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無線電子工学および電気工学の百科事典 小型送受信アンテナについて。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
最近、小型の受信アンテナと送信アンテナに関するアマチュア無線の文献に多くの出版物が掲載されています。 それらは、放送局やテレビ局の受信、無線通信、方向探知などに広く使用されています（特に携帯機器や移動体で）。そのため、このようなアンテナの比較分析、長所と短所の説明、および電気的に小さなアンテナに関連するいくつかの「伝説」についての会話。 たとえば、近接干渉の作用下では、受信磁気アンテナが電気アンテナよりも優れていることは常にありますか[1]。 これを理解してみましょう。 定義から始めましょう。 電気的に小さいアンテナ（ESA）は、入力端子から測定したアンテナの最大サイズが超えない場合、寸法が波長lよりもはるかに小さいアンテナ、またはS.ShchelkunovとG.Friis[2]による定義によるアンテナです。 l/8。 電気的に小さなループアンテナは磁気アンテナ（MA）と呼ばれ、MAを送信するニアゾーン（3よりはるかに短い距離）では、電磁界の磁気成分Hが至る所に存在します（電気成分Eと磁気-E/H-は遠方ゾーンよりもはるかに少ない）。 受信側のMAは、それに応じて、電気的なものよりも交流磁場の影響を受けやすくなります。つまり、コンポーネントの選択性があります[11]。 逆に、電気アンテナ（EA）（導電面の上の短いピンまたはlよりはるかに短い長さのダイポール）は、E成分の影響を受けやすくなります。フレームの周囲が動作波長に匹敵する場合、その場合、MAプロパティはありません。 したがって、たとえば、周囲長が10 mのフレームは、KB範囲、たとえば20〜XNUMXMHzの周波数帯域で大きなコンポーネント選択性を持ちません。 同様に、サイズがlに匹敵するダイポールは、示された意味での電気アンテナではありません。 MAに強磁性コアが存在する必要はまったくありませんが、存在する場合、アンテナはフェライトと呼ばれます。 今メインについて 1.干渉条件下での受信時の磁気アンテナは、電気アンテナよりも常に優れているとは限りません。 MAは、干渉源が受信デバイスの近ゾーンでEコンポーネントが優勢な電磁界を生成した場合、コンポーネントの選択性により、単純なEMAの中で最高のノイズ耐性を提供できます[3]。 ただし、これは常に行われるわけではありません。 たとえば、電力ネットワークを切り替えると、これらのネットワークのセクションに広いスペクトルの減衰電磁波が発生します。 受信機アンテナがそのようなネットワークのワイヤの近くに配置されている場合、近接場ではインパルスノイズとして認識されます。 与えられた狭い受信帯域での干渉の電流成分と電圧成分の振幅は、ほとんどの場合、ワイヤに沿って不均一に分布しています。電流波腹（最大）と電圧波腹のゾーンがあります（図1）。
ニアゾーンの電磁界もラインに沿って不均一です。 電流の腹の近くでは、磁気成分が優勢であり、電圧の腹の近くでは、電気成分が優勢です。 領域1（図1）では、MAが最高のノイズ耐性を示し、領域2-EAでは最高のノイズ耐性を示します。 実験によると、定在波の強度と電圧および電流の波腹の分布は、ネットワークに接続されている負荷の数や性質など、さまざまな条件に依存することが示されています。 平均して、同じ確率で、受信機は電流または電圧の波腹の近くにある可能性があります。 したがって、時々報告されるように、磁気アンテナが「産業用」干渉の影響を受けにくいとは限らない。 また、ループアンテナ全般について言えば、これは言えません。 [4]で説明されているように、短いワイヤ（ピン）から適切な対称シールドフレームに移動するときに、本当に常に大幅な改善が行われるのはなぜですか？ （そしてこの事実は問題の妄想を積極的に支持しています）。 事実、ほとんどの場合、アンテナとしての短いワイヤがアンテナシステムの唯一の放射（受信）要素ではありません。送信機（受信機）ハウジングに接続された主電源、接地、およびその他の金属構造のワイヤも参加します。放射線（受信）。 多くの人は、送信機本体、加熱パイプに触れるとネオンランプが点灯する状況に精通しています...このような「アンテナシステム」が受信で使用される場合、リストされているすべての要素があらゆる種類の干渉を認識します。多くの交換回線と回線（電源、電話など）がある建物。 しかし、短い対称ダイポールを作成することは、高品質のフレームよりもさらに簡単です。 電磁界に対するフィーダー線の感受性を排除し、アンテナ以外の側道による受信機への信号の侵入を排除することだけが必要です。 上記の誤解が受信MAの選択性の過大評価であった場合、別の非常に一般的な誤解は、おそらく送信MAがEAよりもはるかに悪いというものです。 多くの出版物では、送信に取り組む場合、放射抵抗がはるかに低いため、小さなフレームは同等のサイズの電気アンテナよりもはるかに効果が低いと主張されています。 確かに、長さlの双極子の場合SD= 20p2（l / l）2、周囲がlの丸いフレームSP= 20p2（l / l）4。 同じl=1mおよびl=80 mの場合、RSP/RSD=1/6400。 放射電力は次のとおりです。PS= Ia2RSここで、Iaは接続ポイントでのアンテナ電流の実効値です。 最後の式から、ループ内の電流がダイポールの入力電流の80倍である場合、アンテナから放射される電力が等しいことが期待できるということになります。 それは本当ですか？ それはかなり判明しました。 2.整合回路の損失を考慮すると、電気的に小さいダイポールとループは、伝送作業時の効率の点でほぼ同等です。 アンテナの効率Eは、放射電力と発電機からの電力の比率に等しく、アンテナ自体の損失抵抗（Ra）だけでなく、必要なマッチング要素の損失抵抗（Ra）にも依存します。リアクタンス補償）Rc：E \ uXNUMXd RS/（RS+RA+ Rc）、図を参照してください。 2。
表皮効果を考慮した、周囲長lのフレームのアンテナの有効抵抗（オーム）は次のとおりです。
ここで、dは導体の直径（mm）、mgはアンテナ材料の比透磁率、sおよびsм -長さlのダイポールのアンテナ材料と銅のそれぞれの比抵抗：R地獄=RaP/3。 マッチング要素のアクティブ損失は、パラメータと品質係数によって異なります。Rc= ¦Xa¦ / Qc、ここでXaは、アンテナ入力インピーダンスの無効成分であり、lに対して容量性で、フレームに対して誘導性であり、EMA ¦Xに対してaP¦ <¦X広告¦マッチングエレメントは、アンテナ回路に直列共振を提供します（Xa + Xc = 0）。 ダイポールQsd=200 ... 400、フレームQsr = 1000...2000の実際の品質係数。 リアクタンス（オーム）は、次の式を使用して計算できます。
それらは、前のものと同様に、既知の関係に基づいて取得されます（たとえば、[5–7]を参照）。 銅製（d = 10 mm）のダイポールアンテナとシングルターンループアンテナの計算結果を、l = 80 m、Qsd = 200、Qcp=1000で表に示します。 表 1. 長さ l の双極子の計算データ
表 2. 周長 l のフレームの計算データ
表 3. 直径 l のフレームの計算データ
彼らは、小さなフレームが同等のサイズのダイポールよりもさらに効率的である可能性があることを示しています。もちろん、効率自体は非常に小さく、相対的なサイズが小さくなるにつれて大幅に低下します。アルミニウムについても同様の計算を行ったところ、効率の低下はフレームで 12%、フロントで 0,2% にとどまることが示されました。他のパラメータが同じである l=160 m の場合、効率は平均 20% 悪くなることが判明しました。提示された結果は、完全な導電性表面上のピンについて得られた [8] のデータとよく一致しています。したがって、R の減少によりフレームの効率が急激に低下すると、SPの場合、マッチング要素の損失が大きくなるため、ダイポールの効率は同じくらい急速に低下します。 3.効率の点でほぼ同等である場合、小さいフレームまたは小さいダイポールのどちらが良いですか？ 損失のある誘電環境（オペレーターの体、建築材料など）で作業することの最も重要な利点は、ループの共振周波数（離調）および効率（挿入損失）に対する環境の影響がはるかに弱いことです。ダイポールへの影響。 著者は、同じ電力とアンテナのジェネレーターを使用して送信機をテストしました。フレームの直径は42 cm、ダイポールの長さは120cmです。 波長82m。自由空間（遠方界から推定）に配置された両方のアンテナの効率はほぼ同じであることが判明しました。 木の幹、オペレーターの体、ダイポールの横の手は何十回も電界強度を変化させ、フレームはオペレーターの背中のバックパックに入れたり、首に付けたり、雪に完全に埋めたりすることができましたが、これはしませんでしたフィールドパラメータの顕著な劣化につながります。 もちろん、金属物体との電気的接触はフレームに大きな影響を与える可能性がありますが、これには簡単な解決策があります-絶縁。 小さなフレームの他の利点：カウンターウェイトを必要とせず（たとえば、短いピンなど）、絶縁の品質に対する要求が少なく、送信時の生体組織への影響が少ない（近接場の電気的損失）小さな双極子の方がはるかに大きい）、機械的に強い。 垂直偏光による指向性が役立つ場合もありますが、そうでない場合もあります。 磁気アンテナの帯域幅は、電気アンテナの帯域幅よりもいくらか狭いです。 ただし、表からわかるように、アンテナが小さいほど帯域幅が狭くなると考えるのは間違いです。 ダイポール回路の品質係数Qefの増加は、マッチングコイルの損失の増加によって防止され、サイズの減少に伴うMA回路の品質係数の増加は、それ自体のインダクタンスの減少によって防止されます。 MAの製造と運用の難しさは、接続でのアクティブな損失を最小限に抑えることにあります。 ループ電流はダイポール電流の数十倍であるため、不良接点でのエネルギー損失は数百倍、数千倍になります。 実際には、これはねじ山接続（はんだ付けまたは溶接のみ）の不適切さと非接触調整要素の必要性を意味します。 したがって、特に非強磁性環境で動作する場合、磁気アンテナの利点はより大きくなります。 4.マルチターンの小さなフレームには、同じ直径のシングルターンのフレームよりも利点がありますか？ これも質問の2つであり、その答えは明確ではありません。 表から。 図3と図1を見ると、シングルターンフレームの場合RE1<であることがわかります。S1/ 2RA1。 整合素子の放射抵抗と損失抵抗は巻数（N2）のXNUMX乗に比例し、固有損失抵抗は巻数（N）に比例するため、Nターンフレームの効率は次のようになります。次の式で概算：EN=RS1N /（1 + N）RA1。 l / l = 0,0125（表2による）での正確な計算は、N = 2で同じ直径（lはコイルの周囲長）での効率が29％増加し、N = 4-で54％増加することを示しました。 N \ u10d 75-2％。 その結果、小さなNターンループの効率は、シングルターンループよりもいくらか高くなりますが、XNUMX倍以下になります。 結論として、送信アンテナの効率に関するすべての結論は、これらのアンテナと受信モードで有効であることを強調します。 有効な高さだけが有効性を決定すると仮定するのは誤りです。 受信時の小さなループの効率は、ダイポールの有効高さがXNUMX倍であるにもかかわらず、同じサイズのダイポールの効率よりも悪くはありません。 また、レセプションでのNターンフレームの効率は、有効高さがNに比例するにもかかわらず、シングルターンフレームの効率のN倍になることはありません。製造とテストを担当したすべての人スポーツディレクションファインダーの多くは、何度も言われていることを確信しています。 文学 1.アンドリアノフV.ブロードバンドループアンテナ-ラジオ、1991年、第1号、p。 54-56。
出版物：N。ボルシャコフ、rf.atnn.ru
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