Бодипак Shure AD1

Передающая антенна · УВЧ · вертикальная поляризация

Бодипак Shure AD1 и его монополь

Модель поясного передатчика Shure AD1 (исполнение G56, 470–636 МГц) с гибким четвертьволновым монополем. Монополь — только половина антенны, вторая половина — металлический корпус передатчика. Передатчик гонит ток между ними, и вместе они работают как диполь: ток течёт вверх и вниз по монополю и по корпусу, на концах копятся заряды разных знаков, и от антенны во все стороны уходит волна. Меняйте частоту и мощность передатчика и смотрите, как бегут токи и сколько мощности уходит в эфир.

540 МГц
Мощность передатчика
45°

Расчёт сделан заранее: корпус по чертежу Shure, монополь по замерам владельца. Сопротивление и усиление посчитаны через каждые 2 МГц, токи и диаграмма — через 10 МГц, а между ними значения взяты плавно, по прямой между соседними точками. Ниже 470 и выше 636 МГц — только расчёт: передатчик G56 там не работает. Колебания на рисунке сильно замедлены: на самом деле ток делает от 470 до 636 миллионов колебаний в секунду и меняет направление вдвое чаще — около миллиарда раз. Фаза 0° — момент, когда напряжение передатчика наибольшее.

Деталь под курсоромЭлектрическое поле уходящей волныГребни волны (сплошные) и впадины (пунктир)Ток: точки движутся туда, куда течёт токПоложительный зарядОтрицательный зарядПередатчик Shure AD1 с монополем, без микрофона и скобы для ремня. Корпус, гайка и втулка монополя — по чертежу Shure, длина монополя — по замерам владельца, колпачок — по фото. Волна уходит от антенны во все стороны; нарисовано только её электрическое поле вдоль одного луча у горизонта, а кольцами — её гребни и впадины в горизонтальной плоскости этого луча; длина волны — в масштабе рисунка. Токи и заряды — из расчёта на выбранной частоте; размах движения точек и яркость зарядов условные, на корпусе — в своём масштабе, крупнее, чем на монополе.

Детали

Монополь

Корпус

Физика

КСВ по частоте

В точке питания, к 50 Ом. Закрашена полоса G56 (470–636 МГц), полоской внизу — G57 (470–608 и 614–616 МГц); точка — выбранная частота.

КСВВыбранная частотаПолоса G56Полоса G57КСВ 2
Таблица значений
ЧастотаКСВZ в точке питания

Усиление по частоте

Наибольшее; оно же с потерями на рассогласование с выходом 50 Ом; среднее у горизонта, дБи. Штрих — замер Shure, 0,4 дБи. Полосы — как на графике КСВ.

НаибольшееС рассогласованиемУ горизонта, среднееShure: 0,4 дБи
Таблица значений
ЧастотаНаибольшееС рассогласованиемУ горизонтаКПД

Диаграмма направленности

Это свойство антенны целиком — монополя вместе с корпусом: в какие стороны и в какой поляризации она излучает сильнее. По принципу взаимности так же она и принимала бы.

Усиление,дБи▲ 2,00−10−20−30▼ −38,0
Цвет поверхности — усиление в этом направлении, шкала справаКрая выреза — сечения вертикальными плоскостями через середину антенныСечение горизонтальной плоскостьюБодипак стоит так же, как на рис. 1. Рисунок можно поворачивать: тяните его мышью или пальцем, нажимайте стрелки на клавиатуре или выбирайте вид кнопками под рисунком; при взгляде сверху подписаны стороны бодипака. Диаграмма нарисована так же, как на рис. 4 в отчёте Shure и как её рисует COMSOL: сплошная поверхность, и чем дальше она от середины антенны, тем сильнее антенна излучает в этом направлении. Шкала в децибелах: самая дальняя точка — наибольшее усиление, а на 40 дБ ниже и слабее поверхность сходится в середину; цвет показывает то же самое, шкала справа — усиление в дБи, обе поляризации вместе. Четверть поверхности со стороны зрителя вырезана. Диаграмма описывает дальнюю зону — от метра-двух и дальше, поэтому её размер на рисунке условный.
Вид:поворот 62°, наклон 18°

Вид сверху

Горизонтальная плоскость: дисплей — вверх, монополь — справа, как на чертеже Shure. Кольца — через 10 дБ от наибольшего усиления. Сплошная — вертикальная поляризация, пунктир — горизонтальная.

ВертикальнаяГоризонтальная

Вид спереди

Вертикальная плоскость через монополь поперёк корпуса; монополь — слева, как на рис. 1. Сплошная — составляющая поля вдоль дуги от зенита к надиру («вертикальная»; прямо вверху и внизу она лежит горизонтально). Горизонтальная составляющая в этой плоскости на 39–40 дБ слабее наибольшего усиления, поэтому на графике её нет.

Shure, FCC и расчёт

Что пишут Shure (руководство, замер антенн) и отчёты испытаний для FCC и что даёт расчёт. Отчёты FCC (FCC ID DD4AD1G57) — об исполнении G57: полоса 470–608 и 614–616 МГц. По отчёту Exhibit E это то же железо, что у G55 (470–636 МГц), только с полосой, урезанной программно, а G55 испытывали на экземпляре «AD1 G56»; монополь у G56 и G57 один — 95D9043.

Shure и FCCРасчёт
Усиление0,4 дБи — наибольшее, замер Shure в безэховой камере для монополя 95D9043 на AD1, исполнения G56 и G57наибольшее 1,9–2,2 дБи по полосе G56; с потерями на рассогласование — −1,2 дБи на 470 МГц, 0,9 дБи на 636 МГц и до 2,0 дБи около 558 МГц
Диаграмма«Dipole», «Omni» — как у диполя, во все стороны. На рис. 4 отчёта провал сверху смещён в сторону монополя; у горизонта, судя по цветам, разница в несколько децибел, слабее всего — в сторону монополяпровалы наклонены так же: на 540 МГц самый глубокий сверху — на 25 дБ ниже наибольшего, примерно в 10° от вертикали в сторону монополя, снизу — на 24 дБ, примерно в 10° в сторону гнезда микрофона; прямо вверх и вниз — на 17 и 16 дБ. У горизонта слабее всего тоже в сторону монополя, но разница меньше: от 1,6 до 2,0 дБи. Отчего у Shure она больше, по отчёту не понять
Сопротивление50 Ом — выход передатчикаКСВ 6,0 на 470 МГц, 2,04 на 520, 1,17 на 560, 2,02 на 600, 3,0 на 636 МГц; резонанс около 559 МГц
МощностьFCC, настройка 35 мВт: 14,71–15,16 дБм (30–33 мВт) на разъёме в нагрузку 50 Ом, 470–608 МГцс этим монополем излучается от 15,3 мВт на 470 МГц до 31,3 мВт на 539 МГц — если передатчик ведёт себя как источник 50 Ом
ЭИИМFCC, таблица выходной мощности в отчёте Part 15: мощность на разъёме плюс 0,4 дБи — 15,44 дБм на 470,125 МГц, 15,56 дБм на 539 МГц, 15,54 дБм на 607,875 МГц13,8 дБм на 470 МГц, 17,1 дБм на 539 МГц, 16,6 дБм на 608 МГц — с той же мощностью на разъёме, наибольшим усилением и рассогласованием
SARFCC: до 0,28 Вт/кг (на 1 г), корпус вплотную к телу, 516 МГц; в руководстве — меньше 0,20 Вт/кгне считалось: модель — в свободном пространстве, без тела
Корпус86 × 66 × 23 мм, 155 г без батареек, литой металлпо чертежу: 86,6 × 65,4 × 22,4 мм, с пластиной дисплея 24,4 мм; в расчёте — металлическая коробка 86,6 × 65,4 × 22,5 мм
Монопольчетвертьволновый, гибкий; длина не указана131,5 мм от низа гайки до верха колпачка; от точки питания до конца провода 121 мм

Как работает монополь на бодипаке. Четвертьволновый монополь сам по себе — только половина антенны: ему нужна вторая половина, «земля». На крыше машины этой второй половиной служит большой металлический лист, он работает как зеркало, и монополь с отражением в нём ведёт себя как полуволновой диполь. Корпус AD1 для зеркала мал — его высота 86,6 мм, это 0,16 длины волны на 540 МГц, — и он становится второй, нижней половиной несимметричного диполя: ток передатчика течёт и по монополю, и по корпусу, а вся антенна от дна корпуса до конца монополя — 220 мм, 0,40 длины волны. Видимо, поэтому Shure и записывает её в тип «Dipole» (раздел отчёта называется «Dipole/Monopole Type»). Как у диполя, она излучает сильнее всего вбок, а вверх и вниз слабее. Провалы неглубокие и наклонены: на 540 МГц самый глубокий сверху — на 25 дБ ниже наибольшего усиления, примерно в 10° от вертикали в сторону монополя, снизу — на 24 дБ, в сторону гнезда микрофона, а прямо вверх и вниз — только на 17 и 16 дБ. Так выходит потому, что монополь стоит не посередине, а у края корпуса, и по верхней грани ток течёт поперёк — к гнезду монополя. Корпус — часть антенны, поэтому всё, что касается корпуса (рука, кабель микрофона), меняет её работу.

Что взято у Shure и FCC. Из руководства AD1: габариты 86 × 66 × 23 мм, 155 г без батареек, литой металлический корпус, разъём SMA, «¼ wave antenna», 50 Ом, мощность 2, 10 и 35 мВт, полоса G56 — 470–636 МГц. Из отчёта Shure об антеннах AD1 (декабрь 2024): монополь 95D9043 для G56 и G57, наибольшее усиление 0,4 дБи, тип «Dipole», диаграмма «Omni», объёмная диаграмма на рис. 4; замер в безэховой камере анализатором цепей E5071C. Оси в отчёте: z — вдоль монополя, y — из дисплея, x — в сторону монополя; стороны на этой странице («вперёд», «в сторону монополя» и другие) — по этим осям. Из отчётов испытаний для FCC (FCC ID DD4AD1G57, исполнение G57, 470–608 и 614–616 МГц; по отчёту Exhibit E — то же железо, что у G55 с полосой 470–636 МГц, а G55 испытывали на экземпляре «AD1 G56»): мощность на разъёме 14,71–15,16 дБм при настройке 35 мВт, ЭИИМ как мощность плюс 0,4 дБи, SAR до 0,28 Вт/кг при ношении на теле. Форма корпуса, место гнезда SMA, гайка и втулка монополя — по чертежу Shure «AD1 Bodypack-LEMO.DXF». Длина монополя — по замерам владельца AD1 G56: 13 см монополь и 22 см вместе с корпусом, и по фото с рулеткой: от низа гайки до верха колпачка 131,5 мм, гибкая часть Ø1,6 мм, колпачок около 9 мм длиной (по фото) и Ø3 мм (по фото и чертежу).

Что предположено. Как устроен монополь внутри, Shure не публикует. В расчёте излучатель — провод Ø1 мм из нержавеющей стали (проводимость 1,4·10⁶ См/м) в пластиковой оболочке до Ø1,6 мм; пластик оболочки, втулки и колпачка — ε = 3 и тангенс угла потерь 0,02; провод кончается за 2 мм до верха колпачка. Корпус целиком металлический, включая крышку батарейного отсека, — замкнутая коробка 86,6 × 65,4 × 22,5 мм из цинкового сплава (1,6·10⁷ См/м; из какого металла отлит корпус, Shure не пишет), гайка — латунь. Грани и скругления корпуса, пластина дисплея, скоба для ремня, кабель микрофона и тело человека в расчёте не участвуют. Передатчик считается источником 50 Ом: от антенны с другим сопротивлением часть мощности отражается назад.

Как считается. Методом моментов: провода разбиты на короткие отрезки, ток в каждом — кусок синусоиды, и токи подобраны так, чтобы поле на поверхности металла было таким, каким оно должно быть (Richmond, 1974). Корпус — сетка проводов с шагом 6 мм по его поверхности; толщина проводов — по правилу равных площадей: каждый провод своей поверхностью заменяет полосу металла, которую представляет (Rubinstein и др., 2005). Гайка с фланцем гнезда — один толстый провод Ø8,3 мм. Пластик вокруг излучателя замедляет волну тока; он учтён слоем вокруг провода способом Richmond и Newman (1976). Металл — сопротивление поверхности с учётом скин-эффекта. Напряжение подаётся в зазор между гайкой и излучателем. Из токов — поле вдали, усиление и КПД: излучённая мощность, проинтегрированная по всей сфере, делённая на подведённую; из токов в проводах сетки — ток и заряд на гранях корпуса на рис. 1. Неизвестных токов — 1921. Поле в 100 м — по формуле свободного пространства E = √(30·ЭИИМ)/d (ITU-R P.525).

Проверки. Все проверки сделаны для идеального металла без пластика, поэтому их сопротивления не совпадают с основным расчётом (у него на 550 МГц 54,3 − j7,7 Ом). Диполь 2 × 120 мм из провода Ø1 мм на 550 МГц: у нас 57,1 − j67,2 Ом, в NEC-2 — 57,1 − j64,8 Ом. Модель бодипака с сеткой корпуса с шагом 8 мм, вдвое более тонкими проводами сетки и тонкой гайкой — там, где модель провода NEC-2 работает: активная часть сопротивления у нас и в NEC-2 расходится не больше чем на 3 %, реактивная — до 8 Ом (на 550 МГц 51,6 − j17,1 и 50,5 − j12,7 Ом); излучённая мощность, делённая на подведённую, у нас — 1,000, у NEC-2 — 1,024 (без потерь должно быть ровно 1). С настоящей толстой гайкой (сетка тоже 8 мм) NEC-2 не годится: на скачке толщины провода в точке питания он теряет 41 % мощности и даёт 87,3 − j29,1 Ом вместо наших 51,5 − j28,0 Ом, а наш расчёт сохраняет мощность (на основной сетке 6 мм, без потерь, интеграл усиления по сфере — 1,000). Шаг сетки корпуса от 10 до 4 мм меняет сопротивление не больше чем на 0,3 Ом по активной части и 0,4 Ом по реактивной; вдвое более короткие отрезки монополя — на 0,5 Ом; гайка из шести тонких проводов вместо одного толстого — на 2,8 Ом.

Что меняют допущения. Резонанс — частота, где реактивная часть сопротивления проходит через ноль, — по расчёту около 559 МГц. Без пластика он был бы на 583 МГц, с пластиком ε = 2,5 — на 561 МГц, с ε = 3,5 — на 557 МГц. Монополь на 2 мм длиннее или короче сдвигает резонанс на 8 МГц. Наибольшее усиление на 550 МГц от этих допущений меняется не больше чем на 0,02 дБ, а КСВ на краях полосы — заметно.

Что получилось. КСВ меньше 2 — на 522–598 МГц, а на краях полосы G56 он высокий: 6,0 на 470 МГц и 3,0 на 636 МГц — четвертьволновый монополь на маленьком корпусе узкополосен для полосы шириной в треть средней частоты. Наибольшее усиление — 1,9–2,2 дБи, почти как у полуволнового диполя (2,15 дБи), а с потерями на рассогласование — от −1,2 до 2,0 дБи. Shure намерила 0,4 дБи — на 1,5–1,8 дБ меньше. Что именно измерено, отчёт не уточняет; на фото из камеры бодипак примотан к деревянным палочкам, к нему подходит кабель, а кабель на такой маленькой антенне сам становится её частью. Форма диаграммы совпадает в главном: на рис. 4 отчёта верхний провал тоже смещён в сторону монополя. А у горизонта по цветам рис. 4 разница по сторонам — несколько децибел, в расчёте — не больше 0,6 дБ; слабее всего и там, и там — в сторону монополя. Сколько мощности уходит в эфир: при настройке 35 мВт и мощности на разъёме по замеру FCC расчёт даёт от 15,3 до 31,3 мВт излучения, если передатчик ведёт себя как источник 50 Ом.

Как проверить своим NanoVNA. Сам AD1 прибором не измерить: выход передатчика внутри корпуса. Но можно измерить монополь на металлическом листе с гнездом SMA посередине — такой случай легко посчитать. Смотреть лучше не на наименьший КСВ, а на резонанс — частоту, где реактивная часть сопротивления проходит через ноль (на диаграмме Смита точка пересекает горизонтальную ось): от размера листа он почти не зависит. Для этого монополя расчёт даёт резонанс около 529 МГц на листе 30 × 30 см, 534 МГц на листе 50 × 50 см и 533 МГц на бесконечном; а сопротивление в резонансе от размера листа зависит сильно — 25 и 46 Ом. Если у вашего монополя резонанс окажется на другой частоте, значит, пластик или провод внутри не такие, как предположено, и на бодипаке резонанс сдвинется примерно на столько же процентов. Калибруйте прибор (разомкнуто, замкнуто, нагрузка 50 Ом) на том конце кабеля, который подключается к гнезду листа, — иначе кабель исказит сопротивление. Кабель ведите под листом, прочь от монополя. Длину монополя соблюдайте точно: по расчёту на бодипаке 2 мм длины сдвигают резонанс примерно на 8 МГц. Если накрутить монополь прямо на NanoVNA, второй половиной антенны станет сам прибор с рукой, и результат будет другим.

Тело человека. На ремне или в кармане бодипак работает рядом с телом, а тело — это вода и соль, проводящая среда. Оно поглощает часть мощности (это и измеряет SAR) и заслоняет антенну со своей стороны: диаграмма становится несимметричной, сильнее от тела, слабее сквозь тело; меняется и сопротивление монополя. В этой модели тела нет — она описывает бодипак в свободном пространстве, как в камере Shure.

Источники: Shure, AD1 Digital Bodypack Transmitter · Shure, AD1 Axient Digital Bodypack Transmitter, руководство пользователя · Shure (A. Celebi), Measurements of Shure Axient Digital AD1 UHF Antennas For Regulatory Approval, декабрь 2024 · Shure, чертёж AD1 Bodypack-LEMO.DXF · Отчёты испытаний AD1 G57 для FCC (FCC ID DD4AD1G57): Part 74, Part 15, SAR, Exhibit E · C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, Wiley (гл. 2 и 4) · IEEE Std 145-2025, Standard for Definitions of Terms for Antennas · ITU-R P.525, Calculation of free-space attenuation · J. H. Richmond, Radiation and scattering by thin-wire structures in the complex frequency domain, NASA CR-2396, 1974 · J. H. Richmond, E. H. Newman, Dielectric coated wire antennas, Radio Science 11 (1), 1976 · A. Rubinstein, F. Rachidi, M. Rubinstein, On wire-grid representation of solid metallic surfaces, IEEE Trans. EMC 47 (1), 2005 · NEC-2 (necpp).

Рисунки сделаны набором Anatomy (лицензия MIT, © 2026 Ryan).