VHFアンテナを短くしました。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

無線電子工学と電気工学の百科事典 / VHFアンテナ

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Z. Benkovsky と E. Lipinsky による書籍「短波および超短波のアマチュア アンテナ」[1] は、多くのアマチュア無線家にとっての卓上参考書です。 ダイポール VHF アンテナのセクションでは、その著者は、宇田-八木タイプの短縮アンテナ、宇田-八木タイプの細長いアンテナ、およびダイポール アンテナで構成されたアンテナ システムの XNUMX つの主要なグループを区別しています。

実践を参照すると、著者らは、ゲインが 6 ～ 8 dB のアンテナが必要な場合は、長さを短くしたアンテナを使用することをお勧めするという規則を遵守しています (l) は波長 (λ) よりも小さいです。 このようなアンテナには 3 ～ 4 つの要素を含めることができます。 適切に作成された 4 素子アンテナのゲインは 6 ... 6 dB、8 素子アンテナ - XNUMX ... XNUMX dB、XNUMX 素子アンテナ - XNUMX ... XNUMX dB です。

実際には、多くの場合、最大の結果をもたらす妥協設計、つまりダイレクタ アンテナのタイプである「ウェーブ チャネル」(すでに述べた Uda-Yaga アンテナ) が使用されます。 これらのアンテナには特別な収集線はありませんが、構成要素のゼロ電位点を通過する XNUMX つの共通ベース上に設置される、アクティブおよびパッシブ振動子、反射板および XNUMX つ以上のダイレクターという一連の要素です。 このタイプのアンテナは非常にコンパクトで、比較的小さな寸法で比較的高いゲインとその他の許容可能なパラメータを提供します。

要素の組み合わせの数とその配置が異なるこのようなアンテナのほとんどの変形例の説明は、文献に公開されています。 すべてのタイプのアンテナの中で、産業レベルでの包括的な実装に最もアクセスしやすく、アマチュア無線にとって非常に効果的な「自家製製品」であることが判明しました。

次に、ヘルツ振動子が単一の要素として使用されるだけでなく、ロシアの発明家の要素であるナデネンコダイポールとピストルコルサのループ振動子またはループアンテナとその解釈も使用されます。

この記事の著者は、均質な能動素子を使用する慣行から逸脱した、より効果的ではあるがまだ適切に提示されていない、アンテナ装置のための非標準的な技術的解決策をアマチュア無線家の注意を喚起しています。 妥協は、古典的な振動子から複雑に合成されたアンテナ システムだけでなく、それを構成する振動子にも及ぶ可能性があります。

これはまさに提案されているデバイス、つまり三角ループ アンテナ (TLA) です。 これは、独立したアンテナとして、および複雑なアンテナ デバイスの一部として使用することを目的としています。 ループ状の異種バイブレーターを組み合わせた形で作られています。 この場合、使用する周波数の範囲に応じて、アンテナはワイヤまたは剛性構造のいずれかになるか、あるいはプリント回路基板上に作成されます。 提案された技術的解決策は普遍的であり、アマチュア無線家だけでなく、無線通信、および単一指向性放射のアンテナが必要とされる広範なオフィスおよび家庭用無線ネットワークやその他の無線システムの両方でセンチメートル範囲まで動作するプロ用アンテナ機器のデバイスにも使用できます。

新しいアンテナを合成する可能性に関する比較研究の出発点は、同じ平面上に配置され、両端が結合された 2 つの平行な線形導体の形式のよく知られた対称的なピストルコル ループ振動子 [XNUMX] です。

平行な導体は対称的な半ループ、つまり直線状導体の中央を通る対称軸に対して振動子の肩を形成します。 全長は波長（λ）に比例します。_奴隷)、ショルダーの長さはその約 0,25 分の XNUMX (XNUMXλ)_奴隷）。 ループバイブレータの電力ノードは、線状導体の XNUMX つの中間部分の導体の端であり、XNUMX 番目の導体の中央にあるゼロ電位点により、絶縁体を使用せずにデバイスが固定されます。 すべて正の特性を備えたループ振動子は、XNUMX に等しい利得と、平行導体に垂直な面内で等方性の放射パターンを持っています。

ループ振動子を、周囲長が波長 (λ) に等しい正方形または他の形式のフレームに変換することが知られています。_奴隷）、ループバイブレータと比較して入力インピーダンスが低く、ゲインが高くなります。 これは、表「さまざまな形状のフレームのパラメータ」のデータによって確認されており、丸い形状の場合、ゲインは 3,49 dB に等しくなります [3]。 同様の設計のループ アンテナは、ループ バイブレータとは対照的に、ループの面に垂直な軸方向放射の双方向の指向性を提供します。 アンテナ ウェブの設計による空間の「キャプチャ エリア」である開口部が大きくなるため、利得が増加します。

同時に、いくつかの均質フレームアクティブ振動子と組み合わせた、より複雑なアンテナデバイスも知られています。 たとえば、ハルチェンコによる 0,25 つの三角形またはダイヤモンド形のフレームからなるジグザグ アンテナ (Z アンテナ) の設計では、効率が向上しています。 これらのアンテナのアームの導体は、XNUMXλ に相当する長さを持っています。_奴隷、およびそれらの全長は λ に比例します_奴隷。 同時に、給電点の対の数がアレイに含まれる振動子の数と等しい従来の同相振動子アレイの場合、供給フィーダとの調整に困難が生じる。 Z アンテナには 4 対の給電点があり、給電線が直接接続されています [XNUMX]。 従来の古典的な振動子アンテナ アレイとは異なり、給電線が直接接続されている単一の統合電源ノードによって電力供給されるジグザグ アンテナ ウェブの導体の特別な空間間隔により、一種の平坦な同相アレイが形成され、その導体に電流が特別に励起されます。

ジグザグ アンテナの特徴である導体内での電流の励起により、XNUMX つの顕著な偏波タイプと拡張された動作周波数帯域でのアンテナの動作が保証されます。 平面アンテナの開口部の増加により、フレームの平面に垂直な軸に沿った放射の双方向指向性と、周囲が λ に等しい振動子の並列接続により、高い利得が得られます。_奴隷、電源ノードへのアンテナの入力インピーダンスは、使用される RF 同軸電源ケーブルの波動インピーダンスに見合った値に低下します。

図に示されています。 1 ループ バイブレータとフレーム バイブレータの非標準的な組み合わせにより、新しい三角ループ アンテナが実装されますが、すでに片側放射になります。 同時に、提案された革新的な技術ソリューションの他の特徴にも特別な注意を払う価値があります。

米。 1.ループバイブレーターとフレームバイブレーターの非標準的な組み合わせ

短縮されたダイポール アンテナと比較して、ROV は縦軸に沿った寸法が小さくなり、ゲインが増加します。

この設計により、アンテナ デバイスのすべての導体の放射が考慮されます。 ROVの送受信方向側から最初のループ振動子は、頂点に給電点を持つ二等辺三角形の形で作られており、底辺の長さは0,4λです。_奴隷 側面0,3λ_奴隷 各。 XNUMX 番目のループ振動子は、λ に相当する線状導体の長さを備えたピストルコース ループ振動子の形式で作成されます。_奴隷。 ループ振動子は同一平面上に配置され、三角振動子の側面の導体の電源ノードへの接続は交差、つまり位相をずらして行われます。 剛構造の同軸電源ケーブル、たとえば導体の管状バージョンは、ゼロ電位点、つまりピストルコーズ ループ振動子の直線状のカットされていない導体の中央を通る入力で敷設されます。 電力ノードでは、ケーブル編組が XNUMX つの導体の端にセクションで接続され、中心コアがもう XNUMX つの導体の端に接続されます。

アンテナは次のように動作します。 電源部７の電源ａ点、ｂ点に高周波発生器（図１参照）を接続すると、ループ振動子１の導体２、３とループ振動子４の導体５、６に回路の抵抗に反比例した電流が流れる。 導体 1 では、フレーム振動子 7 の入力抵抗がループ振動子 2 よりも低いため、導体 3 と 1 に比べて電流が増加しますが、ループ振動子 5 では 6 つの導体 4 と 2 が近接しているため、後者の放射は増加します。同時に、ループ振動子 5 では導体 6 と 1 が互いに近接して配置されており、二等辺三角形 4 では導体 5 が側面 6 と交差するサイドスイッチの導体間に接続されている場合、導体 4 と 5 の電流は導体 6 に対して位相差を持って同相になります。これにより、交差接続すると、反射器とアクティブ振動子、またはアクティブ振動子と宇田八木アンテナの最初のダイレクター内の電流と同様の電流の位相近似が得られますが、完全に伝導電流によるものであり、パッシブの誘導電流、つまり弱い電流とは対照的です。宇田八木アンテナのバイブレーター。 ループ振動子 1 と 2 の導体が 3 λ に相当する距離だけ空間的に分離されていることを考慮すると、_奴隷、導体２から二等辺三角形の高さまで平行である場合、アンテナアレイの放射導体の形成された空間システムは、これらの導体の位置に垂直な軸８に沿った電磁場の指向性放射を生成する。

これに加えて、対称的に配置されているがこの軸に対して角度をなしている導体３内の電流も空間に電磁場を放射するが、反対方向の縦方向成分と一方に向けられた横方向成分が相互に補償され、放射された電磁場全体に統合される。 したがって、接続線を備えた放射システムとは対照的に、提案された技術ソリューションでは、すべての導体 3、2、3、および 5 が電磁場の放射に関与し、システムの方向係数とその動作効率が全体的に増加します。

提案されたアンテナの動作は、モデリングとその後のサイズの正規化を簡略化して明確にするために、MMANA プログラム (図 2 および図 3) で 300 MHz (波長 - 1 メートル) の周波数でシミュレーションされました。 0,2λ相当の長さの射出成形機_奴隷、振動子の導体の平面内とそれに垂直な平面内の放射パターンの幅が異なる扇形の指向性を持ち、ゲインが増加します。 前方放射と後方放射の比は、トラバース長が XNUMX 倍の XNUMX 素子 Uda-Yaga アンテナに対応する改善された空間選択性を特徴付けます。 両方のバイブレータのゼロ電位点は、ESD 保護と雷保護を提供する接地された金属キャリア バーに接続できます。

米。 2. MMANA プログラムでモデル化されたアンテナ動作 (周波数 300 MHz、波長 1 メートル)

米。 図 3. MMANA プログラムでモデル化された、周波数 300 MHz、波長 1 メートルでのアンテナ動作

144 MHz および 432 MHz のアマチュア無線帯域でアンテナを使用する場合、本書 [1] (図 4) の著者が検討した短縮型 5 素子アンテナの構成とサイズ比を、提案されている ROV (図 6) および内部にディレクタを備えた ROV (図 7) のバージョンと視覚的に比較することができます。 これらのアンテナのパラメータの数値は表にまとめられており、電気的特性は放射パターンの形で最も明確にグラフで表示されます（それぞれ、図9〜XNUMX）。

米。 4. 短縮された XNUMX 素子アンテナ

米。 5. VHFアンテナの短縮

米。 6. ダイレクター内蔵インジェクター

米。 7.アンテナパターン

米。 8.アンテナパターン

 
米。 9.アンテナパターン

独立したアンテナの形での設計の実際の実装は、繰り返し説明した XNUMX 素子アンテナの「ウェーブ チャネル」と似ていますが、ループ振動子が振動子の平面になっている点が異なります。

テーブル

ダイレクタを備えたアンテナバージョンの製造も、説明したものと同様に実行されます。 ループ振動子とリニア振動子の間に追加の導体を配置し、その断面、設置場所、長さを厳守します。 他の素材が使用される場合は、アンテナ機能の事前チェックを MMANA プログラムでシミュレートする必要があります。

表に示されているアンテナの MMANA プログラムのファイルは、ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/07/maa.zip からダウンロードできます。

文学

1. Benkovsky Z.、Lipinsky E. 短波および超短波のアマチュアアンテナ：Per。 ポーランド語/編著よりO.P.フロロワ。 - M.: ラジオと通信、1983 年。 - 480 ページ、病気。
2. VHFアンテナ。 下。 編G.Z.アイゼンバーグ。 2時にパート 1. - M.: コミュニケーション、1977 年、p. 169、図。 13.5。
3. GrigorovI.N.アンテナのすべて。 -M .: DKM Press、2009年、p。 66-69。
4. ハルチェンコ K.P. VHF アンテナ。 - M.: IP RadioSoft、2009 年、p. 79-95、図。 51、63。

著者: V. ミルキン、N. カリテンコフ、V. レベデフ、A. シュルジェンコ

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