Skelettschlitzantenne: Mythen und Realität. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / UKW-Antennen

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Der ausländischen Amateurfunkliteratur zufolge ist die Schlitzskelettantenne bei Frequenzen über 20 MHz beliebt. In dem veröffentlichten Artikel wurde versucht, die Frage zu beantworten, inwieweit der in der Literatur angegebene Richtungskoeffizient der Realität entspricht.

In Büchern über UKW-Antennen wurde die sogenannte Skelettschlitzantenne wiederholt beschrieben, und in allen Veröffentlichungen wurde ausnahmslos von ihren sehr hohen Parametern, dem großen Richtfaktor (CND), dem breiten Frequenzband und der einfachen Abstimmung berichtet. Die Idee einer Antenne wurde bereits 1949 von J. Ramsey vorgeschlagen [1], ihr Aufbau ist in Abb. 1 dargestellt, entlehnt von [2]. Das aktive Element der Antenne besteht aus drei parallelen Halbwellendipolen, die drei Stockwerke übereinander angeordnet sind. Um die Abmessungen der Antenne zu verringern, werden die Enden des oberen und unteren Dipols rechtwinklig zum mittleren Dipol gebogen und mit diesem verbunden. Von ihm sind sie begeistert.

Der mittlere Dipol wird geteilt ausgeführt und mit einer passenden Viertelwellen-Zweidrahtleitung verbunden, die gleichzeitig der Halterung des Reflektors dient. Der Reflektor ist als Wellenkanal in Form eines einzelnen Vibrators ausgeführt, dessen elektrische Länge etwas größer als eine halbe Welle ist. Die Abmessungen der Antenne in Wellenlängen und die Werte des Verkürzungskoeffizienten k, abhängig vom Durchmesser der Leiter (Röhren) d, sind in Abb. . 1. Durch Verschieben des Einspeisepunkts XX entlang der Zweidrahtleitung können Sie die Eingangsimpedanz der Antenne von Null (in der Nähe des Reflektors) auf etwa 400 Ohm (am YY-Punkt in der Nähe des aktiven Elements) ändern.

Die Stromverteilung im aktiven Element ist in Abb. dargestellt. 2. Es ist zu erkennen, dass die Bäuche (Maxima) des Stroms genau in der Mitte der horizontalen Teile des Elements liegen und ein dreistöckiges Gleichphasensystem bilden. In den vertikalen Teilen des aktiven Elements sind die Ströme klein und aufeinander zu gerichtet. Darüber hinaus gibt es vier Stromknoten, sodass von den vertikalen Teilen in der Fernzone keine Strahlung ausgeht. Denken Sie daran, dass in der Fernzone das Antennenmuster fast vollständig ausgebildet ist. Der Abstand zur Fernzone beträgt mehrere Wellenlängen. Sie ist umso größer, je größer der Richtfaktor der Antenne ist.

Das aktive Element einer Skeleton-Slot-Antenne kann auch als zwei Quadrate betrachtet werden, die durch eine Seite und Speisepunkte verbunden sind. Allerdings ist der Umfang des aktiven Elements der Schlitzskelettantenne im Vergleich zu zwei Quadraten voller Größe etwas kleiner, was wahrscheinlich auf den Verkürzungseffekt der Kapazität zwischen den vertikalen Leitern des Elements zurückzuführen ist. Eine ähnliche Antenne wurde von K. Kharchenko [3] vorgeschlagen, jedoch werden darin zwei Quadrate von den Ecken aus gespeist und mit Einspeisepunkten kombiniert.

Eine einfache Skelettschlitzantenne hat einen nicht ausreichend wirksamen Reflektor. Dieser Nachteil kann beseitigt werden, indem der Reflektor genau dem aktiven Element entspricht (in Form des gleichen dreistöckigen Vibratordesigns). Zwischen den Elementen können keine Zweidrahtleitungen mehr verlegt werden, aber niemand macht sich die Mühe, sie in der Ebene jedes Elements bis zu einem Punkt mit Nullpotential in der Mitte des unteren Horizontalvibrators zu ziehen.

Das Ergebnis nach dieser Modifikation ist in Abb. dargestellt. 3. Die Abmessungen der Elemente selbst bleiben gleich und der Abstand zwischen aktivem Element und Reflektor verringert sich auf 0,18. Diese Antenne hat noch einen weiteren Vorteil. Durch Verschieben der Kurzschlussbrücken entlang der Zweidrahtleitungen gelingt es den Elementen, die gewünschte Frequenz einzustellen, und durch Verschieben der Reflektorbrücke lässt sich die Antenne einfach auf den maximalen Richtfaktor oder das Strahlungsverhältnis von vorne nach hinten einstellen.

Für eine solche Zwei-Element-Antenne, beschrieben in [2 und 4], wird ein ungewöhnlich hoher Gewinn von 14...16 dB angegeben! Wenn das zweite dieser Bücher keine ernsthafte Veröffentlichung wäre, dann könnte man immer noch mit der Hand winken und diese Zahl nicht ernst nehmen. Aber dieses Buch ist insgesamt sehr gut und enthält fast keine Fehler. Der Autor konnte natürlich nicht alle darin enthaltenen Konstruktionen testen. Wenn es sich also um einen Fehler handelt, dann tauchte er früher in einigen anderen Veröffentlichungen auf, und jetzt ist es schwierig, die Originalquelle zu finden. Es ist ganz klar, dass ein gleichphasiges System von Vibratoren eine höhere Effizienz bieten sollte als ein einzelner Vibrator, aber die Frage ist, wie viel? Obwohl in [2] auf S. 100 und es wird angegeben, dass die Antenne „... tatsächlich eine dreistöckige Inphase-Antenne mit sechs Elementen ist“, aber die Vibratoren sind ziemlich nahe beieinander und auch verkürzt. Dies wird unweigerlich die Effizienz verringern. Es gab also mehr Fragen als Antworten. Darüber hinaus wollten dem Autor bekannte Funkamateure eine solche Antenne mit einer Reichweite von 10 Metern bauen und waren bereits bereit, Geld für Material auszugeben, aber jetzt ist sie nicht billig!

Um eine klare und präzise Antwort auf die SOI-Frage zu erhalten, wurde ein Experiment im 432-MHz-Band durchgeführt. Die Elemente wurden gemäß Abb. gebogen. 3 Aus Kupferlackdrahtstücken mit einem Durchmesser von 1,5 mm werden die Anschlüsse verlötet und die Leiter der Leitungen an den Einbauorten der Schließbrücken und des Kabelanschlusses abisoliert. Die gesamte Struktur wurde auf einem Holzrahmen aus trockenen, dünnen Latten montiert. Das Stromkabel verlief von den Steckdosen entlang des Leiters der Zweidrahtleitung, an die das Geflecht angeschlossen war, vertikal nach unten und wurde direkt mit dem Ausgang des Standardsignalgenerators verbunden. Als Feldindikator diente ein Halbwellendipol mit Detektor und Mikroamperemeter. Es befand sich auf einem Stativ in einer Entfernung von mehreren Metern von der Antenne. Die Antenne war außerdem auf einem primitiven Drehständer befestigt, der eine Änderung der Ausrichtung ermöglichte.

Die Antenne ließ sich recht einfach und schnell auf die maximale Strahlung in der Hauptrichtung abstimmen. Bei den angegebenen Abmessungen bei einer Frequenz von 432 MHz ergaben sich für die abgestimmte Antenne folgende Abstände der Schließbrücken von der Basis der Zweidrahtleitungen: für den Reflektor - 43 mm, für das aktive Element - 28 mm. Der Abstand zum Anschlusspunkt des 50-Ohm-Kabels betrug 70 mm.

Bei Einstellung auf maximale Richtwirkung wird eine kleine Rückkeule erkannt. Durch Verstellen des Reflektors kann dieser nahezu vollständig unterdrückt werden. Seitlich, oben und unten gab es keine Strahlung.

Der Richtwirkungsgewinn, genauer gesagt der Gewinn der Antenne, gleich dem Produkt aus Richtwirkung und Wirkungsgrad, wurde wie folgt bestimmt: Der Indikator markierte den von der Antenne in der Hauptrichtung erzeugten Signalpegel, dann wurde anstelle der Antenne ein am selben Punkt im Raum befindlicher Halbwellendipol an das Stromkabel angeschlossen. Der Signalpegel vom Generator stieg so weit an, dass auf der Anzeige die gleichen Messwerte angezeigt wurden. Die vom Generatordämpfer gezählte Änderung des Signalpegels ist numerisch gleich dem Gewinn der Antenne relativ zum Halbwellendipol. Bei dieser Antenne ergab sich ein Wert von 7 dBd. Gegenüber einem isotropen (omnidirektionalen) Sender sind es 2,15 dB mehr und etwa 9,2 dBi.

Achten Sie bei der Bezeichnung von Dezibel auf die Buchstaben d und i – in der Antennenliteratur ist es üblich, auf diese Weise anzugeben, relativ zu welchem ​​Strahler die Richtwirkung gemessen wird. Die Breite des Strahlungsmusters bei halber Leistung betrug etwa 60° in der horizontalen Ebene (in Azimut) und etwa 90° in der vertikalen Ebene (in Elevation). Mit diesen Daten kann der Richtfaktor auf andere Weise berechnet werden: Der Raumwinkel, in den die Antenne strahlt, ist gleich dem Produkt der linearen Winkel, die der Diagrammbreite entsprechen und im Bogenmaß ausgedrückt werden. Wir erhalten einen Wert von etwa 1,5 Steradianten. Gleichzeitig strahlt eine isotrope Antenne in einen Raumwinkel von 4π oder 12,6 Steradianten ab. Der Gewinn ist per Definition das Verhältnis dieser Raumwinkel und beträgt 12,6/1,5 = 8,4 oder 9,2 dBi.

Nachdem der Autor eine so gute Übereinstimmung zwischen den mit den beiden Methoden ermittelten Richtwerten erzielt hatte, kam er zu dem Schluss, dass nichts mehr zu messen sei, und war mit einer leichten Enttäuschung erneut davon überzeugt, dass in der Antennentechnik keine Wunder geschehen. Dennoch funktioniert die Antenne sehr gut und sorgt bei kleinen Abmessungen (330x120x120 mm im 432-MHz-Band) für einen sehr ordentlichen Gewinn.

Literatur

1. Rothammel K. Antennenbuch. Berlin: Militärverlag der DDR, 1989.
2. Sheiko V.P. Antennen für Amateurfunkstationen. - M.: DOSAAF, 1962.
3. Kharchenko K. UKW-Antennen. - M.: DOSAAF, 1969.
4. Rodionov V. M. Übertragungsleitungen und UKW-Antennen. - M.: Energie, 1977 (MRB).

Autor: Vladimir Polyakov (RA3AAE)

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