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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Berechnung einer vertikalen Viertelwellenantenne. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / HF-Antennen Eine der wichtigsten Möglichkeiten, Störungen des Fernsehempfangs durch Amateursender zu reduzieren, ist die Verwendung von Sendeantennen mit vertikaler Polarisation. Die gebräuchlichste unter den Kurzwellen ist eine Viertelwellen-Vertikalantenne ("Groundplane"). Diese Antenne besteht aus einem vertikalen Stab, dessen Länge üblicherweise etwas weniger als ein Viertel der vom Sender abgestrahlten Betriebswellenlänge beträgt, und einem Gegengewicht. Es besteht aus mehreren horizontalen Viertelwellenstrahlen, die mit der Ummantelung eines Koaxialkabels verbunden sind, durch das Hochfrequenzenergie vom Sender zugeführt wird. Der Strahlungswiderstand einer solchen Viertelwellenantenne beträgt 28-32 Ohm (je nach Außendurchmesser der Metallrohre, aus denen sie aufgebaut ist). Daher werden beim Anschließen der Antenne an ein 50-Ohm- oder 75-Ohm-Koaxialkabel stehende Wellen in das Kabel eingeführt und Energie verschwendet. Um den vertikalen Stift mit dem Kabel abzugleichen, müssen zusätzliche Elemente verwendet werden - Induktivitäten, Kondensatoren oder Kabelabschnitte mit bestimmten Parametern. Nachfolgend wird eine vereinfachte Berechnungsmethode für eine "Groundplane"-Antenne mit horizontalem Gegengewicht und passendem Kabelquerschnitt beschrieben. Nach dieser Berechnung gebaute Antennen funktionieren gut auf einem Amateurband (z. B. 14 MHz) und strahlen gleichzeitig ziemlich zufriedenstellend auf zwei benachbarten Bändern (21 und 7 MHz). Wir geben die Berechnung an einem numerischen Beispiel für das 14-MHz-Band. Die Verbindung des Stifts mit dem ihn versorgenden Kabel und dem passenden Kabelsegment und die Bezeichnungen ihrer Größen sind in Abb. 1 dargestellt. eines.
Für die Berechnung muss der Durchmesser der Metallrohre oder -drähte bekannt sein, aus denen der Antennenstift und die Gegengewichtsträger hergestellt werden. Nehmen wir an, wir verwenden ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 30 mm für die Herstellung einer Antenne. und wir werden das Gegengewicht aus einem Draht mit einem Durchmesser von 2 mm herstellen. Wir bestimmen den Koeffizienten M, der das Verhältnis der Länge des vom Boden entfernten Halbwellendipols zum Durchmesser der Antenne charakterisiert. Wir wenden die Formel an: M=150000/(f(MHz)D(Mm)) Hier: f ist die Mittenfrequenz des Bereichs, D ist der Durchmesser der Rohre. Mit f=14,2 MHz und D=30 mm erhalten wir: M=150000/(14,2*30)=352 Unter Verwendung des Koeffizienten M bestimmen wir anhand des Diagramms (Abb. 2) den Strahlungswiderstand einer Viertelwellenantenne R rad (für die Resonanzfrequenz): R rad \u30,8d XNUMX Ohm.
Nun gilt es, den wahren Strahlungswiderstand Ry der gekürzten Antenne zu berechnen, die wir bauen werden; Aufgrund des Einflusses der Erde und des Gegengewichts unterscheidet es sich von Rizl und ist gleich: Ry=Rizl-Z/4Rizl Hier ist Z die Wellenimpedanz des Koaxialkabels, aus dem die Zuleitung besteht. Nehmen wir in unserem Beispiel 75 Ohm an. Dann: Ry=30,8-75/4*30,8=30,2 Ом. Um die Länge des vertikalen Stifts L zu berechnen, benötigen Sie gemäß dem Diagramm in Abb. 3 zwei weitere Hilfskoeffizienten zu bestimmen: Kc, der die Änderung des Widerstands der Antenne bei einer Änderung ihrer Länge charakterisiert, und Kz, der den Einfluss des Gegengewichts und der Erdoberfläche berücksichtigt. Wir erhalten: Kc=535, Kz=0,97.
Das Diagramm zur Bestimmung des K-Koeffizienten kann nur verwendet werden, wenn sich die Antennenlänge um nicht mehr als 10 % ändert. Wenn die Antenne länger als die Resonanzantenne ist, dann ist ihre Impedanz induktiver Natur, wenn sie kürzer ist, ist sie kapazitiv. Die Länge des Stifts (in mm) wird durch die Formel bestimmt:
Wir haben;
Um die Länge der Balken des Gegengewichts Lnp aus einem Draht mit einem Durchmesser von 2 mm zu bestimmen, berechnen wir M: M=150000/14,2*2=5280 und gemäß dem Diagramm in Abb. 3 finden wir Ky=0,978. Dann
Eine verkürzte Antenne hat neben dem aktiven auch einen kapazitiven Blindwiderstand. Um dies zu kompensieren, wird ein am Ende kurzgeschlossenes Kabelsegment parallel zur Antenne geschaltet; seine Länge ist so gewählt, dass seine Reaktanz den induktiven Charakter des erforderlichen Wertes hat. Wir definieren diese induktive Reaktanz: Xc=Z/S=75/1,22=61,5 Ohm Unter Verwendung eines Rechenschiebers oder einer Tangententabelle finden wir den Winkel a, dessen Tangens numerisch gleich dem Verhältnis des erhaltenen Werts Xc zur Wellenimpedanz Zc des Kabels ist, aus dem das passende Segment hergestellt wird. Bei Zc=75 Ohm: Xc/Z=61,5/75=0,82 und a=39,4° Die Länge des verkürzten Segments beträgt: Lc=(833ab)/f, mm In dieser Formel ist b ein Koeffizient, der die Geschwindigkeit der Energieausbreitung entlang des Kabels charakterisiert. Für gängige Kabel mit Feststofffüllung (RK-1, RK-3) b=0,67. Folglich wird die Lc=(833*38,4*0,67)/114,2=154,9 мм Die oben beschriebene Berechnung berücksichtigt, dass die Balken des Gegengewichts horizontal angeordnet sind; Selbst bei ihrer geneigten Anordnung (in einem Winkel von 30–40 ° zum Boden) ist die Nichtübereinstimmung jedoch unbedeutend. Das Stehwellenverhältnis (SWR) in der Zuleitung kann gemessen werden, indem man einen einfachen SWR-Anzeiger vom Brückentyp zusammenbaut, dessen Schaltung in Abb. 4. Hier bilden die Widerstände R1, R2, R3 und der Strahlungswiderstand der Antenne eine Brücke. Eine seiner Diagonalen wird vom Sender (per Stecker) mit hochfrequenter Energie versorgt. Die Diode D1 vom Typ D2E ist in der zweiten Diagonale enthalten.
Der Widerstand R4 dient dazu, den Ausgangswiderstand der Energiequelle (Sender) zu reduzieren. Die Induktivität (Dr1) schließt den Stromkreis der Gleichkomponente des gleichgerichteten Stroms; es ist notwendig, wenn der Antennenkreis keine galvanische Leitfähigkeit hat. Beim Abgleich der Brücke weicht der Pfeil des Gerätes nicht ab. Die Nichtübereinstimmung von Antenne und Kabel verursacht den Anschein von Stehvermögen, was durch die Abweichung des Pfeils angezeigt wird. Das Verfahren zur Messung des SWR ist wie folgt: 1. Stimmen Sie den Sender mit Antenne auf volle Strahlungsleistung ab. 2. Reduzieren Sie die Leistung auf Null, indem Sie beispielsweise eine der Vorstufenlampen mit negativer Vorspannung blockieren, und trennen Sie die Antenne. 3. Verbinden Sie den Sendereingang und den Per-Anschluss mit einem Stück Kabel. auf dem SW-Index. 4. Erhöhen Sie allmählich und sehr gleichmäßig, um den Widerstand R4 nicht zu verbrennen, die Leistung der dem SWR-Zeiger zugeführten Energie, bis der Instrumentenpfeil zum Ende der Skala abweicht. 5. Um das Gleichgewicht der Brücke zu überprüfen, schließen Sie vorübergehend einen Widerstand von 75 Ohm an den Ant-Anschluss an; die Nadel des Milliamperemeters sollte dann auf Null gehen. 6. Durch die Verbindung mit dem Ant. des Koaxialkabels, das die Antenne speist, markieren Sie den Strom auf der Skala und bestimmen Sie das SWR aus der Kurve in Abb. 5.
Wenn die Antennenzuführung keine nennenswerten Verluste verursacht, sie beispielsweise aus einem RK-1- oder RK-3-Kabel besteht und eine Länge von nicht mehr als 15–20 m hat, ist ein SWR von 2 und sogar 2,5 durchaus akzeptabel . Die Gesamtverluste (die Summe der Verluste im Feeder und der Verluste durch Fehlanpassung) werden in diesem Fall 0,5 dB nicht überschreiten. Ein solcher Leistungsabfall an der Empfangsstation wird vom Gehör nicht wahrgenommen. Ein merklicher Abfall der Empfangslautstärke (um 1-2 Punkte) ist erst bei einem SWR in der Größenordnung von 5-8 zu beobachten. Für den Fall, dass die konstruierte Antenne ein zu hohes SWR hat oder ihre Abmessungen größer oder kleiner gewählt werden, als sie sein sollten, ist es notwendig, die Antenne anhand des SWR-Indikators empirisch zu justieren. Eine Antenne, die länger als nötig ist, kann durch einen mit dem vertikalen Teil in Reihe geschalteten Kondensator elektrisch verkürzt werden (Abb. 6a). Eine zu kurze Antenne kann durch Hinzufügen einer Induktivität elektrisch verlängert werden (Abb. 6b). In diesem Fall wird die Antenne abwechselnd abgestimmt, wobei die Position beider Quetschungen auf der Spule ausgewählt wird. Dabei dient der Teil der Spule zwischen den Klemmen 1 und 2 zur Verlängerung des vertikalen Teils der Antenne, und der untere Teil (2-3) ersetzt das passende kurzgeschlossene Kabel (Abb. 1).
Abschließend stellen wir fest, dass sich auf der Antenne des beschriebenen Typs Ladungen statischer Elektrizität ansammeln, insbesondere während eines nahen Gewitters. Es wird daher empfohlen, Antennen mit kurzgeschlossenen Kabelabschnitten (Abb. 1) oder Induktivitäten zu verwenden, die das Kabel überbrücken (Abb. 6 b), und den Kabelmantel zuverlässig zu erden. Autor: Y. Prozorovsky (UA3AW); Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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