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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Quantennas-Platz. Anpassungs- und Designoptionen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / HF-Antennen In diesem Artikel werden die praktischen Fragen der Abstimmung und des Designs der „quadratischen“ Antenne erörtert. Einstellung In der allerersten Einstellungsphase ist es notwendig, den Zuführer und den „quadratischen“ Vibrator symmetrisch und aufeinander abzustimmen. Bei Zwei-Element-Antennen mit einem Abstand zwischen den Elementen von 0.2 L bei Stromversorgung über ein 75-Ohm-Koaxialkabel ist die Verwendung eines Hochfrequenztransformators auf einem Ferritring am beliebtesten. Schemata und Konstruktionen solcher Transformatoren wurden wiederholt in der Literatur veröffentlicht. Es sei nur daran erinnert, dass die Transformatoren einen ausreichenden Abstand zwischen den Drahtwindungen (2-3 mm) haben müssen, vom Kern isoliert und vor Feuchtigkeit geschützt sein müssen. Bei drei- und vierelementigen Antennen mit einer Eingangsimpedanz von weniger als 50 Ohm (d. h. wenn der Zuleitungswiderstand die Eingangsimpedanz übersteigt) ist das Abgleichen und Anpassen mit einer Abstimmleitung – ein Gamma-Anpassungsgerät – am effektivsten. Ungefähre Anfangsdaten solcher Geräte sind in der Tabelle angegeben. 1. Der Durchmesser des Liniendrahts kann der gleiche sein wie für den Emitterrahmen (1,5-2,5 mm), der Abstand zwischen den Drähten des Rahmens und der Linie beträgt 5-10 cm.
Für jeden Bereich ist es wünschenswert, ein separates Netzkabel mit einem eigenen Anpassungsgerät zu haben, da verschiedene Kombinationen, die die Einrichtung erschweren, keine gute Anpassung auf allen Bereichen ermöglichen. Um Antennen abzustimmen, muss ein Funkamateur über folgende Geräte verfügen: ein SWR-Meter, einen Generator, einen Halbwellendipol, einen Kurzwellenempfänger mit linearer Anzeige der empfangenen Signalstärke, einen Dämpfer mit einer Gesamtdämpfung von bis zu 50 dB und Umschaltung in 3-dB-Schritten. Die Antennenabstimmung muss mit der Bestimmung der Betriebsfrequenz des gesamten Systems beginnen. Dazu wird ein Messgerät in die Lücke der Versorgungsleitung eingebaut und alle 50 kHz das SWR über den Bereich gemessen. Anhand der Messdaten wird ein Diagramm erstellt und die Abstimmfrequenz anhand des Minimalwerts bestimmt. Durch Ändern der Länge des Vibrators wird das minimale SWR auf eine bestimmte Frequenz verschoben. Bei Antennen mit Gamma-Anpassgeräten können Sie die Frequenz innerhalb von ± 30 kHz ändern, indem Sie die Länge der Anpassleitung und die Kapazität des Kondensators ändern. Die Abstimmung auf eine bestimmte Frequenz kann in geringer Höhe (1–2 m) über dem Boden (Dach) durchgeführt werden, wobei eine Frequenzkorrektur erforderlich ist (minus 75 kHz für 14 MHz und proportional für andere Bereiche). Nachdem die Antenne auf die Betriebshöhe angehoben wurde, muss das SWR für jedes Band erneut überprüft werden. Bei richtiger Abstimmung sollte das SWR bei einer bestimmten Mittelfrequenz für jedes Band nahezu eins sein. An den Rändern des Bereichs nimmt sie zu, und zwar umso mehr, je mehr Elemente die Antenne hat: ein zweielementiges „Quadrat“ im 14-MHz-Bereich – bis zu 1,2-1,3, ein dreielementiges – bis zu 1,5- 1,6, ein Vierelement - bis zu 1,8-2. Denn mit zunehmender Anzahl der Elemente wird das System enger. Daher verschlechtern sich übrigens die bei der Betriebsfrequenz erzielten optimalen Eigenschaften mit zunehmender Reichweitenverstimmung. Letzterer Umstand ist bedeutsamer als eine Erhöhung des SWR, die nur zu einer Erhöhung der Leistungsverluste in der Einspeisung führt, die kleine Werte haben. Nachdem Sie die Antenne auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt haben, können Sie mit der zweiten Stufe fortfahren - der Abstimmung passiver Elemente, dh um ein Strahlungsmuster zu erhalten. Es ist zu beachten, dass die Qualität der Antennenanlage von dieser Arbeit abhängt. Daher sollte der Funkamateur nicht bei den ersten zufriedenstellenden Ergebnissen stehen bleiben und das Tuning zu Höchstleistungen bringen. Diese Phase beginnt mit der Einstellung des Reflektors zur maximalen Unterdrückung der Rückstrahlung. Dazu wird in einem Abstand von mindestens 2L in einer Höhe gleich der Höhe der Antennenmitte ein horizontaler Halbwellenvibrator (mit horizontaler „quadratischer“ Polarisation) installiert, auf den ein auf die Betriebsfrequenz abgestimmter Generator angebracht ist in Verbindung gebracht. An den „quadratischen“ Vibrator ist ein Empfänger angeschlossen. Richten Sie den „quadratischen“ Reflektor auf den Generator und bewegen Sie die Brücke der kurzgeschlossenen Schleife des Reflektors, um den niedrigsten Signalwert im Empfänger zu erreichen. Überprüfen Sie beim Abstimmen von Antennen mit zwei Elementen die Änderung des SWR über die Reichweite. Analog die Antenne auf andere Bereiche abstimmen, danach die Reflektoreinstellung und die SWR-Änderung ausgehend vom ersten Bereich prüfen. Eine solche Reihe aufeinanderfolgender Einstellungen muss durchgeführt werden, bis die Änderungen der Parameter während jeder Einstellung die Messgenauigkeit überschreiten. Abschließend wird das Strahlungsdiagramm genommen und das Verhältnis der Strahlung vorwärts / rückwärts bei den Betriebsfrequenzen jedes Bereichs bestimmt. Schließlich ist es am besten, das Diagramm mit den Signalen von Radiosendern zu entfernen, die sich in zwei Zonen befinden: nah (bis zu 10-15 km) und fern (800-2000 km). Drei- und Vierelementantennen werden auf die gleiche Weise abgestimmt. Der (die) Regisseure stellen sich entsprechend dem maximalen Signal auf der Empfängerausgangsanzeige ein, indem sie das „Quadrat“ am Generator drehen. Dabei ist zu bedenken, dass die Einstellung des/der Regisseur(en) nicht so ausgeprägt ist wie die Einstellung des Reflektors und daher mehr Zeit und Aufmerksamkeit erfordert. Um die Zeit zu verkürzen, ist es sinnvoll, ein von V. Begunov (UW3HY) vorgeschlagenes Gerät zur Fernbewegung von Jumpern kurzgeschlossener Schleifen zu verwenden. siehe „Radio“, 1975. Nr. 7, S. elf. Unerfahrene Kurzwellennutzer, die zum ersten Mal Richtantennen abstimmen, sei davor gewarnt, durch Signalschätzungen anderer Funkamateure zu charakterisieren. Tatsache ist, dass es bei einer solchen Bewertung schwierig ist, den Einfluss einer Reihe objektiver und subjektiver Faktoren zu berücksichtigen, die letztendlich zu falschen Schlussfolgerungen führen können. Wenn entschieden wird, ein Experiment durchzuführen, muss sichergestellt werden, dass: der Durchgang der Radiowelle sich nicht in irgendwelchen anomalen Phänomenen unterscheidet und an beiden Punkten die gleiche Tageszeit (außer Dämmerung) ist; die Polarisation der Antennen ist gleich; der Korrespondent hat die Möglichkeit, das Signal auf dem linearen Abschnitt seines Empfängers und der Ausgangsanzeige zu messen, und die Messtechnik unterscheidet sich nicht von der allgemein anerkannten; wiederholbare Ergebnisse erzielt werden. Um zumindest einen Teil der subjektiven Ursachen zu beseitigen, prüfen Sie am besten parallel die Eigenschaften der Antenne im Empfangsbetrieb. Eine ähnliche Technik kann immer noch verwendet werden, um die einfachste Antenne abzustimmen – eine „Quadrat“ mit zwei Elementen. Mit dieser Einstellung werden statistische Daten zur Messung des Vorwärts-/Rückstrahlungsverhältnisses im Empfangsmodus verschiedener Stationen, die in der Nähe der Betriebsfrequenz arbeiten, bei verschiedenen Längen der kurzgeschlossenen Reflektorschleife gesammelt und deren optimale Länge bestimmt. Diese Methode wurde am UA3CT-Radio getestet und lieferte gute Ergebnisse. Um jedoch zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, war es notwendig, eine große Anzahl von Messungen in einer Entfernung von 800 bis 2000 km zu den Korrespondenten durchzuführen. Jeder Punkt wurde nach der Mittelung nach 10-3 cm in die Grafik eingetragen. Für Antennen mit mehr als zwei Elementen ist diese Methode ungeeignet, da es unmöglich ist, Signaländerungen von zufälligen Sendern beim Einstellen des Direktors zu erfassen. Varianten von "Quadrate" Hier sind einige praktische Antennenschemata mit kurzen Kommentaren, die je nach ihren Fähigkeiten eine Lösung für Designprobleme für Funkamateure selbst bieten. Da das Zwei-Elemente-„Quadrat“ weit verbreitet ist und es viele Veröffentlichungen dazu gibt (sowohl in der UdSSR als auch im Ausland), halten wir es für unangemessen, bereits bekannte Antennenoptionen vorzustellen. Wir beschränken uns auf die Betrachtung einer zweielementigen 14-MHz-Antenne mit aktiver Reflektorspeisung, die erstmals von den Autoren entwickelt, 1968 am Radiosender UA3CT getestet und das Interesse vieler Funkamateure geweckt wurde. Das Funktionsprinzip dieser Antenne besteht darin, dass der Reflektor-Versorgungsstrom relativ zum Vibrator-Versorgungsstrom um einen Winkel phasenverschoben ist, bei dem nan erhalten wird. mehr Energiestrahlung in Richtung der Hauptrichtung und die kleinste - in die entgegengesetzte Richtung. Die Antenne ist in der Abbildung schematisch dargestellt. Der Abstand zwischen den Elementen beträgt 0,2L. Der Reflektor und der Vibrator sind durch ein Stück Koaxialkabel verbunden, dessen Länge und die gegenphasige Einbeziehung in den Rahmen für die erforderliche Phasenverschiebung sorgen. (Die Berechnung der Phasenverschiebungslinie für eine Antenne mit aktiver Reflektorspeisung ist im Artikel „Antenne mit aktivem Reflektor“ in der Zeitschrift Radio. 1968, Nr. 9, S. 17 beschrieben.) An einem genau berechneten Punkt wird eine Einspeisung an das Koaxialkabel angeschlossen.
Um die Eingangsimpedanzen der Rahmen anzupassen, wurden Gamma-Anpassungsgeräte verwendet, die in ihren unteren Ecken installiert waren. Diese Geräte haben ein etwas ungewöhnliches Aussehen. Auf beiden Seiten sind zwei kurzgeschlossene Schleifen mit einer Breite von 12-15 cm mit den Rahmen verbunden.Ein Draht ist mit der Mitte des Jumpers einer der Reflektorschleifen verbunden, der durch die isolierenden Abstandshalter parallel zu den Drähten der Schleife, über den Kondensator C1 verbindet den Jumper mit der zentralen Wohnkoaxialleitung. Genauso, aber phasenverschoben, wird ein Vibrator angeschlossen. Die Abstimmung der Antenne auf die Betriebsfrequenz erfolgt durch die Wahl der Länge der Schwingschleifen, das minimale SWR wird durch zwei Gamma-Anpassgeräte erreicht und die maximale Rückstrahlungsunterdrückung wird durch die Wahl der Länge der Reflektorschleifen und der Länge des Koaxialkabels erreicht Linie. Es sollte beachtet werden, dass das Abstimmen einer solchen Antenne große Fähigkeiten, Geduld und Zeit erfordert. Nach dem Abstimmen der Antenne wurden die folgenden Eigenschaften erhalten: Gewinn -12 dB, Vorwärts-/Rückwärtsstrahlungsverhältnis - 30 dB, Vorwärts-/Seitenstrahlungsverhältnis - mehr als 30 dB, Hinterkeulenunterdrückung - 20 dB unter der Hauptkeule, SWR bei der Betriebsfrequenz (14150 kHz) - 1,02. Unter den Quadraten mit drei Elementen ist der Entwurf des sowjetischen Funkamateurs A.F. Kamalyagin (UA4IF) der erfolgreichste. Die Antenne ist für den Betrieb im 14- und 21-MHz-Band ausgelegt. Die Konstruktionsdaten der Antenne sind in der Tabelle angegeben. 2. Die Eingangsimpedanz beträgt auf jedem Band etwa 50 Ohm. Sie können also ein 50-Ohm-Kabel als Zuleitung verwenden, indem Sie es direkt oder (besser) über einen Symmetriertransformator an den Rahmen anschließen. Sie können auch ein 75-Ohm-Kabel verwenden, jedoch mit einem Gamma-Anpassgerät. Der Feeder für jeden Bereich ist separat.
Die Antenne weist folgende Konstruktionsmerkmale auf: Gewinn relativ zu einem isotropen Strahler – 11,5 dB bei 14 MHz und 12 dB bei 21 MHz; das Verhältnis der Emissionen vorwärts / rückwärts - etwa 30 dB in beiden Bereichen; Strahlungsverhältnis vorwärts/seitlich – mehr als 35 dB in beiden Bereichen; SWR bei Betriebsfrequenzen - etwa 1. Die nächste Antenne, die unserer Meinung nach Aufmerksamkeit verdient, ist ein „Quadrat“ mit drei Elementen für drei Bänder, gebaut vom amerikanischen Funkamateur WA7NFH. Seine Daten sind ebenfalls in der Tabelle angegeben. 2. Die Eingangsimpedanz einer solchen Antenne beträgt in allen Bereichen weniger als 50 Ohm, daher empfiehlt sich die Verwendung eines Gamma-Anpassgeräts. Der Autor verwendete einen speziellen Transformator auf einem Ferritring, der die Anpassung der Rahmen aller Bereiche (SWR \u1d 50) mit einem 21-Ohm-Koaxialkabel gewährleistet. Die Antenne hat recht gute Eigenschaften im 28- und 14-MHz-Band, zufriedenstellende im 4,88-MHz-Band und sehr kompakte Abmessungen (Traversenlänge - nur XNUMX m). Die durch Berechnung ermittelten Parameter der WA7NFH-Antenne bei 14, 21 bzw. 28 MHz sind wie folgt: Verstärkung relativ zu einem isotropen Strahler – 10, 11,5 und 12 dB, Vorwärts-/Rückwärtsstrahlungsverhältnis – 27, 30 und 28 dB. Die letzte „quadratische“ Antenne mit drei Elementen, die unserer Meinung nach gezeigt werden sollte (als Negativbeispiel), ist die „quadratische“ Antenne mit drei Elementen bei 14 und 21 MHz, die vom kanadischen Funkamateur VE7DG gebaut wurde (siehe Tabelle 2). Der Autor der Antenne hat die Reflektoren und Direktoren verwechselt, sodass im 14-MHz-Band das Vorwärts-/Rückwärts-Emissionsverhältnis nur 15 dB beträgt. bei 21 MHz -25 dB. Unter den quadratischen Antennensystemen mit vier Elementen ist die WOAIW-Antenne mit dem gleichen Abstand zwischen den Elementen (3,05 m) am beliebtesten und für den Betrieb bei 14, 21 und 28 MHz ausgelegt (siehe Tabelle 3). Seine Eingangsimpedanz beträgt im 14- und 21-MHz-Band etwa 50, im 28-MHz-Band etwa 40 Ohm. Der Autor schlägt den direkten Anschluss eines 50-Ohm-Kabels bei 14 und 21 MHz und bei 28 MHz über ein 175 cm langes 75-Ohm-Koaxialkabel vor.
Die Antenne hat eine optimale Leistung bei 21, eine gute bei 28 und eine zufriedenstellende Leistung bei 14 MHz. Diese „befriedigenden“ Eigenschaften sind jedoch mit den optimalen Eigenschaften eines dreielementigen „Quadrats“ vergleichbar. Dies und der sehr einfache symmetrische Aufbau sind offensichtlich die Gründe für die große Beliebtheit der W0AIW-Antenne bei Funkamateuren. Die potenzielle Möglichkeit dieser Antenne sollte ebenfalls beachtet werden: Sie kann ein „Quadrat“ mit zwei Elementen bei 7 MHz und einem Abstand zwischen den Elementen von 0,2 L aufnehmen. Die Liste der Optionen für "Quadrate" könnte fortgesetzt werden (Designs von Antennen mit fünf und sechs Elementen wurden entwickelt), aber es scheint uns, dass dies nicht notwendig ist, da die wichtigsten Schlussfolgerungen und Empfehlungen, zu denen die Autoren kamen, als a Ergebnisse von Experimenten und Berechnungen sind recht gut illustriert. Literatur
Veröffentlichung: cxem.net
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