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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Feeder-Antenneneffekt. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Antennen. Theorie Der normale Betrieb der Antennen-Speisestrecke bestimmt weitgehend die Effektivität einer Amateurfunkstation als Ganzes. Der in diesem Artikel diskutierte Effekt kann ihn erheblich reduzieren, da er sich in den meisten praktischen Antennendesigns (einschließlich fabrikgefertigter) manifestiert. Der erste Teil des Artikels zeigt die Ursachen des Speiseantenneneffekts und seinen Einfluss auf den Betrieb der Antenne-Speisestrecke auf. Im zweiten Teil werden praktische Empfehlungen gegeben, um diesen Einfluss zu eliminieren. Fast jede Kurzwelle kennt die Situation, wenn die Sendearbeiten die elektronischen Geräte im Haus stören - das Neonlicht leuchtet, wenn es an den Körper des eingeschalteten Senders gebracht wird, und der Empfang wird von starken Störungen lokaler Herkunft begleitet. Dies sind die auffälligsten Erscheinungsformen des seit langem bekannten, aber relativ wenig untersuchten Feeder-Antenneneffekts, dessen Wesen und Merkmale im Artikel beschrieben werden. Das Wesen und die Ursachen der Antennenwirkung des Feeders Als Antenneneffekt bezeichnet man üblicherweise das Phänomen der Abstrahlung oder des Empfangs von Funkwellen durch dafür nicht vorgesehene Gegenstände. Die Speiseleitung sollte nur zur Übertragung von Hochfrequenzenergie von einem Sender zu einer Antenne oder von einer Antenne zu einem Empfänger verwendet werden. Die Betrachtung der Ursachen des Feeder-Antenneneffekts (AEF) beginnt mit dem Übertragungsmodus. Wie Sie wissen, wird das von der Antenne emittierte elektromagnetische Feld durch Wechselströme erzeugt, die durch ihre konstituierenden Leiter fließen. Fast immer befindet sich die Antenne nicht im freien Raum. In unmittelbarer Nähe (z. B. innerhalb der Wellenlänge l) können sich viele Objekte befinden. Dies sind Drähte der Stromversorgung, Rundfunk- und Kommunikationsleitungen, leitende Masten, Stützen und Abspannungen, Rohre, Takelage, Armaturen, Karosserien und Rümpfe von Fahrzeugen, Dächer und Wände von Gebäuden, der Körper des Bedieners und die Bodenoberfläche. Entstehen irgendwie Ströme in den Objekten der Umgebung (induziert zB durch das Nahfeld der Antenne), dann addiert sich das durch diese Ströme erzeugte Strahlungsfeld zum Feld der Antennenströme. Die Antenne zusammen mit der Umgebung wird als Antennensystem (AS) bezeichnet. Unter diesen Bedingungen können die Eigenschaften der Lautsprecher stark von den berechneten Eigenschaften der Antenne selbst abweichen. Damit die Eigenschaften der Lautsprecher weniger von der Umgebung abhängig sind, versuchen sie, die Antenne höher anzuheben, sie weiter von leitenden Strukturen entfernt zu installieren, nichtmetallische Masten und Streben herzustellen. Eines der nächsten und grundsätzlich nicht entfernbaren Objekte der Antennenumgebung ist die Speiseleitung, die sie speist. Die einfachste Zuleitung ist eine offene Zweidrahtleitung. Im Idealfall sind die Momentanwerte der Ströme in den Liniendrähten in jedem Abschnitt der Zuleitung und zu jedem Zeitpunkt gleich groß und entgegengesetzt gerichtet, d.h. Die Summe der Ströme beider Drähte der Zuleitung in jedem Abschnitt ist gleich Null. Wir werden solche Ströme gegenphasig nennen. Eine offene Zweidrahtleitung strahlt auch unter dieser Bedingung, Grund dafür ist der endliche Abstand d zwischen den Drähten der Leitung. Eine vertikale Linie strahlt vertikal polarisierte Wellen in der horizontalen Ebene mit Maxima in der Ebene der Linie und horizontal polarisierte Wellen mit Maxima senkrecht zu dieser Ebene ab. Das Strahlungsfeld ist proportional zum Verhältnis d/l. Die Abstrahlung einer Zweidrahtleitung ist bei angepasster Leitungslast minimal und steigt bei Fehlanpassung stark an, wenn stehende Stromwellen auftreten. Das beschriebene Phänomen (unter der Bedingung streng gegenphasiger Ströme im Speiseleitersystem) wird als Antenneneffekt der Speiseleitung 2. Art (AEF-2) bezeichnet [1]. In der Praxis manifestiert es sich sehr schwach. Beispielsweise strahlt bei einer Frequenz von 145 MHz eine Leitung eines KATV- (oder KATP-) Fernsehkabels mit einer Länge von l / 2 bei d \u10d 50 mm ein Feld aus, das aufgrund dieses Effekts etwa XNUMX-mal schwächer ist als eine Halbwelle Schleifenrüttler, der an diese Leitung angeschlossen ist. Es gibt viele Gründe, warum die Summe der Ströme aller Drähte im Querschnitt der Zuleitung von Null verschieden sein kann. Das Vektordiagramm (Abb. 1) zeigt, dass bei einer beliebigen Phasen- und Amplitudendifferenz der Ströme I1 und I2 in getrennten Drähten diese Ströme als Summe aus gegenphasigem I1p = -I2p und gleichphasigem I1c = I2c dargestellt werden können Komponenten (letztere werden manchmal als Single-Cycle bezeichnet). Die durch die Gleichtaktströme unterschiedlicher Leiter erzeugten Felder werden nicht kompensiert (als Gegenphase), sondern aufsummiert. Wenn die Länge des Zubringers mit l vergleichbar ist, kann ihre Summe eine große zusätzliche Strahlung erzeugen. Dieses Phänomen wird als Antenneneffekt des Feeders 1. Art (AEF-1) bezeichnet [1]. Es ist deutlich ernster als AEF-2, auf das weiter unten eingegangen wird.
Da AEF der 1. Art (im Folgenden einfach AEF) mit Gleichtaktströmen assoziiert ist, kann das Problem der Bestimmung seiner Ursachen darauf reduziert werden, die Ursachen für das Auftreten von Gleichtaktströmen der Speiseleitung im Übertragungsmodus (in im Empfangsbetrieb entstehen solche Ströme immer unter dem Einfluss externer elektromagnetischer Felder). Betrachten Sie eine horizontale Dipolantenne mit einer Zweidrahtzuführung, ohne die "Masse" zu berücksichtigen. Wir gehen davon aus, dass die AU nur aus einer Antenne und einem Feeder besteht. Das Strahlungsfeld des AS an jedem Punkt im Raum ist die Vektorsumme der Felder, die durch die Ströme aller AS-Leiter erzeugt werden. Das Gesamtfeld an jedem Punkt hängt von der Stromverteilung entlang der Leiter des Systems ab. Diese Verteilung bei einer bestimmten Frequenz wird eindeutig durch die Form, Größe und Platzierung der Wechselstromdrähte sowie durch die Erregungsmethode bestimmt. Hinreichend naheliegende Überlegungen führen zu dem Schluss (durch Berechnung und Praxis bestätigt), dass bei geometrischer Symmetrie der AU und symmetrischer (streng gegenphasiger) Erregung auch die Verteilung der Ströme sowohl entlang der Antennendrähte als auch entlang der Zuleitungsdrähte symmetrisch ist. In diesem Fall ist die Summe der Gleichtaktströme aller Drähte der Zuleitung gleich Null. Ein Beispiel für einen solchen Fall ist im Modell in Abb. 2a dargestellt. Die Ströme der Drähte einer symmetrischen Zuleitung sind in Amplitude und Gegenphase gleich, dies wird durch die Symmetrie der Arme der Vibrationsantenne und die symmetrische Position der symmetrischen Zuleitung relativ zu diesen Armen sowie die symmetrische Verbindung von bestimmt Generator bis zum Anfang der Speiseleitung.
Jeder der folgenden Gründe kann zum Auftreten von Gleichtakt-Speiseströmen führen: Antennenasymmetrie (geometrische Asymmetrie der Arme, Stromversorgung liegt nicht in der Mitte, Abb. 2,b); Feeder-Asymmetrie (unterschiedliche Durchmesser oder Längen der Drähte, Abb. 2, c); Asymmetrie des SS als Ganzes (asymmetrische relative Position von Antenne und Einspeisung, Abb. 2, d). Wenn „Erde“ berücksichtigt wird, sind die geometrische Asymmetrie des AS relativ zur „Erde“ (Abb. 2e) und die elektrische Asymmetrie der Quelle relativ zur „Erde“ (Z1 ist nicht gleich Z2, Abb. 2f). ) wird hier ebenfalls hinzugefügt. Wenn in der vorherigen Situation im Prinzip vollständige Symmetrie möglich ist, dann ist bei einer symmetrischen Antenne, die ohne besondere Maßnahmen von einem koaxialen (grundsätzlich asymmetrischen) Speiser gespeist wird, AEF-1 einfach unvermeidlich, obwohl ein solcher Speiser frei von AEF-2 ist. Die Koaxialleitung zeichnet sich dadurch aus, dass sie bei hohen Funkfrequenzen nicht als Zweidrahtleitung, sondern als Dreidrahtleitung betrachtet werden kann. Die Ströme an der Innen- und Außenfläche des Kabelmantels können aufgrund des Skineffekts unterschiedlich sein. Um Gleichtaktströme am Modell zu analysieren, können Sie die Außenfläche des Kabelmantels mit einem Draht darstellen und den Generator direkt mit der Antenne verbinden. Wenn der Mittelleiter des Kabels mit einem Arm einer symmetrischen Antenne und das Geflecht mit dem anderen verbunden ist (Modell - Abb. 3, a), dann sogar mit einer geometrisch symmetrischen Anordnung des Kabels relativ zur Antenne , AEF wird im Lautsprecher auftreten. Der Grund ist die elektrische Asymmetrie beim Anschluss einer äquivalenten Quelle an einen geometrisch symmetrischen Lautsprecher (die Quelle soll eine Punktquelle sein und genau in der Mitte der Antenne eingeschaltet werden, aber links ist ein Antennenarm und rechts ist die andere plus die Außenfläche des Kabelmantels!). Die Stromverteilung hängt dabei stark von der elektrischen Länge der Außenfläche des Kabelmantels ab (durch Außenisolation ca. 1 % größer als die geometrische Länge). Bei Resonanzlänge (eine ganze Zahl von Halbwellen einschließlich der Masselänge für das geerdete untere Ende oder eine ganze Zahl von Halbwellen plus l/4 für das ungeerdete Ende des Kabels, wie in unserem Fall) die maximale Amplitude des Gleichtaktstroms Ic des Kabels ist maximal und kann 43 % der maximalen Amplitude des Stroms l1 linker Antennenarm erreichen (Abb. 3b).
In diesem Beispiel ist es zweckmäßig, einen vereinfachten "Mechanismus" zum Induzieren von Strömen entlang der äußeren Oberfläche des Geflechts zu zeigen, was dazu beitragen wird, die physikalischen Prozesse, die zu der AEF führen, klarer darzustellen. Einer der Gründe für den Gleichtaktstrom liegt auf der Hand: Es handelt sich um eine äquivalente Erregerquelle, an deren einer Klemme ein Außenleiter angeschlossen ist. Allerdings liegt dieser Leiter auch im Nahfeld der Antennenarme, in denen die Ströme nicht gleich sind. Daraus ergibt sich ein weiterer Grund für Gleichtaktströme: asymmetrisch und damit unkompensiert am Ort der Einspeisung, das Nahfeld der Antenne selbst. Eine solche Idee ist natürlich sehr primitiv, aber manchmal wird dieser zweite Grund in der Praxis der Bekämpfung von AEF aus irgendeinem Grund überhaupt nicht berücksichtigt. Deutlich asymmetrisch zum "Boden" (oder Dach) sind vertikal polarisierte Antennen, die sich in geringer Höhe befinden. Auch wenn wir die formale relative Symmetrie von Antenne und Feeder (vertikaler Dipol bei seitlicher Speisung) sicherstellen, ist AEF unvermeidlich. Daher können im Sendebetrieb Feeder-Gleichtaktströme aus folgenden Hauptgründen auftreten: - elektrische Asymmetrie der AC-Erregerquelle oder einer gleichwertigen Antennenerregerquelle; - geometrische Asymmetrie des Antennensystems als Ganzes: allein und relativ zum Boden. Im Empfangsmodus können unter Einwirkung externer elektromagnetischer Felder auf die Speiseleitung sowohl Gegenphasen- als auch Gleichtaktströme in ihren Drähten auftreten. Die ersten entstehen in offenen Zweidrahtleitungen und wirken direkt auf den Eingang des Empfängers (AEF 2. Art). Gleichtaktströme treten in jeder Zuleitung auf. Aufgrund des Reziprozitätsprinzips wirken sich diese Ströme am Eingang des Empfängers (AEF 1. Art) umso stärker aus, je größer die relative Stärke der Gleichtaktströme der Zuleitung dieses AS bei der Übertragung ist Modus. Nur gegenphasige Ströme des Abgangs können direkt auf einen korrekt beschalteten Eingang des Empfängers wirken. Der "Mechanismus" zum Umwandeln von Gleichtaktströmen im Empfangsmodus in gegenphasige Ströme ist ähnlich dem oben für eine koaxiale Speiseleitung im Sendemodus beschriebenen. Eine Möglichkeit besteht darin, die äußere Oberfläche des Geflechts mit der inneren am Anschlusspunkt der Antenne zu verbinden, und die zweite - durch die Antenne mit Hilfe der asymmetrischen Gleichtakt-Nahfeldströme für verschiedene Antennenarme, mit einem asymmetrischen Lautsprecher. Die Eigenschaften der AU unter Berücksichtigung des Feeders als Teil davon unterscheiden sich von den berechneten Eigenschaften der Antenne ohne Berücksichtigung des Einflusses des Feeders. Somit ist die AEF nicht nur der Empfang oder die Übertragung direkt durch den Einspeiser, wodurch das Konzept erweitert werden kann. AEF im weiteren Sinne ist der Einfluss des Feeders auf die Eigenschaften des Antennensystems (sowohl beim Empfang als auch beim Senden). Betrachten wir diesen Einfluss genauer. Manifestationen der Antennenwirkung des Feeders Die auffälligsten Manifestationen von AEF wurden oben erwähnt. Lassen Sie uns diese und mögliche andere signifikante Manifestationen von AEF genauer betrachten. Als Beispiele nehmen wir einen horizontalen Halbwellenvibrator und die bekannte vertikale Antenne GP mit einer Höhe von l / 4 mit drei Gegengewichten gleicher Länge, die in einem Winkel von 135 "zum Strahler installiert sind. Die Eingangsimpedanz einer solchen eine Antenne im freien Raum und ohne Berücksichtigung des Einflusses des Feeders ist rein aktiv und beträgt etwa 50 Ohm Das vertikale Muster (DN) und die Verteilung der Ströme durch die Drähte des Stifts (I4) und der Gegengewichte (I1 - I2) für diesen Fall sind in Abb. 4 dargestellt. Alle hier angegebenen Kennlinien wurden durch Computersimulationen ohne Berücksichtigung von Verlusten ermittelt.
Während der Übertragung können die folgenden Manifestationen von AEF auftreten. 1. Auftreten von AS-Strahlung mit nicht-fundamentaler Polarisation. Wenn die Hauptpolarisation der Antenne vertikal ist und der Feeder nicht vertikal ist, erscheint die Feeder-Strahlung mit einer horizontalen Komponente. Wenn die Hauptpolarisation der Antenne horizontal ist und der Feeder nicht horizontal ist, erscheint die Feeder-Strahlung mit einer vertikalen Komponente. Beispiel - DN in der vertikalen Ebene Abb. 5 für einen horizontalen Dipol. Vertikale Komponente des Feldes EQaufgrund des AEF beträgt etwa 30 % des nutzbaren horizontalen Ej. Und das ist zum Beispiel beim Fernsehempfang ein sehr unerwünschter Effekt. 2. Änderung von RP mit der Hauptpolarisation. Die Strahlung des Feeders mit der Hauptpolarisation kann zu einer signifikanten Änderung des Haupt-RP führen (z. B. bei vertikalen Antennen in der vertikalen Ebene): Der Richtfaktor ändert sich in der Hauptrichtung (er kann entweder abnehmen oder zunehmen ), erscheinen unerwünschte Lappen in anderen Richtungen. Ein Beispiel ist Abb. 6 für GP-Antenne mit 9l/4 ungeerdeter Kabellänge. Wenn das Kabel mit der Hauptpolarisation nicht strahlt, kann sich das Muster durch Verletzung der Anregungssymmetrie ändern (Abb. 7 für Eph eines horizontalen Dipols).
3. Änderung des komplexen Eingangswiderstands. Für die GP-Antenne kann je nach Länge der Koaxialzuleitung die aktive Komponente R des komplexen Widerstands an den Anregungspunkten Zin = R + jX von 42 bis 100 Ohm und die reaktive Komponente X - von -40 bis + variieren 17 Ohm. 4. Eine Änderung des Eingangswiderstands ist mit einer Änderung des Stehwellenverhältnisses (SWR) in der Speiseleitung verbunden. Auf Abb. Abbildung 8 zeigt die Abhängigkeiten des SWR für die GP-Antenne bei l=10,9 m: 1 - mit "normaler" Kabelverbindung zur Antenne; 2 - mit perfekter "Isolierung" der Außenfläche des Geflechts am Verbindungspunkt zur Antenne. Wie aus den Diagrammen ersichtlich, hängt das SWR in beiden Fällen von der Länge des Abzweigs ab, was ohne Gleichtaktströme (AEF) und Verluste im Abzweig nicht auftreten sollte [2]. Wir bemerken hier, dass es die Gleichtaktströme sind, die zu einer Änderung des SWR (durch Zin) führen, aber nicht umgekehrt! Die Abhängigkeit von AEF-2 von SWR hat einen anderen "Mechanismus".
5. Ein schlechtes SWR bedeutet das Vorhandensein eines erheblichen Anteils stehender Wellen in den Speiseströmen, die nicht an der Übertragung von HF-Energie beteiligt sind. In einem realen Kabel steigen die Verluste, wodurch die Effizienz des Antennen-Speisesystems abnimmt. Gleichtaktströme selbst führen auch zu zusätzlichen Energieverlusten, die dem Wechselstrom zugeführt werden. 6. Verschlechterung von DN und SWR, Abnahme des Wirkungsgrades verringern das Energiepotential der Funkstrecke. Die Reichweite des zuverlässigen Empfangs nimmt ab, und um die berechnete Kommunikationsqualität zu erreichen, muss die Leistung erhöht werden. Und das ist ein zusätzlicher Energieaufwand. Gleichzeitig verschärfen sich die Probleme bei den Punkten 7-9. 7. Das Ändern des Musters führt zum Auftreten von Strahlung in unvorhergesehenen Richtungen, was zu starken Interferenzen oder Feldstärken führen kann, die gemäß Hygienestandards nicht akzeptabel sind. 8. Befindet sich die Zuleitung in der Nähe anderer Leitungen, z. B. Strom- oder Telefonleitungen, kann das Vorhandensein einer induktiven Verbindung mit ihnen bei Vorhandensein von AEF zu ernsthaften Schwierigkeiten bei der Gewährleistung des gemeinsamen Betriebs der Funkstation mit anderen elektronischen Mitteln führen (starke gegenseitige Beeinflussung beim Senden und Empfangen). 9. In der Nähe der Zuleitung des Sendegeräts kann ein merkliches elektromagnetisches Feld entstehen, vergleichbar mit den Feldern in der Nähe der aktiven Teile der AU. Alles, was sich auf Änderungen der allgemeinen Eigenschaften von Sendelautsprechern bezieht, gilt gleichermaßen für Empfangslautsprecher (DN, Eingangsimpedanz, SWR, Wirkungsgrad). Äußere Störquellen mit nicht-primärer Polarisation oder im Bereich zusätzlicher Keulen des Strahlungsmusters oder in der Nähe der Zuleitung erzeugen bei Vorhandensein eines AEF einen zusätzlichen Störhintergrund beim Empfang. Wir stellen einige allgemeine Merkmale der Manifestation von AEF fest: 1. AEF manifestiert sich stärker bei resonanten Abmessungen des Feeders und schwächer - bei nicht resonanten Abmessungen. 2. Die Art der RP-Änderung in Anwesenheit von AEF hängt von der Länge der Zuführung ab. Je länger der vertikale Feeder ist, desto stärker wird der DN in der vertikalen Ebene eingerückt. 3. Die Verstärkung der AS in der Hauptrichtung bei Anwesenheit der AEF kann sowohl größer als auch kleiner sein als ohne Berücksichtigung der AEF. 4. Der AEF macht sich umso stärker bemerkbar, je stärker das Nahfeld der Antenne des Feeders ist. In diesem Sinne ist die betrachtete GP-Antenne eine der anfälligsten. 5. Bei Vibratorantennen (Dipolantennen) ist AEF ausgeprägter als bei Schleifenantennen. 6. Bei vertikal polarisierten Antennen tritt AEF häufiger und stärker auf als bei horizontal polarisierten Antennen. 7. Der Einfluss des Feeders auf die Eigenschaften der AE ist umso stärker, je kleiner die Antenne und je geringer ihr Wirkungsgrad ist. Daher ist AEF für elektrisch kleine Antennen sehr gefährlich. 8. AEF ist besonders gefährlich für stark gerichtete und insbesondere Peilantennen. 9. Die Manifestation von AEF beim Empfangen von AS ist nicht weniger, aber sogar schwerwiegender als beim Senden. Dieses Problem trat zuerst beim Empfang von Lautsprechern auf. AEF-Präventions- und Minderungsmaßnahmen Die Möglichkeiten, die AEF zu schwächen, werden weitgehend von den Gründen bestimmt, die sie verursachen. Sie werden im ersten Teil des Artikels besprochen. Beachten Sie, dass AEF nur theoretisch vollständig eliminiert werden kann. Daher sollten die Begriffe „Vermeidung“ und „Unterdrückung“ als unterschiedliche Möglichkeiten verstanden werden, die schädlichen Wirkungen der AEF in den Phasen vor und nach der Installation der Antenne zu reduzieren. In der gleichen Reihenfolge werden die Mittel zur Minderung allgemein und für jede spezifische Situation aufgeführt: Planung – Installation – Betrieb. Bei symmetrischen Zweileiterabzweigen in einem symmetrischen AS mit symmetrischem Anschluss (bei fehlenden Gleichtaktströmen) können AEF 2. Art auf verschiedene Weise und deren Kombinationen deutlich geschwächt werden:
Für alle Abzweige ist der Kampf gegen AEF der 1. Art wichtiger, besonders gefährlich und mit dem Vorhandensein von Gleichtaktströmen im Abzweig verbunden. Zunächst geben wir einen kurzen Überblick über geeignete technische Mittel zur Eliminierung von AEF 1. Art. Im Wesentlichen ist dies ein Kampf entweder mit dem Auftreten von Gleichtaktströmen im Sendemodus oder mit ihrer Umwandlung in gegenphasige Ströme im Empfangsmodus. Ausgleichsgeräte oder Geräte zum Verbinden symmetrischer Systeme mit asymmetrischen (der Kürze halber verwenden wir die englische Abkürzung BALUN - von symmetrisch zu unsymmetrisch). Im Transmissionsmodus werden die elektrischen Symmetriebedingungen [3] durch die Gleichungen bestimmt (Bild 10): Z1=Z2; (eines) U1=U2; (2) l1=l2; (3) la = lb; (vier) lc=0. (5)
Es gibt mehr als 100 [3] Arten von BALUNs und viele verschiedene Klassifikationen, von denen die einfachste für unsere Zwecke die interessanteste ist. Die meisten dieser Geräte können in zwei Gruppen unterteilt werden [4]: die erste - Bereitstellung von U1 = U2 (Spannung BALUN, V-BALUN); die zweite - Bereitstellung von I1 = I2 (aktuelles BALUN, C-BALUN). Zur ersten Gruppe gehören beispielsweise die bekannten kleinen U-Bogen-Transformatoren [5] auf Ferrit-Magnetkernen (Abb. 11, a), zur zweiten Gruppe gehören Geräte, die Gleichtakt-Ticks blockieren. Sie sind sowohl resonant (Viertelwellenglas) als auch aperiodisch (Drosseltyp). Letztere werden manchmal auch auf Ferrit-Magnetkernen hergestellt (Abb. 11b, siehe [6]). Erstere sorgen streng genommen für die Gleichheit der EMK in Schaltungen mit Z1 und Z2, also gilt Bedingung (2) nur, wenn Bedingung (1) erfüllt ist. Für symmetrische Systeme ist Bedingung (1) erfüllt. Aber letztere stellen einfach einen großen Widerstand für den Strom Ic (und nur für ihn) dar. Daher können wir davon ausgehen, dass der Strom Ic am Verbindungspunkt des Kabels mit der Antenne nahe Null ist, also I1~I2. Wir haben jedoch nur eine Ursache für Gleichtaktströme beseitigt. Bei einem asymmetrischen Lautsprecher (mit geometrischer Asymmetrie oder mit asymmetrischer Anregung) wirkt das noch unkompensierte Nahfeld der Antenne auf die Außenfläche des Geflechts.
Trennvorrichtungen (Line Isolator, LI) werden verwendet, um die äußere Oberfläche des Speisermantels elektrisch in nicht resonante Abschnitte zu trennen, um die durch das Nahfeld in einem unsymmetrischen Lautsprecher induzierten Gleichtaktströme zu dämpfen. Dazu ist es auf dem Weg von Gleichtaktströmen erforderlich, an mehreren Stellen im Abstand von l / 4 einen großen Widerstand vorzusehen. Als LI können sowohl resonante als auch aperiodische Drosselgeräte vom Typ C-BALUN 1:1 verwendet werden (Abb. 11, b und c). Tatsächlich ist C-BALUN 1:1 ein Leitungsisolator, der zum Symmetrieren verwendet wird. Es wurde festgestellt, dass für einen guten Wirkungsgrad von aperiodischem LI die Impedanz der Induktorwicklung mindestens 2 ... 3 Kiloohm betragen muss. Wenn es nicht möglich ist, aus einem dicken Kabel eine kompakte Drossel auf einem Ferritring herzustellen, können Sie eine Spule aus einem Kabel ohne Magnetkreis herstellen oder eine kleine Drossel gemäß Abb. 11b, umwickelt mit einer Zweidrahtleitung entsprechend dem Wellenwiderstand des Kabels und der Leistung des Senders. Eine solche Vorrichtung führt nicht zu großen Verlusten, da bei einem großen Widerstand der Gleichtaktstrom vernachlässigbar ist. Der Magnetkreis ist dabei nicht stark magnetisiert, was aber typisch für alle LI- und Wuchtgeräte dieser Art ist. Absorber von Gleichtakt-Oberflächenstromwellen auf einer koaxialen Speiseleitung werden unter Verwendung von Beschichtungen aus ferromagnetischen oder verlustbehafteten dielektrischen Materialien hergestellt. Ein Beispiel ist die Installation von Ferritringen oder -röhren auf einer Koaxialzuleitung. Für eine gute Dämpfung auf den KB-Bändern werden 50-70 Ferritringe (Abb. 12) mit einer anfänglichen magnetischen Permeabilität m=400...1000 benötigt. Der Spalt zwischen Kabelmantel und Ring sollte so gering wie möglich sein. Ein derartiger Absorber kann als verteilter linearer Isolator mit Verlusten betrachtet werden.
Eine deutliche Abschwächung des Gleichtaktstroms tritt auch auf, wenn sich um das Kabel ein verlustbehaftetes Dielektrikum (Wasser, Erdreich, Beton) befindet. Sie können dies sogar überprüfen, indem Sie Ihre Finger um die Stelle des Kabels mit dem Spannungsbauch legen. In diesem Sinne empfiehlt es sich, das Kabel nicht im freien Raum, sondern im Lüftungskanal (an der Wand entlang, im Erdreich etc.) zu verlegen, ganz zu schweigen von den speziellen Beschichtungen des Kabels mit graphithaltigen Verbindungen. Erwägen Sie mögliche Maßnahmen und Mittel zur Bekämpfung von AEF-1 in verschiedenen Situationen. 1. Symmetrische Antenne, symmetrischer Feeder: - Gewährleistung der geometrischen Symmetrie der AU in Bezug auf den Boden; - Gewährleistung der elektrischen Symmetrie des Anschlusses der AU (Feeder) an die Funkstation (insbesondere BALUN zwischen Feeder und Radiostation, wenn der Anschluss eines symmetrischen Feeders an die Station nicht vorgesehen ist). 2. Symmetrische Antenne, unsymmetrische (koaxiale) Einspeisung: - Auswuchtgeräte: V-BALUN mit einem geometrisch symmetrischen Lautsprecher (Abb. 13, a), bei einem deutlich asymmetrischen Lautsprecher hilft dies jedoch nicht (Abb. 13, b) und C-BALUN wird benötigt;
- Die HF-Isolation der Außenfläche des Speisegeflechts am Verbindungspunkt zur Antenne ist eigentlich C-BALUN (Abb. 13, c für eine nicht resonante Kabellänge; Abb. 13, d für eine resonante); - Fragmentierung der Außenfläche des Speisegeflechts entlang der HF (eine Reihe von HF-Linearisolatoren LI, mindestens zwei, mit einer Teilung von l / 4, ausgehend von der Antenne); - Gleichtaktwellenabsorber (Ferritringe); - geometrisches Auswuchten der AU (bei Vorhandensein einer Auswuchtvorrichtung); - Auswahl der nicht resonanten Länge des Feeders (Abb. 13, c). 3. Unsymmetrische Antenne, symmetrischer Feeder (nicht oft, aber verwendet): - Gewährleistung der geometrischen Symmetrie der AU; - Gewährleistung eines symmetrischen Anschlusses des Abgangs auf beiden Seiten. 4. Unsymmetrische Antenne, unsymmetrischer Speiser (eine der häufigsten Kombinationen und die anfälligsten, symmetrische Geräte wie V-BALUN sparen hier nicht): - C-BALUN in der Funktion eines Leitungsisolators am Verbindungspunkt der Zuleitung zur Antenne (liefert an dieser Stelle lc=0 - die Maßnahme hier ist notwendig, aber meistens nicht ausreichend); - Viertelwellen-Gegengewichte, Hülsen am Kabelmantel, Sperrdrosseln, Kabelschleifen und Spulen; - Fragmentierung der Außenfläche des Speisegeflechts entlang der HF (eine Reihe von HF-Linearisolatoren LI in möglichen Strombäuchen durch l / 4); - Absorber von Gleichtaktstromwellen (Ferritringe); - Auswahl der nicht resonanten Länge des Speisers. Einige Beispiele für GP-Antenneneigenschaften sind in Abbildung 14 dargestellt:
a - ohne AEF-Unterdrückung, Resonanzlänge; b - Auswirkung der Auswahl der nicht resonanten Kabellänge; c - C-BALUN bei Resonanzlänge; d - C-BALUN plus LI; e - C-BALUN plus zwei LI (vergleiche mit Fig. 4 ohne AEF). Die Erdung kann die AEF erheblich schwächen, aber nicht immer, sondern nur, wenn der Übergang zu einer nicht resonanten Länge der Zuleitung + Erdungsleitung auftritt. Wenn Ihr Kabel ohne Erdung bereits eine nicht resonante Länge hat (was an sich nicht die Abwesenheit von AEF gewährleistet), kann die effektive Länge der Speise- und Erdungsleitungen bei vorhandener Erdung näher zusammenrücken resonant. Darüber hinaus ist es in Fällen, in denen es weit von der Erde entfernt ist oder das Erdungskabel für andere Geräte verwendet wird, ratsam, die HF-Erdung vollständig aufzugeben und nur die Schutzerdung beizubehalten (zum Schutz vor den Auswirkungen von Kurzschlüssen und statischer Elektrizität). Das einfachste Hilfsmittel für eine gute HF-Entkopplung von Netz- und Masseleitung ist eine Filterdrossel auf einem Ferritring aus parallelen Adern von Netz und Masse (Abb. 15).
Auf Abb. 16 zeigt das allgemeine Schema der AEF-Unterdrückung durch die oben diskutierten technischen Mittel.
Wir listen die allgemeinen Richtungen des Kampfes gegen AEF auf: - die Möglichkeit von AEF in der Planungsphase antizipieren und ausschließen; - angemessene Maximalmaßnahmen ergreifen, um ihr Auftreten zu verhindern; - eine gute AEF-Unterdrückung wird durch den kombinierten Einsatz mehrerer der oben genannten Maßnahmen gewährleistet; - nach der Installation der AU das Vorhandensein von AEF prüfen und gegebenenfalls mit verfügbaren Mitteln schwächen; - eine kontinuierliche oder periodische Überwachung der AEF im laufenden Betrieb durchzuführen; - Ab einer Sendeleistung von 100W ist die AEF aus Sicherheitsgründen unbedingt zu unterdrücken. AEF-Steuerungen der 1. Art Zum Testen, Überwachen und Durchführen von Arbeiten zur Unterdrückung des AEF werden Kontrollinstrumente benötigt. Im Übertragungsmodus erfolgt die Steuerung mit den einfachsten Anzeigen. Die einfachste von ihnen ist eine Neonlampe. Ein Zeigerindikator für Gleichtaktströme kann auf der Basis eines Stromwandlers auf einem ringförmigen Magnetkreis aus Ferrit der Klasse M55NN-1 der Größe K65x40x6 hergestellt werden (Abb. 17, a). Die Primärwicklung ist ein in einen Ring eingefädeltes Kabel, die Sekundärwicklung - L1 hat 10 Windungen PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0,15 mm. Es ist wünschenswert, die Empfindlichkeit des Messkopfes einstellbar zu machen. Der Ring wird entlang des Kabels verschoben, sodass er sich immer in der Mitte des Rings befindet (Abb. 18, a)
Der Zeigerindikator des elektrischen Feldes (siehe Abb. 17, b) ist recht einfach herzustellen. Die Länge der Arme WA1, WA2 der Antenne beträgt nicht mehr als 20 cm.Wenn Sie das Ende eines der Arme entlang des Kabels bewegen (Abb. 18, a), müssen Sie sicherstellen, dass der Abstand zwischen diesem Ende und dem Kabel ändert sich nicht. Natürlich sind auch andere Arten von Anzeigen möglich: mit abnehmbarem Magnetkreis, mit elektrostatischem Schirm, resonant oder breitbandig, mit Verstärker, Licht oder Ton usw. Verfolgen Sie die Reaktion, indem Sie den Indikator im Sendemodus entlang des Feeders bewegen. Bei Vorhandensein eines AEF ist es möglich, die Position zu bestimmen und die Höhe von Wellenbäuchen (Maxima) von Strom oder Spannung auszuwerten. Die AEF-Steuerung im Übertragungsmodus erfolgt ebenfalls mit Hilfe von Instrumenten unter Verwendung eines Laborgenerators (GSS) und eines Empfängers (Abb. 18, a). Das Ergebnis stimmt jedoch möglicherweise nicht mit dem tatsächlichen AEF überein, wenn der Signalgenerator anders positioniert und geerdet ist als Ihr Sender. Wesentlich bequemer ist es, den AEF im Empfangsmodus zu steuern (Abb. 18,6). Hier ist die Antenne mit ihrem Empfänger verbunden, Sie müssen nur sicherstellen, dass das Signal des Generators nicht über die Antenne in den Empfänger gelangt, wenn der Generator nicht mit dem Kabel verbunden ist.
Verwenden des AEF Im Allgemeinen wird angenommen, dass AEF immer schlecht für alle ist. Aber manchmal ist es mit Hilfe einer künstlich erzeugten Verteilung des Gleichtaktstroms des Feeders möglich, einige Eigenschaften der AU zu verbessern (in der Regel auf Kosten der Verschlechterung anderer). Verwendung von AEF zur Verbesserung des SWR durch Auswahl der Länge des Feeders. Ein hohes SWR kann den Sender beschädigen, wenn er nicht über einen automatischen Schutz verfügt (niedrige Leistung oder einfach Abschaltung). Funkamateure haben schon lange bemerkt, dass es manchmal möglich ist, eine Verbesserung des SWR zu erreichen, indem man die Länge der Zuleitung ändert. Allerdings stellt nicht jeder die Natur eines solchen Phänomens richtig dar. Dies erklärt sich durch die Abhängigkeit der komplexen Eingangsimpedanz des Lautsprechers und damit des SWR von der Länge der Zuleitung bei Vorhandensein eines AEF (siehe Abb. 8 im ersten Teil des Artikels). Insbesondere beim Übergang von einer resonanten zu einer nicht resonanten Kabellänge kann eine Abnahme des SWR auftreten (was mit einem Indikator leicht zu überprüfen ist). Es ist möglich, dass der beste Ausweg in diesem Fall darin besteht, die oben beschriebenen Ursachen von AEF auf effektivere Weise zu beseitigen. Verwendung von DEF zur Verbesserung des Strahlungsmusters. Analysiert man die Abhängigkeit des Gewinns von Vertikalantennen von der Länge der Zuleitung, so zeigt sich, dass die AEF nicht immer zu einer Verschlechterung führt. Wenn das Feld in der richtigen Richtung und mit der richtigen Polarisation von den Feeder-Strömen phasengleich mit dem Feld von den Antennenströmen hinzugefügt wird, kann zusätzlicher Gewinn erzielt werden. Die auffälligsten und nützlichsten Beispiele für diese Verbesserung sind die Schaffung eines symmetrischen Gegengewichts aus der Feeder-Sektion, um vertikale Antennen mit einer Gesamtlänge von 2xl / 4, 2xl / 2 und 2x5l / 8 zu bilden. Dies geschieht im einfachsten Fall durch eine Abschaltdrossel mit einem induktiven Widerstand von mindestens 2000 Ohm. Um die Ströme durch den Abzweig in seinem "nicht verwendeten" Teil gut zu dämpfen, ist es ratsam, eine oder zwei weitere solcher Drosseln im Abstand von l / 4 unterhalb der Hauptdrossel zu installieren. Dadurch kann man sich idealen Diagrammen in der vertikalen Ebene annähern (Abb. 19). Bei vertikalen Antennen ist dies vielleicht der einfachste Weg, die Lautsprecherleistung zu verbessern, wenn sie von unten eingespeist werden. Es muss lediglich darauf geachtet werden, dass keine parasitären Resonanzen von Mast und Abspann vorhanden sind.
Das Fehlen eines merklichen AEF ist die erste und wichtigste Anforderung an alle Antennenspeisesysteme [8]. Die Antenne der Funkanlage sollte die einzige Quelle und Empfänger von Funkemissionen sein. Die mit der AEF verbundenen Probleme sind ziemlich schwerwiegend und müssen bereits in der Entwurfsphase von Antennenspeisegeräten gelöst werden. Bei der Entwicklung von Antennen sollten Vorrichtungen zur Reduzierung des AEF bereitgestellt werden. Antennenhersteller sollten geeignete Richtlinien für die Antenneninstallation und den Standort der Speiseleitung entwickeln. Für Anwender ist es wichtig, die Ursachen und Erscheinungsformen von AEF zu kennen, um sie verhindern, kontrollieren und damit umgehen zu können. Die Möglichkeit des Auftretens starker Felder in der Nähe des Feeders muss bei der Bestimmung der elektromagnetischen Sicherheit und der Erstellung eines Hygienepasses berücksichtigt werden. Literatur 1. Pistohlkors A. A. Empfangsantennen. - M.: Swjastekhisdat, 1937.
Autoren: Anatoly Grechikhin (UA3TZ), Dmitry Proskuryakov, Nischni Nowgorod; Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru
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