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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Kleine Antennen für tragbare CB-Kommunikationsstationen (Teil 2). Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / HF-Antennen 5. RESONANTE PEITSCHEN-ANTENNEN, DIE DURCH INDUKTION ERWEITERT WERDEN In tragbaren und mobilen CB-Funkgeräten werden Antennen mit einer Länge von 30 ... 100 cm für tragbare und bis zu 1,5 Meter für mobile Funkgeräte verwendet. Nachdem wir den Eingangswiderstand der aktiven Teile solch kurzer Pins für eine Frequenz von 27 MHz berechnet haben, erhalten wir Werte von 0,5 Ohm für 30 cm bis 10 Ohm für 1,5 m. Natürlich ist es unvernünftig, so kurze Pins anzuschließen die Ausgangsstufe des Senders ohne entsprechende Koordination. Erstens ist die Effizienz eines solchen Pins als Antenne gering, und zweitens ist es sehr schwierig, den niedrigen Widerstand des Pins an die Ausgangsstufe des Senders anzupassen. Die vernünftigste Lösung, die zur Lösung dieses Problems kam, war, dass der Stift Teil eines komplexen Systems ist, das eine verkürzte Antenne ist. Nachfolgend wird die Effizienz des Stifts in einem solchen System betrachtet. Die klassische Peitschenantenne ist ein Viertelwellen-Vibrator und darunter ein Erdungssystem. Das Erdungssystem ist im einfachsten Fall ein System von Viertelwellenwaagen. Natürlich ist es schwierig, ein solches System für eine tragbare Station zu verwenden. Daher versuchen sie, die Antenne und die Gegengewichte zu verkürzen. Am einfachsten ist es in diesem Fall, eine Verlängerungsspule in die Antenne einzubauen. Aber auch hier stellt sich die Frage, an welcher Stelle der Antenne eine Verlängerungsspule für maximale Wirkung eingebaut werden sollte. Der Körper der Station spielt die Rolle des Gegengewichtssystems. Sie sollten sofort auf die ineffizienteste Art und Weise achten, eine kurze Antenne zu verlängern - das Einfügen einer Verlängerungsspule in ihre Basis (Abb. 9). Der maximale Strom, der durch die Antenne fließt, liegt an ihrer Basis. Aus der Theorie der Antennen ist bekannt, dass es, um die maximale Strahlung der Antenne und folglich ihre maximale Effizienz zu erhalten, notwendig ist, den maximalen Strom im Strahlungselement der Antenne und die maximale Spannung bei ihrer Abstrahlung sicherzustellen Ende. Hier fließt der maximale Strom durch die Spule, sodass die maximale Wechselwirkung mit dem Medium durch die Spule erfolgt.
Der Vorteil einer Antenne mit Verlängerungsspule an der Basis besteht darin, dass solche Antennen aufgrund der großen Kapazität des Stifts eine relativ große Bandbreite haben, wodurch sie im gesamten MW- oder Amateurband arbeiten können. Ein anderer Antennentyp ist eine verlängerte Antenne mit einer Spule in der Mitte (Abb. 10). Hier wird bereits am Fuß der Antenne eine erhebliche Stromstärke erreicht, der obere Teil des Stiftes spielt die Rolle einer kapazitiven Last. Durch die Erhöhung der Anschlusskapazität steigt die Bandbreite der Antenne auf einen Wert, der den Betrieb im gesamten MW-Bereich erlaubt, und auch der Wirkungsgrad steigt deutlich. Der Stift zur Spule ist das Hauptstrahlelement, er sollte so dick wie möglich gemacht werden, zumal er auch die Verlängerungsspule hält. Der Stift nach der Spule ist bereits eine kapazitive Last. Es kann dünner gemacht werden. Das Platzieren selbst einer kleinen kapazitiven Last am Ende einer solchen Antenne erhöht die Effizienz ihres Betriebs, verringert jedoch die mechanische Festigkeit. Beachten Sie auch, dass bei der schlechten „Erdung“, die bei Mobilfunkstationen auftritt, grundsätzlich alle Arten von Kurzantennen gleich schlecht funktionieren und es keinen nennenswerten Unterschied in der Verwendung gibt. Aber schon der Anschluss eines Viertelwellen-Gegengewichts zeigt einen Unterschied in der Effizienz verschiedener Antennentypen. Der Effekt wird auch bei mobilen Autoradios beobachtet, wo die Karosserie eine wirksame Masse darstellt. Der Widerstand einer idealen Viertelwellen-Vertikalantenne – eine Spitze über einer ideal leitenden Oberfläche – beträgt 36 Ohm. Der Widerstand einer ideal verkürzten MW-Antenne beträgt je nach Grad ihrer Kürzung 10 ... 20 Ohm. Da die reale "Masse" solcher Antennen alles andere als ideal ist, können solche Antennen im Allgemeinen sowohl mit dem koaxialen Stromkabel der Antenne in einer mobilen Autostation (hier wird normalerweise ein 50-Ohm-Kabel verwendet) , und bei der Endstufe eines tragbaren Radiosenders eine schlechte "Masse", die den Widerstand einer kurzen Antenne auf 50 ... 100 Ohm erhöht. 6. PRAKTISCHE DESIGNS VON PEITSCHEN ANTENNEN ERWEITERT DURCH INDUKTION Grundsätzlich haben alle verkürzten Antennen von Mobilfunkstationen die in Abb. 11. Eine Spule mit einer Induktivität von etwa 2 μH und ein Stift mit einer Länge von etwa 120 cm bilden ein Antennensystem, das im 27-MHz-Band arbeitet. Und nur die Effizienz der Antenne und ihre Bandbreite hängen von der unterschiedlichen Konstruktion der Spule und des Pins ab. Die in Abb. 7 gezeigte Antenne wird auch in vielen anderen, früheren Quellen gezeigt [7, 8,9, 10, XNUMX].
Beim Testen der Antennen aus [7, 8] wurde für diese eine identische 2 μH-Verlängerungsspule verwendet und die folgenden Ergebnisse erhalten. Eingangsimpedanz mit einem Viertelwellen-Gegengewicht - 35 Ohm, mit einem Radiosendergehäuse - 80 Ohm. Bandbreite bei halber Leistung (-3 dB) - 600 kHz mit einem Gegengewicht, 750 kHz mit einem Radiosenderkörper. Der menschliche Einfluss auf diese Antenne ist gering und ihre Reaktivität gering. Die Frequenzverschiebung bei Anschluss eines Viertelwellen-Gegengewichts erreichte 700 kHz. Beim Testen der Antenne aus [9], bei der die Länge des Stifts 80 cm betrug, die Verlängerungsspule aus 18 Windungen von PEL 0,55-Draht bestand, der Windung für Windung auf einen Rahmen mit einem Durchmesser von 4 mm gewickelt war, wurden die folgenden Ergebnisse erhalten. Eingangsimpedanz mit einem Viertelwellen-Gegengewicht - 60 Ohm, mit einem Radiosender-Gegengewichtskoffer - 1100 m. Die Bandbreite mit einem Viertelwellen-Gegengewicht beträgt 800 kHz, mit dem Stationskörper - 900 kHz. Der Offset der Resonanzfrequenz bei angeschlossenem Gegengewicht beträgt knapp 1 MHz. Beim Testen der Antenne aus [10] mit einer Stiftlänge von 0,8 ... 1,2 m wurde die Verlängerungsspule mit 25 Windungen aus PEL 0,35-Draht auf einen Rahmen mit einem Durchmesser von 5 mm Windung für Windung gewickelt, Ergebnisse ähnlich wie bei der Antenne aus [9]. Besonders interessant sind kurze Antennen - bis zu 50 cm lang, außerdem sind diese Antennen in der Kommunikationsreichweite langen Antennen - etwa 1 m lang - nicht so deutlich unterlegen. Die Antenne aus [11] ist ein 45 cm langer Stift mit einer Verlängerungsspule, die 60 Windungen PEL 0,5-Draht enthält, auf einem Rahmen mit einem Durchmesser von 5 mm, rund um rund gewickelt. Beim Testen einer solchen Antenne wurden die folgenden Ergebnisse erhalten. Mit einem Viertelwellen-Gegengewicht beträgt die Eingangsimpedanz 75 Ohm, die Bandbreite 700 kHz. Mit dem Stationskörper als Gegengewicht beträgt die Eingangsimpedanz 120 Ohm, die Bandbreite 900 kHz. Die Resonanzfrequenzverschiebung bei angeschlossener Viertelwellenwaage betrug 1,2 MHz. Der menschliche Einfluss auf die Antenne ist höher als bei langen Antennen. Eine Erhöhung der Eingangsimpedanz und Erweiterung der Bandbreite einer kurzen Antenne (45 cm) im Vergleich zu einer langen (1 m) deutet auf eine minderwertige Verlängerungsspule einer kurzen Antenne hin. Eine Erhöhung des Gütefaktors der Verlängerungsspule hat jedoch wenig Einfluss auf die Effizienz solch kurzer Antennen. Das Anschließen eines Gegengewichts verschiebt die Resonanzfrequenz der Antenne nach oben. Für einen effizienten Betrieb der Funkstation beim Anschluss eines Gegengewichts ist in diesem Fall eine Online-Einstellung der Induktivität der Verlängerungsspule vorzusehen. Bei Transceivern ist es wünschenswert, beim Umschalten des Antennenpins unterschiedliche Verlängerungsinduktivitäten für Empfänger und Sender zu verwenden. Dadurch können Sie den Pin sowohl für den Empfang als auch für die Übertragung optimal anpassen. Wenn sich der Widerstand des Eingangs des Empfängers und des Ausgangs des Senders unwesentlich unterscheiden, kann natürlich auf eine Verlängerungsspule verzichtet werden, da in diesem Fall die Verschiebung der Resonanzfrequenz des Systems beim Umschalten von RX / TX gering ist. Aber schon hier gilt es, aus praktischen Gegebenheiten zu entscheiden, was einfacher ist - die Verlängerungsspulen zu tauschen oder die Eingänge von Sender und Empfänger auf den gleichen Wert zu bringen. Bei "proprietären" Geräten wird letzteres angestrebt, obwohl es Möglichkeiten gibt, den Empfängereingang beim Umschalten der Antenne abzustimmen. Bei selbstgebauten Geräten im 27-MHz-Band wird der Frage der Antennenanpassung im Empfangs- und Sendemodus oft nicht die gebührende Aufmerksamkeit geschenkt, was zu einer Verringerung der Effizienz von tragbaren Radios führt. In [12] wird eine Antenne mit einer Schulterlänge von 110 mm und einer Verlängerungsspule in der Mitte mit 130 Windungen aus PEL 0,15-Draht beschrieben, die Windung zu Windung auf einen Rahmen mit einem Durchmesser von 6 mm gewickelt sind. Beim Testen zeigte diese Antenne die folgenden Ergebnisse. Mit einem Viertelwellen-Gegengewicht betrug die Eingangsimpedanz 90 Ohm, Bandbreite . - 400 kHz, mit einem Gegengewichtsgehäuse des Radiosenders, die Eingangsimpedanz betrug 140 Ohm, die Bandbreite 600 kHz. Der Passband-Offset beim Anschluss eines Viertelwellen-Gegengewichts betrug 900 kHz. Durch Hinzufügen einer kapazitiven Last, dargestellt in Abb. 13, konnte der Frequenzoffset beim Anschluss von Gegengewichten auf 600 kHz reduziert werden. Die Bandbreite erhöhte sich in beiden Fällen um 50 kHz. Die Eingangsimpedanz nahm ab - mit einem Gegengewicht wurden es 75 Ohm, mit dem Stationskörper - 90 Ohm. Die Feldstärke erhöhte sich um das 1,3-fache. All dies spricht für die Vorteile der kapazitiven Belastung für diese Antennentypen. Zu beachten ist, dass die in Abb. 12 dargestellte kapazitive Last effizienter arbeitet, aber in der Praxis leider schwieriger umzusetzen ist als die Last in Abb. 13.
Ein Vergleich der von einer Antenne mit Zentralinduktivität und einer Verlängerungsinduktivität am Fußpunkt erzeugten Feldstärkewerte zeigte, dass in der Praxis eine Antenne mit Zentralinduktivität gleich hoch wie eine Antenne mit Basisinduktivität ist. erzeugt eine etwa 1,4 ... 1,6-fache Feldstärke. Durch Hinzufügen einer kapazitiven Last werden die Vorteile einer solchen Antenne weiter verstärkt. Die Messungen wurden mit Viertelwellenwaagen durchgeführt. Bei Verwendung des Radiokörpers als Gegengewicht war der Vorteil der Antenne mit zentraler Induktivität schwächer, die Feldstärke war nur 1,2-mal größer als die der Antenne mit Basisinduktivität. Dies deutet darauf hin, dass es für tragbare Stationen keinen großen Unterschied in der Art der verwendeten Peitschenantenne gibt, aber für mobile Stationen ist es besser, eine Antenne mit einer Mittenlastinduktivität zu verwenden. In jedem Fall ist es wünschenswert, eine kapazitive Last zu verwenden, sogar in Form einer Kugel mit einem Durchmesser von 5...20 mm. Eine kapazitive Last wirkt sich auch bei einer Antenne mit einer sich am Fuß ausbreitenden Induktivität aus. In der Praxis können für tragbare Stationen Antennen aus dickem Kupferdraht mit einem Durchmesser von 2 ... 2,5 mm verwendet werden. Eine Antenne mit kleinerem Durchmesser ist mechanisch weniger stark und hat einen geringeren Wirkungsgrad. Für die Herstellung von Antennen für mobile Fahrzeugstationen können Sie kurze "Wathosen" oder geeignete Antennen von Armeefunkstationen in entsprechender Länge und vor allem Stärke verwenden. 7. NICHT RESONANTE PEITSCHEN-ANTENNEN Nicht resonante Peitschenantennen sind die ineffizientesten aller erhältlichen kurzen Peitschenantennen. Gegenüber Peitschenantennen gleicher Länge mit Verlängerungsinduktivität verlieren sie das 2...3-fache an Feldstärke, diese Antennen sind wesentlich unempfindlicher gegen menschliche Einflüsse. Trotzdem werden sie immer noch verwendet, jedoch hauptsächlich in nur zwei Arten von Sendern. Die Verwendung solcher nicht resonanten Antennen ist nur in einfachen Spielzeugen gerechtfertigt, deren Kommunikationsreichweite nicht höher als 50 ... 100 m ist.Für eine effizientere Kommunikation ist es erforderlich, nur eine resonante Antenne zu verwenden, obwohl Entkopplungskaskaden für die einfachsten Schaltungen müssen davor platziert werden. Wie die Erfahrung zeigt, bieten westliche einfache Radiosender, die mehr Strom verbrauchen als die heimischen Kolibris, aber mit nicht resonanten Antennen arbeiten, eine viel kürzere Kommunikationsreichweite. Der dritte Fall der Verwendung kurzer nicht resonanter Antennen ist die fehlerhafte Konstruktion der Senderendstufe mit ihren Antennenanpassschaltungen. Infolgedessen erregt es sich selbst, wenn eine normale Resonanzantenne daran angeschlossen wird, egal ob in voller Größe oder verkürzt. Obwohl solche Sender oft eine P-Schleife am Ausgang haben, ist ihr Betrieb ineffizient. 8. MAGNETSCHLEIFEN-ANTENNEN VON TRAGBAREN STATIONEN Ich habe in keinem der tragbaren CB-Funkgeräte Magnetschleifenantennen gesehen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass ihre Verwendung in dieser Art von Radiosendern unpraktisch ist. Ich habe Magnetschleifenantennen für das 27-MHz-Band mit den in Abb. 14 gezeigten Abmessungen hergestellt.
Die Antenne zeigte die folgenden Ergebnisse. Eingangsimpedanz - 75 Ohm, mit sehr geringer Reaktanz. Bandbreite - 600 kHz. Die Antenne bestand aus einem zwei Millimeter isolierten Kupferdraht vom Typ PEL, der Luftabstimmkondensator war auf einer Glasfaserbasis montiert. Die Antenne erwies sich als sehr unempfindlich gegenüber dem Einfluss einer Person und Gegengewichten. Da eine solche Antenne hauptsächlich die magnetische Komponente der elektromagnetischen Welle abstrahlt, kann sie hinsichtlich eines solchen Indikators wie der Feldstärkepegel nicht streng mit einer Peitschenantenne verglichen werden, weil letztere hauptsächlich die elektrische Komponente der elektromagnetischen Welle abstrahlt, und Messungen für den Stift sollten gemäß der elektrischen Komponente der EMW und die Rahmen - gemäß der magnetischen Komponente der EMW durchgeführt werden. Zwei Antennen, dargestellt in Abb. 14, wurden an Funkstationen des Typs „Kolibri-M“ angeschlossen und die Kommunikationsreichweite im Vergleich zur Standard-Wendelantenne getestet. Es stellte sich heraus, dass die Kommunikationsreichweite bei Verwendung von Magnetantennen unter sonst gleichen Bedingungen im Freien mindestens 1,5-mal länger und unter städtischen Bedingungen 2- bis 3-mal länger war. In diesem Fall hatte die Richtwirkung der Magnetantenne einen signifikanten Effekt. Autor: I. Grigorov (RK3ZK, UA3-113); Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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