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無線電子工学および電気工学の百科事典 可搬型CB通信局用小型アンテナ（その1）。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
はじめに 27 MHzでのモバイル通信の普及は、そのような通信用のアンテナの問題を引き起こします。 この問題は、27分の2,7波長アンテナ（XNUMX MHz帯域でXNUMXメートルの長さ）の使用が多くの場合受け入れられないという事実によって複雑になっています。 短縮アンテナの使用は、一般的な文献では考慮されていない多くの特定の問題に関連していますが、それらが知られていない場合、MW通信の有効性が大幅に低下する可能性があります。 ポータブル CB ラジオでは、主に非対称ホイップ アンテナが使用されます。 それが関係しています。 他のタイプのアンテナをこのタイプのラジオで使用することはほとんど不可能です。 1. 携帯局の電気ショートアンテナの運用 電気的に短いアンテナは、放射要素を含むアンテナ自体と、その整合システムとその接地システムの要素の両方で構成されています。 それに応じて、アンテナの総抵抗 Ra は、ピンの抵抗 (Rsh) とその接地の抵抗 (Rg) で構成されます (図 1)。
式と「環境への抵抗」Ravに含まれています。 これは、カウンターウェイトの数とアンテナの長さの増加とともに減少します。 Ra=Rsh+Rz+Rcp 有用な RF エネルギーは Rsh によって消費されるため、Rc と Rcp の値を下げるように努める必要があります。 一般的な場合、特別な方法を使用して「アース」の抵抗を測定することができますが、実際には、カウンターウェイトとして使用される長さ20 ... 30 cmのCB無線局の本体の抵抗は、この式では少なくとも150 ... 300オームであると想定できます。 人の手に触れても値は大きく変化しません。 ただし、長さ 2,7 メートルの共振 50/60 波長カウンターウェイトを接続すると、接地抵抗 Rz が減少します。 すでに5つのカウンターバランスにより、抵抗Rzが約10 ... XNUMXオーム以下の値に減少します。 また、XNUMX ～ XNUMX 個のカウンターウェイトがある場合、Rz は XNUMX ～ XNUMX オームの無視できる値と見なすことができます。 媒体の抵抗は、アンテナピンとその「アース」システムとの相互作用によって決まります。 フルサイズの XNUMX/XNUMX 波長ホイップ アンテナでこの相互作用が大きな空間で発生するため、重要でない値を持つ場合、短縮されたアンテナでは、短いアンテナと短いカウンターウェイトの電磁相互作用が限られた空間で発生します。 さらに、このボリュームに介入すると、媒体の抵抗が大幅に変化します。 したがって、このようなアンテナ システムのパラメータに大きな影響を与えます。 さらに、短縮された要素を備えたこのようなアンテナシステムでは、そのうちのXNUMXつが大幅に増加します。 たとえば、XNUMX/XNUMX 波長値へのピンまたはカウンターウェイトは、Rcp の大幅な減少を引き起こしません。 そして、ピンとカウンターウェイトの両方の増加 (すなわち伸び) だけが Rcp を低下させます。 すでにこれから、CBステーションのショートアンテナの抵抗は一定値ではなく、特にアンテナに対する異物（オペレーターを含む）の位置に依存する変数であると結論付けることができます。 一般的なケースでは、これらの要因の影響下でよく一致したアンテナは完全に不一致になる可能性があります。 このことから、中波無線局の送信機の出力段は、そのような不一致がその動作に大きな影響を与えないように設計する必要があり、不一致の原因が取り除かれたときに出力段が正常に機能し続けるようにする必要があります。 これを行うには、出力トランジスタに 3 ～ 4 倍の電力マージンが必要です。 P ループ整合回路の妥協バージョンも必要です。 複雑な可変負荷での作業を可能にします。 アンテナのパラメータを変更するときは、自励を排除する必要があります。 すでにこれらの要件。 携帯局の CB の出力段に提示されたものは、その設計を非常に真剣に受け止める価値があることを示しています。 静止した車載アンテナで動作するモバイル カー ラジオの場合、RA の要件ははるかに低くなります。 これは、車体をカウンターウェイトとして使用しているためです。これは、MW アンテナの適切な「接地」です。 車のCBアンテナに使用するピンです。 長さは約XNUMXメートルで、多くの場合それ以上です。 これにより、ポータブル ステーション アンテナよりもはるかに効果的なカー アンテナの動作の前提条件が作成されます。 また、「アンテナピン - カウンターウェイト」システムのバイアス電流の相互作用のゾーンに異物がないことも重要です。これにより、このようなアンテナの Rcp は携帯局よりも安定します。 ポータブル ステーション用のすべての既存のタイプの MW アンテナのうち、共振アンテナと非共振アンテナの XNUMX つのグループを区別できます。 共振グループの短縮されたホイップ アンテナの中で、スパイラル アンテナとインダクタンスによって延長されたホイップ アンテナを区別できます。 非共振ホイップ アンテナの中で、出力共振回路の一部としてショート ピンの XNUMX つのタイプのみを使用することをお勧めします。 この場合、ピンは分布ループ コンデンサです。 2.スパイラルアンテナ ヘリカル アンテナは、開いたヘリカル共振器と見なすことができます [1]。 この場合、アンテナ自体はスパイラル共振器であり、送信機の整合回路はスパイラル共振器の延長であり、その励振回路に入り、宇宙空間は無限遠のスクリーンと見なすことができます（図2）。
これらのアサーションの有効性は、実際には簡単に検証できます。 したがって、整合回路のパラメータが変化すると、アンテナシステムの共振部分が変化します。 アンテナの終端容量のごくわずかな変化でさえ、アンテナの共振周波数を大きく変化させます[2]。 また、ヘリカルアンテナは異物の影響を受けやすくなっています。 すでに20cmの距離で手に近づくと、アンテナと送信機の間に不一致が生じます。 端子容量の変化により、共振周波数が変化します。 ここでは、[3]で提案されている方法に従ってチューニングを実行することが適切です。 これは、ヘリカルアンテナが調整されているため、手が近づくと（または他の不一致の影響により）、信号の電界強度が増加してから減少するという事実にあります。 この場合、アンテナは正確に共振するように調整されていませんが、アンテナからわずかに離れています。 電界強度測定は、この場合、電界強度が正確な共振における電界強度の約 85% であることを示しています。 しかし、共振に合わせて調整されたアンテナと、アンテナ スロープに合わせて調整されたアンテナを使用してラジオ局をテストする場合、後者の利点は明らかです。 そのため、無線通信の過程で共振アンテナを備えたステーションを使用すると、アンテナが人に近づくと、電界強度に大きな変動が発生しました。 特性の傾きに合わせて調整されたアンテナを備えたラジオ局を使用すると、人のミスマッチの影響ははるかに弱くなり、電界強度の変動はわずかでした。 これに基づいて、[XNUMX] で提案されている方法に従ってヘリカル アンテナを調整することをお勧めします。 不整合要因の影響が排除された条件下でヘリカル アンテナが動作する場合にのみ、アンテナを最大電界強度に調整することができます。 ヘリカル アンテナと延長コイルを使用したホイップ アンテナによって提供される電界強度を測定すると、共振ホイップ アンテナは少なくとも XNUMX 倍の長さであることがわかりました。 テスト中のヘリカルアンテナよりも同じ電界強度を提供しました。 このことから、ポータブル ステーションで最適なアンテナ オプションはヘリカル アンテナであると結論付けることができます。これは、同じパラメータのホイップ アンテナよりも強力で設計が簡単です。 この場合、ラジオ局の短いボディは、同じパラメータのホイップアンテナよりもヘリカルアンテナに最適な「接地」であることを考慮する必要があります。 でもスパイラルアンテナ。 大きな電界強度を提供すると、送信機の不安定な動作の前提条件が作成されます。 実際、実験中に、外部ケーブル給電アンテナで安定して動作する同じ送信機が、スパイラルアンテナが接続されたときに励起されることが判明しました。 整合回路のより慎重なスクリーニングと調整によってのみ、送信機は自己励起なしでヘリカル アンテナで動作することができました。 ホイップ アンテナのようなヘリカル アンテナは、短縮キャパシタンスと拡張インダクタンスを使用して動作周波数に調整できます。 キャパシタンスを使用するとアンテナの共振周波数が上がり、インダクタンスを使用するとアンテナの共振周波数が下がります。 この場合、アンテナの効率を高めるには、延長コイルのインダクタンスをできるだけ小さくし、短縮キャパシタンスをできるだけ大きくする必要があります。 このようなチューニング要素を使用すると、ヘリカルアンテナの帯域幅が小さく、200 で 300 ... 27 kHz になるため、広い周波数範囲でヘリカルアンテナを使用できます。メガヘルツ範囲。 ヘリカルアンテナを使用する場合、もう一つ非常に重要なポイントがあります。 このようなアンテナが同軸ケーブルを介して接続されている場合、その共振周波数は、ケーブルの反応性がアンテナの複素インピーダンスに導入され、それに応じて変化することによるものです。 変化するので調整が必要です。 ヘリカル アンテナを構築する場合、他の短縮アンテナと同様に、このアンテナ システムのもう 1.5 つの機能に注意を払う必要があります。 2/XNUMX 波長カウンターウェイトを接続すると、このアンテナ システムの共振周波数が多少変化します。 これは、独自の Rz を持つカウンターウェイトが Rsp を変更するという事実によって説明できます。 静電容量「アンテナ-空間」も変化します。 ヘリカル アンテナの帯域幅は、品質係数の低下と、同時により効率的な放射により、約 XNUMX ～ XNUMX 倍に拡大されます。 基本的に、XNUMX分のXNUMX波長バランスを使用したヘリックスの共振周波数の実験的研究では、アンテナの帯域幅を超えませんでした。 同時に、XNUMX分のXNUMX波長カウンターバランスによる電界強度は少なくともXNUMX倍増加しました。 ヘリックス アンテナは、できるだけ短い導体で出力整合回路に接続する必要があります。 これにより、必要な帯域幅を提供し、接続ラインのスプリアス放射を最小限に抑えることができます。 3. ヘリカルアンテナの実用設計 以下は、近年の文献で発表されたヘリカルアンテナの実用的な設計と考えられています。 アンテナパラメータは、アンテナスコープを使用して測定されました。 図 3 に示す設計のヘリカル アンテナが [4] に掲載されました。 このアンテナのテストでは、このアンテナが 21 MHz 帯域の 40/XNUMX 波長であることが示されました。 実際、共振 XNUMX/XNUMX 波長カウンターバランスと合わせて、ここでのアンテナ抵抗は約 XNUMX オームでした。 反応性が少ない。
このようなアンテナを長さ約 40 メートルの同軸ケーブルを介して 21 W トランシーバーに接続し、アンテナを窓の開口部に置き、RST56-58 を使用して 4 MHz でいくつかの接続を確立することができました。これにより、その真の共振についての私の意見がさらに強化されました。 ただし、[27] に示すように、巻数と静電容量を調整する必要があります。 XNUMX MHz の範囲で共振が可能であることを確認できました。これは、半波長の等価アンテナ長に相当します。 21 MHz 帯域のアンテナ帯域幅は 200 Hz、27 MHz 帯域では 250 kHz で、XNUMX 分の XNUMX 波長のカウンターバランスがありました。 データが図4に示されているスパイラルアンテナは、26/35波長アンテナを指します。 アドオン ピンの助けを借りて、27 MHz から 1300 MHz までの広い範囲で調整できます。 650MHz帯で無線局本体との入力インピーダンスは65m、帯域幅は800kHzでした。 200オームの四分波カウンターバランス付き。 帯域幅は XNUMX kHz でした。 共鳴はXNUMX kHz上にシフトしました。 アンテナの共振周波数を調整するこの方法は、その単純さと効率の点で非常に成功していますが、スパイラル共振器の品質係数を低下させ、その結果、アンテナの効率を低下させることに注意してください。 これは、電界強度の低下とアンテナ帯域幅の拡大に反映されます。
図5[5]に示すヘリカルアンテナは、アンテナスコープでテストした場合、27 MHz帯域で共振を示さず、21MHz帯域で25/250波長共振を示しました。 ここでの抵抗は、5/27波長のカウンターバランスとともに、帯域幅1,3kHzでXNUMXオームでした。 しかし、特定のラジオ局のマッチングシステムを使用すると[XNUMX]、実際には、XNUMXMHzの範囲で共振が達成可能であることがわかりました。 明らかに、ここでアンテナの共振は、XNUMX/XNUMX波長共振器としての動作のためではなく、分布容量を持つP構成として発生します。 この場合、ヘリカルアンテナは、送信機の出力に接続されたP回路のシステムと同等であり、その静電容量はアンテナのアースに対する静電容量です。 放射は、送信機のP回路のシステム全体の共振に同調することによって発生します。 ただし、電界強度の測定では、この場合、ヘリカルアンテナの使用は非効率的であることが示されています。 同じ電界強度は、このヘリカルアンテナの長さのわずかXNUMX倍の延長コイルとの共振に調整されたホイップアンテナによって提供できます。
図 6 に示すヘリカル アンテナ [6] は、27 MHz 範囲の共振周波数で、ステーション本体で 110 オーム、40/300 波長カウンターバランスで 450 オームの入力インピーダンスを示しました。 局本体との帯域幅は200kHzでした。 カウンターウェイト付き - XNUMX kHz。 おかげで。 その上部が放電で巻かれているため、このアンテナのチューニングに対する人体の影響は、連続巻きの場合ほど強くありません。 XNUMX/XNUMX 波長カウンターウェイトを接続すると、共振周波数が XNUMX kHz アップしました。
Kolibri-M2 型無線局で使用されているアンテナを調査しました。 その設計を図 7 に示します。 27 MHz 帯では、このアンテナはステーション本体で 100 オームのインピーダンスと 300 kHz の帯域幅を示し、47/200 波長カウンターバランスで 120 オームのインピーダンスと 5 kHz の帯域幅を示しました。 6/XNUMX 波長カウンターウェイトを接続すると、共振周波数が XNUMX kHz アップしました。 電界強度を提供したのは、図 XNUMX および XNUMX に示すアンテナでした。 このようなヘリカル アンテナの長さの XNUMX 倍の長さのロッドを持つ延長コイルを備えたロッド アンテナによって発生する電界強度に匹敵します。
最後の 8 つのアンテナの周波数応答の実際の図を図 100 に示します。 この図から、アンテナの周波数応答が非対称であることがわかります。 27/XNUMX 波長カウンターウェイトが接続されている場合、周波数応答はわずかに混同されます。 XNUMX MHz 帯域では XNUMX kHz ですが、アンテナ帯域幅により、MW チャネルで動作できます。 ヘリカル アンテナの周波数応答を知ることで、適切に調整することができます - 動作範囲の中央ではなく、少し高くなります。
4. スパイラルアンテナの製造と調整 文献では、同軸ケーブルのポリエチレン コアでヘリカル アンテナを実行することが推奨されています。 実際、これはそのようなアンテナに最適な材料オプションです。 ヘリックス アンテナの製造には 75 オームのケーブルを使用することが望ましいです。これは通常、ケーブル自体の反対側の端をバイスで保持することにより、プライヤーで簡単に引き抜くことができる単一の内部導体が含まれているためです。 アンテナ フレームに 50 オームのケーブルを使用すると、通常、数本の銅線で構成される中心導体があり、それらを取り外すのが難しい場合があります。 最も簡単な方法は、強力な電流源を使用して導体に50〜100Aの電流を流して導体を加熱することです。 そしてすぐにそれらを引き出します。 ポリエチレン製のフレームは、編組を取り除いた後の表面がザラザラしているため、ワイヤーを引っ張りながら巻き取りやすくなっています。 ヘリカル アンテナは高 Q システムであり、慎重に行わないと、温度の影響下で共振周波数が調整範囲を超える可能性があることを覚えておく必要があります。 ヘリカル アンテナの研究では、-50°C の温度に冷却すると、共振周波数が 80 ～ 15 kHz シフトすることがわかりました。 コイルがずれないように、アンテナを電気テープでしっかりと巻き付ける必要があります。 その結果、共振周波数が変化します。 これには軟質塩ビテープが適しています。 スコッチ テープは剛性が高すぎるため、これには適していません。 ヘリカル アンテナは非対称システムであることに注意してください。 説明に示されている端でのみ送信機に接続する必要があります。 図 6 と図 7 に示すアンテナを反対側に接続すると、27 MHz 帯域から遠く離れた、まったく異なる共振が得られます。 結末が変わってもこんな感じ。 図5のような対称アンテナでは、アンテナの実行における非対称性により、その共振がシフトします。 構造的には、CP-50またはCP-75コネクタを使用して、送信機に接続して終了するのが便利です。 そこにアンテナのプラスチックベースを溶かすことによって。 コネクタの金属フレームからスパイラルの巻き始めまでは、少なくとも 12 mm 必要です。 アンテナの製造において、指定された直径のベースを使用するように努力する必要はありません。 2 ～ 3 mm のずれは許容範囲です。 例えば、7mmのポリエチレンベースの代わりに9mm、12mmの代わりにも使用できます。 アンテナのパラメータは変わりますが、27 MHz 帯にチューニングすることは十分に可能です。 説明に示されているように、アンテナは、より密な巻線の側から巻きをほどくことによって調整されます。 ここに記載されているすべてのアンテナの製造の場合、巻きの一部をほどくことによって 27 MHz 範囲に同調することができました。 それらの。 それらは、27 MHz のすぐ下の共振周波数に対して事前に計算されています。 アンテナを効果的に運用するためには、金属ケースなどの良好なステーション アースが必要です。 ない場合は、ステーションの全長に沿って便利な場所に銅またはアルミニウムの幅広ホイルを敷く必要があります。 このような平衡により、電界強度が約15 ... 20％増加し、通信範囲もほぼ増加します。 場合によっては、送信機の自励を除去するのに役立ちます。 ヘリカル アンテナの寸法は、その長さがボディ カウンターウェイトの長さよりも約 20% 大きい場合に最適であると見なすことができます。 アンテナがこの値より小さい場合。 人体やその他の異物の影響が大きくなります。 それをさらに増加させても、電界強度が同じように増加するわけではありません。XNUMX/XNUMX 波長カウンターバランスを使用して通信範囲を拡大する方が簡単です。 著者：I.グリゴロフ（RK3ZK、UA3-113）、ベルゴロド; 出版物: N. ボルシャコフ、rf.atnn.ru
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