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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Siebenband-HF-Richtantenne BMA-7. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / HF-Antennen Eine Allwellenantenne oder zumindest eine, die auf den meisten der neun Amateur-HF-Bänder funktioniert, ist der Traum vieler Kurzwellenanwender. Die Aufgabe, eine Multibandantenne zu erstellen, wird bei einer Richtantenne deutlich komplizierter. Eine interessante Lösung hierfür wird im veröffentlichten Artikel vorgeschlagen. Die von UT1MA in diesem Design verwendeten Ideen könnten für Kurzwellenbetreiber bei der eigenen Entwicklung von KB-Antennen nützlich sein. Multiband-Richtantennen mit „Wellenkanal“ für die Amateurfunkkommunikation erfreuen sich großer Beliebtheit und werden von Dutzenden von Unternehmen in vielen Ländern hergestellt. Solche Antennen werden hauptsächlich unter Verwendung trennender Resonanzkreise – TRAP oder Leitern – hergestellt [1, 2]. Trotz der offensichtlichen Annehmlichkeiten wird diese Technologie im Amateurantennendesign selten verwendet, was vor allem durch die Komplexität der handwerklichen Herstellung einer zuverlässigen und fein abgestimmten Leiter erklärt wird. In jüngster Zeit sind Antennendesigns aufgetaucht, bei denen das Problem des Multiband-Betriebs auf einfachere Weise gelöst wird, indem sogenannte Multiband-Lastschaltungen (kurz LOad Multiband oder LOM) verwendet werden. Das Hauptelement einer solchen Antenne ist eine Spule mit einer bestimmten Induktivität, die sich an einer bestimmten Stelle des aktiven oder passiven Elements befindet. Der Wirkungsmechanismus der LOM-Last besteht darin, dass die Spule bei relativ hohen Frequenzen eine erhebliche Reflexion des Stroms verursacht, wodurch ihre Verteilung im „Vorspulen“-Teil der Verteilung in einem herkömmlichen Dipol mit nahe kommt eine Schulterlänge von ca. 0,25λ. Bei niedrigen Frequenzen breitet sich der Strom über die gesamte Länge des Antennenarms aus und die Spule fungiert als Verlängerungsspule [3]. Versuchen wir, die Hauptparameter zweier Dreibanddipole zu vergleichen: mit Leitern und mit LOM-Spulen. Die Berechnungen wurden mit dem MMANA-Antennenprogramm (TNX JE3HHT und DL2KQ für ausgezeichnetes Programm) durchgeführt. Abbildung 1a zeigt eine Zeichnung eines Dipols für die Reichweiten 10, 20 und 40 Meter. Die Arme des Dipols sind symmetrisch, sodass zur Vereinfachung der Abbildung nur die Hälfte des Dipols dargestellt werden kann. Wir gehen davon aus, dass die Sperrkondensatoren L1C1 (Resonanzfrequenz f1 = 28,3 MHz) und L2C2 (f2 = 14,15 MHz) durch Röhren gebildet werden, die sich innerhalb und außerhalb der Spule befinden. Beachten Sie, dass dieses technologisch praktische Design von Kondensatoren einen erheblichen Nachteil hat: Aufgrund des Einflusses dieser Röhren verringert sich der Qualitätsfaktor der Spulen (und der Schaltung insgesamt) um das 3- bis 4-fache und überschreitet ihn bei vielen Modellen nicht Q = 80 ... 100. Dementsprechend erhöhen sich die Verluste in den Kreisläufen und deren Erwärmung um den gleichen Betrag. Wir akzeptieren C1 = 25 pF, C2 = 15 pF, Q1 = 100 und Q2 = 80 und der Durchmesser des Antennenleiters (Rohr) beträgt 30 mm. Die Dipolabschnitte ab, cd haben beispielsweise Längen, bei denen der Blindanteil des Eingangswiderstandes in allen drei Bereichen nahe Null liegt.
Diagramme der Änderung der Stromstärke entlang des Dipols in verschiedenen Bereichen sind in den Abbildungen dargestellt. 1b (Reichweite 10 Meter), Abb. 1,c (20 Meter) und Abb. 1, g (40 Meter). Die Pfeile in den Diagrammen zeigen die Richtung des Stroms in den entsprechenden Teilen des Dipols. MMANA zeigt, dass an den Teilen des Dipols, die sich hinter den Leitern befinden, auch ein kleiner Strom vorhanden ist, der durch Störungen aus dem Arbeitsbereich der Antenne entsteht. Auf einer Reichweite von 10 Metern erhöht dieser Strom den Antennengewinn erheblich, um etwa 0,4 dB, indem er das Strahlungsmuster (DN) verschmälert und auch die Eingangsimpedanz der Antenne erhöht. Die Berechnungsergebnisse sind in der Tabelle zusammengefasst. Darin ist R die Eingangsimpedanz der Antenne bei Resonanz. Der Gewinn G wird in Bezug auf einen Halbwellendipol ohne Fallen angegeben. Separat werden die gesamten Wärmeverluste in zwei Spulen PL1 und zwei PL2 hervorgehoben, da die Zuverlässigkeit der Antenne direkt von diesen Verlusten abhängt. G ist die Breite der Hauptkeule des Musters bei -3 dB oder 0,707 des Maximums. Bei der Abschätzung der Wärmeverluste kann davon ausgegangen werden, dass 0,1 dB etwa 2,4 % der Gesamtleistung entsprechen. Die Gesamtlänge des Dipols beträgt 2x6,7 m. Auf Abb. 2 und zeigt ebenfalls einen Dipol für die Reichweiten 10, 20 und 40 Meter, verwendet aber im Gegensatz zum ersten keine Leitern, sondern LOM-Spulen. Die Werte L1 und L2, die Längen der Abschnitte ab, cd, z. B. und kapazitive Lasten EH1 und EH2 werden so gewählt, dass der Blindanteil des Eingangswiderstands in allen drei Bereichen nahe Null liegt. Insbesondere beträgt die Länge des ersten Abschnitts ab dann etwa 0,25 Wellenlängen für eine Reichweite von 10 Metern. Aufgrund des Vorhandenseins von L1 in diesem Bereich entspricht die Form der Stromkurve im Abschnitt ab nahezu der eines Halbwellendipols.
Der Strom hinter der Spule im Abschnitt cd ist um ein Vielfaches geringer als im ersten Abschnitt. Dies ist wichtig, da hier der Strom die entgegengesetzte Richtung hat und seine Wirkung zu einer Erweiterung des RP und dementsprechend zu einem Abfall der Dipolverstärkung führt. Um diesen unerwünschten Effekt zu minimieren, wird eine kapazitive Last EH1 eingeführt, die einen Teil des Gegenstroms „übernimmt“ und von der Strahlung ausschließt. Die Größe des Stroms im Abschnitt cd hängt auch von der Induktivität der Spule L1 ab und ist umso kleiner, je größer sie ist. Andererseits führt eine Erhöhung der Induktivität der Spule zu einer Verringerung der Bandbreite im zweiten Band (20 Meter), sodass die Wahl der Induktivität dieser Spule einen unvermeidlichen Kompromiss darstellt. Bei einer Reichweite von 20 Metern funktionieren die L2- und EH2-Elemente auf ähnliche Weise und die L1-Spule fungiert als Verlängerungsspule. Bei 40 Metern sind beide Spulen Verlängerungsspulen. Diagramme der Ströme entlang des Leiters dieser Dipolversion sind in Abb. 2,6 dargestellt. 10 (2 Meter), Abb. 20,c (2 Meter) und Abb. 40, g (XNUMX Meter). Die Berechnung ergab, dass die optimalen Werte L1 = 3,5 µH und L2 = 18 µH wären. Die Gesamtlänge des Dipols beträgt 2x5,8 m mit einem Rohrdurchmesser von 20 mm im äußersten Abschnitt und 30 mm im Rest. Die Länge von EH1 beträgt 0,8 m und EH2 0,6 m, die Rohre haben einen Durchmesser von 16 mm. Die berechneten Parameter sind auch in der Tabelle aufgeführt, was den Vergleich erleichtert. In den Berechnungen wird der Gütefaktor der Spulen L1 und L2 mit 250 angenommen, was durchaus realistisch ist.
Ein Vergleich der thermischen Verluste in TRAP- und LOM-Dipolen zeigt, dass der zweite Verlust 2 bis 3 Mal geringer ist. Unter den gleichen anderen Designbedingungen ist die LOM-Antenne in der Lage, mehr Leistung auszuhalten. Wenn jedoch externe Kondensatoren in den Fallen verwendet werden, sind beide Antennentypen in diesem Indikator ungefähr gleich. Eine nützliche Eigenschaft der LOM-Antenne ist, dass sie den Wert der Induktivität der Spulen nicht beeinflusst. Weicht er um 10 % vom berechneten Wert ab, lässt sich die Resonanzstimmung durch Anpassung der Länge der EH-Elemente leicht wiederherstellen. In diesem Fall ändern sich die Antennenparameter unwesentlich. Es gibt auch einen offensichtlichen Vorteil: Es müssen keine Hochspannungskondensatoren verwendet werden, die für eine hohe Blindleistung ausgelegt sind. Nach dem erfolgreichen Einsatz der LOM-Technologie in einer vertikalen Multibandantenne [3, 4] unternahm der Autor den Versuch, diese Technologie in einem aktiven Vibrator (AB) einer einfachen Richtantenne für sieben KB-Bänder – von 10 bis 40 Metern – anzuwenden. AB ist für die Verwendung einer 50-Ohm-Einspeisung ohne Umschalten ausgelegt. Zusätzlich zum AB umfasst die Antenne fünf Reflektoren in den Bereichen 10, 12, 15, 17, 20 Meter und in den Bändern 30 und 40 Meter arbeitet nur ein aktiver Vibrator in der Antenne. Das Aussehen der experimentellen Antenne, die vom Autor den Namen BMA-7 (Beam Multiband Antenna for 7 Bands) erhielt, ist in Abb. 3 dargestellt. XNUMX.
Schematisch ist der Stromkreis seines aktiven Vibrators in Abb. dargestellt. 4. Jeder Arm AB (bedingt dargestellt nur einer der beiden) besteht aus vier Leitern, deren Anfänge am Einspeisepunkt zusammenlaufen.
Die strukturelle Basis der Antenne ist ein zentraler Vibrator, der aus drei Segmenten von Duraluminiumrohren besteht, zwischen denen sich die Spulen L1 und L2 befinden. Dieser Vibrator funktioniert auf 10, 20 und 40 Metern. Reichweiten von 15 und 17 Metern bieten die Seilvibratoren PV15 und PV17. Die L4-Spule mit kleiner Induktivität ermöglicht es, die Länge des PV17-Vibrators auf die aus konstruktiven Gründen erforderlichen Abmessungen zu reduzieren. Der PV12-Vibrator arbeitet im Bereich von 12 Metern und zusammen mit der L3-Spule und dem zusätzlichen Leiter PVZO erhält man einen Sender mit einer Reichweite von 30 Metern. Natürlich gibt es gegenseitige Beeinflussungen zwischen den AB-Komponenten, aber im Allgemeinen werden bei mittleren Frequenzen aller Bereiche im Bereich von 1,1 ... 1,4 (nur AB - ohne Reflektoren) klare sieben Resonanzen und SWR erhalten. Eine detailliertere Zeichnung von AB mit den Hauptabmessungen in zwei Projektionen ist schematisch in Abb. dargestellt. 5.
Drahtvibratoren PV bestehen aus Litzendraht mit Vinylisolierung der Marke PVZ mit einem Querschnitt von 2,5 Quadratmetern. mm. Zur Unterstützung der Drahtvibratoren wurden kleine Mutterisolatoren IO und Kunststoff-Antennisolatoren IE der Firma „Antennopolis“ (Zaporozhye) verwendet. Diese Isolatoren sind 17 x 17 x 115 mm groß und haben vier Löcher – zwei an den Rändern und zwei in der Mitte. Die L4-Spule hat 7 Windungen und ist direkt auf den mittleren Teil des Isolators aus dem PV17-Emitterdraht gewickelt. Der Drahtstrahler PV12 wird in einiger Entfernung vom Zentralvibrator durch dielektrische Abstandshalter RP befestigt. Die von der Mitte der Antenne entfernten Enden der PV15- und PV17-Emitter werden durch Polypropylen-Dehnungsstreifen PP am EH2-Rohr befestigt. Der 10-Meter-Reichweitenreflektor besteht aus einem Rohr mit einem Durchmesser von 20 mm und hat eine Länge von 5,3 m, der 15-Meter-Reichweitenreflektor besteht aus Rohren mit einem Durchmesser von 30, 20, 16 und 10 mm (Gesamtlänge 7,235 m). , die 20-Meter-Reihe – aus Rohren mit Durchmessern von 30 und 20 mm (Gesamtlänge 10,51 m). Die Abstände von AB zu den Reflektoren der Reichweiten 10, 15 und 20 Meter betragen 2,05, 2,6 bzw. 3,7 m. Die Reflektoren der 12- und 17-Meter-Bereiche bestehen aus Litze mit Vinylisolierung der Marke PVZ-2,5 und sind jeweils über den Reflektoren der 15- und 20-Meter-Bereiche (siehe Abb. 3) so angeordnet, dass der mittlere Teil von Der Drahtreflektor ist 0,5 m höher als der Röhrenreflektor und endet bei 0,2 m. Die Gesamtlänge des Reflektors der Reichweite von 12 Metern beträgt 5,5 m, die der Reichweite von 17 Metern beträgt 7,75 m. Kapazitive Lasten stammen aus einem Rohr mit einem Durchmesser von 16 mm beträgt die Länge von EH1 1,3 m und EH2 1,6 m. Spulendaten: L1 – Rahmen mit einem Durchmesser von 33 mm, MGTF-Draht mit einem Querschnitt von 1 m². mm, Anzahl der Windungen - 9, enge Wicklung, Abdichtung mit NOVA ROLL-Isolierband; L2 - Rahmen mit einem Durchmesser von 32 mm, MGTF 0 qm. mm, Anzahl der Windungen - 75; L24 - Rahmen mit einem Durchmesser von 3 mm, MGTF 40 qm. mm, 0,75 Umdrehungen. Die Antenne wurde zunächst an einem Modell experimentell getestet und anschließend wurde ein echtes Muster hergestellt. Der aktive Vibrator wurde mit einem Brücken-SWR-Messgerät abgestimmt: auf die Bereiche 10 und 20 Meter durch Änderung der Länge der kapazitiven Lasten und auf den Bereich 40 Meter durch Änderung der Länge des Endabschnitts. Die restlichen Bereiche werden durch die Auswahl der Längen der Drahtvibratoren angepasst. Aufgrund der Vinylisolierung des Drahtes und der Nähe der Röhrenreflektoren war es schwierig, die Länge der Drahtreflektoren zu berechnen. Sie wurden mit dem GIR auf eine Frequenz abgestimmt, die von der Durchschnittsfrequenz dieses Bereichs um 3 % abwich. runter. Die Gesamtlänge des Aktivrüttlers beträgt 2x6,35 m. Nach Erhalt des MMANA-Computerprogramms zeigte die Berechnung des aktiven Vibrators (Bereiche 10, 20 und 40 Meter), wie die gleichen Parameter durch Reduzierung der EH-Längen und der Gesamtlänge des aktiven Vibrators erhalten werden können (siehe Berechnungsdaten). über). Die Anpassung des Stromkabels an den AB erfolgt über nur ein zusätzliches Element – einen Kondensator mit einer Kapazität von 56 pF / 2,5 kVA, parallel zum Antenneneingang geschaltet. Der Abgleich erfolgt mit einer Schutzdrossel L5 aus 15 Windungen des Koaxialkabels des RG-58-Einspeisers, aufgewickelt auf einen ringförmigen Ferrit-Magnetkern mit einem Durchmesser von 65 mm aus 300VN-Material. Der Induktor und der passende Kondensator sind in einem Schutzgehäuse untergebracht und auf einer Stahlstrebe RP1 in der Mitte des AB montiert, die die Elemente PV15 und PV17 trägt. Insbesondere bei der Modellierung einer Antenne darf nicht vergessen werden, dass die zum Transformator führenden Drahtsegmente (je ca. 10 cm lang) in die elektrische Länge AB eingehen. Der mittlere Teil AB (bis zu den Spulen L2) besteht aus einem Rohr mit einem Durchmesser von 30 mm, und die Endsegmente bestehen aus ineinander gesteckten Rohren mit einem Durchmesser von 20, 18 und 10 mm. Die Antenne wird über ein 50 Meter langes PK7-30-Kabel mit Strom versorgt. Nach einer leichten Korrektur der Längen der AB-Elemente ergaben sich folgende Werte: SWR – bei mittleren Frequenzen der Bereiche innerhalb von 1,1 ... 1,4; Das Betriebsfrequenzband für SWR ≤ 2 beträgt 10 MHz im 1-Meter-Band, 12 MHz in den 15-, 17- und 0,5-Meter-Bändern, 20 MHz im 0,32-Meter-Band, 30 MHz im 0,09-Meter-Band und so weiter im Bereich von 40 Metern - 0,18 MHz. Die Messungen wurden mit einem DRAKE WH7-Instrument durchgeführt. Die Überprüfung der Antenne „in der Luft“ ergab, dass das Vorwärts-/Rückwärtsverhältnis auf mittleren Strecken in einer Reichweite von 20 Metern im Bereich von 12 ... 15 dB liegt, in den oberen Bereichen bei 15 ... 18 dB. Auf 40 Metern im Vergleich zur Inv. V stellte sich heraus, dass die BMA-7-Antenne in Richtung ihrer maximalen Strahlung der Inv in voller Größe nicht unterlegen war. V, in seitlicher Richtung jedoch um 1...2 Punkte überschritten. Die berechneten Werte der Verstärkung in den Bereichen 10...20 MHz betragen 4...4,5 dBd. Ist es möglich, die Parameter dieser Antenne durch das Hinzufügen von Direktoren zu verbessern? Dies ist aus folgenden Gründen ziemlich schwierig. Erstens verschlechtern die Direktoren der unteren Bereiche die Parameter der oberen erheblich. Um dieses Phänomen zu beseitigen, müssen Leitern, LOM-Spulen oder andere besondere Maßnahmen eingeführt werden. Zweitens wird es aufgrund der Streuung der Eingangswiderstände in verschiedenen Bereichen schwierig sein, Standardanpassungsmethoden mit einem Abzweig zu verwenden. Möglicherweise ist die Antenne in der beschriebenen Form für den „durchschnittlichen“ Kurzwellenempfänger von Interesse. Die BMA-7-Antenne ähnelt in ihren Parametern einer logarithmisch-periodischen Antenne mit einer Länge von 6 ... 8 Metern, verfügt jedoch über Elemente für 30 und 40 Meter. Es kann auch festgestellt werden, dass bei westlichen Kurzwellen eine einfache FORCE-4 C12-Antenne mit einer Auslegerlänge von 3,6 m beliebt ist, die jeweils zwei Elemente auf den Bändern von 10, 15, 20 Metern und eines auf dem Band von 40 Metern hat zwei Feeder (der Preis beträgt etwa 700 $). Zusammenfassend können wir sagen, dass, wie diese Arbeit zeigt, die LOM-Technologie erfolgreich in Multiband-Antennen eingesetzt werden kann und mit der TRAP-Technologie gleichberechtigt konkurriert. Der Autor möchte Boris Kataev (UR1MQ) für seine unschätzbare Hilfe bei der Installation und Abstimmung der BMA-7-Antenne danken. Literatur
Autor: E.Gutkin (UT1MA), Lugansk, Ukraine
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