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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Verkürzte UKW-Antenne. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / UKW-Antennen Das Buch „Amateurantennen für kurze und ultrakurze Wellen“ von Z. Benkovsky und E. Lipinsky [1] ist für viele Funkamateure ein Desktop-Nachschlagewerk. Im Abschnitt der Dipol-UKW-Antennen unterscheiden die Autoren drei Hauptgruppen: verkürzte Antennen vom Typ Uda-Yagi, verlängerte Antennen vom Typ Uda-Yagi und Antennensysteme, deren Elemente aus Dipolantennen bestehen. Bezogen auf die Praxis halten sich die Autoren an die Regel, dass bei Bedarf an Antennen mit einem Gewinn von 6 ... 8 dB der Einsatz verkürzter Antennen sinnvoll ist, deren Länge (l) ist kleiner als die Wellenlänge (λ). Solche Antennen können zwei bis fünf Elemente enthalten. Richtig hergestellte Zwei-Element-Antennen haben einen Gewinn von 3 ... 4 dB, Drei-Element-Antennen - 4 ... 6 dB, Fünf-Element-Antennen - 6 ... 8 dB. In der Praxis sind es oft die Kompromissdesigns, die die maximalen Ergebnisse liefern, nämlich die Art der Richtantennen „Wellenkanal“ (die bereits erwähnten Uda-Yaga-Antennen). Diese Antennen haben keine speziellen Sammelleitungen, sondern bestehen aus einer Reihe von Elementen: aktiven und passiven Vibratoren – einem Reflektor und einem oder mehreren Direktoren, die auf einer gemeinsamen Basis installiert sind und durch die Nullpotentialpunkte der einzelnen Elemente verlaufen. Antennen dieser Art sind recht kompakt und bieten bei relativ kleinen Abmessungen einen relativ hohen Gewinn und andere akzeptable Parameter. Beschreibungen der meisten Varianten solcher Antennen mit unterschiedlicher Anzahl von Elementkombinationen und deren Anordnung sind in der Literatur veröffentlicht. Von allen Antennentypen erwiesen sie sich als die am besten zugänglichen für eine umfassende Implementierung auf industrieller Ebene und als hochwirksame „Hausprodukte“ für Funkamateure. Als Einzelelemente werden wiederum nicht nur der Hertz-Vibrator verwendet, sondern auch Elemente russischer Erfinder – der Nadenenko-Dipol und der Pistol-Korsa-Schleifenvibrator bzw. Schleifenantennen und deren Interpretationen. Die Autoren des Artikels machen Funkamateure auf eine effektivere, aber noch nicht ordnungsgemäß präsentierte, nicht standardmäßige technische Lösung für ein Antennengerät aufmerksam, die von der Praxis der Verwendung homogener aktiver Elemente abweicht. Kompromisse können nicht nur komplex synthetisierte Antennensysteme aus klassischen Vibratoren sein, sondern auch die Vibratoren, aus denen sie bestehen. Genau das ist das vorgeschlagene Gerät – eine Dreiecksschleifenantenne (TLA). Es ist sowohl für den Einsatz als eigenständige Antenne als auch als Teil komplexer Antennengeräte vorgesehen. Es besteht aus einer Kombination von schleifenähnlichen Vibratoren. In diesem Fall kann die Antenne je nach verwendetem Frequenzbereich entweder ein Draht oder eine starre Struktur sein oder auf einer Leiterplatte hergestellt werden. Die vorgeschlagene technische Lösung ist universell und kann nicht nur von Funkamateuren, sondern auch in Geräten professioneller Antennenausrüstung für den Betrieb bis in den Zentimeterbereich sowohl in der Funkkommunikation als auch in weit verbreiteten drahtlosen Büro- und Haushaltsnetzwerken und anderen Funksystemen verwendet werden, in denen Antennen mit Es sind unidirektionale Abstrahlungen erforderlich. Ausgangspunkt für vergleichende Studien zu den Möglichkeiten der Synthese einer neuen Antenne kann der bekannte symmetrische Pistohlkors-Schleifenvibrator in Form zweier paralleler linearer Leiter sein, die in derselben Ebene liegen und vereinte Enden haben [2]. Parallele Leiter bilden symmetrische Halbschleifen – die Schultern des Vibrators relativ zur Symmetrieachse, die durch die Mitte der linearen Leiter verläuft. Ihre Gesamtlänge entspricht der Wellenlänge (λSklave), und die Länge der Schultern beträgt etwa ihr Viertel (0,25λSklave). Der Leistungsknoten des Schleifenvibrators besteht aus den Enden der Leiter im Abschnitt des mittleren Teils eines der linearen Leiter, und der Nullpotentialpunkt in der Mitte des zweiten Leiters ermöglicht die Befestigung des Geräts ohne Verwendung eines Isolator. Der Schleifenvibrator mit allen positiven Eigenschaften hat eine Verstärkung von Eins und ein isotropes Strahlungsmuster in einer Ebene senkrecht zu den parallelen Leitern. Bekannte Umwandlung des Schleifenvibrators in ein Quadrat oder andere Formen von Rahmen mit einem Umfang gleich der Wellenlänge (λSklave), mit einer geringeren Eingangsimpedanz und einer höheren Verstärkung im Vergleich zum Schleifenvibrator. Dies wird durch die Daten in der Tabelle „Parameter von Rahmen verschiedener Formen“ bestätigt, wobei bei runder Form die Verstärkung 3,49 dB beträgt [3]. Schleifenantennen ähnlicher Bauart bieten im Gegensatz zum Schleifenvibrator eine bidirektionale Richtwirkung der axialen Strahlung senkrecht zur Schleifenebene. Sie haben einen erhöhten Gewinn aufgrund der größeren Apertur – dem „Einfangbereich“ des Weltraums durch die Gestaltung des Antennennetzes. Gleichzeitig sind komplexere Antennenvorrichtungen in Kombination mit mehreren homogenen Rahmenaktivvibratoren bekannt. Die Konstruktionen von Zick-Zack-Antennen (Z-Antennen) von Kharchenko, beispielsweise aus zwei dreieckigen oder rautenförmigen Rahmen, weisen eine erhöhte Effizienz auf. Die Leiter der Arme dieser Antennen haben eine Länge von 0,25λSklave, und ihre Gesamtlänge ist vergleichbar mit λSklave. Gleichzeitig treten bei herkömmlichen gleichphasigen Vibratoranordnungen, bei denen die Anzahl der Paare von Einspeisepunkten gleich der Anzahl der in der Anordnung enthaltenen Vibratoren ist, Schwierigkeiten bei deren Abstimmung mit der Versorgungseinspeisung auf. Die Z-Antenne verfügt über ein Paar Einspeisepunkte, an die der Einspeiser direkt angeschlossen ist [4]. Im Gegensatz zu herkömmlichen klassischen Vibrator-Antennen-Arrays bildet ein spezieller räumlicher Abstand der Leiter eines Zick-Zack-Antennennetzes, das von einem einzigen integrierten Stromknoten gespeist wird, an den die Einspeisung direkt angeschlossen ist, eine Art flaches gleichphasiges Array und eine besondere Anregung von Strömen in seinen Dirigenten. Die Erregung von Strömen in den für eine Zick-Zack-Antenne charakteristischen Leitern gewährleistet den Betrieb der Antenne mit einem ausgeprägten Polarisationstyp und einem erweiterten Betriebsfrequenzband. Die vergrößerte Apertur der Planarantenne sorgt für einen hohen Gewinn mit einer bidirektionalen Strahlungsrichtung entlang ihrer Achse, senkrecht zur Rahmenebene, und der Parallelschaltung von Vibratoren, deren Umfang gleich λ istSklave, zum Stromknoten reduziert die Eingangsimpedanz der Antenne auf Werte, die den Wellenimpedanzen der verwendeten HF-Koaxial-Stromkabel entsprechen. In Abb. dargestellt. 1 nicht standardmäßige Kombination aus Schleifen- und Rahmenvibratoren ermöglicht die Implementierung einer neuen Dreiecksschleifenantenne, jedoch bereits einseitiger Strahlung. Gleichzeitig verdienen andere Merkmale der vorgeschlagenen innovativen technischen Lösung besondere Aufmerksamkeit.
Im Vergleich zu verkürzten Dipolantennen weist das ROV kleinere Abmessungen entlang der Längsachse und einen höheren Gewinn auf. Das Design sieht Arbeiten an der Strahlung aller Leiter des Antennengeräts vor. Der erste Schleifenvibrator von der Seite der Empfangs- und Senderichtung des ROV ist in Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit Einspeisepunkten oben und einer Basis von 0,4λ Länge ausgeführtSklave und mit Seiten 0,3λSklave jede. Der zweite Schleifenvibrator ist in Form eines Pistohlkors-Schleifenvibrators mit einer Länge linearer Leiter entsprechend λ hergestelltSklave. Schleifenvibratoren werden in derselben Ebene platziert, und der Anschluss der Leiter an den Seiten des Dreieckvibrators an den Stromknoten erfolgt mit ihrer Kreuzung, d. h. phasenverschoben. Ein koaxiales Stromkabel mit starrem Aufbau, beispielsweise in rohrförmiger Ausführung der Leiter, wird mit einem Eingang durch den Nullpotentialpunkt, also die Mitte des linearen ungeschnittenen Leiters des Pistohlkors-Schleifenvibrators, verlegt. Im Stromknoten wird das Kabelgeflecht abschnittsweise mit dem Ende eines Leiters und der zentrale Kern mit dem Ende des anderen verbunden. Die Antenne funktioniert wie folgt. Wenn ein Hochfrequenzgenerator (siehe Abb. 1) an die Leistungspunkte „a“ und „b“ des Leistungsteils 7 angeschlossen wird, fließen Ströme umgekehrt proportional zum Stromkreiswiderstand. Im Leiter 2 fließt ein erhöhter Strom im Vergleich zu den Leitern 3 und 1 aufgrund des geringeren Eingangswiderstands des Rahmenvibrators 5 als des Schleifenvibrators 6, jedoch wird die Abstrahlung des letzteren aufgrund zweier nahe beieinander liegender Leiter 4 und 2 erhöht Aufgrund der Tatsache, dass im Schleifenvibrator 5 die Leiter 6 und 1 in unmittelbarer Nähe zueinander liegen und in einem gleichschenkligen Dreieck 4 Leiter 5 zwischen den Leitern der gekreuzten Seiten 6 verbunden ist , dann sind die Ströme in den Leitern 4 und 5 phasengleich mit einer Phasendifferenz relativ zu Leiter 6. Dies gewährleistet bei Kreuzschaltung eine Phasenannäherung an Ströme, ähnlich wie Ströme in einem Reflektor und einem aktiven Vibrator oder in einem aktiven Vibrator und dem erster Direktor von Uda-Yagi-Antennen, jedoch vollständig aufgrund von Leitungsströmen, im Gegensatz zu induzierten, d. h. schwächeren Strömen in passiven Antennenvibratoren Uda Yagi. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Leiter des Schleifenvibrators 1 und 2 räumlich um einen Abstand von 3λ voneinander getrennt sindSklave, vom Leiter 2 bis zur Höhe eines gleichschenkligen Dreiecks und parallel sind, dann erzeugt das gebildete räumliche System aus strahlenden Leitern des Antennenarrays eine gerichtete Strahlung des elektromagnetischen Feldes entlang der Achse 8, senkrecht zur Lage dieser Leiter. Darüber hinaus strahlen Ströme in den Leitern 3, die symmetrisch, aber in einem Winkel zu dieser Achse angeordnet sind, ebenfalls ein elektromagnetisches Feld in den Raum ab, jedoch mit gegenseitiger Kompensation entgegengesetzter Längskomponenten und einseitig gerichteter Querkomponenten, die sich in das gesamte abgestrahlte elektromagnetische Feld integrieren. Im Gegensatz zu strahlenden Systemen mit Verbindungsleitungen sind bei der vorgeschlagenen technischen Lösung alle Leiter 2, 3, 5 und 6 an der Strahlung eines elektromagnetischen Feldes beteiligt, was insgesamt zu einer Erhöhung des Richtungskoeffizienten des Systems und der Effizienz führt seine Funktionsweise. Der Betrieb der vorgeschlagenen Antenne wurde im MMANA-Programm (Abb. 2 und Abb. 3) bei einer Frequenz von 300 MHz (Wellenlänge – 1 Meter) simuliert, um die Modellierung und anschließende Größennormalisierung einfacher und klarer zu gestalten. Spritzgießmaschine mit einer Länge entsprechend 0,2λSklave, hat eine sektorale Richtwirkung mit unterschiedlicher Breite des Strahlungsmusters in der Ebene der Leiter der Vibratoren und in der Ebene senkrecht dazu, mit erhöhter Verstärkung. Das Verhältnis von Vorwärts- zu Rückwärtsstrahlung charakterisiert die verbesserte räumliche Selektivität, die Uda-Yaga-Antennen mit sechs Elementen und der doppelten Traversenlänge entspricht. Die Nullpotentialpunkte beider Vibratoren können mit einer geerdeten Metallträgerschiene verbunden werden, um ESD-Schutz und Blitzschutz zu gewährleisten.
Für den Einsatz von Antennen auf den Amateurfunkbändern 144 und 432 MHz ein visueller Vergleich der Konfigurationen und des Verhältnisses der Größen der verkürzten Zweielementantenne, die von den Autoren des Buches [1] berücksichtigt wurden (Abb. 4) mit den Versionen des vorgeschlagenen ROV (Abb. 5) und des ROV mit intern installiertem Direktor (Abb. 6). Die Zahlenwerte der Parameter dieser Antennen sind in der Tabelle zusammengefasst und grafisch werden die elektrischen Eigenschaften am deutlichsten in Form von Strahlungsmustern dargestellt (bzw. Abb. 7-9).
Die praktische Umsetzung des Designs in Form einer unabhängigen Antenne ähnelt der wiederholt beschriebenen Zwei-Element-Antenne „Wellenkanal“, nur mit einem Schleifenvibrator, der in der Ebene der Vibratoren eingesetzt wird. Geräte. Tabelle
Auch die Herstellung der Antennenversion mit dem Direktor erfolgt analog wie beschrieben. Zwischen Schleifen- und Linearvibrator wird ein zusätzlicher Leiter unter strikter Einhaltung von Querschnitt, Einbauort und Länge verlegt. Bei Verwendung anderer Materialien muss eine Vorprüfung der Antennenfähigkeit im MMANA-Programm simuliert werden. Die Dateien für das MMANA-Programm für die in der Tabelle aufgeführten Antennen können unter ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/07/maa.zip heruntergeladen werden. Literatur
Autoren: V. Milkin, N. Kalitenkov, V. Lebedev, A. Shulzhenko
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