denna antenn användas för landbaserade sändare med det strålande elementet och den matchande sektionen monterade vertikalt, vilket gav den formen av bokstaven "J", och fick namnet J-antennen 1943. När den strålande halvvågen sektionen är monterad horisontellt, i rät vinkel mot kvartsvågsmatchningsstubben, varianten brukar kallas en Zepp-antenn .
Hur det fungerar
J-polig antenn är en ändmatad rundstrålande halvvågsantenn som är matchad till matningsledningen av en kortsluten kvartsvåg parallell transmissionsledning . För att en sändarantenn ska fungera effektivt och absorbera all kraft som tillhandahålls av dess matningsledning, måste antennen vara impedansanpassad till ledningen; den måste ha ett motstånd som är lika med matarledningens karakteristiska motstånd . En halvvågsantenn som matas i ena änden har en strömnod vid sin matningspunkt, vilket ger den en mycket hög ingångsimpedans på cirka 1000–4000 ohm . Detta är mycket högre än den karakteristiska impedansen för transmissionsledningar, så det kräver en impedansmatchningskrets mellan antennen och matningsledningen.
En kortsluten kvartsvågstub har en liknande nod med hög impedans vid sin öppna ände, vilket gör en bra matchning med antennen. Ena armen på stubben förlängs en halv våglängd för att göra antennen. Genom att fästa antennens matningsledning till rätt punkt längs överföringsledningen, kommer stubben att transformera denna impedans ner för att matcha den lägre matningsledningsimpedansen, vilket gör att antennen kan matas effektivt. Under konstruktionen hittas den rätta fästpunkten för matningsledningen genom att skjuta anslutningen av matningsledningen fram och tillbaka längs tappen medan man övervakar SWR tills en impedansmatchning erhålls. Eftersom den är en halvvågsantenn ger den en liten förstärkning på cirka 2 dB över en kvartsvågsjordplansantenn.
Förstärkning och strålningsmönster
_vs._a_reference_dipole.svg)
Främst en dipol, J-polsantennen uppvisar ett mestadels rundstrålande mönster i det horisontella (H) planet med en genomsnittlig förstärkning av fritt utrymme nära 2,2 dBi (0,1 dBd). Mätningar och simulering bekräftar att kvartsvågstubben modifierar det cirkulära H-plansmönsterformen och ökar förstärkningen något på sidan av J-stubelementet och minskar förstärkningen något på sidan mitt emot J-stubelementet. I rät vinkel mot J-stubben är förstärkningen närmare det totala genomsnittet: cirka 2,2 dBi (0,1 dBd). Den lilla ökningen över en dipols 2,15 dBi (0 dBd) förstärkning representerar det lilla bidraget till mönstret som strömobalansen på matchningssektionen ger. Mönstret i höjden eller ( E-planet ) avslöjar en liten höjd av mönstret i J-elementets riktning medan mönstret mittemot J-elementet mestadels är bredsida. Nettoeffekten av störningen som orsakas av kvartsvågstubben är en ungefärlig förstärkning i H-planet från 1,5 till 2,6 dBi (-0,6 dBd till 0,5 dBd).
Miljö
Liksom alla antenner är J-polen känslig för elektriskt ledande föremål i sina induktionsfält (alias reaktivt närfältsområde) och bör upprätthålla tillräcklig separation för att minimera dessa närfältsinteraktioner som en del av typiska systeminstallationsöverväganden. Kvartsvågens parallella överföringsledningstubb har ett externt elektromagnetiskt fält med styrka och storlek proportionell mot avståndet mellan de parallella ledarna. De parallella ledarna måste hållas fria från fukt, snö, is och bör hållas borta från andra ledare inklusive stuprör, metallfönsterkarmar, inslag etc. med ett avstånd på två till tre gånger avståndet mellan de parallella ledarna. J-Pole är mycket känslig för ledande stödstrukturer och kommer att uppnå bästa prestanda utan någon elektrisk bindning mellan antennledare och monteringsstrukturen.
Konstruktion
Antennen består av två parallella raka metallledare, en 3/4 arbetsfrekvensen , av en våglängd och den andra . 1/4 av en våglängd lång vid kortslutna i botten Typiska konstruktionsmaterial stegelinje inkluderar metallrör, eller dubbla bly . Eftersom matchningssektionen måste fungera som en transmissionsledning, bör de parallella ledarna inte vara mer än 0,02 våglängder från varandra.
J-polsantennen och dess variationer kan matas med balanserad ledning. En koaxialmatningsledning kan användas om den inkluderar ett medel för att undertrycka matningsledningens RF-strömmar. Matningspunkten för J-polen är någonstans mellan den stängda lågimpedansbotten och den öppna högimpedansöverdelen på J-stumpen. Mellan dessa två ytterligheter finns en matchning till valfri impedans mellan de låga till höga impedanspunkterna.
J-poldesignen fungerar bra när den matas med en balanserad matning (via balun , transformator eller drossel) och det finns ingen elektrisk anslutning mellan dess ledare och omgivande stöd. Historisk dokumentation av J-antennen tyder på att den nedre änden av den matchande stubben har noll potential med avseende på jord och kan anslutas till en jordledning eller mast utan att påverka antennens funktion. Senare forskning bekräftar tendensen hos masten eller jordledningen att dra ström från antennen, vilket potentiellt kan förstöra antennmönstret. Ett vanligt tillvägagångssätt förlänger ledaren under botten av J-polen vilket resulterar i ytterligare och oönskade RF-strömmar som flyter över varje del av monteringsstrukturen. Detta modifierar fjärrfältsantennmönstret typiskt, men inte alltid, och höjer primärloberna över horisonten, vilket minskar antenneffektiviteten för marktjänst. J-poliga antenner med elektrisk anslutning till deras stöd klarar sig ofta inte bättre, och ofta mycket sämre, än den enklare monopolantennen . En mastavkopplingstapp minskar mastströmmarna.
Variationer
Smal Jim-antenn
En variant av J-polen är Slim Jim -antennen, även känd som 2BCX Slim Jim , som är relaterad till J-polen på samma sätt som en vikt dipol är relaterad till en dipol . Slim Jim är ett av många sätt att bilda en J-Pole. Introducerades av Fred Judd (G2BCX) 1978, namnet härleddes från dess tunna konstruktion och J-typ matchande stubben ( J I ntegrated M atching).
Slim Jim-varianten av J-polsantennen har egenskaper och prestanda som liknar en enkel eller vikt halvvågsantenn och identisk med den konventionella J-polskonstruktionen. Judd fann att Slim Jim 5/8 våglängds producerar en lägre startvinkel och bättre elektrisk prestanda än en jordplansantenn. Smala Jim-antenner gjorda av stegtransmissionsledning använder den befintliga parallellledaren för det vikta dipolelementet. I kopparrörsvarianten använder Slim Jim fler material utan prestandafördelar. Slimma Jim-antenner har inga prestandafördelar jämfört med den konventionella J-poliga antennen.
Den ungefärliga förstärkningen i H-planet för Slim Jim är från 1,5 till 2,6 dBi (−0,6 dBd till 0,5 dBd).
Super-J antenn
Super-J-variationen av J-polig antenn lägger till ytterligare en kolinjär halvvågsstrålare ovanför den konventionella J och förbinder de två med en fasstubb för att säkerställa att båda vertikala halvvågssektionerna strålar i strömfas. Fasningsstubben mellan de två halvvågssektionerna är ofta av Franklin-stil .
Super-J-antennen komprimerar den vertikala strålbredden och har mer förstärkning än den konventionella J-poldesignen. Båda strålande sektionerna har otillräcklig separation för att realisera de maximala fördelarna med kolinjära arrayer, vilket resulterar i något mindre än de optimala 3 dB över en konventionell J-pol- eller halvvågsantenn.
Den ungefärliga förstärkningen i H-planet för Super-J-antennen är från 4,6 till 5,2 dBi (2,4 dBd till 3,1 dBd).
Kolinjär J-antenn
Den kolinjära J-antennen förbättrar Super-J genom att separera de två strålande halvvågssektionerna för att optimera förstärkningen med hjälp av en fasspole. Den resulterande förstärkningen är närmare de optimala 3 dB över en konventionell J-pol- eller halvvågsantenn.
Den ungefärliga förstärkningen i H-planet för den Collinear J-antennen är från 4,6 till 5,2 dBi (2,4 dBd till 3,1 dBd).
E-plans förstärkningsmönster för variationerna
Grafen jämför E-plansförstärkningen för ovanstående tre variationer med den konventionella J-antennen.
Den konventionella J-antennen och SlimJIM-variationen är nästan identiska i förstärkning och mönster. Super-J avslöjar fördelen med att fasa in och orientera en andra radiator ovanför den första. Collinear J visar något högre prestanda jämfört med Super-J.
Dubbelbandsdrift nära 3:e övertonen
Den grundläggande J-antennen resonerar på den tredje övertonen av dess lägsta designfrekvens. Att använda 3/2 drift . våglängder på detta sätt ger ett antennmönster som är ogynnsamt för markbunden
För att ta itu med mönsterändringen finns en mängd olika tekniker för att påstås begränsa en J-antenn som arbetar vid eller nära den tredje övertonen så att endast en halvvåg är aktiv i radiatorn ovanför stubben. Alla involverar användningen av en högimpedansdrossel vid den första spänningsslingan. Dessa metoder når inte upp till målet eftersom att strypa en hög impedanspunkt med en hög impedans tillåter energi att passera choken.