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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Hochleistungsantennen mit 430 MHz. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / UKW-Antennen Im Dezimeterwellenbereich (DCW) empfiehlt sich aus folgenden Gründen der Einsatz von Hochleistungsantennen mit scharfer Abstrahlcharakteristik. Die hohe Richtwirkung der Antennen erhöht das Energiepotential der Kommunikationsleitung erheblich, wodurch entweder die Kommunikationsreichweite erhöht oder die Sendeleistung reduziert werden kann. Letzteres ist nicht nur wirtschaftlich vorteilhaft, sondern auch, weil es schwierig ist, hohe Sendeleistungen im DCV-Bereich zu erhalten. Außerdem wird durch eine hohe Richtwirkung der Antennen die Möglichkeit verringert, dass das Empfangsgerät äußeren Störungen ausgesetzt wird. Schließlich ermöglichen Richtantennen, die gegenseitige Beeinflussung mehrerer eng benachbarter Kommunikationssysteme, die im selben Frequenzband arbeiten, zu reduzieren. Antennengewinn in direktem Zusammenhang mit seinen Richteigenschaften, c. kompensiert bis zu einem gewissen Grad den Verlust an HF-Energie während der Ausbreitung entlang der Kommunikationsleitung. Mit zunehmender Entfernung zwischen Korrespondenten nimmt der Pegel des übertragenen Signals ab und es wird notwendig, immer mehr Richtantennen zu verwenden. Solche Antennen können aufgebaut werden, indem mehrere Antennen mit relativ schwacher Richtwirkung zu einem System (Array) kombiniert werden. Im Array enthaltene Einzelantennen sollten unter Berücksichtigung ihrer Richteigenschaften in optimalen Abständen zueinander angeordnet werden. Bei Entfernungen, die nicht optimal sind, werden die Antennen im Array zu wenig genutzt und der Richtfaktor (DRC) des Arrays ist geringer als möglich. Größere Entfernungen als die optimalen sind unpraktisch, da in diesem Fall die Abmessungen der gesamten Antennenvorrichtung unzumutbar zunehmen und sich ihre Richtcharakteristik verschlechtert (die Hauptkeule wird schmaler und die Nebenkeule wächst). Wählen Sie näherungsweise den Abstand zwischen den einzelnen Array-Antennen, indem Sie das Konzept der effektiven Fläche Seff einer Einzelantenne mit Richtwirkung = Do verwenden. Seff=(Dol2)/4p; wobei l die Wellenlänge ist. Bedingt durch die Darstellung dieser Fläche als Quadrat mit der Seitenlänge a=l/2Sqr(Do/p), ist es möglich, die elektrischen Mittelpunkte der Antennen in der Anordnung entlang der Eckpunkte des Quadrats mit der Seitenlänge „a“ zu platzieren. In diesem Fall ist die wirksame Fläche Speff-Antennenarray ist ungefähr gleich n * Seff, wobei n die Anzahl von Antennen ist, die in dem Array enthalten sind. Es ist offensichtlich, dass der Wert des Gewinns eines Antennenarrays sowohl vom Wert von Do (dem Gewinn jeder einzelnen Antenne) als auch von der Anzahl der das Array bildenden Einzelantennen abhängt. Mit zunehmender Anzahl steigen technische Schwierigkeiten bei der Gleichtakt-Stromversorgung der Array-Antennen und bei der Anpassung an die Speiseleitung. Eine Verkleinerung der Betriebswellenlänge verstärkt diese Schwierigkeiten und macht sich im betrachteten Frequenzbereich bereits deutlich bemerkbar. Ein wesentlicher Punkt beim Aufbau eines Mehrelement-Antennenarrays ist die Wahl seines Elements - einer einzelnen Antenne. Dieses Element sollte strukturell einfach sein und aperiodische Eigenschaften haben. Die letztgenannte Eigenschaft ist besonders notwendig, wenn ein Antennenarray unter Amateurbedingungen hergestellt wird, wenn es schwierig ist, eine große Anzahl von Einzelantennen mit hoher Identität herzustellen. Das Fehlen ausgeprägter Resonanzeigenschaften in einer einzelnen Antenne ermöglicht es, ohne große Beschädigung des Arrays als Ganzes, Abweichungen von den spezifizierten Abmessungen bei der Herstellung von Antennenteilen zuzulassen. Als ein solches Element kann ein in Fig. 1 gezeigter Zickzack-Emitter verwendet werden. Diese Abbildung zeigt die Abmessungen des Strahlers für den Frequenzbereich 430-440 MHz.
Der Emitter besteht aus acht massiven identischen Metallplatten, die auf beliebige Weise miteinander verbunden sind (Löten, Bolzen oder Nieten). Bei der Befestigung mit Schrauben oder Nieten an den Speisepunkten der Antenne a - a müssen verzinnte Messingblätter zum Löten der Speiseleitung installiert werden. Bei diesem Design des Emitters gibt es an seinen Punkten b-b Strombäuche und dementsprechend Nullspannungen. Aus diesem Grund kann der Sender mit Metallgestellen an den Punkten b-b am Reflektor befestigt werden, und eine Verteilerzuleitung kann durch einen dieser Punkte geführt werden, ohne die elektrische Symmetrie der Antenne zu verletzen. Somit besteht keine Notwendigkeit, irgendeine spezielle Auswuchtvorrichtung herzustellen und zu verwenden. Die Verteilerzuleitung vom Punkt „b“, die auf Nullpotential liegt, wird entlang zweier Platten des Strahlers zu dessen Leistungspunkten geführt und dort verlötet. Um den Emitter stärker zu machen, kann eine dielektrische Platte zwischen den Punkten a-a platziert werden. Das einfache Design des Emitters erlaubt seine mehrfache Herstellung mit hoher Identität. Der Richtfaktor und der TWV (Wanderwellenkoeffizient) dieses Strahlers hängen schwach von der Frequenz ab und ändern sich praktisch nicht im Betriebswellenlängenbereich. Somit erfüllen das Design des Strahlers und seine aperiodischen Eigenschaften die Anforderungen an ein Antennen-Array-Element. Der nächste Schritt beim Aufbau eines Antennenarrays ist die Platzierung von Elementen im Array und die Wahl der Abstände zwischen ihnen. Die Strahlungsmuster in den Polarisationsebenen E und H eines Zickzackstrahlers mit einem Reflektor in einem gegebenen Wellenbereich sind nahezu gleich. Dies ermöglicht es, die Elemente des Gitters entlang der Eckpunkte eines Quadrats mit einer Seite von ungefähr gleich 0.9 l anzuordnen. Für einen erfolgreichen Betrieb des Antennenarrays ist es notwendig, es richtig zu speisen und die Elemente des Arrays mit der Haupteinspeisung zu koordinieren. Dabei ist es wünschenswert, dass das Stromversorgungssystem die gleichphasige Abstrahlung der Array-Elemente und die Gleichheit der ihnen zugeführten Leistungen sicherstellt. Das Funktionsprinzip des in der beschriebenen Antennenanordnung verwendeten Energieversorgungssystems kann aus Fig. 2 verstanden werden.
Diese Abbildung zeigt vier Zickzack-Strahler, deren Leiter in Phase von den Speisepunkten in-in erregt werden. Dabei werden die Verteilerabzweige 1 und 2, 3 und 4 paarweise parallel geschaltet und die Paare selbst an den Punkten in-in in Reihe geschaltet. Dies ermöglicht in erster Näherung, an den Punkten c-c, die Werte der Eingangswiderstände, die am Eingang jedes einzelnen Verteilerabzweigs verfügbar sind, wiederherzustellen und dadurch den gleichen Grad an Anpassung des Abzweigs sicherzustellen, der vier Emitter versorgt, wie der Abzweig, der einen versorgt Strahler (KBV ~ 0,6 -0,7). Die Phasen der an die I-V-Leistungspunkte gelieferten Spannung sind relativ zueinander um 180 ° verschoben, daher ist es für die korrekte Phaseneinstellung der Emitter erforderlich, künstlich eine zusätzliche Phasenverschiebung um 180 ° zu erzeugen. Diese Verschiebung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Verteilerabzweige 1 und 3 auf der rechten Seite der Heizkörper und die Abzweige 3 und 4 jeweils auf der linken Seite verlegt werden. Selbstverständlich müssen die elektrischen Längen der Verteilerkabel von den Speisepunkten in-c zu den Speisepunkten der Strahler aa gleich sein. Auf Abb. 3a zeigt die bauliche Umsetzung der Verlegung von Koaxialkabeln von vier Verteilabzweigen im Knoten A.
Die Kabelverbindungen am Knoten A sind sehr einfach und bedürfen keiner weiteren Erläuterung. Zu beachten ist lediglich, dass die Längen der Anschlussleiter möglichst gering und die Lötstellen äußerst genau sein sollten. Knoten A ist auf einer dielektrischen Platte montiert, die 40-50 mm vom Mast entfernt werden muss. Als Hauptzuleitung für die vier Strahler können Sie entweder ein 75-Ohm-Koaxialkabel (vorzugsweise RK-3) oder eine 300-Ohm-Zweidrahtleitung nehmen. Im ersten Fall muss das Kabel mit den Strompunkten c - c über ein Ausgleichsgerät verbunden werden, dessen Gesamtansicht in Abb. 3, b dargestellt ist.
Dieses Gerät besteht aus zwei Leitern gleichen Durchmessers, die in einem Abstand von 173 mm vom Verbindungspunkt des Mittelleiters des Kabels kurzgeschlossen sind. Die Rolle eines der Leiter der Ausgleichsvorrichtung übernimmt das Abschirmgeflecht der Hauptzuleitung, und als anderer wird ein Messingrohr verwendet. Mit den Punkten g-g wird das Ausgleichsgerät mit den Punkten v-v des Knotens A verbunden. Die Leiter des Ausgleichsgeräts müssen an der dielektrischen Leistungsplatine des Knotens A befestigt werden, damit mechanische Kräfte von der Zuleitung nicht auf die Erregerpunkte v übertragen werden - c und unterbrechen Sie nicht den Kontakt in ihnen. Bei Verwendung einer Zweidrahtleitung mit einem Wellenwiderstand von 300 Ohm als Hauptzuleitung wird ein weiterer U-Bogen an das Symmetriergerät angeschlossen (in Abb. 3, b unten). Bei einer Zuleitung aus Kabel RK-3 oder RK-1 ist es nicht notwendig, den U-Bogen zu drehen. Der U-Bogen vervierfacht die Widerstandswerte und sorgt sowohl für die notwendige Widerstandstransformation bei Verwendung einer Zweidrahtleitung als auch für den Abgleich. Eine Zweidrahtleitung mit einem Wellenwiderstand von 300 Ohm kann aus Kupferdraht bestehen. Um die Drähte der Leitung zu befestigen, sollten Pfosten darauf befestigt werden, die aus der Polyethylenisolierung des PK-3-Kabels in kleine Stücke von etwa 10 mm Länge geschnitten werden. Auf die Drähte der Leitung aufgebrachte Isolationsstücke werden paarweise mit einem Isolierband zusammengehalten (Abb. 4).
Vor Betreten des Hauses sollte das Ende der Zweidrahtleitung an den Punkten e-e mit einem weiteren ET-Bogen verbunden werden, wie in Abb. 4 dargestellt. Das Gerät und die Abmessungen des Antennenarrays aus vier Strahlern, dessen Schema in Abb. 2 dargestellt ist, sind in Abb. 5 dargestellt.
Der Richtfaktor dieses Gitters beträgt etwa 40. Das Design des Rahmens, auf dem sich die Emitter befinden, ist in Abb. 6 dargestellt. Es besteht aus vier horizontalen und zwei vertikalen Schienen, die am Mast montiert sind.
Wenn die Strahler aus ausreichend steifen Materialien bestehen, kann auf senkrechte Lamellen verzichtet werden. Um die Richtwirkung des Antennenarrays zu erhöhen, empfiehlt es sich, einen Reflektor zu verwenden. Eine der Reflektoroptionen ist in Abb. 7 dargestellt.
Es besteht aus zwei horizontalen Schienen, an deren Rändern zwei Segmente eines Antennenkabels oder eines blanken Kupferdrahts mit einem Durchmesser von 2-3 mm befestigt sind. An den Antennenschnüren (oder -drähten), die die Wand des Reflektors bilden, sind Querleiter mit einem Durchmesser von 0,5-1 mm angebracht. Der Reflektor wird mit zwei Halterungen am Mast befestigt (Abb. 7). Es sollte so leicht wie möglich sein. Eine allgemeine Ansicht des Arrays aus vier Emittern mit einem Reflektor ist in Abb. 8 dargestellt.
Bei der Installation des Gitters sollten Sie es genau an den Korrespondenten richten. Abspannmasten sollten die Leiter der Strahler des Antennenfeldes nicht kreuzen und noch mehr berühren. Wenn die Jungs vor dem Antennennetz laufen, müssen sie aus mehreren Teilen mit Isolatoren dazwischen bestehen. Der Abstand zwischen den Isolatoren sollte ca. 150 mm betragen. Die Drähte der Zweidrahtleitung dürfen parallel zum Mast verlaufen, dürfen diesen aber nicht berühren. An Wendepunkten können sie auf Isolatoren befestigt werden. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Leiter einer Zweidrahtleitung beim Befestigen und Biegen (am besten glatter) nicht stark verformt werden. So können sie beispielsweise nicht um Isolatoren gewickelt werden, wie dies bei den Drähten des Beleuchtungsnetzes der Fall ist. Wie aus den Figuren ersichtlich, sind die Abmessungen des Antennenarrays aus vier Sendern relativ klein. Es ist möglich, den Richtfaktor des Gitters auf etwa 150-160 zu erhöhen, indem man ihn weiter vervierfacht. Das gewählte Stromversorgungsschema für die Gitterelemente lässt dies ohne große Schwierigkeiten zu. Abbildung 9 zeigt das Speiseschema eines Antennenarrays aus 16 Elementen. Ähnlich verhält es sich mit dem Diagramm in Abb. 2, wenn wir jeweils vier Emitter als ein einziges Element betrachten. Alle Knoten in Abb. 9 mit Speisepunkten in-in und in'-in' werden wie in Rennen 3 gezeigt ausgeführt. An den Punkten B'-B' kann als Hauptzuleitung sowohl ein 75-Ohm-Koaxialkabel mit Balun als auch eine zweiadrige 300-Ohm-Leitung mit ST-Krümmer angeschlossen werden. Die Installation von Stromleitungen erfordert besondere Aufmerksamkeit, da ein unsachgemäßer Anschluss der Enden der Ausgleichsvorrichtung an einem der Stromknoten dazu führt, dass die gesamte Antennengruppe phasenverschoben ist. Die Anordnung der Verteilungskabel zu den Steckdosen der Zickzackstrahler selbst in Vierergruppen ist ebenfalls in Abb. 9 dargestellt.
Sie können ein Raster von 16 Emittern auf dem Rahmen montieren, wie in Abb. 10 gezeigt. Auch hier werden nicht immer senkrechte Lamellen benötigt. Der Antennenreflektor wird in der oben beschriebenen Weise hergestellt.
Die Anforderungen an die Umsetzung des Feeder-Systems bleiben vollständig erhalten. Die Anforderungen an die Gründlichkeit der Systemanpassung und deren mechanische Steifigkeit steigen. Die Antenne hat eine relativ hohe Richtwirkung. Der Öffnungswinkel seiner Strahlungsmuster bei halber Leistung beträgt etwa 16°. Folglich sind Abweichungen von der Richtung zum Korrespondenten und in der Elevation von mehr als ±4° unerwünscht. Autor: K. Kharchenko; Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru
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