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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Antenne mit aktivem Reflektor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / HF-Antennen Richtantennen verschiedener Typen werden weithin für Amateur-Kurzwellenkommunikation mit großer Reichweite verwendet. Vor relativ langer Zeit wurden Antennen vom Typ "Wellenkanal" in die Praxis eingeführt, von denen die einfachsten zwei Elemente enthalten - einen aktiven Halbwellenvibrator und einen passiven Reflektor. Zweielementantennen mit einem passiven Reflektor liefern jedoch keine zufriedenstellende Strahlungsrichtwirkung. Wenn es bei den Frequenzen von Fernsehkanälen noch möglich ist, den Einsatz von Mehrelementantennen in Kauf zu nehmen, dann sind sie für KB-Bänder (sogar 28 MHz) zusammen mit einer rotierenden Vorrichtung übermäßig sperrige Strukturen. Dabei kommen zunehmend Zweielementantennen mit aktivem Reflektor zum Einsatz. Tatsache ist, dass Antennen, die von einem Reflektor gespeist werden, gegenüber Antennen mit passiven Elementen eine Reihe von Vorteilen haben. Kurz gesagt sind diese Vorteile wie folgt. Der Gewinn einer zweielementigen Antenne mit beiden aktiven Elementen entspricht dem einer vollwertigen dreielementigen Antenne mit passivem Direktor und Reflektor. Bei gleichen Werten der Verstärkung ist das Zwei-Element-System leichter, konstruktiv einfacher und hat ein geringeres Trägheits- und Seitenträgheitsmoment. Antennen mit aktiver Leistung ermöglichen eine stärkere Unterdrückung der Strahlung, was in der Amateurkommunikation wichtiger ist, als die für ein bestimmtes System maximal möglichen Verstärkungswerte zu erhalten. Gleichzeitig ist zu beachten, dass aktiv betriebene Antennen schwieriger abzustimmen sind und kritischer auf sich ändernde Parameter reagieren. Das Funktionsprinzip einer zweielementigen Antenne, die von einem Reflektor gespeist wird, besteht darin, zwei gegenphasige Felder mit gleichen Amplituden in der Richtung zu erzeugen, die dem Hauptmaximum der Systemstrahlung entgegengesetzt ist. Die Verwendung eines aktiven Reflektors ermöglicht es, die Stromgleichheit in beiden Elementen der Antenne und die für eine maximale Dämpfung der Rückstrahlung erforderliche Phasendifferenz zu erreichen. Berechnungen nach den bekannten Formeln der Antennentheorie [1] zeigen, dass der Gewinn einer solchen Antenne um 3,4 dB höher ist als der einer Antenne mit passivem Reflektor und die maximale Unterdrückung der Rückstrahlung (unter Berücksichtigung von Verlusten in der Verbindungsleitung) beträgt 40-50 dB, während er in passiven Systemen 25 dB nicht überschreitet. Die Breite des Diagramms in der horizontalen Ebene in Höhe von 0,707E beträgt 58°, die Breite des Strahls in der vertikalen Ebene bei einer Aufhängehöhe von l/2 und einem Abstrahlwinkel von 30° beträgt 32°. Die beschriebene Zweielementantenne mit aktivem Reflektor ist eine Modifikation der HB9CV-Antenne [2, 3], deren Diagramm in Abb. dargestellt ist. 1. Bei einem optimalen Abstand zwischen den Elementen von l/8 können gegenphasige Felder erzielt werden, indem die Antennenelemente mit einer Phasenverschiebung von 225° gespeist werden. Die Phasenverschiebung von 225° in der Reflektorstromversorgung ist gleich der Summe der Phasenverschiebungen, die durch die gegenphasige Stromversorgung der Elemente (180°) und die Verzögerung in der Stromleitung (45°) entstehen.
Es ist zu beachten, dass die Antennenschaltung [2] fehlerhafte Daten enthält, die bei Speisung über ein Koaxialkabel nicht die erforderliche Phasenverschiebung liefern. Der grundlegende Nachteil dieser Antenne ist die Schwierigkeit, die erforderliche Phasenverschiebung zu erhalten, was auf das gewählte Stromversorgungsschema zurückzuführen ist. Jede Zuleitung hat konstruktions- und werkstoffbedingt einen Verkürzungsfaktor, der bei Zuleitungen in der Antennentechnik meist zwischen 1,05 und 1,66 liegt. Also für die Schaltung in Abb. 1 bei Speisung an den Punkten XX anstelle der erforderlichen Phasenverschiebung (aufgrund der Leitung) von 45 ° einen Wert in Abhängigkeit vom verwendeten Leitungstyp erhalten. Das Schema der Antenne, die frei von diesem Nachteil ist und es ermöglicht, fast jede Phasenverschiebung zwischen zwei aktiven Elementen zu erhalten, ist in Abb. 2.
Der Anschlusspunkt des Versorgungsabgangs mit bekanntem Leitungsverkürzungskoeffizienten lässt sich leicht durch die Formeln ermitteln: dp+da=d+2Dlk, wobei d der Abstand zwischen den Elementen ist; da ist die Leitungslänge vom Schaltpunkt bis zur Antenne; dp - Leitungslänge vom Schaltpunkt zum Reflektor; Dlk - konstruktivere Verlängerung der Linie (10-20 cm) und
wobei l die Arbeitswellenlänge ist; y die erforderliche Phasenverschiebung ist; e ist der Verkürzungsfaktor. Um die Antenne mit Strom zu versorgen, ist es zweckmäßig, ein Koaxialkabel vom Typ RK-75-7-11 (für das e = 1,52) und ein Koaxial-T-Stück vom Typ VR-193-F zu verwenden, um die Leistung gleichmäßig auf die Vibratoren aufzuteilen . Bei Verwendung eines T-Stücks muss zur besseren Anpassung als Verbindungsleitung ein Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von 150 Ohm (Typ RK-150-4-11 oder ähnlich) verwendet werden. Bei der Berechnung der Längen der Elemente des Antennensystems (0,5 l für den Reflektor und 0,46 l für die Antenne selbst) muss deren vom Durchmesser abhängiger Verkürzungskoeffizient berücksichtigt werden. Die berechneten Werte für eine Antenne mit 22 mm Durchmesser und eine Anpassleitung mit 20 mm Durchmesser sind in der Tabelle angegeben. 1. Hier sind auch die Maße der passenden Elemente angegeben. Tabelle 1
Die Abmessungen der Rohlinge für die 14-MHz-Bandantenne sind in der Tabelle angegeben. 2. Tabelle 2
Das Design der Antenne ist in Abb. 3 dargestellt. XNUMX. Jedes Element besteht aus drei Abschnitten, bestehend aus Duraluminiumröhren mit konjugierten Durchmessern, die ineinander gleiten.
Da der Außendurchmesser einer Röhre gleich dem Innendurchmesser der zweiten ist, lässt das Toleranzsystem nicht zu, dass eine Röhre bis zu einer beträchtlichen Tiefe in eine andere getrieben wird. Daher wird entlang eines Rohrs mit kleinerem Durchmesser auf eine Länge von 400 - 500 mm geschnitten, wonach ihre zuverlässige Artikulation gewährleistet ist. Auf einen zuverlässigen elektrischen Kontakt an der Verbindungsstelle ist besonders zu achten. Ein Kontaktausfall verursacht eine merkliche Verschlechterung der elektrischen Parameter der Antenne. Um die Abstimmung zu erleichtern, werden flexible Spitzen aus der AMTs-M-Legierung auf die Enden der Elemente aufgesetzt (Abb. 4).
Die Elemente sind auf einem Duraluminiumrohr mit einem Durchmesser von 40-45 mm und einer Wandstärke von 2 mm befestigt. Um dem gesamten Antennensystem Stabilität zu verleihen, muss es mit einer Nylonschnur von 1 mm Durchmesser verspannt werden (Abb. 5).
Andere Designmerkmale sind aus dem Foto ersichtlich. Das Antennensystem wiegt nur 6,5 kg, sodass die Antenne von einer Person leicht montiert werden kann.
Zum Drehen der Antenne wurde ein Elektromotor vom Typ PR-1 mit einem im Inneren des Gehäuses montierten potentiometrischen Richtungssensor verwendet. Das Antennensystem wird basierend auf der Notwendigkeit abgestimmt, die beste Anpassung der Antenne an das Versorgungskabel und eine maximale Unterdrückung der Rückstrahlung zu erreichen. Bei der Einrichtung ist es ratsam, ein Signal von einer lokalen Quelle zu verwenden, die sich ungefähr in der Ebene des Standorts der Elemente in einer Entfernung von mindestens 150-200 m befindet. Die Setup-Sequenz ist wie folgt. Bestimmen Sie die elektrische Länge der Phasenverschiebungsleitungen. Die Messung und Einstellung dieses Parameters muss mit einer Genauigkeit von mindestens 2-3 elektrischen Grad durchgeführt werden. Durch Veränderung der Länge der Anpasselemente ya und yp wird ein akzeptabler SWR-Wert des Gesamtsystems erreicht (nicht höher als 1,5 in der Mittenfrequenz des Bereichs). Durch die Anpassung der Längen la und lр wird die maximale Unterdrückung der Rückstrahlung erreicht. In diesem Stadium reicht es aus, eine Unterdrückung von 20-25 dB zu erreichen. Es sollten Messungen an mehreren Punkten im Bereich vorgenommen werden, wonach y neu eingestellt wirda Andyp, wodurch ein SWR-Wert nahe Eins erreicht wird. Diese Operationen werden mehrere Male nacheinander durchgeführt, bis die besten Antennenparameter erhalten werden. Es ist wünschenswert, alle Messungen in der Arbeitsposition der Antenne durchzuführen, um Erdeinflüsse zu vermeiden, die bei geringen Antennenhöhen die Ergebnisse stark verfälschen können. Es sei darauf hingewiesen, dass Antennen mit aktiven Elementen eine bekannte Abhängigkeit des Rückstrahlungsunterdrückungspegels vom Elevationswinkel haben, der durch die Differenz der Phasenbeziehungen für Wellen bestimmt wird, die unter verschiedenen Winkeln zum Horizont eintreffen. Wenn diese Winkel bei Fernkommunikation unbedeutend sind, erreicht die Unterdrückung 40-50 dB. Literatur: 1. S. I. Nadenenko. "Antennen". Svyaztekhizdat, Moskau, 1959.
Autor: A. Snesarev (UW3BJ); Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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