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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK UKW-Antenne mit J-Anpassung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / UKW-Antennen Diese Antenne erfreut sich seit langem und zu Recht großer Beliebtheit bei Funkamateuren. Sein Design ist einfach, es lässt sich leicht anpassen und passt sich dem Feeder mit jeder Wellenimpedanz an. Seine große Größe (Gesamtlänge beträgt 0,75 λ) erschwert jedoch den Einsatz auf den HF-Bändern. In den UKW-Bändern wird es jedoch recht häufig verwendet.
Die Antenne (Abb. 1) ist ein Vibrator mit einer Länge von λ/2, der am Ende durch eine Anpassungsvorrichtung gespeist wird, die in Form einer offenen Viertelwellenleitung besteht und am unteren Ende geschlossen ist. Die hohe Eingangsimpedanz eines Halbwellenvibrators bei Stromversorgung vom Ende (mehrere Kiloohm) lässt sich leicht in die charakteristische Impedanz des Kabels umwandeln, indem der optimale Abstand von den Stromanschlüssen (X1, X2) zum geschlossenen Ende der Leitung gewählt wird. Der Einsatz einer offenen Leitung als Transformator gewährleistet geringe Verluste bei hohen Übersetzungsverhältnissen. Der J-Antennengewinn beträgt +0,25 dBd und ist damit etwas höher als der Dipolgewinn (aufgrund der Zweidrahtleitung). Die vertikale J-Antenne weist aufgrund unvollständiger Symmetrie eine geringe Strahlung mit horizontaler Polarisation auf (Abb. 2).
Wir modifizieren die J-Antenne, indem wir die Viertelwellenlinie um 90 Grad biegen (Abb. 3). Mit einer kleinen Verfeinerung der Abmessungen ist es nicht schwierig, eine gute Anpassung und einen Gewinn von 0 dBd zu erzielen. Allerdings ist bei dieser Antennenausführung ein merklicher Teil der Strahlung bereits horizontal polarisiert. Sie wird durch einen Gleichtaktstrom in einer Zweidrahtleitung verursacht, der in der J-Antenne die Rolle eines Gegengewichts (Stromabnehmers) übernimmt.
Fügen wir einen weiteren Halbwellenvibrator hinzu, indem wir ihn an das freie Ende der Zweidrahtleitung anschließen (Abb. 4). Wir erhalten ein völlig symmetrisches Design in der vertikalen Ebene. In der Zweidrahtleitung gibt es keinen Gleichtaktstrom und auch keine Strahlung mit horizontaler Polarisation. Bei dieser Option handelt es sich um eine kollineare Antenne aus zwei Halbwellenvibratoren, die über eine am Ende geschlossene Viertelwellenleitung gespeist werden.
Eine solche Antenne wird von SM0VPO auf seiner Website im Artikel „6 dB collinear VHF Antenna by Harry Lythall – SM0VPO“ beschrieben. Sein Gewinn (ca. 2,4 dBd) wird durch eine Verengung des Strahlungsmusters in der vertikalen Ebene erreicht. In der horizontalen Ebene ist das Strahlungsmuster kreisförmig. Die Antenne ist konstruktiv sehr einfach und kann aus einem einzigen Stück Aluminiumstab oder -rohr gefertigt werden. Um die Symmetrie der Antenne aufrechtzuerhalten, ist es wünschenswert, das Stromkabel über einen Symmetriertransformator anzuschließen. SM0VPO verwendet einen U-Bend-Balun. Sie können sich auf ein paar Ferritringe beschränken, die am Kabel in der Nähe des Einspeisepunkts der Antenne getragen werden. Nennen wir dieses Design kurz die Super-J-Antenne. Und was ist die mögliche weitere Modifikation?
Durch das Hinzufügen von Reflektoren zum Design erhalten wir eine Super-J-Antenne mit zwei Elementen (Abb. 5). Dies ist bereits eine gerichtete kollineare Antenne mit einem Gewinn von +5,8 dBd. Und wenn wir Direktoren hinzufügen, erhalten wir eine Super-J-Antenne mit drei Elementen (Abb. 6) und einem Gewinn von +8 dBd (Abb. 7). Der Versuch, einen zweiten Direktor hinzuzufügen, führt zu einem Gewinn von nur 0,8 dB, erhöht aber die Länge der Antenne spürbar ...
Was ist der Vorteil dieser Antennen gegenüber Mehrelement-Yagi? Bei gleicher Fläche sind ihre Gewinne annähernd gleich, die Vorteile von Super-J-Antennen liegen jedoch in der kurzen Auslegerlänge, dem damit verbundenen kleinen Wenderadius und der einfachen Anpassung. Zu den Nachteilen gehört die Notwendigkeit, zumindest im oberen Teil einen dielektrischen Mast zu verwenden. Auf Abb. In Abb. 8 zeigt ein Foto einer Drei-Element-Super-J-Antenne für das 144-MHz-Band, hergestellt aus einem Aluminiumstab mit einem Durchmesser von 8 mm.
In den Lücken zwischen den Elementen befinden sich ein dielektrischer Mast (z. B. Glasfaser) und eine Isolierstrebe. Auf Abb. In 9 sind sie mit dickeren Linien dargestellt. Besser ist es, das Stromkabel waagerecht hinter den Reflektoren zu führen und in einer breiten Schleife, entfernt von den Enden des Reflektors, zum Mast zurückzuführen. In diesem Abschnitt (in der Nähe der Antenne) empfiehlt es sich, alle 0,5 m röhrenförmige Ferrit-Magnetkerne (von Monitor-Stromkabeln) auf das Kabel aufzubringen.
Eine ähnliche Super-J-Antenne mit drei Elementen kann auch für das 430-MHz-Band hergestellt werden. In der Tabelle und in Abb. In Abb. 10 zeigt die erforderlichen Baumaße für die Frequenzen 145 und 435 MHz. Die Abmessungen der Elemente und der Abstand zwischen ihren Achsen werden in Zentimetern angegeben (D ist der Durchmesser der Aluminium- oder Kupferleiter, aus denen die Antenne besteht). Die Eingangsimpedanz am Einspeisepunkt beträgt 50 oder 200 Ohm. Wenn zum Ausgleich ein U-Bogen verwendet wird, wird der Zuleitungswiderstand auf 200 Ohm umgewandelt, sodass die Verbindung zur Zweidrahtleitung etwas weiter vom geschlossenen Ende entfernt ist. In diesem Fall ändern sich die Abmessungen des passenden Kabels geringfügig (siehe Tabelle).
Tabelle
Die Abmessungen der mit einem Sternchen gekennzeichneten Elemente werden während der Einrichtung festgelegt. Um die Einrichtung zu vereinfachen, wird empfohlen, das Anpassungsgerät mit zwei beweglichen Kontakten (Schiebereglern) auszuführen: Einer, der die Zweidrahtleitung schließt, dient der Abstimmung auf Resonanz, der zweite, der die Zuleitung verbindet, dient der Anpassung an den minimalen SWR-Pegel. Dies ermöglicht ein schnelles Abstimmen der Antenne. Nach der Auswahl der Positionen der Schieber muss jedoch unbedingt auf einen zuverlässigen Kontakt (durch Löten oder Schrauben) geachtet werden. Der Wirkungsgrad der Antenne hängt stark vom Kontaktwiderstand ab. Es sei daran erinnert, dass der Kupfer-Aluminium-Kontakt unzulässig ist und der Kontakt vor Feuchtigkeit geschützt ist. Die Anforderungen an den Kontaktwiderstand am offenen Ende des J-Beins sind dagegen nicht streng, da der Strom dort minimal ist. Ursprünglich wurde die Antenne nach Abb. hergestellt. 4 für eine durchschnittliche Frequenz von 145 MHz aus einem Aluminiumstab mit einem Durchmesser von 8 mm. Es wurde an einem Glasfaserrohr mit einem Durchmesser von 23 mm befestigt, das als Mast diente. Als Ausgleichsvorrichtung wurde ein Ferritrohr verwendet, das in der Nähe des Antenneneinspeisepunkts auf das Kabel gesteckt wurde. Ihre Tests zeigten, dass die Einstellungen nicht übereinstimmen, wenn die Antenne parallel zum Boden auf einem Holztisch platziert wird und wenn sie vertikal platziert wird. Daher muss die Antenne durch vertikale Platzierung abgestimmt werden. Es reicht aus, dass der Abstand von den unteren Enden der Vibratoren zum Boden etwa 0,5 m beträgt. Durch Verschieben der Schließbrücke entlang der Zweidrahtschleife und Verschieben der Kabelanschlusspunkte (diese Einstellungen hängen voneinander ab) war es recht einfach, die Antenne auf SWR<1,1 bei der gewünschten Frequenz anzupassen. Das Betriebsfrequenzband der Antenne in Bezug auf SWR<1,5 überschritt 5 MHz. Anschließend wurden am Mast Ausleger und aktive Vibratoren befestigt, ebenfalls aus einer Aluminiumstange mit einem Durchmesser von 8 mm, da dielektrische Rohre mit der erforderlichen Steifigkeit nicht zur Verfügung standen. In der Mitte der Vibratoren liegt die Spannung nahe bei Null, sodass der leitfähige Ausleger nur geringe Auswirkungen auf die Eigenschaften der Antenne hat, was durch vorläufige Simulationen bestätigt wurde. An den Auslegern wurden Reflektoren und Direktoren angebracht, deren Längen vom Modell mit dem MMANA-Programm berechnet wurden. Die Zweidrahtleine und die Ausleger werden mit 10 mm dicken Vinyl-Kunststoffplatten und U-förmigen Halterungen am Mast befestigt. Die Antennenelemente werden mit U-förmigen Halterungen und Bolzen aus Duraluminium an den Auslegern befestigt. Passive Elemente reduzierten die Eingangsimpedanz der Antenne drastisch. Es wurde jedoch ein schwach ausgeprägtes SWR-Minimum gefunden. Durch Umsetzen des Jumpers und Verschieben der Kabelanschlusspunkte haben wir eine Position gefunden, bei der das minimale SWR einer Frequenz von 145 MHz entsprach und 1,2 nicht überschritt. Die Längen der Vibratoren waren nicht reguliert. Im Vergleich zur Abstimmung einer Einzelelementantenne ist die Abstimmung einer Dreielementantenne viel schärfer und kritischer. Die SWR-Bandbreite <1,5 betrug etwa 3 MHz. Die Länge der Schleife fiel etwas geringer aus und der Abstand vom geschlossenen Ende der Schleife bis zur Steckdose mit einem Kabel mit einem Widerstand von 50 Ohm ist etwas größer als die berechneten Werte. Der Betrieb der Antenne wurde vorläufig unter städtischen Bedingungen (zwischen hohen Gebäuden, die den Horizont vollständig bedeckten) bewertet, als sich ihre Achse in einer Höhe von nur 1,5 m über dem Boden befand. Im Vergleich zu einem Viertelwellen-Autostift ergab sie eine Signalsteigerung von 2 ... 3 Punkten bei Verbindungen in Entfernungen von 10 ... 50 km. Die Ausrichtung in der horizontalen Ebene war ausgeprägt. Der allgemeine Eindruck ist, dass die Antenne funktioniert. Genauere Beurteilungen der Leistung der Super-J-Antenne wurden in offenen Gebieten bei sommerlichen Bedingungen vorgenommen, als die Antenne auf einen 7 m hohen Mast gehoben wurde. Ihre Leistung wurde mit der einer „quadratischen“ Antenne mit vier Elementen und vertikaler Polarisation verglichen. Die Antennen wurden abwechselnd am gleichen Glasfasermast am gleichen Ort installiert. Als Zuleitung wurde das gleiche Kabel und derselbe Transceiver verwendet. Ausgewertet wurden die Arbeiten zur Entdeckung und Hörbarkeit von Repeatern in Entfernungen von 30 bis 100 km sowie die Einschätzungen von Korrespondenten bei QSOs im Direktkanal in Entfernungen bis 70 km. In den meisten Fällen lagen die Ergebnisse sehr nahe beieinander. Wenn Sie „Quadrat“ gehört haben, haben Sie auch Super-J gehört. Das „Quadrat“ mit vier Elementen hatte ein schmaleres Strahlungsmuster in der horizontalen Ebene, daher musste es genauer auf den Korrespondenten gerichtet werden, um die maximale Punktzahl zu erzielen, Super-J drehte sich fast nicht. Der allgemeine Eindruck ist, dass die Antennen ungefähr gleiche Gewinne und eine gute Rückkeulenunterdrückung haben. Die getestete Antenne ist zweimal leichter als die „Quadrate“ und hat ein deutlich geringeres Drehmoment und Luftwiderstand. Dateien zur Modellierung der beschriebenen Antennen im MMANA-Programm können unter ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/01/ant86_30.zip heruntergeladen werden. Autor: Vladislav Shcherbakov (RU3ARJ)
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