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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Richtempfangsantennen für Niederfrequenzbänder. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / HF-Antennen Betreiber auf den 160- und 80-Meter-Niederfrequenzbändern sind ständig bestrebt, den Empfang auf ihren Sendern zu verbessern. Das Problem besteht darin, dass Antennen, die beim Senden effektiv sind (z. B. ein hoher vertikaler Mast), beim Empfang zu viele Störungen sammeln. Der Wirkungsgrad der Empfangsantenne ist nicht kritisch, da der Pegel sowohl der Signale als auch der Störungen in den Niederfrequenzbändern sehr hoch ist und außerdem die Verwendung eines rauscharmen Transistorvorverstärkers nicht schwierig ist. Eine Ferrit-Magnetantenne ist in dieser Hinsicht nicht sehr gut, obwohl sie eine gewisse Richtwirkung aufweist und zwei Nullen in ihrem Strahlungsmuster (RP) in Form einer Lemniskate (ähnlich einer „Achter“) aufweist. Die Ferritantenne muss in Innenräumen angebracht werden, wo der Störpegel hoch ist. Die externe Rahmenantenne ist in dieser Hinsicht etwas besser, aber ihr RP ist derselbe, und im besten Fall ermöglicht sie Ihnen nur, Störungen von einer entfernten lokalen Quelle zu dämpfen, indem Sie einen RP von Null auf sie richten. Eine wirklich gerichtete Niederfrequenz-Empfangsantenne ist die Beverage Traveling Wave Antenna (TWA), ein mehrere Wellenlängen langer Draht, der tief über dem Boden angebracht ist. Allerdings haben nur wenige Funkamateure den Luxus, mehrere Antennen von einem halben Kilometer Länge zu bauen, die in verschiedene Richtungen gestreckt sind! Die Fragen der Schaffung störungsfreier Richtempfangsantennen im VLF- und LW-Bereich wurden in der Grundlagenarbeit [1] erörtert. Insbesondere hat sich gezeigt, dass die Kombination einer Schleife und einer „statischen“ (vertikalen Rundstrahlantenne) eine Nierencharakteristik erzeugt. Aufgrund der Abschwächung des Empfangs aus einigen Richtungen kam es zu einem deutlichen Rückgang der Störungsintensität. EWE-Antenne. In diesem Zusammenhang stieß die Veröffentlichung von WA2WVL über eine Antenne namens EWE [2] auf großes Interesse. Aufgrund seiner geringen Größe und Höhe hat es dennoch einen sehr guten RP, der einer Niere nahe kommt. Innerhalb etwa eines Jahres bauten viele Kurzwellensender die EWE-Antenne, erhielten gute Kritiken und WB2P schlug vor, vier dieser Antennen am Einspeisepunkt zu kombinieren, um den RP in verschiedene Richtungen zu schalten. In der nächsten Veröffentlichung [3] nutzte WA2WVL diese Idee, indem es die in Abb. gezeigte Antenne baute. 1.
Der Empfänger ist mit einem 50-Ohm-Koaxialkabel über einen Anpassungstransformator T1 mit einem Übersetzungsverhältnis von 3 an die Antenne angeschlossen, daher erhöht sich die Eingangsimpedanz der Einspeisung von der Antennenseite um das Neunfache auf bis zu 9 Ohm. Mit Hilfe von vier Relais, deren Schließerkontakte in der Abbildung dargestellt sind, wird eine der vier in die gewünschte Richtung ausgerichteten Antennen an den Transformator angeschlossen. Jede der Antennen ist ein Rechteck mit einer Höhe von 3 Metern und einer Länge von 15 Metern, wobei an einer der vertikalen Seiten ein Transformator und an der anderen Seite ein Widerstand angeschlossen ist. Die zweiten Anschlüsse des Transformators und des Widerstands sind geerdet. Das Design ist einer kleineren Kopie der Beverage-Antenne sehr ähnlich, mit dem einzigen Unterschied, dass die Abmessungen der Antenne viel kleiner sind als die Wellenlänge. Darüber hinaus liegt der maximale Empfang auf der Seite des Transformators und nicht auf der Seite des Widerstands. Das unter Berücksichtigung des Vorhandenseins von drei weiteren nicht angeschlossenen Antennen berechnete Antennenmuster ist in Abb. 2 dargestellt. 400: a - in der vertikalen Ebene; b - in der Horizontalen. Dieses Muster ist typisch für alle derartigen Antennen, einschließlich der unten beschriebenen. Die maximale Unterdrückung des Empfangs von hinten, von der Seite des Widerstands her, wird durch dessen genaue Auswahl erreicht. Der Widerstandswert des Widerstands kann zwischen XNUMX Ohm und mehreren Kiloohm variieren. Die Antenne ist sehr breitbandig, ihre Richtcharakteristik und Eingangsimpedanz bleiben in mehr als dem Vierfachen des Frequenzbandes erhalten. Aufgrund der geringen Effizienz eignet sich die Antenne nicht gut für die Übertragung.
In der Version des Autors war die Antenne auf fünf Holzstangen montiert, zur Erdung dienten etwa 1,2 m in den Boden gehämmerte Metallrohre. Der Autor behauptet, dass Erdungswiderstände aufgrund der hohen Impedanz der Antenne praktisch keinen Einfluss auf diese haben Betrieb. Der Transformator T1 war auf einen Ring mit einem Durchmesser von etwa 12,5 mm aus Ferrit mit einer magnetischen Permeabilität von 850 gewickelt. Die Wicklung enthielt 11 in drei Teile gefaltete Drahtwindungen. Die drei resultierenden Wicklungen wurden in Reihe geschaltet, wie in Abb. 1, und der Koaxialstecker des XW1-Einspeisers wurde mit dem ersten der Abgriffe verbunden. Etwas später baute der Autor etwa 60 Meter vom ersten entfernt ein weiteres ähnliches Antennensystem und baute es als phasengesteuertes Antennenarray ein, wodurch ein noch größerer Richtfaktor (DPC) im Bereich von 160 Metern erzielt wurde. Mehr dazu ist in [3] beschrieben. Rahmen K9AY. Gary Breed (K9AY) experimentierte mit gerichteten Empfangsantennen für niederfrequente Amateurbänder und modellierte Antennen auf einem Computer und schlug ein sehr kompaktes Design aus zwei geladenen Rahmen vor, die auf einem Mast angebracht waren [4]. Mit Hilfe von am Mastfuß installierten Relais ist es möglich, die Nierencharakteristik in vier verschiedene Richtungen umzuschalten. Vergleichsabmessungen des Antennensystems von vier EWEs mit Strahllängen von 12 m und K9AY-Rahmen sind in Abb. dargestellt. 3. Die Rahmen selbst sind deltaförmig, allerdings sind Form und Abmessungen, wie der Autor berichtet, nicht allzu kritisch. Am Fuß des Mastes sind die Rahmen geerdet, was einen Blitzschutz bietet und den Störpegel reduziert. Der Erdungsstab dient erfolgreich als Basis des Mastes, vorzugsweise besteht er aus Isoliermaterial.
Eine Skizze eines Rahmens ist in Abb. dargestellt. In Abb. 4 beträgt die Höhe des oberen Punktes 7,5 m, die Seiten sind um 4,5 m gezogen und die Ecken liegen auf einer Höhe von 1,5 m. Wie in der Abbildung gezeigt, kann man durch das Aufhängen des oberen Punktes ganz auf einen Mast verzichten der Antennenanlage durch einen Ast, beispielsweise mit einem Seil. Es ist praktisch, Mutterisolatoren mit Löchern in den Ecken des Rahmens zu verwenden. Die unteren Enden der Rahmendrähte werden ebenfalls mit Hilfe von Mutterisolatoren zum Erdungsstab gezogen, die nach dem Anbinden der Isolatoren verbleibenden Enden der Drähte werden zu einer wasserdichten Box mit einem Relais und einem passenden Transformator ähnlich dem beschriebenen geschickt über. Bei der Erläuterung des Funktionsprinzips der Antenne weist der Autor auf ihre Ähnlichkeit mit Richtkopplern hin, die in der HF- und Mikrowellentechnik, insbesondere in SWR-Messgeräten, weit verbreitet sind. Wenn die EWE-Antenne eine Halbrahmenantenne ist, deren Rückleitung die Erde ist, dann ist die K9AY-Schleife eine Vollrahmenantenne, ihr Funktionsprinzip ist jedoch sehr ähnlich. Antennen reagieren sowohl auf die elektrischen E- als auch auf die magnetischen H-Komponenten des einfallenden elektromagnetischen Feldes. Für die elektrische Komponente des Feldes verhalten sich die Antennen wie kurze vertikale Antennen und erzeugen eine gewisse Spannung am Einspeisepunkt. Wie man es von einer Vertikalantenne erwarten würde, ist das E-Feldmuster omnidirektional. Anders verhält es sich mit der magnetischen Komponente des Feldes H: Beim Durchqueren der Antennenebene entsteht ein Strom, der um den Umfang des Rahmens zirkuliert. Dieser Strom, der durch den Lastwiderstand fließt, erzeugt auch eine gewisse Spannung, die sich zur Spannung aus dem Feld E addiert. Wenn die Welle von der Seite des Einspeisepunkts kommt, addieren sich beide Spannungen. Kommt die Welle von der Seite des Lastwiderstands, werden die Spannungen subtrahiert, da sich die Richtung des den Rahmen durchdringenden Feldes H umkehrt. Durch Ändern des Widerstandswerts des Lastwiderstands ist es möglich, beide Spannungen so auszugleichen, dass sie gleich sind. DN hat in diesem Fall die Form einer Niere mit einer einzelnen Null. Die Dämpfung der vom Abschlusswiderstand kommenden Signale kann 40 dB überschreiten, was mehr als 6 S-Einheiten auf der Signalstärkeskala entspricht! Der RP-Nullpunkt liegt nicht in der Bodenebene, sondern ist, wie Computersimulationen zeigen, je nach Antennenkonfiguration und Bodenbeschaffenheit um einen Winkel von 20 bis 55° erhöht. Eine kurze und hohe Schleife ergibt null DN bei einem Höhenwinkel von 30...40°. Dies trägt zur Dämpfung des QRM von lokalen Sendern bei. Ein wesentlicher und notwendiger Teil der K9AY-Antenne ist die Erdung. Abhängig von den Bodenparametern kann es erforderlich sein, den Widerstand des Belastungswiderstands geringfügig anzupassen. Der Boden muss nicht verlustbehaftet sein, wie im Fall der Beverage-Antenne. Der Rahmen ist auch auf perfekt leitendem Untergrund richtungsorientiert. Dadurch funktioniert die Antenne bei nahezu allen Bodenverhältnissen. In den Kommentaren, die auf die Veröffentlichung des Artikels [3] folgten, berichtete W6FA, dass der Vorläufer aller geladenen Rahmenantennen derselbe Harold Beverage sein sollte, der 1938 eine ähnliche Antenne patentierte, viel später als seine berühmte „Wellenantenne“. oder, wie sie heute genannt werden, Wanderwellenantennen. Das Patent von Beverage beschreibt eine vollständige Rahmenantenne, die für ihren Betrieb keine Erde benötigt und über einen Lastwiderstand von etwa 700 Ohm verfügt, der an einem Punkt gegenüber dem Einspeisepunkt platziert ist. Diese Breitbandantenne sollte bereits für den Fernsehempfang genutzt werden. Antennen Fahne, Wimpel usw.. Die intensive Modellierung von Antennen durch Funkamateure mithilfe von Computerprogrammen hat zur Entstehung einer Reihe von Antennen geführt [5], die der beschriebenen ähnlich sind. Antennen sind dreieckige, quadratische, rechteckige oder rhombische Rahmen, die in einer vertikalen Ebene angeordnet sind. Mögliche Konfigurationen dieser Rahmenantennen sind in Abb. dargestellt. 5. Ein heller Kreis zeigt eine Quelle (Empfänger) an, ein dunkler Kreis zeigt einen Lastwiderstand mit einem Widerstandswert von 400 Ohm und höher, normalerweise etwa 900 Ohm. Ungefähr das Gleiche ergibt sich auch für die Eingangsimpedanz der Antenne. Richtcharakteristik - Niere, Empfangsrichtung - von der Quelle.
Für den Betrieb im Bereich von 160 Metern der Flag-Antenne (Flag) sind beide Versionen von Pennant (Vympel) und Diamond (Diamond) 4,3 m hoch und 8,8 m lang. Die Delta-Antenne (Delta) hat eine Höhe von 5,2 und eine Länge von 8,4 m. Im Vergleich zur EWE- und K9AY-Schleife weisen diese Antennen einen wesentlichen Unterschied auf: Sie benötigen keine Erdung, obwohl sie relativ niedrig, in einer Höhe von etwa 2 m über dem Boden, angebracht sind. Eine Reduzierung der Höhe auf 0,3 m hat kaum Auswirkungen auf die Eigenschaften der Antennen. Die Antennen wurden in verschiedenen Ausführungen und Größen hergestellt, zum Beispiel reduzierte JF1DMQ die Größe auf 1 x 5 m. Die Antennen funktionieren auch gut auf 80 und 40 Metern. Besonders Funkamateure bemerken den geringen Rauschpegel dieser Antennen. Betrachten Sie als Beispiel das dreieckige „Delta“, das von FO0AAA für den 160-m-Empfang verwendet wird [6]. Der untere Horizontaldraht hatte eine Länge von 8,54 m und befand sich in einer Höhe von 0,9 m über dem Boden. Die Höhe des dreieckigen Rahmens betrug 5,2 m ab dem Unterdraht (6,1 m über dem Boden). Insgesamt wurden etwa 22 m Draht mit einem Durchmesser von 1,63 mm benötigt. In den unteren Ecken des Rahmens wurden ein 950-Ohm-Lastwiderstand und ein Leistungstransformator eingebaut, der den 50-Ohm-Einspeisewiderstand in 950 Ohm umwandelt. Bei einer Frequenz von 1830 kHz erwies sich das Vorwärts-/Rückwärtsstrahlungsverhältnis als besser als 40 dB, während der Gewinn der Antenne im Vergleich zum isotropen Strahler nur -34,5 dB betrug, was auf einen geringen Wirkungsgrad und die Notwendigkeit hinweist Verwenden Sie in Verbindung mit dieser Antenne einen rauscharmen Vorverstärker. Der Rahmen wurde auf einem dielektrischen Mast montiert, die unteren Enden des „Deltas“ wurden auf Zeltheringen gespannt. Die Ausrichtung der Antenne erfolgte ganz einfach: durch Umstecken der Stifte. Abschließend können wir feststellen, dass den Funkamateuren eine neue Klasse von Empfangs-Breitbandantennen mit geringem Rauschpegel und kleinen Abmessungen zur Verfügung steht. Literatur
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