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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK HF-Antenne Square (Funktionsprinzipien). Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / HF-Antennen Einer der Gründe für die spürbare Zunahme der Aktivität sowjetischer Kurzwellen und ihren Erfolg bei internationalen Wettbewerben ist der weit verbreitete Einsatz von Richtantennen. Am beliebtesten in unserem Land sind „Quadrate“ mit zwei, drei oder mehr Strahlformungselementen. Diese Antennen werden im Artikel besprochen. Das Hauptziel der Autoren besteht darin, dem Kurzwellenbetreiber Empfehlungen für die Auswahl und Abstimmung von Antennen zu geben und dabei die Erfahrungen sowjetischer und ausländischer Kurzwellenbetreiber zusammenzufassen. Vergleich von „Quadraten“ und „Wellenkanälen“ Die weit verbreitete Verwendung von „Quadraten“ führte zu der Notwendigkeit, ihre Eigenschaften mit den Parametern einer anderen bei Funkamateuren beliebten Antenne – dem „Wellenkanal“ – zu vergleichen. Die Tabelle zeigt die Ergebnisse von Messungen der Eigenschaften einiger Antennen „Quadrat“ und „Wellenkanal“, entlehnt aus der Zeitschrift „QST“, 1968, Nr. 5. Daraus folgt. dass die Parameter beider Antennen ungefähr gleich sind, wenn wir „Wellenkanäle“ vergleichen, die ein Element mehr haben als „Quadrate“. Bei gleicher Elementanzahl hat das „Quadrat“ einen um etwa 2 dB höheren Gewinn. Nach unseren Angaben kann dieser Wert auf mindestens 2,5 dB gesteigert werden, wenn die Abstände zwischen den Elementen optimal gewählt werden.
Um den physikalischen Grund für einen solch signifikanten Unterschied zu verstehen, betrachten wir die Richtungen der Ströme (in Abb. 1) im Rahmen – dem „quadratischen“ Element und im Halbwellendipol – dem „Wellenkanal“-Element.
Aus Abb. Aus 1 folgt, dass nur die in den horizontalen Teilen des Rahmens fließenden Ströme an der Bildung des „quadratischen“ Diagramms beteiligt sind, da sich die Felder der in den vertikalen Teilen fließenden Ströme gegenseitig kompensieren. Daher entspricht der Rahmen einem System aus zwei gleichphasigen verkürzten Vibratoren, die in der Höhe um den Abstand L/4 voneinander beabstandet sind. Es ist bekannt, dass das Strahlungsmuster in der vertikalen Ebene eines solchen Systems im Vergleich zum Muster eines einzelnen Dipols einen kleineren Winkel aufweist und daher seine Verstärkung höher ist. Der quantitative Verstärkungsgewinn kann je nach Parameter und Anstiegshöhe beider Elemente zwischen 2,2 und 3,1 dB liegen. Dieser Gewinn lässt sich nach der Formel ermitteln, die für KB-Bereiche hinreichend genau gilt: A = 40000/FgFv, wobei A der Verstärkungsfaktor ist, Fg und Fv die Breite der Strahlungsmuster in der horizontalen bzw. vertikalen Ebene sind. Wenn wir in die Formel die Durchschnittswerte Fg=180° und Fv=135° für den Dipol, Fg=170° und Fv=80° für den Rahmen einsetzen, erhalten wir, dass die Dipolverstärkung das 1,64-fache oder 2,15 dB beträgt Leistung), Verstärkungsrahmen - 2,94-fach oder 4,68 dB. Somit beträgt die durchschnittliche Verstärkung 2,53 dB. Diese Zahl ist real und wird in der Praxis bestätigt. Ein ähnlicher Gewinn wird erzielt, wenn der Rahmen in einem Winkel nach unten angeordnet ist, was in vielen Designs verwendet wird. Diese Option unterscheidet sich von der oben diskutierten nur dadurch, dass das Strahlungsmuster darin durch die horizontalen Komponenten der Ströme gebildet wird, die in allen vier Seiten des Rahmens fließen, und die Felder von den vertikalen Komponenten kompensiert werden. Ein weiteres Merkmal des "Quadrats" kann bemerkt werden. Da der Rahmen der Länge L eine symmetrische geschlossene Schleife bildet, ist der Einfluss des Bodens und umgebender Objekte, der die Eigenschaften der Antennen verschlechtert, geringer. Wahl des optimalen Designs Unter optimal verstehen wir solche Designdaten der Antenne, die das maximale Vor-/Rückstrahlverhältnis bei ausreichend hohem Gewinn liefern. Es erscheint notwendig, diese Definition einzuführen, da es zwei Methoden zum Abstimmen von Richtantennen gibt - für maximalen Gewinn und für das maximale Vorwärts- / Rückwärts-Abstrahlverhältnis. Diese Maxima fallen nicht zusammen, und wie die Praxis zeigt, fällt der Verlust an Vorwärts-/Rückwärtsstrahlung beim Abstimmen nach dem ersten Verfahren größer aus als der Verstärkungsverlust im zweiten Fall. Beim Entwurf einer Antenne muss ein Funkamateur die Anzahl der Elemente, den Abstand zwischen ihnen und ihre Abmessungen bestimmen. Um das erste Problem zu lösen, wenden wir uns Abb. 2.
Es zeigt den Antennengewinn A und das Vorwärts-/Rückwärtsstrahlungsverhältnis B in Abhängigkeit von der Anzahl der Elemente n. Die Grafiken basieren auf den Ergebnissen von Messungen (die mit den berechneten Daten übereinstimmen) an „quadratischen“ Antennen mit optimalen Eigenschaften für das 14-MHz-Band. Wie Sie sehen können, verlangsamt sich das Wachstum beider Parameter mit zunehmender Anzahl der Elemente, was sich besonders bei n>3 bemerkbar macht. Angesichts der mit der Herstellung und Abstimmung von Mehrelementantennen verbundenen Schwierigkeiten halten es die Autoren in den meisten Fällen für ratsam, die Anzahl der Elemente auf drei zu begrenzen. Nach Meinung einiger ausländischer Funkamateure ist eine Antenne mit vier Elementen aufgrund der symmetrischen Anordnung der Elemente (in Bezug auf die vertikale Achse, die durch den Massenschwerpunkt verläuft) strukturell praktischer. Die endgültige Entscheidung überlassen wir dem Leser. Um die optimalen Abstände zwischen den Elementen auszuwählen, berücksichtigen wir die Abhängigkeit der Verstärkung A vom Abstand S, ausgedrückt in Bruchteilen der Wellenlänge L (Abb. 3). Das Diagramm zeigt in Schwarz die Abhängigkeit der Verstärkung vom Abstand zwischen Selektor und Reflektor eines zweielementigen „Quadrats“. Im schattierten Bereich, der dem Verstärkungsmaximum entspricht (S = 0,175-0,225L), ändert es sich praktisch nicht, daher ist in diesem Fall die Wahl des Abstands innerhalb der angegebenen Grenzen nicht kritisch. Bei Antennen mit mehr als zwei Elementen wird das Problem durch die Einführung zusätzlicher unabhängiger Variablen (zwei für eine Antenne mit drei Elementen, drei für eine Antenne mit vier Elementen usw.) komplizierter. Daher empfiehlt es sich, einen der Abstände (z. B. zwischen Vibrator und Reflektor) einzustellen und andere Abstände als optimal zu wählen. Wenn wir also den Vibrator-Reflektor-Abstand für eine Antenne mit drei Elementen gleich 0,2L nehmen, können wir den optimalen Vibrator-Direktor-Abstand anhand der in Abb. gezeigten Kurve bestimmen. 3. Offensichtlich hat dieses „Quadrat“ die größte Verstärkung bei einem Abstand zwischen Vibrator und Direktor von 0,175 l, und in diesem Fall bleibt die Verstärkung praktisch konstant, wenn sich die Abstände von 0,14 auf 0,21 l ändern erwartet, aufgrund der Verringerung der großen Bandbreite der Antenne wird die Abhängigkeit des Gewinns von S steiler.
Um das Gesagte zu veranschaulichen, können wir eine für „Quadrate“ bei 14 MHz leicht veränderte Grafik aus demselben „QST“-Magazin zitieren. Basierend auf der Untersuchung einer großen Anzahl von Antennen wurde die Abhängigkeit des Gewinns von der Länge L der Traverse zur Befestigung der Elemente ermittelt (Abb. 4). Die schattierten Bereiche im Diagramm stellen die praktisch möglichen Grenzen für die Änderung der Traversenlänge für eine Antenne mit einer bestimmten Anzahl von Elementen dar. Aus der Grafik geht hervor, dass Antennen mit verkürzter Traverse im Gewinn (zwei und drei Elemente - um etwa 2 dB) schlechter sind als Antennen mit Abständen zwischen den Elementen von etwa 0,2 L. Die Länge des Rüttelrahmens lv lässt sich nach folgender Formel berechnen:
wobei Ky der Dehnungsfaktor ist, abhängig von der Anzahl der Elemente und dem Verhältnis der Länge des Rahmens zum Durchmesser des Drahtes; Lp ist die Wellenlänge, für die die Antenne ausgelegt ist. Um die Länge eines "quadratischen" Vibrators mit zwei Elementen zu bestimmen, wird der Dehnungsfaktor gleich 1,01 genommen, bei drei oder mehr Elementen ist er gleich 1,015-1,02. Die Länge des Reflektors des Zwei-Element-„Quadrats“ wird um 5–6 % größer als die Länge des Vibrators gewählt. Bei einem „Quadrat“ mit drei Elementen sollte die Länge des Reflektors 3–4 % länger sein, die des Direktors 2,5–3 % kürzer als die Länge des Vibrators; Bei einem „Quadrat“ mit vier Elementen sollte die Länge des Reflektors 2,5–3 % länger sein, die Länge der Direktoren – 2 % weniger. In der Praxis werden Reflektor und Direktor etwas kürzer ausgeführt als rechnerisch ermittelt, damit sie mit kurzgeschlossenen Schleifen justiert werden können. Mehrbereichssysteme Alles, was zuvor gesagt wurde, bezog sich auf einstufige „Quadrate“. In der Praxis muss häufig auf den Aufbau eines Multibandsystems zurückgegriffen werden. Es ist jedoch zu beachten, dass jede Kombination von Elementen, die auf unterschiedliche Frequenzen abgestimmt sind, insbesondere auf Vielfache von zwei (d. h. 14 und 28, 7 und 14 MHz usw.), in der vertikalen Ebene zu einer Verschlechterung der Haupteigenschaften führt der Antenne. Lassen Sie uns zwei Beispiele nennen. Ein „Quadrat“ mit zwei Elementen bei 14, 21 und 28 MHz mit Rahmen in verschiedenen Ebenen (das sogenannte „Igel“-Design) hat einen Gewinn von bis zu 9 dB und ein Vorwärts-/Rückwärts-Emissionsverhältnis von bis zu 24 dB; Die gleichen Eigenschaften eines ähnlichen „Quadrats“, das auf einer Traverse hergestellt wurde, überschreiten nicht 8 bzw. 22 dB. Dreielementiges „Quadrat“ für zwei Bänder (14 und 21 MHz) mit beabstandeten Reflektoren sorgt für eine Verstärkung von bis zu 13 dB und das Verhältnis der Emissionen vorwärts/rückwärts – bis zu 30 dB; für ein Drei-Element-Dreiband-"Quadrat" (ein 28-MHz-Bereich wird hinzugefügt und die Rahmen liegen ineinander) verschlechtern sich diese Eigenschaften auf 11,5 bzw. 27 dB. Um den Einfluss von Elementen zu reduzieren, die sich in derselben Ebene befinden und mit mehreren Frequenzen arbeiten, ist es möglich, durch geeignete Verbindung der Speiseleitung deren Polarisationsentkopplung anzuwenden (horizontale Polarisation für einen und vertikale Polarisation für einen anderen Bereich). Die rechnerisch ermittelte Entkopplung der Elemente der 14-28 MHz-Bereiche in einem dreielementigen „Quadrat“ erreicht 20 dB. Um die beste Leistung aus einem Mehrbereichssystem zu erzielen, ist es wünschenswert, optimale Elementabstände für jeden Bereich beizubehalten. Allerdings sind Funkamateure hier aufgrund von Designschwierigkeiten oft gezwungen, Kompromisse einzugehen. Ein Beispiel für einen solchen Kompromiss für ein „Quadrat“ mit drei Elementen bei 14, 21 und 28 MHz kann das Erreichen einer nahezu optimalen Leistung auf den ersten beiden Bändern und einer schlechteren Leistung auf dem dritten sein. Unserer Meinung nach ist eine solche Entscheidung aufgrund der Besonderheiten der Passage und der unterschiedlichen Auslastung dieser Bands durchaus gerechtfertigt. Abhängig von den spezifischen Anforderungen an die Antenne kann der Funkamateur eine andere Option wählen. Literatur
Veröffentlichung: cxem.net
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Kommentare zum Artikel: Jurassic vielen Dank zuerst habe ich es gelesen Ich habe versucht den Abschluss des Yagi auszuruhen tut es Jungs seid nicht faul gut jetzt gibt es noch etwas zu tun die Ergebnisse werden euch nicht warten lassen
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