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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK So versorgen Sie eine verkürzte Rahmenantenne mit Strom. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / UKW-Antennen In letzter Zeit hat das Interesse an Schleifenantennen zugenommen. Wurden solche Antennen früher relativ selten verwendet, werden sie heute als Antennen für Mobilfunkanlagen, Einbruchmeldeanlagen etc. verwendet. Der Hauptvorteil solcher Antennen ist der deutlich geringere Einfluss der Umgebung auf die Parameter der Rahmenantenne, was in manchen Fällen entscheidend für die Wahl einer Antenne ist. Es ist jedoch sehr schwierig, solche Antennen mit Abmessungen zu verwenden, die der Wellenlänge L im KB-Band entsprechen. Daher ist es von besonderem Interesse, Schleifenantennen mit einem Umfang S kleiner als die Wellenlänge L zu verwenden. Solche Antennen können auch als zusätzliche Antennen verwendet werden, abgestimmt auf ihre Einweg-Richtwirkung, und in Fenstern, Loggien, auf Balkonen usw. installiert werden sowie als Teil komplexer Richtantennen in niederfrequenten HF-Bändern. Das Hauptelement solcher Antennen ist ein Rahmen mit einem Umfang S kleiner als die Wellenlänge. Für die Platzierung an Fenstern und Balkonen ist die bequemste Rahmenform rechteckig. Betrachten Sie einen solchen Rahmen mit einem Umfang S gleich der Wellenlänge L, der sich in der vertikalen Ebene [I] befindet. Wenn eine solche Antenne von der Seite vertikaler Elemente gespeist wird, werden beide Elemente in Phase erregt und auf ihnen befinden sich Strombäuche und Spannungsknoten. Horizontale Elemente mit Spannungsbäuchen werden wiederum phasenverschoben erregt. Die vertikalen Elemente können als zwei parallele Vibratoren mit gebogenen Enden dargestellt werden, die im Abstand von L/4 angeordnet und in derselben Phase erregt sind. Durch die Addition der phasengleich erregten Felder dieser Vibratoren liegt die maximale Feldstärke in der horizontalen Ebene in den Richtungen der Rahmenachse, die senkrecht zur Ebene der Rahmenantenne liegt. Dieses Muster der Verteilung von Strömen und Spannungen entlang des Rahmens, betrachtet für den Fall S=L, bleibt auch bei einer leichten Verringerung von S im Vergleich zu L erhalten. Bei einer weiteren Verringerung der Größe der Rahmenantenne ändert sich die Stromverteilung entlang der Der Umfang des Rahmens ändert sich und mit einer erheblichen Größenreduzierung im Vergleich zu L (S/L<0,25) erscheint anstelle von Stromknoten und -bäuchen eine gleichmäßige Stromverteilung (der Strom ändert sich entlang des Rahmens fast nicht). Der Strom fließt in diesem Fall zu jedem Zeitpunkt in eine Richtung, ist also in Phase, und daher summiert sich die Strahlung aller gegenüberliegenden Rahmenelemente im Raum gegenphasig, was im Gegensatz zu einem Rahmen in voller Größe dazu führt eine Mindestspannung in Richtung der Rahmenachse. Somit ähnelt ein solcher Rahmen in seinen Strahlungseigenschaften einem herkömmlichen Induktor, der nur durch eine deutliche Erhöhung seines Gütefaktors Q und eine Erhöhung des Stroms zum Strahlen gebracht werden kann. Allerdings wird der Wirkungsgrad einer solchen Strahlungsantenne aufgrund des geringen Strahlungswiderstands der R-Strahlung sehr gering sein, und daher ist auch die von der Antenne abgestrahlte Rizl-Leistung gering [2]. Daher ist es sinnvoller, Antennen mit einem Verkürzungsfaktor von 0,25<K<1 (K=S/L) zu verwenden, die trotz der geringeren Effizienz im Vergleich zu einem Full-Size-Rahmen gut strahlen und eine maximale Abstrahlung haben die Richtung der Rahmenachse. Eine Möglichkeit, die Resonanzfrequenz einer Rahmenantenne zu reduzieren, besteht darin, an den Punkten der Antenne, an denen die maximale Gegenphasenspannung herrscht, eine Kapazität einzubauen [4]. In diesem Fall ist eine deutliche Reduzierung der Resonanzfrequenz möglich. Gleichzeitig führt eine solche Verringerung der Frequenz des Rahmens, die den Einsatz bei niedrigeren Frequenzen ermöglicht, zu einer Verringerung des Verhältnisses von S zu L und folglich zu einer erheblichen Verringerung der Strahlungsbeständigkeit des Rizl. bestimmt [197] durch das Verhältnis Kizl = 4(S/L)1,3 . In diesem Fall ist es nicht möglich, das Kabel direkt in den Rahmen einzustecken, um ihn mit Strom zu versorgen, wie dies häufig bei der Verwendung von Rahmen in voller Größe der Fall ist. Um den Rahmen mit dem Kabel auf niedrigen Ebenen abzustimmen, wird Y- oder O-Anpassung verwendet [1]. Das Diagramm einer Rahmenantenne mit Verkürzungskapazität und Y-Anpassung ist in Abb. XNUMX dargestellt.
Bei der betrachteten Variante der Erregung vertikaler Elemente weisen die Punkte in der Mitte der horizontalen Elemente A und B eine minimale gegenphasige Spannung auf. Dies bedeutet auch, dass der Widerstand zwischen diesen Punkten ziemlich groß ist (in der Größenordnung von mehreren Kiloohm). Durch den Anschluss eines Schwingkreises an diese Punkte, der bei der Resonanzfrequenz ebenfalls einen hohen Widerstand aufweist, kann die Antenne mit Strom versorgt werden. In diesem Fall erfolgt die Anpassung der Antenne an die Einspeisung durch Auswahl des Übersetzungsverhältnisses beim Anschluss des Kabels an einen Teil der Windungen des Schwingkreises. Zusätzlich zum Spartransformator ist eine transformatorische Verbindung zwischen Kabel und Stromkreis über eine Koppelspule möglich. Neben der Möglichkeit der Anregung und Anpassung ermöglicht der Anschluss des Stromkreises an die Punkte A und B auch eine Reduzierung der Eigenresonanzfrequenz der Rahmenantenne aufgrund der im Parallelresonanzkreis enthaltenen Kapazität. In diesem Fall fällt der Wert der Kapazität des Resonanzkreises in der abgestimmten Antenne etwas größer aus als im Fall eines einzelnen, auf die gleiche Frequenz abgestimmten Kreises. Das Diagramm einer Antenne mit Resonanzkreis ist in Abb. 2 dargestellt.
Um die Wirksamkeit von Anpassungs- und Verkürzungsantennen mithilfe eines Schwingkreises zu testen, wurden zwei rechteckige Rahmenantennen mit den Umfängen S = 5,6 m und S = 12,8 m hergestellt. Beide Antennen bestanden aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von 2 mm und wurden in einem Fenster installiert Öffnung und auf einem Balkon neunstöckiges Gebäude. Die Antennen wurden auf zwei Arten abgestimmt und an das 50-Ohm-Kabel angepasst: über einen Verkürzungskondensator mit Y-Anpassung und über einen Resonanzkreis. Die berechneten Resonanzfrequenzen dieser Rahmen betragen 53 und 23 MHz und die experimentellen 38 bzw. 21,2 MHz. Die Verschiebung der Resonanzfrequenz gegenüber dem berechneten Wert erklärt sich durch die erhebliche Kapazität zwischen den Rahmenelementen und Metallelementen: Beschläge, Abflüsse, Balkonzäune usw. Die experimentelle Bestimmung der Resonanzfrequenz der Rahmen erfolgte mit einem G4-18-Generator und einem Feldanzeiger (für den Betrieb bei Frequenzen über 35 MHz wird eine Diode parallel zum Ausgang des 0,1...1 V-Generators eingeschaltet). , und die Antenne wird mit der 2. Harmonischen der Signalfrequenz abgestimmt). Der Resonanzkreis der 1. Antenne besteht aus einer Induktivität mit einem Durchmesser von 35 mm, die 5 Drahtwindungen mit d = 2 mm (Wicklungslänge -20 mm) enthält, und einem variablen Kondensator 12...495 pF. Die Transformatorkopplung erfolgte durch eine Koppelspule bestehend aus 1 Windung und bei einer Frequenz von 14 MHz aus 2 Windungen, die sich auf der Oberfläche der Resonanzkreisspule befanden. Die Induktivität der Koppelspule wird durch die Kapazität C2 kompensiert. Der in der zweiten Antenne enthaltene Resonanzkreis bestand aus einer Induktivität mit einem Durchmesser von 35 mm, die 29 Drahtwindungen d=l mm (Wicklungslänge - 65 mm) und einen Kondensator enthielt. Die Kommunikationsspule hatte 3 Drahtwindungen d=l mm. Die Resonanzfrequenzen der Antennen, Abmessungen und Parameter der Anpasselemente sind in der Tabelle angegeben.
Es hat sich herausgestellt, dass bei Verwendung von Tuning- und Matching-Systemen ein relativ niedriger SWR-Wert erreicht wird (ungefähr gleich für verschiedene Matching-Verfahren), aber der Prozess des Matching und Tuning sehr unterschiedlich ist. Bei Verwendung einer Verkürzungskapazität und einer Y-Anpassung sieht dieser Prozess ziemlich kompliziert aus und besteht aus mehreren Schritten: Abstimmen des Rahmens auf die erforderliche Resonanzfrequenz und dann sequentielles Ändern der Länge der Schleife, des Abstands, in dem sie sich befindet, und des Kapazität, die die Schleifeninduktivität kompensiert, begleitet von der Abstimmung der Resonanzfrequenz und der SWR-Steuerung. Ein derartiger Abstimmungs- und Anpassungsprozess bereitet erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere mangels ausreichender Erfahrung. Die Anpassung mithilfe eines Resonanzkreises ist viel einfacher: Die Antenne wird durch Ändern der Kapazität des Resonanzkreises angepasst. Durch Ändern des Transformationsverhältnisses wird dann der minimale SWR-Wert festgelegt (manchmal ist es erforderlich, die Kapazität C2 einzubeziehen, die die Induktivität L2 kompensiert). Es ist zu beachten, dass trotz der Tatsache, dass in Niederfrequenzbereichen ein deutlich geringeres SWR erreicht werden kann, die Effizienz der Antenne als strahlendes System in erster Linie durch die Effizienz bestimmt wird. Wenn die meisten Full-Size-Antennen diesen Parameter haben, was bestimmt Rizl Rizl
liegt nahe bei 1, dann wird bei verkürzten Antennen mit einem Strahlungswiderstand Rradis vergleichbar mit Rpot der Wirkungsgrad deutlich reduziert. Daher sollten Sie immer bedenken, dass stark verkürzte Antennen die zugeführte Energie in Wärme statt in Strahlung umwandeln. Unabhängig von der Anpassungs- und Abstimmmethode erweisen sich verkürzte Antennen als schmalbandig und müssen bei Frequenzänderungen angepasst werden. Und wenn bei einer Antenne mit Y-Anpassung und sich verkürzender Kapazität der Abstimmvorgang die Wiederholung fast aller aufgeführten Schritte beim Ändern der Frequenz erfordert, läuft der Abstimmvorgang bei einer Antenne mit Resonanzkreis auf eine geringfügige Änderung der Kapazität hinaus der Resonanzkreis. Dies macht solche Antennen sehr praktisch, insbesondere wenn das Abstimmelement zugänglich ist. Literatur 1. Rothammel K. Antennen. - M.: Energie, 1969
Autoren: M. Anisimov (UA3POC), M. Anisimov (UA3PML), Tula; Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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