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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Eine weitere Option für eine vertikale Richtantenne. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / UKW-Antennen In einem früheren Artikel des Autors (V. Polyakov. Vertikale Richtantenne. "KB-Magazin", Nr. 5, 1998, S. 27-31) eine zweielementige Richtantenne bestehend aus zwei aktiven Vertikalvibratoren wurde detailliert beschrieben. Während der Experimente damit wurde eine andere Art der Stromversorgung von Vertikalvibratoren erfunden, ohne die Verwendung einer Viertelwellen-Zweidrahtleitung. Vielleicht ist das ein Stück weit eine Rückkehr zum Alten und Bekannten, trotzdem funktionierte die Antenne, ließ sich leicht abstimmen, zeigte gute Ergebnisse und wurde in der Praxis eingesetzt. Wir bieten diese Konstruktion für das Urteil der Leser an. Diese Antenne ist der Ideologie nach noch ein ZL-Beam mit zwei eng beieinander liegenden vertikalen Halbwellen-Vibratoren, die nahezu gegenphasig gespeist werden (die Phasenverschiebung der Ströme in den Vibratoren beträgt ca. 215°). Die Änderungen beziehen sich auf die Art und Weise, wie die Vibratoren mit Strom versorgt werden. Wenden wir uns Abb. 1, die einen kontinuierlichen Halbwellenvibrator und die Verteilung von Strom I und Spannung U darin zeigt.
Die Graphen dieser Verteilungen entsprechen fast genau Segmenten von Sinuskurven. Am Punkt X, der etwas von der Mitte des Vibrators entfernt ist, wird sein Widerstand gemäß dem Ohmschen Gesetz durch das Verhältnis von Spannung zu Strom bestimmt, R = U / I. Sie ist in der Mitte des Vibrators gleich Null (da hier die Spannung verschwindet) und steigt proportional zu tg(2nX/L,) an, wenn der Einspeisepunkt um den Abstand X von der Mitte des Vibrators verschoben wird. Auf diese Weise wird die Windom-Antenne übrigens von einer Eindrahtzuleitung mit einem Widerstand von etwa 600 Ohm gespeist. Wir benötigen einen Widerstand von etwa 25 Ohm, sodass die Verschiebung des Strompunkts von der Mitte der Vibratoren sehr gering ist. Der elektrische Schaltkreis der vorgeschlagenen Antenne mit in Wellenlängen angegebenen ungefähren Abmessungen ist in Fig. 2 gezeigt.
An die YY-Punkte wird ein Stromkabel mit einer Wellenimpedanz von 50 Ohm angeschlossen, das für ihre gegenphasige Erregung sorgt. Diese Punkte sind durch kurze "dicke" Leitersegmente mit den Speisepunkten der X-X-Vibratoren verbunden. Hier werden „dicke“ Leiter benötigt, um deren induktive Reaktanz zu reduzieren, was jedoch beim Abstimmen der Antenne kompensiert wird und sich, wie sich herausstellte, nicht wesentlich auswirkt. Für die Einspeisung sind die Eingangsimpedanzen der Vibratoren in Reihe geschaltet, weshalb die Eingangsimpedanz der Vibratoren an den Punkten X-X etwa 25 Ohm betragen sollte. Mit gleichem Erfolg kann die Antenne mit einem 75-Ohm-Kabel angepasst werden, nur der Abstand von der Mitte der Vibratoren zu den X-X-Punkten wird etwas größer sein. Wenn die Vibratoren gleich wären, würden sie genau phasenverschoben feuern und die Antenne würde schlecht strahlen, mit einem Strahlungsmuster von zwei identischen Keulen hin und her. Für die nötige Phasenlage wird der vordere Schwinger etwas kürzer als die Halbwelle und der hintere etwas länger (so wie es ein Reflektor sein sollte) gemacht. Die elektrischen Längen der Vibratoren in Fig. 2 sind unter Berücksichtigung der "natürlichen" Verkürzung der Vibratoren mit endlicher Dicke angegeben. Das Verkürzen des vorderen Vibrators führt zu einer Phasenverschiebung von etwa 16° (0.045 L) in der Führungsrichtung, während das Verlängern des hinteren Vibrators zu einer gleichen Phasenverschiebung in der nacheilenden Richtung führt. Der Abstand zwischen den Vibratoren beträgt 0,09 L, sodass die vom vorderen Vibrator zurückgestrahlte Welle genau phasenverschoben zur vom hinteren Vibrator zurückgestrahlten Welle ist und beide Wellen kompensiert werden. Daher gibt es keine Rückstrahlung. Die Phasendifferenz zwischen den von beiden Vibratoren nach vorne abgestrahlten Wellen beträgt mehr als 60°, und diese Wellen werden nicht kompensiert und bilden eine gerichtete Abstrahlung. Die beschriebene Antenne wurde im 430 MHz-Bereich wie folgt nachgebildet: Auf einer Platte aus folienbeschichtetem Fiberglas mit den Maßen 7x80 mm wurde die Folie in der Mitte durchgeschnitten und dort ein Kabel (YY-Punkte) mit einem Geflecht nach außen gelötet Reflektor (es ist bequemer, den hinteren, längeren Vibrator zu nennen). Die Vibratoren bestanden aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1,8 mm und wurden mit Federbügeln (Punkte X-X) am Glas-Textolith-Streifen befestigt, so dass die Vibratoren vertikal bewegt werden konnten. Durch eine solche Bewegung oder durch Verschieben der X-X-Punkte war es möglich, bei der Betriebsfrequenz ein SWR == 1 zu erreichen. Die Unterdrückung der Rückstrahlung wurde durch die Wahl der Länge der Vibratoren erreicht. Nach dem Tuning passierte Folgendes: Der Gewinn der Antenne gegenüber einem einzelnen Halbwellen-Vibrator betrug 5 dB. Richtungsmuster in der vertikalen und horizontalen Ebene sind in Fig. 3 gezeigt.
Sie sind sehr typisch für eine Zwei-Element-Antenne und haben keine Merkmale. Der Öffnungswinkel des Diagramms bei halber Leistung beträgt 110° in der horizontalen Ebene (in Azimut) und 90° in der vertikalen Ebene (in Elevation). Im letzteren Fall kommen die Richteigenschaften der Vibratoren selbst ins Spiel und ergänzen die Richteigenschaften des Emittersystems. Eine Abschätzung der Strahlverstärkung ergibt gegenüber einem isotropen Strahler einen Wert von 6,5 dB, was dem obigen Wert recht gut entspricht. Nach Erhalt dieser Ergebnisse wurde beschlossen, eine tragbare Faltantenne für den Feldbetrieb im 10-m-Band zu bauen, deren Skizze in Abb. 4 dargestellt ist. Die Antenne wurde auf einem 6,5 m hohen Teleskopmast angehoben, der aus Stücken von Duraluminiumrohren mit einem Durchmesser von 24 bis 35 mm bestand. Damit der Mast nicht durch das Strahlungsfeld der Antenne angeregt wird, sollte seine Länge kein Vielfaches einer Viertelwellenlänge betragen. Obwohl diese Bestimmung nicht experimentell verifiziert wurde, wurde keine merkliche Auswirkung des Mastes der angegebenen Höhe auf den Betrieb der Antenne festgestellt. Es können auch dielektrische Masten beliebiger Höhe verwendet werden. Der Mast wurde in vertikaler Position mit Dehnungsstreifen von einer Polyamid-Angelschnur fixiert. Am oberen Ende des Mastes wurde eine Platte aus dickem (15 mm) organischem Glas (Isolator) befestigt, an der die horizontalen Teile der Versorgungsleitung verschraubt wurden. Sie bestanden aus einem U-Profil aus Duraluminium mit einem Querschnitt von 35 x 20 mm. Die Abmessungen des Profils sind nicht kritisch, solange es eine ausreichende mechanische Steifigkeit zum Anbringen der Vibratoren bietet. Blütenblätter wurden unter die Bolzen des Profils zum Isolator gelegt, an den das Kabel gelötet wurde. Um den Stromfluss auf dem Kabelmantel zu reduzieren, wurden zwei Ferritringe darauf gelegt. Das Kabel hatte keinen elektrischen Kontakt zum Mast.
Die Vibratoren bestanden aus zwei Duraluminiumrohren mit einem Durchmesser von 14 mm und einer Länge von 3000 mm. An beiden Enden wurden die Vibratoren mit Topmasten aus einem dünneren und sehr leichten Rohr befestigt. Die Topmasten konnten verschoben und mit Schrauben fixiert werden, indem die Länge der Vibratoren angepasst wurde. An den Enden der Profile (an den Punkten Х-Х) wurden die Vibratoren mit Crimps aus weichem Duraluminium und Schrauben mit Gewindelöchern im Profil befestigt. Während die Schrauben nicht geklemmt sind, ließen sich die Vibratoren mit etwas Kraftaufwand vertikal bewegen und halten den unteren Topmast. Die Abstimmung der Antenne wurde auf die Auswahl der Vibratorlängen durch Aus- und Einfahren der unteren Topmasten reduziert. In diesem Fall wurde das Richtdiagramm gesteuert. In der Praxis ist dies praktisch, wenn ein Radiosender empfangen wird, dessen Signal stabil ist und in einer Bodenwelle kommt. Drehen Sie den Mast und beobachten Sie das Strahlungsmuster. Der Autor, der auf einem 60 km von Moskau entfernten Gartengrundstück experimentierte, empfing den Radiosender des Moskauer "Rettungsdienstes" im MW-Bereich von 27 MHz und erhielt einen Empfangsunterschied "vorne" und "hinten" von 4 ... 5 Punkte (bis 30 dB). Die Vibratoren wurden dann um 4 % gekürzt, um auf 28 MHz abzustimmen. Nachdem Sie ein akzeptables Diagramm erhalten haben, bewegen Sie die Vibratoren vertikal, bis ein gutes SWR in der Versorgungsleitung erreicht wird. In diesem Fall sind die Vibratoren etwas gestört, aber es ist trotzdem besser, die Operationen zum Bilden des Diagramms und zum Anpassen mehrmals hintereinander zu wiederholen. Dies kann in der Arbeitsposition der Antenne erfolgen, etwa durch Absenken des Mastes auf ein Knie, da zum Einstellen nur die unteren Topmasten beider Vibratoren erreicht werden müssen. Berühren Sie auf keinen Fall die Mastspitze bei eingeschaltetem Sender, da an den Enden der Vibratoren Spannungsbäuche (Maxima) entstehen und Sie sich hochfrequente Verbrennungen zuziehen können. Außerdem wird die Antenne gestört, selbst wenn die Hände an die Enden der Vibratoren gebracht werden. Nach der Justierung wird die Antenne abgesenkt, alle Befestigungsschrauben angezogen und wieder in die Arbeitsposition angehoben. Die in Fig. 4 gezeigten Abmessungen wurden nach dem Abstimmen der Antenne erhalten. Um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu überprüfen, wurde die Antenne ein weiteres Mal auf dem Boden entsprechend den angegebenen Maßen aufgebaut und ohne Tuning aufgerichtet. Das Abstrahlverhältnis vorwärts/rückwärts betrug etwa 25 dB und das SWR war kleiner als 2. Es war nur eine geringfügige Anpassung des SWR erforderlich, indem die Vibratoren vertikal in ihren Halterungen verschoben wurden. Mit dieser Antenne wurde ein Experiment durchgeführt, um Signale von skandinavischen Leuchttürmen an einem der Tage zu empfangen, an denen auf dem 10-Meter-Band nicht gesendet wurde. Nachdem er den Empfänger auf 28,268 MHz eingestellt und die Antenne nach Nordwesten ausgerichtet hatte, lauschte der Autor anderthalb Stunden lang geduldig dem reinsten Rauschen des Äthers. Es muss gesagt werden, dass das Experiment an einem ziemlich "ruhigen" Ort stattfand, wo das Luftrauschen, reduziert auf den 50-Ohm-Empfängereingang, 0,08 ... 0,1 μV im 2,4-kHz-SSB-Band betrug. Die Geduld wurde mit drei, einem starken und zwei schwächeren „Bursts“ des Signals vom finnischen OH9TEN-Leuchtturm belohnt, der eine vertikale 20-Watt-Rundstrahlantenne ausstrahlte. Die "Blitze" dauerten eine bis vier Sekunden, und es besteht kein Zweifel, dass es sich um Signalreflexionen von sporadischen Meteorspuren handelte. Nachfolgende Berechnungen ergaben Werte der Dämpfung des Meteorsignals auf diesem Weg in der Größenordnung von 170 ... 180 dB, d.h. ein Wert, der mit einer Strahlungsleistung von mehreren zehn Watt, empfindlichen Empfängern und einfachsten Richtantennen wie der beschriebenen vollständig abgedeckt werden kann. Meteorkommunikation auf den "Top Ten" ist also durchaus möglich! Autor: Vladimir Polyakov (RA3AAE), Moskau; Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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