低周波数帯の指向性受信アンテナ。スキーム、説明

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低周波数帯の指向性受信アンテナ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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160 メートルおよび 80 メートルのローバンドのオペレーターは、ステーションでの受信状態を改善するために常に努力しています。問題は、送信には効果的なアンテナ (たとえば、高い垂直マスト) が受信時に過剰な干渉を収集することです。低周波数帯域の信号と干渉の両方のレベルが非常に高く、さらに低ノイズトランジスタプリアンプを使用することは難しくないため、受信アンテナの効率は重要ではありません。

フェライト磁気アンテナは、この点ではあまり優れていませんが、ある程度の指向性はありますが、放射パターン (RP) にレムニスケート (「XNUMX の字」に似た) の形で XNUMX つのゼロがあります。フェライトアンテナは、干渉レベルが高い屋内に設置する必要があります。この点では、外部ループアンテナの方が多少優れていますが、RP は同じで、せいぜい RP をゼロに向けることによって、リモートの局所的な発生源からの干渉を減衰させることしかできません。

真の指向性低周波受信アンテナは、飲料進行波アンテナ (TWA) です。これは、地上の低いところに設置された、数波長の長さのワイヤーです。しかし、アマチュア無線家で、長さ XNUMX メートルにも及ぶ複数のアンテナをさまざまな方向に張り巡らせて構築するという贅沢ができる人はほとんどいません。

VLF および LW 範囲での耐干渉指向性受信アンテナの作成の問題は、基本的な研究 [1] で議論されました。特に、ループと「静的」(垂直無指向性) アンテナの組み合わせによりカーディオイドパターンが生成されることが示されています。一部の方向からの受信が弱まったため、妨害レベルが大幅に減少しました。

EWEアンテナ。上記に関連して、EWE [2] と呼ばれるアンテナに関する WA2WVL の出版は大きな関心を呼びました。サイズと高さが小さいにもかかわらず、カーディオイドに近い非常に優れた RP を備えています。約 2 年以内に、多くの短波帯が EWE アンテナを構築し、良い評価を得ました。WB3P は、これらのアンテナのうち 2 つを給電点で組み合わせて使用し、RP を異なる方向に切り替えることを提案しました。次の出版物 [1] WAXNUMXWVL では、このアイデアを使用して、図に示すアンテナを構築しました。 XNUMX.

指向性低周波受信アンテナ

受信機は変圧比50のマッチングトランスT1を介して3Ωの同軸ケーブルでアンテナに接続されているため、アンテナ側からの給電線の入力インピーダンスは9倍の450Ωまで増加します。常開接点が図に示されている XNUMX つのリレーの助けを借りて、目的の方向に向けられた XNUMX つのアンテナのうちの XNUMX つが変圧器に接続されます。

各アンテナは高さ 3 メートル、長さ 15 メートルの長方形で、垂直側面の一方に変圧器が接続され、もう一方には抵抗が接続されています。変圧器と抵抗器の第 XNUMX 端子は接地されています。この設計は、Beverage アンテナの小型コピーに非常に似ていますが、唯一の違いは、アンテナの寸法が波長よりもはるかに小さいことです。さらに、最大受信は抵抗器ではなくトランス側にあります。

他の 2 つの切断されたアンテナの存在を考慮して計算されたアンテナパターンを図に示します。 400: a - 垂直面内。 b - 水平方向。このパターンは、以下で説明するアンテナを含むすべてのアンテナに共通です。抵抗器の後ろ、側面からの受信を最大限に抑制することは、抵抗器を正確に選択することによって達成されます。抵抗器の抵抗値は XNUMX オームから数キロオームまで変化します。アンテナは非常に広帯域で、そのパターンと入力インピーダンスは周波数帯域の XNUMX 倍以上で維持されます。アンテナの効率が低いため、送信にうまく機能しません。

指向性低周波受信アンテナ

著者のバージョンでは、アンテナは 1,2 本の木の柱に取り付けられており、地面に約 1 m 打ち込まれた金属パイプが接地に使用されていました。アンテナのインピーダンスが高いため、接地抵抗は事実上影響を受けないと著者は主張しています。手術。変圧器 T12,5 は、透磁率 850 のフェライト製の直径約 11 mm のリングに巻かれていました。巻線には、1 つに折り畳まれたワイヤが 1 回巻かれていました。結果として得られた XNUMX つの巻線は、図に示すように直列に接続されました。 XNUMX 番目のタップに XWXNUMX フィーダの同軸コネクタを接続しました。

少し後、著者は最初のアンテナシステムから約 60 メートル離れた場所に別の同様のアンテナシステムを構築し、それらをフェーズドアンテナアレイとして組み込み、160 メートルの範囲でさらに大きな指向性係数 (DPC) を取得しました。これについては、[3] で詳しく説明されています。

フレーム K9AY。 Gary Breed (K9AY) は、低周波アマチュアバンドの指向性受信アンテナを実験し、コンピューター上でアンテナをモデル化することにより、4 本のマスト上に 12 つの積載フレームを持ち上げる非常にコンパクトな設計を提案しました。マストの基部に取り付けられたリレーの助けを借りて、カーディオイドパターンを 9 つの異なる方向に切り替えることができます。ビーム長 3 m の XNUMX つの EWE と KXNUMXAY フレームのアンテナシステムの寸法の比較を図に示します。 XNUMX. フレーム自体はデルタ型ですが、著者の報告によれば、形状と寸法はそれほど重要ではありません。マストの基部でフレームが接地されているため、落雷から保護され、干渉レベルが軽減されます。接地棒はマストのベースとして機能しますが、絶縁材料で作ることが望ましいです。

指向性低周波受信アンテナ

4 つのフレームのスケッチを図に示します。 7,5、頂点の高さは 4,5 メートル、側面は 1,5 メートル、コーナーの高さは XNUMX メートルです。図に示すように、頂点を吊るすことにより、マストをまったく使用せずに行うことができます。ロープなどの枝木によってアンテナシステムを固定します。フレームの角に穴のあるナットインシュレーターを使用すると便利です。フレームのワイヤの下端もナット絶縁体の助けを借りて接地棒に引っ張られ、絶縁体を結んだ後に残ったワイヤの端は、説明したものと同様のリレーとマッチングトランスを備えた防水ボックスに送られます。その上。

著者は、アンテナの動作原理を説明しながら、RF およびマイクロ波技術、特に SWR メーターで広く使用されている方向性結合器との類似点に注目しています。 EWE アンテナがハーフフレームで、その戻り線がアースである場合、K9AY ループはフルフレームですが、動作原理は非常に似ています。アンテナは、入ってくる電磁場の電気 E 成分と磁気 H 成分の両方に応答します。

フィールドの電気コンポーネントの場合、アンテナは短い垂直アンテナのように動作し、フィーダー接続点に電圧を生成します。垂直アンテナから予想されるように、電界パターンは全方向性です。

磁界 H の磁気成分では状況が異なります。磁界 H はアンテナの平面を横切り、フレームの周囲を循環する電流を生成します。負荷抵抗を通過するこの電流も電圧を生成し、その電圧がフィールド E からの電圧に加算されます。波がフィーダ接続点の側から来る場合、両方の電圧が加算されます。波が負荷抵抗の側から来る場合、フレームを貫通する磁界 H の方向が反転するため、電圧が減算されます。

負荷抵抗の抵抗値を変更することで、両方の電圧が等しくなるようにバランスをとることができます。この場合の DN は、単一のゼロを持つカーディオイドの形式になります。終端抵抗からの信号の減衰は 40 dB を超える場合があり、これは信号強度スケールで 6 S 単位を超えます。

RP ゼロは地表にはありませんが、コンピューターシミュレーションで示されているように、アンテナの構成と土壌の特性に応じて 20 ～ 55° の角度だけ上昇します。短くて高いループでは、仰角 30 ～ 40° で DN がゼロになります。これは、ローカル局からの QRM の減衰に寄与します。

K9AY アンテナの重要かつ必要な部分は接地です。土壌パラメータに応じて、負荷抵抗器の抵抗をわずかに調整する必要がある場合があります。飲料アンテナの場合のように、接地は損失が多い必要はありません。フレームは完全に導電性のアース上でも指向性があります。これは、アンテナがほぼすべての土壌条件で機能することを意味します。

記事 [3] の出版後のコメントで、W6FA は、すべての装填ループアンテナの祖先は、彼の有名な「ウェーブアンテナ」よりずっと後の 1938 年に同様のアンテナの特許を取得したハロルドビバレッジとみなされるべきであると報告しました。または、現在では進行波アンテナと呼ばれています。 Beverage 社の特許には、動作に接地を必要とせず、給電点の反対側に約 700 オームの負荷抵抗が配置された完全なループアンテナが記載されています。この広帯域アンテナは、すでにテレビ受信に使用されることが想定されていました。

アンテナフラグ、ペナントなど。。コンピュータプログラムを使用したアマチュア無線家によるアンテナの集中的なモデリングにより、記載されているものと同様の多数のアンテナが出現しました [5]。アンテナは、垂直面に配置された三角形、正方形、長方形、または菱形のフレームです。これらのループアンテナの可能な構成を図に示します。 5. 明るい丸はソース (受信機) を示し、黒い丸は 400 オーム以上、通常は約 900 オームの抵抗を持つ負荷抵抗を示します。アンテナの入力インピーダンスとほぼ同じが得られます。指向性パターン - カーディオイド、ソースからの受信方向。

指向性低周波受信アンテナ

フラッグ型アンテナ (Flag) の 160 メートルの範囲で動作する場合、ペナント (Vympel) とダイヤモンド (Diamond) の両方のバージョンの高さは 4,3 m、長さは 8,8 m です。デルタアンテナ (Delta) の高さは 5,2 m、長さは 8,4 m です。

EWE および K9AY ループと比較すると、これらのアンテナには大きな違いがあります。地上から約 2 m の比較的低い位置にありますが、接地は必要ありません。高さを 0,3 m まで低くしても、アンテナの特性にはほとんど影響がありません。

アンテナはさまざまなバージョンとサイズで作られており、たとえば、JF1DMQ はサイズを 1 x 5 メートルに縮小しましたが、アンテナは 80 メートルおよび 40 メートルでも適切に機能します。特にアマチュア無線家は、これらのアンテナのノイズレベルの低さに注目します。

例として、FO0AAA が 160m 受信に使用する三角形の「デルタ」を考えてみましょう [6]。下部の水平ワイヤーは長さ 8,54 m で、地上 0,9 m の高さにありました。三角形フレームの高さは、下部ワイヤーから 5,2 m (地面から 6,1 m) でした。直径 22 mm のワイヤーを合計で約 1,63 m 必要としました。 950 オームの負荷抵抗器と電源トランスがフレームの下隅に組み込まれ、50 オームのフィーダー抵抗を 950 オームに変換しました。

1830 kHz の周波数では、前方/後方放射比は 40 dB より優れていることが判明しましたが、等方性ラジエーターと比較したアンテナのゲインはわずか -34,5 dB であることが判明しました。これは、効率が低く、アンテナの利得が必要であることを示しています。このアンテナと組み合わせて低ノイズプリアンプを使用してください。

フレームは XNUMX 本の誘電体マストに設置され、「デルタ」の下端はテントペグに張られていました。アンテナの向きは非常に簡単で、ペグを再配置するだけでした。

レビューの結論として、アマチュア無線家が自由に使える、ノイズレベルが低く、寸法が小さい新しい種類の指向性広帯域受信アンテナが登場したと言えます。

文学

ビバレッジ H. H.、ライス C. W.、ケロッグ E. W. ウェーブアンテナ。新型の高指向性アンテナ。 -トランザクション AIEE、1923 年、vol. 42、p. 215-266。 nrcdxas.org/articles/aveAntenna.pdf。
クーンツ F、WA2WVL。これはあなたのためのEWEですか？ - QST、1995 月31年、p。 33-XNUMX。
クーンツF、WA2WVL。より多くのEWEsforyou。 -QST、1996月。 32年、p。 34-XNUMX。
Breed G. K9AY 終端ループ - コンパクトな指向性受信アンテナ。 - QST、1997月43 年、p. 46-XNUMX。
カニンガム EW、K6SE。旗、ペナント、その他の地面に依存しない低帯域受信アンテナ。 - QST、2000 年 34 月、p. 37-XNUMX。
www.eham.net/articles/806。

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