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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Einrichten und Testen von UKW-Antennen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Antennen. Aufmaß, Aufbau und Abgleich Die Reichweite der Funkkommunikation und die Qualität ihrer Arbeit hängt nicht nur von der richtigen Wahl des Antennentyps ab, sondern auch von der richtigen Konfiguration dieser. Dies gilt insbesondere für den Ultrakurzwellenbereich, wo hauptsächlich hochgerichtete Antennen zum Einsatz kommen, die es ermöglichen, die Reichweite und Störfestigkeit des Radioempfangs deutlich zu erhöhen. Der Zweck dieses Artikels ist es, Funkamateuren die notwendigen Informationen zum Einstellen und Testen von UKW-Antennen mit einfachen, selbst hergestellten Geräten zu geben. In einem Artikel ist es unmöglich, alle von Amateuren verwendeten Antennentypen zu berücksichtigen, daher werden wir versuchen, nur über Vibrationsantennen zu sprechen, deren Installation viel mit der Installation anderer Antennentypen gemeinsam hat. Hauptparameter von Antennen In der Amateurpraxis reicht es beim Testen von Antennen-Speise-Systemen aus, das Antennendiagramm zu nehmen, seinen Gewinn zu messen und die Anpassung der Speiseleitung zu überprüfen. Ein Antennenmuster ist eine grafische Darstellung der relativen Leistung oder Feldstärken, die von einer Antenne in verschiedenen Richtungen und in gleichen Abständen von ihr erzeugt werden. Strahlungsdiagramme geben eine Vorstellung vom Gesamtstrahlungsdiagramm der Antenne. Auf Abb. Fig. 1 zeigt ein Beispiel für die Konstruktion des Strahlungsmusters einer Vibrationsantenne in Polarkoordinaten, die aus einem Strahler, einem Direktor und einem Reflektor besteht. Das Diagramm wurde in der horizontalen Ebene einer horizontal angeordneten Antenne aufgenommen.
Der Antennengewinn e ist eine Zahl, die angibt, wie oft die Strahlungsleistung einer bestimmten Antenne in Richtung der maximalen Strahlung (PSmax) größer ist als die maximale Strahlungsleistung eines Halbwellenvibrators (PSl/2) mit derselben Eingangsleistung in beiden Fällen
Dabei wird angenommen, dass sich der Halbwellenschwinger im freien Raum befindet und die von ihm abgestrahlte Leistung gleich der Eingangsleistung ist.
Eine notwendige Bedingung für den normalen Betrieb einer Empfangs- oder Sendeantenne ist die Gleichheit ihrer Eingangsimpedanz mit der Wellenimpedanz der Versorgungsleitung und dementsprechend mit der Eingangsimpedanz des Empfängers oder Senders. Wenn die Impedanz der Leitung nicht gleich der Impedanz der Last ist (die Leitung ist nicht angepasst), wird ein Teil der Energie von der Last zurückreflektiert, wodurch der kombinierte Wellen-"Einfall" vom Sender zur Antenne verursacht wird, a stehende Welle. Indem man ein Hochfrequenz-Voltmeter an die Leitung anschließt und es entlang der Leitung bewegt, kann man sehen, dass die Messwerte des Geräts periodisch ihren Wert ändern (Abb. 2). Der Koeffizient der Wanderwelle der KBV-Linie wird in diesem Fall als Verhältnis des minimalen Messwerts des Geräts zum maximalen bestimmt:
Der Wert dieses Koeffizienten charakterisiert die Qualität des Feeders. Wenn beispielsweise die Last der Speiseleitung kurzgeschlossen oder getrennt wird, ist die CBV Null. Bei voller Zustimmung ist der KBV gleich eins. Messgeräte Die einfachsten Indikatoren für Spannung und Strom an einer Zuleitung oder Antenne sind zwei Lampen – Glühlampen und Neonlampen. So erzeugen eine 3,5-V-Taschenlampenbirne und eine Neon-MH-3-Glühbirne ein Leuchten, wenn die ihnen zugeführte Leistung 3-6 W beträgt. Um die Empfindlichkeit der Spannungsanzeigelampe zu erhöhen, wird manchmal ein kleiner Leiter an deren Sockel angelötet. Ein notwendiges Gerät für Antennenmessungen ist ein Feldanzeiger. Es besteht aus einem Vibrator, in dessen Lücke eine Diode und ein Gerät geschaltet sind (Abb. 3).
Die Drosseln Dr1 und Dr2 sind auf VS-2-Widerstände (jeweils 100 kOhm) gewickelt und verfügen über 30 Windungen PE-0,5-Draht, gewickelt mit variabler Steigung. Für die Frequenzen 420-435 MHz müssen diese Drosseln 5 Windungen haben. Wenn die Empfindlichkeit des Geräts auf mindestens 200 μA eingestellt ist (der Rahmenwiderstand beträgt etwa 750 Ohm) und der Potentiometerknopf auf die Position des geringsten Bypasses des Geräts eingestellt ist, können die Anzeigewerte als proportional zum Feld betrachtet werden Leistung. Bei einem korrekt ausgeführten Feldindikator fällt das Empfangsmaximum mit der Richtung senkrecht zu seiner Mitte zusammen. Bei der Arbeit mit dem Feldindikator wird der Abstand zwischen ihm und der untersuchten Antenne auf mindestens (2,5-3) l eingestellt. Es wird empfohlen, die abstimmbare Antenne und das Anzeigegerät in einem offenen Bereich frei von Gebäuden, Wäldern usw. zu platzieren (Abb. 4). Wenn der aktive Vibrator der zu testenden Antenne horizontal installiert ist, muss die Indikatorantenne auch horizontal installiert werden, und umgekehrt, wenn der Antennenstrahler vertikal ist, wird die Indikatorantenne vertikal platziert.
Zur Messung des KBV kann eine gewöhnliche Brücke verwendet werden. Die gemessene Linie ist in einem seiner Arme enthalten (Abb. 5).
Wenn die Leitung angepasst ist, ist die Eingangsimpedanz der Leitung gleich dem Widerstand von R3, die Widerstände von R1 und R2 sind gleich, die Brücke ist ausgeglichen. Das Brückenvoltmeter zeigt Null an. Wenn die Leitung jedoch nicht angepasst ist, wird die Brücke nicht abgeglichen. In diesem Fall kann die Skala des Voltmeters direkt nach dem Koeffizienten der Wanderwelle skaliert werden. Das schematische Diagramm der Brücke ist in Abb. 6 dargestellt. XNUMX.
Eigentlich wird die Brücke hier durch die Widerstände R1, R2, R3 und den Eingangswiderstand der Leitung gebildet, die mit dem "line"-Anschluss verbunden ist. Hochfrequenzspannung wird an den Anschluss "Eingang" angeschlossen. Beim Anschluss des Voltmeters an die „Input“-Buchsen wird die Eingangsspannung gemessen, beim Anschluss des Voltmeters an die „Line“-Buchsen wird die Spannung in der Diagonalen der Brücke gemessen. Die Abstufung der Brücke liegt darin, dass die Voltmeternadel bei gleicher angelegter Spannung sowohl bei offenem als auch bei geschlossenem „line“ -Anschluss auf die volle Skala abweichen sollte. Wenn dies nicht funktioniert, müssen die Widerstände R1 und R2 ausgewählt werden. Schließen Sie dann einen aktiven Widerstand gleich dem Widerstand Rs an den Anschluss "Leitung" an. Null-Voltmeter-Messwerte (unabhängig von der Frequenz) zeigen den normalen Betrieb des Geräts an. Mit einem hochohmigen Voltmeter entspricht die Ablesung des Wanderwellenverhältnisses dem Diagramm in Abb. 7. Die Brückenschaltung kann verwendet werden, um die Eingangsimpedanz einer angepassten Leitung oder die Eingangsimpedanz einer Antenne bei ihrer Resonanzfrequenz zu messen. Dazu muss der Widerstand R3 variabel und abgestuft sein. Sein Wert wird auf 680 Ohm hochgenommen, die Widerstände R1 und R2 haben jeweils 240 Ohm. Wenn die Brücke ausgeglichen ist, ist der gemessene Widerstand offensichtlich gleich R3. Bei der Messung der Eingangsimpedanz einer Antenne muss die Brücke über ein etwa eine halbe Welle langes Kabel mit der Antenne verbunden werden, um den Einfluss der Hände zu eliminieren.
Antennenabstimmung Unabhängig davon, in welchem Modus die Antenne betrieben wird, kann sie sowohl im Sendemodus als auch im Empfangsmodus abgestimmt und getestet werden. In der Praxis ist es bequemer, Einstellungen im Übertragungsmodus vorzunehmen. Wird zu diesem Zweck anstelle des Empfängers ein Generator an die Antennenspeisung angeschlossen, so sollte für eine genauere Messung der Wert seines Ausgangswiderstandes gleich dem Eingangswiderstand des abgeschalteten Empfängers sein. Wird die Zuleitung der abgestimmten Antenne direkt an die Endstufe des Senders angeschlossen, so ist zu beachten, dass bei starker Verbindung der Sender verstimmt werden kann und die Generatorleistung während des Antennenabgleichs instabil wird. Um dies zu vermeiden, ist es erforderlich, die Abstimmung möglichst mit einer Mindestverbindung zwischen Antenne und Generator durchzuführen, die eine zuverlässige Abschirmung aufweisen muss. Eine Antenne kann nur dann gut funktionieren und ihre Eigenschaften beibehalten, wenn sie vom Sender richtig mit Energie versorgt wird. Vor dem Aufbau von Antennen, die eine symmetrische Stromversorgung erfordern, ist es daher notwendig, die Symmetrie der Antennenstromkreise zu bestimmen. Dies kann erreicht werden, indem identische Glühlampen an die Enden des Dipols angeschlossen werden. Das ungleichmäßige Leuchten der Glühbirnen weist auf eine Asymmetrie hin, deren Ursache meist in der fehlerhaften Ausführung der Ausgleichsvorrichtung (Viertelwellenschleife, „U-Knie“ usw.) liegt. Glühbirnen sind so vorselektiert, dass sie bei gleicher Spannung gleich leuchten. Vollständige Symmetrie ist durch die Gleichheit der Spannung und eine andere Phase (entgegengesetzte Vorzeichen) in jedem Abschnitt der Drähte gekennzeichnet. Nach Überprüfung der Symmetrie und Beseitigung der Asymmetrie fahren sie mit der Abstimmung fort. Das Abstimmen des Antennen-Halbwellen-Vibrators reduziert sich auf das Einstellen der Länge des Vibrators. Bei einer bestimmten Länge des Vibrators wird seine eigene Resonanzfrequenz gleich der Frequenz des Senders, wodurch die von der Antenne übertragene Leistung maximal ist. Finden Sie mit der Feldanzeige, die in Richtung der größten Strahlung des Vibrators (senkrecht zu seiner Mitte) eingestellt ist, eine solche Länge, bei der die Messwerte des Geräts maximal sind. Es wird empfohlen, die Länge des Vibrators um 10% kürzer als die berechnete zu machen und ihn beim Aufstellen mit Hilfe von Rohren oder Düsen, die fest ineinander gleiten, genauer einzustellen. Wenn die Konstruktion des Vibrators keine Einstellung vorsieht, ist es ratsam, seine Eigenfrequenz zu überprüfen. Nach der Einstellung des Vibrators wird die Übereinstimmung des Speisers durch Messung des Wanderwellenkoeffizienten überprüft. Dazu wird eine Brücke an die Einspeisung angeschlossen, an deren anderem Ende sich eine Antenne befindet. Der BEF-Wert für Sendeantennen muss mindestens 0,5 betragen, für Empfangsantennen mindestens 0,6-0,8. Bei niedrigem BV können Sie beispielsweise einen Anpassungstransformator zwischen Kabel und Antenne schalten, der einen etwa l/4 langen Kabelabschnitt darstellt, wobei l die Betriebswellenlänge ist. Die charakteristische Impedanz dieses Segments Wtr sollte gleich sein
wo: W - Wellenwiderstand des Speisers, RАist die Eingangsimpedanz der Antenne. Danach wird der Feeder an den Empfänger (oder an den Sender) angeschlossen, die KBV erneut gemessen und ggf. eine Anpassung durchgeführt (eine Beschreibung verschiedener Anpassgeräte finden Sie im Buch von Linde D.P. „Antenna-feeder Geräte" M-L., Gosenergoizdat, 1953). Nach dem Einstellen des Zubringers wird der Vibrator gegebenenfalls erneut eingestellt. Richten Sie eine Zwei-Vibrator-Antenne mit einem Reflektor ein (Abb. 8, a), und beginnen Sie mit der Einrichtung des Senders.
Zum Justieren des Strahlers muss der Reflektor entfernt werden. Nachdem der Emitter und der Feeder konfiguriert sind (das Konfigurationsverfahren ist oben beschrieben), wird der Reflektor installiert und konfiguriert. Dazu wird der Feldanzeiger zunächst hinter der Antenne gegen den Reflektor montiert. Indem man den Reflektor entlang der Antenne bewegt oder seine Länge ändert (oder beides), erreicht man die größte Strahlungsdämpfung in dieser Richtung (nach hinten). Dann wird der Zeiger im gleichen Abstand von der Antennenmitte wie im vorigen Fall in Richtung der Hauptabstrahlung bewegt und der Reflektor in gleicher Weise auf maximale Abstrahlung (vorwärts) eingestellt. Durch mehrmaliges Wiederholen dieses Vorgangs strebt man danach, die größte Vorwärtsstrahlung im Vergleich zur Rückwärtsstrahlung zu erhalten. Bei Antennen, die sowohl senden als auch empfangen werden, wird der Reflektor in der mittleren Position zwischen den Punkten befestigt, die der Einstellung für maximale Abstrahlung nach vorne und minimale Abstrahlung nach hinten entsprechen. Bei Sendeantennen wird der Reflektor in der Position maximaler Abstrahlung nach vorne und bei Empfangsantennen minimaler Abstrahlung nach hinten belassen. Erfahrungsgemäß unterscheiden sich diese Bestimmungen nur geringfügig. Wenn sowohl nach hinten als auch nach vorne verstellt wird, kann der Anzeigewert gleichzeitig sinken. Das bedeutet, dass die abgestrahlte Leistung durch den starken Einfluss des Reflektors auf den Strahler abgenommen hat, was gleichzeitig die Speiseranpassung verletzt. Lässt sich die Speiseranpassung nicht einstellen, muss eine solche Position des Reflektors gefunden werden, bei der die Abstrahlcharakteristik noch zufriedenstellend ist und der Abfall der abgestrahlten Leistung nicht sonderlich auffällt. Die Kombination einer guten Verstärkung in der Hauptrichtung mit einer großen Dämpfung der Rückstrahlung wird erreicht, wenn der Abstand zwischen dem Reflektor und dem Emitter innerhalb von 0,1–0,3 l liegt. Da die Elemente der Antenne einen großen gegenseitigen Einfluss haben, müssen Sie nach dem Einstellen des Reflektors den Sender und den Feeder neu einstellen. Wesentlich bequemer ist es, mit zwei Feldanzeigern zu arbeiten. Nachdem sie einen von der Seite des Reflektors und den anderen von der Seite des Emitters installiert haben, bestimmen sie sofort das Vorwärts-Rückwärts-Verhältnis, indem sie die Messwerte der Indikatoren dividieren. Außerdem ist es dadurch möglich, den Einfluss von Änderungen der Generatorleistung während der Messung auszuschließen und die Position des Reflektors schnell zu bestimmen. Beim Aufbau einer dreielementigen Antenne mit Reflektor und Direktor (Abb. 8, b) wird zunächst auch der Sender justiert. Beim Abstimmen werden sein Reflektor und sein Direktor entfernt oder mit einem speziellen Jumper ausgeschaltet. Nach dem Justieren des Emitters und dem Anpassen des Feeders beginnen sie mit dem Aufbau des Direktors, der ebenso wie der Reflektor auf die maximale Abstrahlung nach vorne im Vergleich zur Abstrahlung nach hinten eingestellt ist. Im Gegensatz zum Reflektor, dessen Länge bei der Verstellung gegenüber der Länge des Emitters zunimmt, verkürzt sich der Direktor bei der Verstellung. Der Direktor kann auch abgestimmt werden, indem der Abstand zwischen ihm und dem Emitter ausgewählt wird. Dieser Abstand liegt innerhalb von 0,1–0,2 l. Als nächstes installieren und konfigurieren Sie den Reflektor. Bei der Herstellung von Antennen ist es sinnvoll, Vorrichtungen zum vorübergehenden Abschalten von Reflektoren und Direktoren vorzusehen. Dazu werden diese Elemente in der Mitte durchtrennt und mit Kurzschlussbrücken versehen. Die Jumper müssen Schrauben haben, um sie zu sichern, wenn die Einstellung abgeschlossen ist. Das Abstimmen von Antennen mit einer großen Anzahl von Vibratoren (Typ "Wellenkanal") ähnelt dem Abstimmen einer oben beschriebenen Drei-Element-Antenne. Nach dem Einstellen des Emitters wird der erste in der Nähe befindliche Direktor eingestellt, dann der zweite (ohne den ersten zu entfernen), der dritte usw. Als letztes wird der Reflektor justiert, der beim Aufstellen von Emitter und Direktoren ausgeschaltet oder entfernt werden muss. In dieser Reihenfolge werden diese Operationen mehrmals wiederholt. Zu beachten ist, dass die Einrichtung und Anpassung von Systemen mit vielen Direktoren (mehr als drei) schwierig ist. Das Strahlungsmuster solcher Antennen ist sehr kritisch für die Änderung des Ortes und der Länge jedes Direktors. Die Antennenabstimmung im Empfangsmodus wird mit einem Hilfsgenerator mit einer Leistung von etwa 1 mW durchgeführt. Der Generator wird auf einen Vibrator belastet, dessen symmetrische Stromversorgung dadurch erreicht wird, dass der Generator nach einer Gegentaktschaltung ausgeführt wird oder indem eine Ausgleichsvorrichtung eingeschaltet wird. Der Empfänger ist mit der zu testenden Antenne verbunden. Das Signal im Empfänger wird mit einem mit der Detektorlast in Reihe geschalteten Mikroamperemeter überwacht. Während der Messung sollte die Empfängerverstärkung nicht zu hoch sein. Andernfalls wird die Signalamplitude begrenzt und das Abstimmmaximum nicht gefunden. Das Wesen des Abstimmverfahrens im Empfangsmodus unterscheidet sich nicht von dem oben beschriebenen Verfahren. Diejenigen Elemente der Antenne, die im Sendebetrieb auf die maximale Abstrahlung abgestimmt sind, sind im Empfangsbetrieb auf das Maximum des empfangenen Signals abgestimmt. Durch die Einstellung des Reflektors oder Direktors auf das günstigste Front-to-Back-Verhältnis wird die Generatorantenne abwechselnd in gleichen Abständen hinter und vor der Antenne platziert. Antennenmuster entfernen Es ist bei weitem nicht immer möglich, die volle Charakteristik der Antenne im Bereich von 0 bis 360° zu erfassen. Ein Urteil über die Richtigkeit der Einstellung kann bereits einen Teil des Diagramms innerhalb von 30-40 ° zu jeder Seite des Fernlichts geben. Das Strahlungsdiagramm in der horizontalen Ebene kann aufgenommen werden, indem die zu untersuchende Antenne mit einem festen Feldindikator gedreht wird oder indem man mit dem Indikator um die Antenne herumgeht. Im letzteren Fall wird der Indikator genau entlang des Kreises bewegt, in dessen Mitte sich die abgestimmte Antenne befindet. Zur besseren Orientierung ist der Kreis alle 10° durch Stifte geteilt. Beim Charting muss darauf geachtet werden, dass die Sendeleistung konstant bleibt. Es ist sehr bequem, eine solche Kontrolle mit Hilfe des zweiten Feldindikators durchzuführen, der in Richtung des Strahlungsmaximums eingestellt ist. Die Messwerte des festen Indikators werden gleichzeitig mit den Messwerten des tragbaren Indikators aufgezeichnet, und dann werden die Messwerte des letzten (tragbaren Indikators) durch den entsprechenden Messwert des ersten (festen) für jeden Richtungswinkel dividiert und ein entsprechendes Diagramm erstellt zu den gewonnenen Daten. Die Nichtübereinstimmung des Strahlungsmaximums mit der geometrischen Achse der Antenne weist auf eine Asymmetrie hin, und eine merkliche Verzerrung des Diagramms ist häufig auf Reflexionen an Fremdkörpern zurückzuführen. Für ein Strahlungsmuster, das das Feld hinsichtlich der Leistung charakterisiert, wird die Breite des Musters (in Grad) bei einem Pegel von 0,5 vom Maximum gemessen (Abb. 1). Gewinnmessung Die zu testende Antenne und der Feldanzeiger werden wie beim Setup-Vorgang positioniert (Abb. 4). Die Sendeleistung wird so eingestellt, dass die Feldzeigernadel auf den Skalenendwert a abweichtмакс. Danach wird der Sender ausgeschaltet und anstelle der gemessenen Antenne ein Halbwellen-Vibrator eingesetzt und angeschlossen. Schalten Sie dann den Sender wieder ein und notieren Sie sich die Instrumentenanzeige amin. Berechnen Sie den Gewinn l der Antenne anhand der Formel
Genauere Messungen können mit einem Generator durchgeführt werden, der einen kalibrierten Ausgang hat. Durch abwechselndes Anschließen des Generators an die zu testende Antenne und den Vibrator wird die Anzeige so eingestellt, dass sie in beiden Fällen denselben Wert anzeigt. Dann e=Pmax/Pmin, (5) Dabei ist Pmax die Generatorleistung, die den Halbwellenvibrator anregt, Pmin ist die Generatorleistung, die die gemessene Antenne anregt. So hat beispielsweise eine dreielementige Antenne einen Direktor und einen Reflektor e=4-6. Autor: A. Schur; Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru
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