Kleine quadratische Antenne. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / HF-Antennen

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Unter den Problemen, mit denen sich Kurzwellen-Funkamateure konfrontiert sehen, ist das vielleicht wichtigste Problem das Problem der Herstellung einer ausreichend effektiven und gleichzeitig nicht sehr komplizierten Antenne in Bezug auf das Design. Es besteht kein Zweifel, dass eine drehbare Richtantenne die besten Ergebnisse liefern kann. Fast alle Antennen des endgültigen Typs sind jedoch ziemlich sperrig und strukturell komplex, was es vielen Amateuren erschwert, sie zu verwenden.

In dem unten veröffentlichten Artikel wird ein Verfahren vorgeschlagen, um die geometrischen Abmessungen erheblich zu reduzieren und gleichzeitig einen ausreichend hohen Wirkungsgrad von Antennen beizubehalten, was zweifellos für Kurzwellenarbeiter interessant sein wird.

Der Autor gibt bewusst kein bestimmtes Design der Antenne an, da er hofft, dass eine breite Palette von Kurzwellensendern das beschriebene Verfahren an Antennen mit unterschiedlichen Reduktionsgraden testen wird, die für verschiedene Reichweiten ausgelegt sind und unterschiedliches Design haben.

In den letzten Jahren sind auf den Seiten der Amateurfunkpresse zahlreiche Beschreibungen verschiedener Kurzwellen-Kleinantennen erschienen, bei denen die elektrische Verlängerung auf eine Resonanzlänge durch reaktive Elemente (Induktivitäten, Kapazitäten, Leitungssegmente) erreicht wird. Durch die Reduzierung der geometrischen Abmessungen wird die Montage der Antenne erleichtert und die Gestaltung der Tragvorrichtungen vereinfacht.

Manche Funkamateure stehen solchen Antennen mit einer gewissen Skepsis gegenüber und erklären, dass jede geometrisch verkleinerte Antenne schlechter funktioniert als eine in voller Größe. Dem kann man nur zustimmen. Tatsächlich nimmt bei jeder Art von Verkürzung des Vibrators die durch das Diagramm der Verteilung des durch ihn fließenden Stroms begrenzte Fläche (im Folgenden als "Stromfläche" bezeichnet) und folglich die Effizienz der Antenne ab. Der Grad der Verringerung des Wirkungsgrades hängt jedoch nicht nur vom Grad der geometrischen Verringerung, sondern auch von der Art der elektrischen Verlängerung der Antenne ab. Darüber hinaus stellt sich manchmal heraus, dass eine kleinere Antenne unter realen Bedingungen aufgrund der Umverteilung von Energieverlusten und Strahlung sogar besser funktioniert als eine große Antenne, beispielsweise wenn eine kleinere Antenne in einer viel höheren Höhe über der Umgebung installiert wird Bereich. Kleine Antennen können natürlich auch die Aufmerksamkeit von Funkamateuren auf sich ziehen, die aus welchen Gründen auch immer nicht die Möglichkeit haben, eine Antenne in voller Größe zu installieren.

Fig. 1a zeigt einen Halbwellen-Vibrator voller Größe; 1c - Vibrator, dessen elektrische Dehnung durch die kapazitive Belastung an den Enden erreicht wird. Für jeden Vibrator wird die Stromverteilung entlang angezeigt. Wie aus den Abbildungen ersichtlich ist, wird der maximale Strombereich für einen Vibrator voller Größe beobachtet.

Ris.1

Bei den beiden anderen Vibratoren sieht man, dass bei starker elektrischer Dehnung die Stromfläche beim Zuschalten der Kapazität zu einem Rechteck mit der Höhe Imax tendiert, im zweiten Fall zu einem Dreieck mit der Höhe I

Abbildung 2a zeigt einen quadratischen Vibrator, dessen eine Ecke nach unten zeigt. Wird die Antenne symmetrisch an Punkt A oder B gespeist, liegt der Spannungsbauch an den Punkten C und D und der Strombauch an den Punkten A und B. Der Schwinger kann elektrisch verlängert werden, inklusive der Induktivität im Drahtbruch an Punkt A oder B, oder die Kapazität zwischen den Punkten C und D. Letzteres Verfahren ist auch in diesem Fall vorteilhafter. Als Ergebnis erhalten wir einen Vibrator in der in Fig. 2b gezeigten Form mit geometrischen Abmessungen, die kleiner sind als die des Quadrats in Fig. 2a, aber mit der gleichen Resonanzfrequenz.

Ris.2

Zum praktischen Nachweis der Machbarkeit der elektrischen Verlängerung einer Rechteckantenne mit Hilfe einer Kapazität wurde ein Versuch an einem reduzierten Modell bei einer Frequenz von etwa 100 MHz durchgeführt. Das Quadrat besteht aus Draht mit einem Durchmesser von 1,2 mm. Die Seitenlänge des Quadrats beträgt 76 cm. Die Ergebnisse des Experiments sind in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

a, siehe	S, Pf	Frequenz, MHz
0	0	102
10	0	101
20	0	98
30	0	97
40	0	96
50	0	94
50	8	65
50	15	54
50	20	50

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, nimmt mit zunehmender Länge des Drahtes a (Abb. 2, b) die Resonanzfrequenz des Quadrats ab, obwohl die Kapazität C noch nicht angeschlossen ist. Dies liegt daran, dass die horizontalen Drähte selbst aufgrund der zusätzlichen Kapazität, die sie bilden, die Antenne elektrisch verlängern. Beim Anschluss der Kapazität C, gleich 20 pF, wurde die Resonanzfrequenz des Vibrators im Vergleich zum Original um die Hälfte reduziert.

Geschätzte Wirkungsgradwerte in Abhängigkeit vom Verhältnis der Abmessungen einer kleinen Antenne zu den Abmessungen einer herkömmlichen, ohne Berücksichtigung von Isolatorverlusten, sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2

Größenverhältnis	Effizienz kleine Antenne im Verhältnis zur großen Antenne, %
	Elektrische Verlängerung mit Kapazität	Elektrische Verlängerung mit Induktivität
0,9	~ 99	85
0.8	95	70
0.7	90	55
0,65	85	50
0,6	80	40
0 55	75	35
0,5	70	30

Elektrisch verlängerte Vibratoren sind Elemente, aus denen eine Mehrelementantenne zusammengesetzt werden kann. Im Folgenden betrachten wir die Konstruktion eines "Doppelquadrats" aus elektrisch verlängerten Elementen mit einer Kapazität.

Wenn Sie den Einspeisepunkt der Antenne am Scheitelpunkt A wählen, dann ist bei elektrischer Symmetrie der Antenne die Spannung am Punkt B 0. Die Spannung am Punkt A hängt von der Stromversorgungsschaltung der Antenne ab. So. Bei Verwendung des unter Funkamateuren weit verbreiteten g-Matching-Schemas wird die Spannung am Punkt A ebenfalls nahe Null sein. Im Allgemeinen ermöglicht dies die Verwendung eines Metallrohrs als vertikale Stange, die nicht von den Vibratordrähten isoliert ist. Bei einer leichten Verletzung der Symmetrie tritt jedoch im vertikalen Stab ein Strom auf, der den normalen Betrieb der Antenne stört.

Die Rolle des horizontalen Teils des Vibrators kann von einer tragenden Metallstange übernommen werden, aber sie muss in der Mitte gebrochen und von der vertikalen Stange isoliert werden. Ein variabler Kondensator ist an demselben Punkt an der horizontalen Stange angeschlossen. Eine Skizze eines solchen Designs ist in Fig. 3a gezeigt.

Ris.3

Abbildung 3b zeigt ein Design, bei dem zwei Kondensatoren (C1 und C2) verwendet werden Der Rahmen wird über ein Kabel ohne passendes Gerät mit Strom versorgt. Die Rotoren der Kondensatoren liegen auf einem kleinen Potential nahe Null, wenn die Antenne symmetrisch ist. Durch Ändern des Verhältnisses zwischen den Kapazitäten C1 und C2 ist es möglich, die Antenne zu symmetrieren. Wenn dies nicht erforderlich ist, kann ein Doppelblock als variabler Kondensator verwendet werden.

Der Wert der Kapazität der Kondensatoren hängt von der Reichweite ab, für die die Antenne ausgelegt ist, und vom Grad ihrer elektrischen Verlängerung. Für alle Praxisfälle ist ein maximaler Kapazitätswert von 50 pF völlig ausreichend.

Besonderes Augenmerk sollte auf Isolatoren gelegt werden, da sie in den Spannungsbäuchen enthalten sind und hauptsächlich die Höhe der hochfrequenten Energieverluste bestimmen Es sollten Isolatoren aus verlustarmen Materialien (Porzellan, Polystyrol, Fluoroplast usw.) verwendet werden.

Das passive Element der Antenne wird auf ähnliche Weise ausgeführt. Der Abstand zwischen den Vibratoren bleibt derselbe wie bei Antennen voller Größe. Eine allgemeine Ansicht einer Antenne mit zwei Elementen ist in Fig. 4 gezeigt.

Ris.4

Spezifische Antennenabmessungen für ein bestimmtes Amateurband werden nicht angegeben, da sie von dem gewünschten Grad der Verringerung der geometrischen Abmessungen und von den Abmessungen der tragenden strukturellen Details abhängen.

Ein möglicher Fehler beim Markieren der Drahtlänge wird beim Abstimmen der Antenne mit dem Kondensator C leicht kompensiert.

Autor: Inzh.S. Bunimowitsch (UB5UN); Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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