Hochleistungs-UKW-Antennen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / UKW-Antennen

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Die intensive Entwicklung von VHF-Bändern durch Funkamateure in den letzten zwei Jahrzehnten hat zur Entstehung vieler Antennen unterschiedlicher Bauart geführt. In den letzten Jahren haben Antennen mit länglicher Traverse eine besondere Verbreitung erfahren. Die Länge der Traverse einer solchen Antenne beträgt mehrere Wellenlängen, und die Anzahl der passiven Elemente erreicht zwei Dutzend oder sogar mehr. Sie werden häufig von Ultrakurzwellen verwendet, wenn Langstrecken- und Ultralangstreckenkommunikation auf VHF durch die "Aurora", Meteorschauer, IC3 und die Mondoberfläche durchgeführt werden.

Das Interesse an Antennen mit langgestreckter Traverse lässt sich dadurch erklären, dass erstens bei nahezu gleichem Materialaufwand wie beim Bau eines herkömmlichen „Wellenkanals“ ihr Gewinn deutlich größer ist; zweitens ist der Aufbau solcher Antennen einfach, da alle Elemente auf einem Trägerbalken montiert sind; drittens besticht die relativ einfache Anpassung der Antenne an die Speiseleitung, da die HF-Energie nur einem aktiven Element zugeführt wird. Aber auch diese Antennen haben einige Nachteile: geringe Rückstrahlungsunterdrückung und eine deutliche Verengung des Betriebsbandes bei Erhöhung der Elementanzahl.

Eine Reihe interessanter Designs von UKW-Antennen mit verlängerter Traverse wurden von dem berühmten französischen Ultrakurzwellensender F. Tonna (F9FT) entwickelt. Antennen F9FT haben einen ausreichend hohen Wirkungsgrad, relativ geringe Größe und Gewicht, sie haben keine passenden Elemente. Aber vielleicht sie Hauptvorteil - einfache Wiederholbarkeit, um identische Parameter jeder einzelnen Antenne zu erhalten (unter strikter Einhaltung aller Abmessungen der Elemente). Letzteres erlaubt es, durch Anordnung mehrerer Antennen des gleichen Typs ein komplexes Antennensystem mit hohem Gewinn zu schaffen.

Die Hauptparameter der F9FT-Antenne sind in der Tabelle aufgeführt. Die angegebenen Antennengewinne beziehen sich auf einen Halbwellendipol.

Auf Abb. In 1 ist eine Zeichnung einer Antenne mit 16 Elementen für eine Reichweite von 2 Metern gezeigt. Seine Traverse besteht aus gewalzten Vierkantprofilen mit einer Seitenlänge von 20 mm, einer Wandstärke von 1,5 ... 2 mm oder Rohren mit einem Durchmesser von 20 mm. Der Teil der Traverse, an dem die Reflektoren und der aktive Vibrator befestigt sind, hat die Form eines "Schwalbenschwanzes" (Abb. 1, b). Passive Elemente bestehen aus Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 4 mm. Die Verwendung anderer Materialien (Kupfer, Messing, Aluminiumlegierungen, Bimetall) verursacht mit Ausnahme ihrer Masse keine merkliche Verschlechterung der Parameter der Antenne. Eine der möglichen Befestigungsmöglichkeiten für Reflektoren und Direktoren ist in Abb. 1.c.

Abb.1 (zum Vergrößern anklicken)

Ein aktiver Vibrator mit einem Wellenwiderstand von 75 Ohm (Abb. 2, a) besteht aus Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 5 mm und einem Wellenwiderstand von 50 Ohm (Abb. 2, b) - aus zwei Aluminiumrohren mit einem Durchmesser von 12 mm, verbunden durch einen passenden Aluminiumbügel aus Draht mit einem Durchmesser von 5 mm.

Abb.2 (zum Vergrößern anklicken)

Hauptparameter von Antennen

Der aktive Vibrator muss sicher von der Traverse getrennt werden. Als Isoliermaterial können Glasfaser, Teflon, organisches Glas usw. verwendet werden.

Auf Abb. 3a und 3b zeigen schematisch Antennen mit 9 und 13 Elementen für das 2-Meter-Band. Der Aufbau aktiver Vibratoren mit unterschiedlichem Wellenwiderstand für diese Antennen ist in Abb. 3 dargestellt. 75, in (3 Ohm) und 50, d (XNUMX Ohm).

Abb.3 (zum Vergrößern anklicken)

Ein gewisser Größenunterschied dieser aktiven Vibratoren zu denen, die in der 16-Element-Antenne verwendet werden, ist auf den Wunsch zurückzuführen, diese Antennen besser an die Speiseleitung anzupassen. Der Querschnitt der Trägertraverse ist bei diesen Antennen gleich wie beim 16er (20x20 mm). Strukturell wird eine Antenne mit 9 und 13 Elementen genauso ausgeführt wie eine Antenne mit 16 Elementen.

Bild 4a zeigt schematisch eine Antenne mit 21 Elementen für eine Reichweite von 70 cm Die in der Figur angegebenen Abstände zwischen den Elementen beziehen sich auf den Fall der Verwendung einer Zuleitung mit einem Wellenwiderstand von 75 Ohm. Bei Speisung der Antenne mit einem 50-Ohm-Kabel sollten die Abstände wie folgt sein: Reflektor - aktiver Vibrator - 139 mm, aktiver Vibrator - Direktor 1 - 48 mm, Direktor 1 - Direktor 2 - 68 mm, Direktor 2 - Direktor 3 - 182mm. Die verbleibenden Direktoren befinden sich in der in der Abbildung angegebenen Entfernung. Für die Traverse wird ein Vierkantprofil mit einer Seitenlänge von 16,5 mm verwendet (es kann ein Rohr mit einem Durchmesser von 16 ... 17 mm verwendet werden). Alle passiven Elemente bestehen aus Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 4 mm und werden direkt an der Traverse befestigt (siehe Abb. 1, c). Ein aktiver Vibrator (Abb. 4b) besteht aus Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 5 mm. An der Befestigungsstelle der Traverse muss sie von dieser isoliert werden.

Abb.4 (zum Vergrößern anklicken)

Auf den ersten Blick scheint die direkte Versorgung eines symmetrischen Vibrators mit einem unsymmetrischen Koaxialkabel keine guten Ergebnisse zu erzielen, da in diesem Fall das Spannungsverhältnis an seinen Enden ungefähr 2:3 beträgt. Und dies führt unweigerlich zur Bildung von Strahlung mit vertikaler Polarisation, wodurch der Antennengewinn und sein Strahlungsmuster verschlechtert werden. Experimente zeigen jedoch, dass es möglich ist, die Antenne auf diese Weise zu speisen, aber die Eingangsimpedanz des aktiven Vibrators muss mit der Wellenimpedanz der Speiseleitung übereinstimmen und das aktive Element wird zuverlässig von der Traverse getrennt. In diesem Fall wird fast die gesamte zugeführte HF-Energie vom aktiven Vibrator in den umgebenden Raum abgestrahlt, und eine große Anzahl passiver Elemente bildet recht gut die Hauptkeule des Antennenstrahlungsdiagramms streng entlang seiner Achse. Auf Abb. 5 und 6 zeigen die horizontalen und vertikalen Strahlungsmuster einer F16FT-Antenne mit 9 Elementen für das 2-Meter-Band.

Ris.5

Ris.6

Um mehr Kraft zu bekommen. Antennen des gleichen Typs werden zu einem System kombiniert. Durch die Verdopplung der Anzahl gleichartiger Antennen kann der Systemgewinn um 2.5 dB gesteigert werden. Der Maximalwert wird nur unter der Bedingung des optimalen Abstands zwischen den Antennen und deren strenger Phasenlage erreicht. Der optimale Abstand für 16-Meter-Antennen mit 2 Elementen und für eine 21-cm-Antenne mit 70 Elementen beträgt 2 l. Abbildung 7 zeigt die Layoutoptionen für Antennensysteme.

Abb.7 (zum Vergrößern anklicken)

Soll beispielsweise ein Antennensystem aus zwei Antennen mit einem aktiven Element mit einem Wellenwiderstand von 75 Ohm auf eine Zuleitung mit einem Wellenwiderstand von 75 Ohm abgestimmt werden, so ist folgendes zu tun. Die Vibratoren beider Antennen sind über ein T-Stück mit Segmenten eines Koaxialkabels (deren Impedanz 75 Ohm beträgt) mit einer Länge verbunden, die ein Vielfaches von l / 2 ist (l1 \u2d l2 \u1,2,3d cpl / 50, wobei n \u4d XNUMX ,XNUMX, .... s ist der Kabelverkürzungsfaktor) , mit einem Viertelwellentransformator Letzterer besteht aus einem Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von XNUMX Ohm mit einer Länge von cl / XNUMX.

Zur korrekten Phasenlage des Antennensystems werden die Mittelleiter der Koaxialkabelsegmente an Punkt A angeschlossen (siehe Abb. 7).

Es ist sehr einfach, vier Antennen des gleichen Typs aufeinander abzustimmen (siehe Abb. 7, c). Dabei wird ein Kabelsegment mit gleichem Wellenwiderstand (50 oder 75 Ohm) der Länge l1=l2=l3=l4=spl/2, l5=l6=cl/4 verwendet.

Abbildung 7d zeigt eine Variante der Kombination zweier Antennen, die zu einem Strahlungsdiagramm mit zirkularer Polarisation führt. Es ist sinnvoll, solche Systeme bei der Arbeit durch Amateurfunksatelliten der Erde sowie beim Empfang von Signalen zu verwenden, die von der Mondoberfläche reflektiert werden. Beide Antennen sind rechtwinklig zueinander auf der gleichen Traverse montiert, gleichnamige Vibratoren möglichst nahe beieinander befestigt.

Verwenden Sie zur Anpassung Segmente eines Koaxialkabels mit einem Wellenwiderstand von 75 Ohm (l1=sp1l/4, l2=sp2l/2, wobei n1=1, 3, 5,...; n2=1,2, 3,... ; l2 -l1=l/4) und 50 Ohm (l3=cl/4).

Dieses zirkular polarisierte Antennensystem hat den gleichen Gewinn wie eine einzelne Antenne.

Zum Schluss noch ein paar praktische Tipps. Für eine bequeme und schnelle Montage von Antennensystemen wird empfohlen, Abschnitte passender Kabel mit Hochfrequenzsteckern der Typen SR-75 und SR-50 zu liefern und HF-T-Stücke zu verwenden, um sie zu verbinden. Solche Knoten sind leicht vor dem Einfluss von Niederschlag zu schützen. Wenn die angegebenen Stecker nicht vorhanden sind, können die Kabelsegmente vorsichtig verlötet und die Verbindungsstellen mit Styropor oder Epoxidharz abgedeckt werden. Es empfiehlt sich, alle Befestigungsschrauben auf der Unterseite der Traverse zu montieren und zu überstreichen Die Rohre der Elemente werden von den Enden her mit Nylonkappen oder Gummistopfen verschlossen. Es ist ratsam, die Kabelverbindungspunkte zu den Vibratoren in Nylonbechern zu platzieren. Um ein Durchbiegen langer Traversen zu verhindern, können diese wie üblich mit Diagonalstäben abgestützt werden. Letztere muss für alle im System angeordneten Antennen gleich lang sein.

Literatur

1. Radio Nr. 3, 1983, S. 18-20

Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru

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