ARMONIZAREA ANTENELOR VERTICALE
I. GRIGOROV, RK3ZK, Belgorod. p> Antenele verticale sunt adesea folosite de radioamatori, astfel încât interesul în armonizarea acestor antene cu linii electrice - datorită calității de coordonare depinde în mare măsură de eficiența antenei. O problemă deosebit de acută apare în potrivirea când impedanța de intrare antena substanțial diferită de impedanta val de alimentare utilizat (de exemplu, pentru rază scurtă de LF antene verticale). Mai jos, vor fi descrise principalele metode de potrivire a antenei asimetrice verticale, care sunt în condiții diferite și având lungimi diferite. De exemplu, pentru alimentare cu energie electrică antene sfert de undă la pământ folosesc frecvent potrivirea gamma, prin care poate fi conectat la cablul coaxial antena cu orice rezistență val, iar performanța și amatori de radio utilizate uneori potrivite antene verticale cu un cablu coaxial, prin varierea numărului de contragreutăți și unghiul de înclinare în raport antene.
Multe dintre metodele de potrivire propuse în articol sunt cunoscute amatorilor radio și sunt utilizate pe scară largă în practică. Cu toate acestea, unele metode dezvoltate de mult timp în urmă sunt acum uitate în siguranță. Cu toate acestea, amintindu-ne că unul nou este un vechi bine uitat, acestea sunt descrise în articol și pot ajuta amatorii radio în experimente cu antene verticale. De exemplu, sunt descrise mai multe antene de posturi radio de serviciu. Sper că informația dată va permite amatorilor radio să aleagă metoda de potrivire a antenei asimetrice verticale, care este optimă pentru el în condiții specifice.
Se potrivesc antenele cu un sfert de undă
schimbarea pantei contragreutăților
După cum știți, o antenă cu un sfert de undă plasată direct deasupra suprafeței conductive ideale are o rezistență de intrare de 36 ohmi. Impedanța de intrare antena cu cablul coaxial poate fi alimentat cu 75 ohm transformator val sfert setare realizate dintr-un cablu coaxial cu impedanța caracteristică de 50 ohmi (Fig.1). Din nefericire, instalarea unei antene asimetrice cu un sfert de undă pe o suprafață ideală de conducere este destul de rară. De exemplu, poate fi o variantă de plasare a unei antene cu o sfert-undă a benzii VHF peste corpul mașinii, care poate fi considerată o suprafață conductivă ideală.
Antena HF este instalată cel mai adesea direct deasupra unei suprafețe slab conductive, de exemplu pe un acoperiș din beton al unei clădiri. În plus, aproape orice sol poate fi vazut la lucru pe benzile HF ca o suprafață slab conductoare, care poate servi ca o antenă de monopol vertical „teren“. Acesta este motivul pentru care folosim contragreutăți pentru a asigura o bună "bază de radiotelefonie" necesară pentru funcționarea eficientă a unei antene verticale, asimetrice. Opțiunea optimă - utilizarea contragreutăților cu un sfert de undă. În acest caz, atunci când variația numărului de contragreutăți și unghiul de înclinare în raport cu antena PIN monopol vertical poate fi realizată prin potrivirea optimă a sistemului de antenă cu un cablu coaxial.
Să analizăm modul în care coordonarea se desfășoară în practică. Sfert de undă de antenă bici montat la o înălțime de cel puțin un sfert lungime de undă în raport cu suprafața solului slab desfășurarea și prevăzut cu trei sferturi de undă contragreutăți, în unghi de 90 ° la știftul (2), are o impedanță de intrare de la 40 la 50 ohmi. Prin urmare, un cablu coaxial standard de 50 ohmi poate fi utilizat pentru alimentarea acestuia. O creștere a numărului de contragreutăți la patru va reduce rezistența antenei la 40 ohmi. O creștere suplimentară a numărului de contragreutăți va reduce impedanța de intrare a unei antene verticale asimetrice la 36 ohmi. În acest caz, un cablu coaxial de 75 ohmi cu un transformator de potrivire cu un sfert de undă poate fi utilizat pentru alimentarea cu energie electrică, așa cum se arată mai devreme în Fig.
Pentru a mări rezistența de intrare a antenei cu patru contragreutăți la o valoare de 50 ohmi, contragreutățile sunt poziționate la un unghi de 135 ° față de pinul antenei (figura 3). Acest design este adesea folosit în antenele posturilor de radio oficiale VHF. Cu toate acestea, pentru ca rezistența unei astfel de antene să fie apropiată de 50 ohmi, este necesar să se așeze capetele contragreutăților pe suprafața conductivă la o înălțime de cel puțin un sfert din lungimea de undă. Această condiție este ușor de îndeplinită atunci când antena este montată pe un catarg metalic, așa cum se arată în Fig.
În mod similar, este posibilă producerea unei antene verticale asimetrice pentru benzile HF de înaltă frecvență. Cu toate acestea, cu o creștere a lungimii de undă la care va funcționa antena și, prin urmare, cu creșterea dimensiunilor sale, această condiție devine tot mai dificil de realizat.
Prin urmare, în practică, atunci când se construiesc antene pe benzi de joasă frecvență, capetele contragreutăților sunt adesea la o înălțime mică deasupra solului. În acest caz, impedanța de intrare a sistemului de antenă probabil nu va fi exact egală cu 50 Ohmi, și va depinde în mare măsură de proprietățile conductive ale pământului și setarea pini și antena contragreutăți de mai sus este înălțimea. Când bun impedanta de intrare conductivitate la sol a antenei poate fi mai mică de 50 ohmi, iar sfert de undă contragreutăți rezonante dispuse strâns deasupra suprafeței, nu va fi în mod inevitabil frustrat.
Cu un "teren slab conducător", impedanța de intrare a antenei se apropie de 50 ohmi și poate fi adaptată la un cablu coaxial cu aceeași impedanță. În condiții reale, sub pământ slab dirijabil, se poate înțelege un acoperiș din beton, un sol uscat etc.
Trebuie remarcat faptul că pentru funcționarea corectă a antenei de bici trebuie utilizat un număr par de contragreutăți, opuse diametral unul față de celălalt. În acest caz, curenții de înaltă frecvență care curg în contra-balanțele poziționate opus unul față de celălalt sunt compensate (figura 4), iar radiația panglicii exterioare a cablului coaxial este minimă. Cu un număr impar de contrabalansări, compensarea curenților de înaltă frecvență nu are loc și, ca urmare, este posibil efectul antenei alimentatorului.
Modelul de directivitate al unei antene asimetrice verticale cu contragreutăți prezintă modele de raze ale modelului de radiație de-a lungul contragreutăților. Cu un număr par de contragreutăți, modelul antenei se apropie din ce în ce mai mult de modelul circular. Antenele asimetrice verticale comerciale au în principiu un număr par de contragreutăți. În condiții amateurice, este posibilă instalarea unei antene verticale cu un număr egal și un număr impar de contragreutăți. Deoarece eficiența antenei biciului este proporțională cu numărul de contragreutăți, desigur, antena cu un număr mare de contragreutăți oferă cele mai bune rezultate.
Antene neechilibrate cu aranjament vertical al contragreutăților
Pentru a utiliza puterea verticală cablu coaxial antenă monopole, cu impedanța caracteristică de 75 ohmi, contragreutățile trebuie să fie poziționate la un unghi de 180 ° la pinul antenei (Figura 5). În practică, acest aranjament necesită o corecție experimentală a lungimilor contragreutăților; Datorită apropierii de catargul metalic, detuning-ul lor este inevitabil. O astfel de antenă verticală radiază la un unghi mic față de orizontală (aproximativ 24 °) și este foarte potrivit pentru asigurarea comunicațiilor în aval VHF aeriene și conexiuni pe distanțe lungi HF.
În antenele comerciale VHF, se utilizează deseori un pahar cu un sfert de undă în locul contragreutăților (figura 6). În condiții amatorice, producția unui sticlă cu un sfert de undă, deși dificilă, este totuși posibilă. Cu toate acestea, pentru a lucra la KB aceste antene sunt rar folosite din cauza structurilor greoaie ale catarge înalte - de fapt, pentru funcționarea corectă a acestui sistem de antenă este necesar ca capetele soldurilor au cel puțin o jumătate de undă deasupra solului (în cazul conductibilitate bună). Dacă această condiție este îndeplinită relativ ușor pe VHF, atunci este adesea dificil să lucrați cu KB.
Fig. 6
Factorul de scurtare a antenei verticale
La proiectarea unei antene monopole sfert de undă și este necesar sfertul de sticlă să ia în considerare coeficientul de scurtare, care depinde de pini și duza diametrelor. Frecvent, instalarea raportului amatori de scurtare antenă radio pentru PIN-ul și soldurile nu sunt calculate, și rareori este reglat în balanțele de rezonanță. În consecință, impedanța de intrare a unor astfel de antene poate să difere substanțial de valoarea teoretică, iar sistemul de antenă va necesita o coordonare suplimentară cu cablul coaxial. Pentru a determina coeficientul de scurtare a știftului K al antenei, se poate utiliza graficul prezentat în Fig. După cum se poate observa din grafic, coeficientul de scurtare a antenei depinde de raportul dintre diametrul său și lungimea de undă. Dar, în proiectarea efectivă a unei antene verticale KB sau VHF, elementele structurale contribuie la creșterea factorului de scurtare. Datorită fluxului de curent capacitiv între elementele de antenă, influența obiectelor străine, proprietățile conductive ale pământului și o multitudine de alți factori care sunt uneori dificil să se calculeze valoarea vitezei reale antene factor vibrator sunt de obicei mai mare decât valoarea sa teoretică.
Gamma de potrivire a antenelor bici
Dificultățile asociate cu potrivirea impedanței de intrare a antenei cu ajutorul contragreutăților fac ca amatorii de radio să se refere la alte tipuri de antene potrivite cu linii electrice. Să luăm în considerare gama de potrivire, care este adesea folosită în practica de radio amator. Pentru a facilita înțelegerea principiului funcționării sale, o reprezentare grafică a distribuției impedanței curente, a tensiunii și a impedanței de intrare a antenei pe lungimea unui știft vertical cu un sfert-val va ajuta (figura 8).
Fig. 8 Această figură arată că PIN-ul are un sfert de undă de curent alternativ de ventru de tensiune și nodul la capătul său. Impedanța de intrare a vibratorului trimestru variază de-a lungul lungimii sale de la un minim egal cu 36 ohmi la baza antenei direct la maxim - capătul superior deschis. nod de tensiune și curent ventru există la sfârșitul unei antene sfert de undă monopole, permite să efectueze împământare. În acest caz, atunci când conectați cablul coaxial la partea de jos a știftului (Figura 9), putem găsi un punct în care impedanța de intrare a antenei va fi egală cu 50 sau 75 ohmi, care vor fi folosite pentru a alimenta orice cablu coaxial antenă comună. Dispozitivul de potrivire a antenei descris este numit "potrivire gamma". Aparent, numele vine din limba greacă litera „gamma“, al cărui aspect seamănă cu proiectarea dispozitivului de potrivire.
Cu toate acestea, acest tip de potrivire nu este optim pentru antenele verticale. Alegerea unui punct pentru conectarea unui cablu coaxial la o antenă este o sarcină destul de laborioasă. Localizarea punctelor de alimentare ale antenei depinde de diametrul pinului, de materialul din care acesta este realizat, de calitatea terenului, de numărul și tipul de contragreutăți utilizate împreună cu această antenă și de multe alte motive. În plus, nu este întotdeauna posibilă compensarea completă a componentelor reactive ale impedanței de intrare a antenei.
În practică, schema de potrivire gamma prezentată în figura 10 este de obicei utilizată, care diferă de schema de potrivire gamma prezentată în figura anterioară prin prezența unui condensator variabil C1.
Cu acest condensator este posibil să se compenseze aproape complet componenta inductivă introdusă în impedanța de intrare a antenei prin potrivirea gamma, ceea ce vă permite să selectați inițial o lungime fixă h în proiectarea dispozitivului de potrivire, care poate fi puțin mai mare decât este necesar. Lungimea excesivă introduce o componentă inductivă în rezistența de intrare a antenei, compensată de un condensator variabil C1.
Dezvoltarea ulterioară a potrivirii gamma este potrivirea cu omega, schema fiind prezentată în Fig.
Coeziunea Omega diferă de schema de potrivire gamma prin prezența unui condensator C2, inclus între miezul central al cablului coaxial și solul antenei. Cu ajutorul acestui condensator, este posibil să se compenseze aproape complet componenta reactivă a rezistenței de intrare a antenei. Ca rezultat, obținem SWR = 1 pentru un cablu coaxial de orice impedanță de undă - ambele 50 și 75 ohmi. Datele constructive pentru producția de potrivire gamma și omega sunt prezentate în tabelul 1, iar valorile aproximative ale capacităților condensatorului variabil pentru diferite domenii de funcționare sunt prezentate în Tabelul 2.
Rezistența la răsucire a cablului coaxial, Ohm
Acum, pe Internet, la diferite site-uri de amatori pot găsi o mulțime de programe pentru a calcula parametrii gamma și aprobarea omega. Cu toate acestea, din moment ce nu orice amator de radio are un calculator și acces la Internet, tabelul de mai jos pot fi utile în proiectarea antenelor verticale utilizând aceste tipuri de acord. La fabricarea de dispozitive potrivite, în conformitate cu tabelele 1 și 2 nu este aproape necesar pentru a ridica jumper-ul în loc pentru a conecta reglarea antenei Cu toate acestea, în practică, acestea pot să difere, datorită caracteristicilor de proiectare ale antenei și influența obiectelor din apropiere Setarea gamma si omega-o armonizare acest caz poate fi realizată numai prin intermediul unui condensator variabil utilizând SWR sau puntea de înaltă frecvență este preferabil să se utilizeze o punte de simplificare înaltă frecvență procesul de configurare ayuschy. Inițial, impedanța de intrare antena este determinată de potrivire gamma. Dacă este deasupra rezistența val de cablu coaxial utilizat pentru a alimenta antena, h lungimea este redusă. Dacă este mai mare, lungimea lui h este mărită. Tuning Secvențial condensator C1 și modificarea lungimii h, antena selectată impedanță de intrare egală cu impedanța caracteristică a cablului coaxial. Când utilizați omega-potrivire, la finalul setărilor utilizând condensatorul C2 atinge componenta minimă reactivă a impedanței antenei
Condensatoarele C1 și C2 trebuie să fie închise într-o cutie protectoare împotriva umezelii. Acestea pot fi proiectate pentru o tensiune scăzută de funcționare. Cu toate acestea, este de dorit să se utilizeze condensatoare variabile cu dielectric de aer. Un curent considerabil curge prin condensatorul C1, deci trebuie să aibă o mică rezistență de contact în rotor. O opțiune foarte bună este utilizarea unui condensator tip "fluture". Este posibil să se includă în mod consecvent doi condensatori variabili conectați printr-un rotor comun.
Coordonarea antenelor verticale cu o lungime diferită de l / 4.
Nu este întotdeauna posibilă instalarea unei antene verticale cu un sfert de undă. Uneori este utilizat pentru fabricarea vibratorul este deja disponibil antenă sau dipol lungime militară verticală debitată este selectat pe baza unei operațiuni de compromis mai multe trupe de amatori. În acest caz, impedanța de intrare a antenei va fi diferit pentru diferite intervale, și necesitatea de a oferi potrivire impedanta de intrare a sistemului de antenă cu impedanța cablului coaxial. Pentru o mai bună înțelegere a principiilor teoretice de potrivire a antenei verticale de lungime arbitrară, ia în considerare distribuția de curent și tensiune în înălțime pini L. După cum se vede din Fig.12, atunci când lungimea bolțului de antenă verticală egală cu l / 4, impedanța de intrare a antenei la o locație verticală, deasupra unei suprafețe perfect efectuarea va fi 36 ohmi. Când lungimea antenei verticale în interiorul l / 8 l / 4, impedanța de intrare a acestei antene va fi în intervalul 15 36 ohmi. Dacă lungimea PIN-ul este l / 4 H l / 8, rezistența va fi în intervalul de 36 de 100 ohmi. La valori intermediare ale lungimile axelor de rezistență radiației sale va fi în interiorul sau 100. 1000 ohmi, 10 ohmi sau mai puțin
Atunci când se utilizează furaje antena verticala de cablu coaxial cu impedanța caracteristică de 50 ohmi sau 75, cel mai mare interes este porțiunea în care impedanța de intrare a știftului variază în intervalul de la 36 la 100 ohmi. Este în acest domeniu pot fi alinia în mod optim antena verticala cu un cablu coaxial. Figura 12 arată, de asemenea, semnul componentei reactive a impedanța de intrare a pivotului la schimbarea lungimii sale. În timpul funcționării, antena în acest domeniu, pentru a compensa rezistența de intrare reactivă, jambon frecvent utilizate reactanță includerea de semn opus. De exemplu, în serie cu PIN-ul „scurt electric“ includ așa-numitele „lungire“ inductanță compensator impedanță de intrare capacitiv în serie cu PIN-ul „lungime electrică“ antene verticale includ așa-numitul „scurtat“ capacitate care servește pentru a compensa inductiv PIN-ul de intrare impedanta. Există și alte metode de potrivire impedanța de intrare a antenei verticale cu impedanța cablului coaxial. Mai mult vor fi luate în considerare în detaliu
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: