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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Transceiver-KB-Antennen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / HF-Antennen Über die Installationshöhe der Antenne Bei der Wahl des Designs einer Empfangs-Sendeantenne für seine Amateurfunkstation muss ein Kurzwellenbetreiber viele Faktoren berücksichtigen und für viele technische Probleme nach Kompromisslösungen suchen. Einer davon ist die Höhe der Antenneninstallation. Die Möglichkeiten eines Funkamateurs in diesem Bereich (egal wo er lebt – in einer Stadt oder im Dorf) sind sehr, sehr begrenzt. Gibt es hier optimale Lösungen? In gewisser Weise liefert das von DJ2NN[1] durchgeführte Experiment eine Antwort auf diese Frage. Es sollte betont werden, dass es nicht einfach ist, die Abhängigkeit der Antenneneffizienz von der Höhe ihrer Installation bei Kurzwellen zu messen. Von größtem Interesse sind natürlich diese Daten für lange Strecken (d. h. für DX-Links), was bedeutet, dass die Messergebnisse erheblich von der Ausbreitung von Radiowellen in der Ionosphäre (insbesondere schnellen Ausbreitungsschwankungen) beeinflusst werden. Darüber hinaus können diese Abhängigkeiten im allgemeinen Fall für Pfade mit unterschiedlichen Längen und Azimutrichtungen unterschiedlichen Charakter haben. Die Verlässlichkeit der Ergebnisse kann nur durch mehrfach wiederholte Messungen einer Reihe statistischer Daten erhöht werden.
DJ2NN hat die Abhängigkeit der Antenneneffizienz von der Höhe ihrer Installation auf den Amateurbändern 14, 21 und 28 MHz im Modus zum Empfangen von Signalen von DX-Stationen gemessen (die Länge der Strecke beträgt mindestens 5000 km). Darüber hinaus wurden ähnliche Abhängigkeiten von den Signalen von Stationen gemessen, die sich in der „nahen“ Zone befinden, wo die Verbindung auf die Oberflächenwelle zurückzuführen ist. In diesen Experimenten verwendete DJ2NN „Wellenkanal“-Antennen, deren Installationshöhe sehr schnell innerhalb von 2,5 ... 25 m geändert werden konnte. Er ergriff spezielle Maßnahmen, die Messfehler aufgrund von Antennenverstimmungen bei geringen Installationshöhen (aufgrund von) eliminieren würden der Einfluss der „Erde“). Die Ergebnisse dieser Experimente für die 14- und 28-MHz-Bänder sind in den Abbildungen dargestellt. 1a und 1b. Der allgemeine Verlauf ähnlicher Abhängigkeiten für das 21-MHz-Band kommt den in Abb. gezeigten Daten sehr nahe. 1, a. Die mit der Nummer 1 gekennzeichneten Kurven beziehen sich auf Messungen, die auf den Signalen von DX-Stationen basieren, und die mit der Nummer 2 markierten Kurven beziehen sich auf Messungen der Signale von Stationen, die sich in der „nahen“ Zone befinden. Die Analyse dieser Kurven ermöglicht es uns, mehrere zu zeichnen Schlussfolgerungen. Erstens kann die Messung der Parameter einer Kurzwellenantenne und die Berechnung ihres Strahlungsmusters anhand der Feldstärke in der „nahen“ Zone nicht immer objektive Informationen über ihre Wirksamkeit bei der Durchführung von DX-Kommunikationen liefern. Mit anderen Worten: Messungen im „nahen“ Bereich sind ein notwendiger, aber manchmal unzureichender Schritt beim Aufbau einer gerichteten KB-Antenne. Zweitens ändert sich im Höhenbereich von 2,5 ... 15 m die Effizienz einer solchen Antenne im 14- und 21-MHz-Band stark. Es kann vorkommen, dass eine einfachere und leichtere Zwei-Element-Antenne, die auf eine Höhe von 10 ... 12 m angehoben wird, effektiver ist als beispielsweise eine Drei-Element-Antenne, die ein Funkamateur nicht über 5 ... anheben kann. . 7 m (aufgrund größerer Masse, sperrigerer und schwererer rotierender Vorrichtung usw.).
Und drittens ist es nicht gerechtfertigt, die Höhe der Antennenanlage über etwa 17 m hinaus zu erhöhen. Die Effizienzgewinne sind marginal, und die Herstellungskosten und der technische Aufwand für die Installation und den Betrieb der Antenne vervielfachen sich um ein Vielfaches.
Omnidirektionale Antennen Die meisten Kurzwellensender sind gezwungen, sich auf die Installation nur einer Antenne zu beschränken, die sie natürlich multibandig und omnidirektional machen wollen. Es gibt viele Bauformen solcher Antennen, bei denen diese Anforderungen mehr oder weniger gut erfüllt werden. Eine dieser Antennen – „G5RV“ (gemäß dem Rufzeichen des Funkamateurs, der sie vorgeschlagen hat [2] – ist für den Betrieb auf Amateurbändern von 3,5 ... 28 MHz ausgelegt. Die Abmessungen der Antenne und der Zweidraht-Anpassleitung sind in Abb. 3 dargestellt. In 75.a wird die Antenne über ein Koaxialkabel mit einer charakteristischen Impedanz von 10 Ohm mit Strom versorgt. Die empfohlene Montagehöhe der Antenne über dem Boden bzw. über dem Dach beträgt etwa 32 m. Wenn die Spannweite, in der die Antenne installiert wird, weniger als 3 m beträgt, können die Endabschnitte des Antennenstegs bis zu 26 m lang belassen werden hängend (d. h. für die Montage der Antenne ist in diesem Fall eine Spannweite von ca. 5 m geeignet). Die „G120RV“-Antenne ermöglicht grundsätzlich die Installation mit nur einem Mast in Form eines „INVERTED V“, allerdings muss der Spitzenwinkel mindestens XNUMX° betragen, um die Leistung nicht merklich zu beeinträchtigen.
Eine selbstgebaute Zweidraht-Anpassleitung besteht aus zwei Drähten, deren Abstand durch konstante Isolatoren (Abb. 3, b) aus einem guten, nicht hygroskopischen Dielektrikum (Plexiglas, Textolith usw.) nach entsprechender Einhaltung aufrechterhalten wird Zur Imprägnierung können Sie auch Holz oder Sperrholz verwenden. Die Leitungsdrähte werden in V-förmigen Aussparungen an den Enden der Isolatoren platziert und mit kleinen Drahtstücken (Abb. 3) fixiert, die durch die Löcher in den Isolatoren geführt werden. Die Anpassleitung muss mindestens 0 m senkrecht zum Antennensteg verlaufen. Für einen effektiven Betrieb der G5RV-Antenne auf allen Bändern muss ihre Zuleitung über ein passendes Gerät mit dem Sender verbunden werden. Da diese Antenne in der Zuleitung fast immer in gewissem Maße eine stehende Welle aufweist, macht es keinen Sinn, ein Symmetriergerät (BALUN) zu verwenden, um von einer Anpassleitung auf ein Koaxialkabel umzusteigen. Um jedoch die Strahlung des Außengeflechts des Kabels zu reduzieren (dies kann insbesondere zu Störungen des Fernsehens führen), empfiehlt es sich [3], im oberen Teil der Zuleitung eine Hochfrequenzdrossel anzubringen (Abb. 3). D). Die Windungszahl beträgt 8 .. 10, der Wickeldurchmesser beträgt ca. 180 mm, die Windungen sind an drei Stellen mit Klebeband befestigt.
Eine weitere Version der Multiband-KB-Antenne, basierend auf der „G5RV“ [4], ist in Abb. dargestellt. 4. a. Am Zentralmast 1 sind in ca. 12 m Höhe im Winkel von ca. 30° zueinander zwei „G5RV“-Antennenblätter aufgehängt. Die Enden dieser Bleche sind über Isolatoren 4 an vier etwa 3 m hohen Hilfsmasten 6 befestigt. In der Mitte sind die Antennen des Blechs paarweise an eine gemeinsame Zweidrahtleitung 5 angeschlossen (siehe Abb. 4.b), Das ist das gleiche wie beim üblichen „G5RV“, hergestellt aus Luft auf Isolatoren 6. Zur Befestigung der Enden der Leinwände am Mast 1 dient der zentrale Isolator 2. Es ist zu beachten, dass die angegebenen Abmessungen nicht kritisch sind. Sie können in einem relativ großen Bereich variiert werden, wobei der Schwerpunkt auf den Fähigkeiten des Funkamateurs und dem ihm zur Verfügung stehenden Platz für die Installation der Antenne liegt. In der Amateurliteratur finden sich häufig Beschreibungen von Multiband-Horizontalantennen, bei denen es sich um parallel geschaltete Strahler (z. B. Halbwellendipole) für separate KB-Bänder handelt. Dieses Prinzip kann auch zur Herstellung von Antennen mit vertikaler Polarisation angewendet werden. Der Aufbau einer solchen Dreiband-KB-Antenne [5] ist in Abb. dargestellt. 5. Auf einem Stützisolator 3 ist ein Metallmast 14 montiert, der als Strahler im 2-MHz-Bereich dient. In seinem oberen Teil ist im Abstand von etwa 350 cm vom Stützisolator ein dielektrischer Abstandshalter 9 befestigt. Im 4- und 21-MHz-Band sind Drahtsender 28 am Mastfuß befestigt (und elektrisch mit diesem verbunden). Die Spannung der Strahler wird durch Nylonverlängerungen 5 bereitgestellt, die über Isolatoren 6 mit ihnen verbunden sind. Die Antenne wird von einem Koaxialkabel 8 mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm gespeist, dessen zentraler Kern mit dem Mast 3 verbunden ist. und das Geflecht zum System der Gegengewichte 7. Die Längen aller Emitter weichen vom Wert */4 für den entsprechenden Bereich ab, was auf die gegenseitige Beeinflussung der Emitter zurückzuführen ist. In Abb. dargestellt. 5 wurden die Abmessungen der Strahler experimentell entsprechend den minimalen SWR-Werten in den Betriebsbereichen ausgewählt.
Eine Variante einer Breitbandantenne [b], die auf allen KB-Bändern, einschließlich 160 m, arbeitet, ist in Abb. dargestellt. 6. Die Antenne ist ein 22,6 m langer Drahtsender, an dessen Ende in einem Abstand von einem Drittel ein LR-Kreis angeschlossen ist, der das Betriebsfrequenzband erweitert.
Dieser Stromkreis (Abb. 6, b) besteht aus einem Widerstand R mit einem Widerstandswert von 370 Ohm (6 Widerstände mit einem Widerstandswert von 2,2 kOhm und einer maximalen Verlustleistung von 1 W) und einer Spule L (55 Drahtwindungen 1 mm). im Durchmesser, gewöhnliche Endloswicklung auf einem Rahmen mit einem Durchmesser von ca. 50 mm). Die Antenne ist über einen Anpassungstransformator mit der Zuleitung (Impedanz 50 Ohm) verbunden (Abb. 6, c). Es besteht aus einem Ferritring mit einem Durchmesser von etwa 50 mm und einer anfänglichen magnetischen Permeabilität von etwa 20. Jede der Wicklungen besteht aus 24 Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 1 mm. Die Antenne wird ab der 18. Windung der Sekundärwicklung an den Abgriff angeschlossen. Der Anschlusspunkt wird beim Aufbau der Antenne experimentell ausgewählt. Die Antenne wird abgestimmt, indem zunächst die Induktivität der Spule L und der Verbindungspunkt der Antenne mit dem Anpassungstransformator ausgewählt werden. Das Kriterium ist das minimale SWR innerhalb der Amateurbänder. Obwohl der Artikel auf die Möglichkeit des Antennenbetriebs auch im 160-m-Band hinweist, ist es in Wirklichkeit offenbar nur bei Frequenzen von 7 MHz und höher möglich, zufriedenstellende Eigenschaften zu erzielen. Der Einfluss der "Erde" Die oben beschriebene Antenne sowie viele andere „Draht“- und Peitschenantennen benötigen für ihren normalen (effektiven) Betrieb eine gute „elektronische Erdung“. Unter städtischen (und nicht nur städtischen) Bedingungen wird dies normalerweise durch den Anschluss eines Gegengewichts gewährleistet. Wie viele Gegengewichte und wie lange kann eine gute „funktechnische Erde“ entstehen? Messungen zeigen [7], dass ihre Anzahl 20 ... 30 überschreiten sollte. Bei mehreren Waagen (ein sehr typischer Fall in der Amateurfunkpraxis) beträgt der Verlustwiderstand etwa 30 Ohm. Dadurch gehen etwa 50 % der Sendeleistung verloren. Mit anderen Worten, es lohnt sich zu überlegen: Was ist einfacher - mit der staatlichen Telekommunikationsinspektion in Konflikt zu geraten, die Sendeleistung über die zulässigen Grenzen hinaus zu erhöhen oder der Antenne mehrere Dutzend Waagen hinzuzufügen und die gleiche Effizienz des Radiosenders zu erzielen wie ein ganz.
Typische Abhängigkeiten der Eingangsimpedanz eines Viertelwellenstifts (theoretischer Wert 37 Ohm) von der Anzahl der Viertelwellengleichgewichte für verschiedene Bedingungen (1 – trockener Boden, 2 – nass, 3 – theoretischer Wert) sind in Abb. dargestellt. 7. Angesichts dieser Abhängigkeiten sollte es nicht überraschen, dass ein GP mit drei Gegengewichten ein SWR von ~ 1 liefert, wenn er über ein 75-Ohm-Koaxialkabel betrieben wird (theoretischer SWR-Wert von ~ 2). Der Betrieb einiger vertikaler Antennen in einem breiten Frequenzband wird deutlich und effizient – Verluste im „Boden“ erweitern ihn erheblich. Notch-Schaltungen für KB-Antennen Antennen mit Notch-Schaltung („W3DZZ“ und dergleichen) sind in der Amateurfunkpraxis weit verbreitet. Sie haben durchaus akzeptable Eigenschaften, sind aber aus konstruktiver Sicht nicht sehr praktisch. Besondere Schwierigkeiten (bei der Herstellung oder beim Einkauf) werden durch einen im LC-Sperrkreis enthaltenen Kondensator verursacht. Es muss eine genau definierte Nennleistung und sehr hohe elektrische Parameter aufweisen und unter Bedingungen funktionieren, in denen es einer feuchten Atmosphäre ausgesetzt ist. Der Notch-Schaltkreis für Antennen vom Typ „W3DZZ“ kann aus einem Stück Koaxialkabel hergestellt werden, dessen Geflecht die erforderliche Induktivität bildet und das „zentrale Kerngeflecht“ die erforderliche Kapazität erzeugt | 8].
Der Aufbau einer solchen Sperrschaltung ist in Abb. dargestellt. 8. Auf den dielektrischen Rahmen 1 wird ein Koaxialkabel 2 gewickelt. Die Enden des Kabels 3 werden in die Löcher des Rahmens eingeführt und gemäß Abbildung verlötet (5). Zur Verbindung der Antennenbleche 4 dienen die Halterungen 6. Bei einfachen Antennen mit Sperrkreisen ist die Wahl der Spulenparameter recht willkürlich (es muss lediglich die erforderliche Sperrfrequenz bereitgestellt werden). In der Antenne „W3DZZ“. Darüber hinaus ist ein wohldefiniertes Verhältnis der Induktivität der Spule L und der Kapazität des Kondensators C erforderlich – ohne dieses ist es unmöglich, die Mehrbereichseigenschaften der Antenne zu realisieren. Richtantennen Eine rotierende gerichtete KB-Antenne ist der Traum aller Kurzwellenantennen. Viele Funkamateure können es sich jedoch nicht leisten, eine Antenne in voller Größe zu bauen („Wellenkanal“, „Doppelquadrat“ usw.). Einer der Gründe dafür ist die sehr begrenzte Fläche auf dem Dach eines Wohngebäudes, die eine Kurzwelle bieten kann Verwendung zur Installation einer Antenne (insbesondere Masten). Aus diesem Grund werden in Amateurfunkzeitschriften so häufig verschiedene Optionen für kleine Single- oder Multiband-KB-Antennen beschrieben.
Die Antenne, deren Skizze in Abb. dargestellt ist. 9, wurde „DOUBLE-D“ („Double Delta“) genannt [9]. Klein und leicht, könnte es durchaus der erste Entwurf eines Kurzwellenfunkers sein, der die Effizienz seines Amateurfunks durch den Einbau einer rotierenden Richtantenne steigern möchte. Auf dem Mast 1 befinden sich im Abstand D von seiner Spitze vier Abstandshalter 2 aus Bambus oder Holz, die mit feuchtigkeitsbeständigen Verbindungen imprägniert sind. An den Enden dieser Abstandshalter und durch die Verlängerungen 5 sind die Stege des aktiven Elements 3 und des Reflektors 4 befestigt. Beide Stege bestehen aus Kupferdraht oder einer Antennenschnur, die Verlängerungen aus einer Nylonschnur. Die Konfiguration des aktiven Elements und des Reflektors ähnelt dem lateinischen Buchstaben D, daher der Name der Antenne. Die Antenne wird über ein Koaxialkabel 6 mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm gespeist. Die Länge der Antennendrahtelemente in Metern wird anhand der folgenden Formeln berechnet (f ist die Betriebsfrequenz in MHz): A = B = 85,1/f C = 60,2/w D=17,8/f E = 34/f Der Frequenzwert f wird entweder in der Mitte des entsprechenden Amateurbereichs oder in der Mitte seines Abschnitts gewählt, der für die Kurzwelle am interessantesten ist (z. B. in der Mitte des Telegraphenabschnitts). Basierend auf den Daten [9] ist die „DOUBLE-D“-Antenne der Zwei-Element-„Wellenkanal“-Antenne hinsichtlich Richtwirkung und Rück-zu-Vorwärts-Strahlungsverhältnis praktisch nicht unterlegen. Allerdings hat es eine geringere Bandbreite, wie in Abb. 10 zeigt das SWR über der Frequenz (28-MHz-Band) für die „DOUBLE-D“-Antenne (Kurve 1) und den „Wellenkanal“ voller Größe (Kurve 2).
Die Abstimmung dieser Antenne erfolgt durch Auswahl der Länge des aktiven Elements und des Reflektors. Bei der Resonanzfrequenz ist seine Eingangsimpedanz rein aktiv und beträgt etwa 40 Ohm. Mit diesem Aufbauprinzip einer Antenne ist es möglich, ein Multiband-Design herzustellen. In diesem Fall ist es wünschenswert, jedes der aktiven Elemente über ein separates Koaxialkabel mit Strom zu versorgen. Experimente mit einer Dualband-Antenne (14 und 21 MHz) zeigten, dass die Einstellung der Elemente auf den zweiten Bereich bei gleichem Design die Antennendiagramme nicht verändert. Wenn beide aktiven Elemente mit Strom versorgt wurden, sogar über ein Koaxialkabel, überschritt das SWR in beiden Amateurbändern nicht 2. Es wurde ein kompaktes „Double Square“ mit drei Bändern (14, 21 und 28 MHz) (Abb. 11) vorgeschlagen. 9H1GL [10]. Von den Abmessungen her überschreitet es nicht das Zweiband „Double Square“ bei 21 und 28 MHz. Diese Antenne besteht im Wesentlichen aus zwei „Doppelquadraten“ voller Größe für die 21- und 28-MHz-Bänder, und das dritte Band, 14 MHz, wird durch den Anschluss von Lastkapazitäten an die 21-MHz-Bandelemente erhalten.
Am Mast 1 ist ein kurzer Tragbalken 2 befestigt, an dem wiederum Konsolen 3 „Igel“ befestigt sind. Durch die Verwendung einer Kombination aus „Traverse“ und „Igeln“ (jeder einzeln wird häufig in „Doppelquadraten“ verwendet) konnte ein sehr hoher Befestigungspunkt für die Abspanndrähte 6 erzielt werden. Die Antenne dreht sich zusammen mit Mast 1 (An seiner Basis ist ein Motor mit Getriebe montiert), daher werden am Zwischenlager 5 Abspannseile befestigt. Die Höhe des Mastes beträgt ca. 5,5 m, das Lager ist 0,8 ... 1 m unterhalb des Befestigungspunktes des Trägers montiert Strahl. In diesem Fall liegen bei einem maximal zulässigen Winkel zwischen Mast und Abspannvorrichtungen von 30° die Befestigungspunkte der Abspannvorrichtungen am Dach etwa 2.7 m vom Mastfuß entfernt. Die Konfiguration der „Igel“-Elemente 3 (sie bestehen aus einem Stahlwinkel) ist in Abb. 11 dargestellt. c. An den gebogenen Teilen dieser Elemente werden Bambus-Abstandshalter 4 mit U-Bügeln oder Klammern befestigt. Die Länge der Abstandshalter beträgt etwa 2,4 m. Die Länge jeder Seite des Rahmens beträgt für das 21-MHz-Band 3,6 m und für das 28-MHz-Band 2,75 m. Die Lastkapazitätselemente, die den Betrieb der Antenne im 14-MHz-Band gewährleisten, befinden sich innerhalb der 21-MHz-Bandrahmen (etwas näher am Mast als diese Rahmen). Sie werden durch vier Notch-Schaltkreise „ausgeschaltet“ – zwei für jeden Frame. Die Resonanzfrequenz der Notch-Schaltkreise (vor dem Anschluss an die Antenne) beträgt -20,2 MHz. Strukturell bestehen sie aus Koaxialkabel, wie im vorherigen Abschnitt des Testberichts beschrieben. Die Stromkreise werden an den in Abb. angegebenen Punkten zwischen dem Rahmen und den kapazitiven Lasten angeschlossen. elf. Die Methode zur Abstimmung der Antennenelemente auf den Bändern 28 und 21 MHz unterscheidet sich nicht vom Standard. Im 14-MHz-Band wird die Antenne durch Auswahl der Länge der Elemente – kapazitive Lasten – abgestimmt. Wenn sich die Änderung der Länge dieser Elemente erheblich auf die Parameter der Antenne im 21-MHz-Band auswirkt, deutet dies darauf hin, dass die Notch-Schaltkreise nicht genau abgestimmt sind (d. h. sie schalten die kapazitive Last beim Betrieb im 21-MHz-Band nicht vollständig aus). MHz-Band). Bei Speisung der Antenne mit einem 50-Ohm-Koaxialkabel überschritt das SWR auf allen drei Bändern nicht den Wert 2. Literatur
Autor: B. Stepanov (RU3AX); Veröffentlichung: cxem.net
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