骨格スロットアンテナ: 神話と現実。スキーム、説明

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スケルトンスロットアンテナ: 神話と現実。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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海外のアマチュア無線の文献から判断すると、スケルトンスロットアンテナは 20 MHz 以上の周波数で人気があります。出版された記事は、文献に記載されている方向係数が現実とどの程度一致しているのかという質問に答えることを試みています。

VHF アンテナに関する本では、いわゆるスケルトンスロットアンテナについて繰り返し説明されており、すべての出版物が例外なく、その非常に高いパラメータ、大きな指向性係数 (DA)、広い周波数帯域、および調整の容易さを報告しています。アンテナのアイデアは 1949 年に J. Ramsey によって提案されました [1]。その設計は [1] から借用した図 2 に示されています。アンテナの能動素子は、互いに XNUMX レベル上に配置された XNUMX つの平行な半波長ダイポールで構成されます。アンテナのサイズを小さくするために、上部と下部のダイポールの端は中央のダイポールに向かって直角に曲げられ、中央のダイポールに接続されます。これが彼らを興奮させるのです。

中央のダイポールは分割され、対応する 1 分の 400 波長の XNUMX 線式ラインに接続されます。これは反射板を取り付ける役割も果たします。反射器は単一の振動子の形をした波路のように設計されており、その電気長は半波長よりわずかに長くなります。導体（チューブ）dの直径に応じたアンテナの波長と短縮係数kの値を図に示します。 XNUMX. 給電点 XX を XNUMX 線式ラインに沿って移動することにより、アンテナの入力インピーダンスをゼロ (反射板付近) から約 XNUMX オーム (アクティブ素子近くの点 YY) まで変更できます。

骨格スロットアンテナ：神話と現実

能動素子内の電流分布を図に示します。 2. 電流の腹 (最大値) が要素の水平部分のちょうど中央に位置し、XNUMX 階建ての同相システムを形成していることがわかります。能動素子の垂直部分では、電流は小さく、互いに向かう方向に流れます。さらに、ここには XNUMX つの電流ノードがあるため、垂直部分からの遠方界放射はありません。遠方ゾーンでは、アンテナの放射パターンがほぼ完全に形成されていることを思い出してください。遠方ゾーンまでの距離は数波長です。アンテナ効率は大きいほど大きくなります。

骨格スロットアンテナ：神話と現実

スケルトンスロットアンテナのアクティブエレメントは、片側と給電点を組み合わせた 3 つの正方形と考えることもできます。ただし、XNUMX つのフルサイズの正方形と比較すると、スケルトンスロットアンテナのアクティブエレメントの周囲は若干小さくなります。これは、おそらくエレメントの垂直導体間の静電容量の短縮効果によるものです。同様のアンテナが K. Kharchenko [XNUMX] によって提案されましたが、そこでは XNUMX つの正方形が隅から給電され、給電点と結合されます。

シンプルなスケルトンスロットアンテナには反射板があり、効率が十分ではありません。この欠点は、反射板を能動素子と全く同じ構造（振動子と同じ三層構造）で構成することで解消できます。 XNUMX 線式線路を要素間に配置することはできなくなりましたが、各要素の平面内で下部の水平振動子の中央にあるゼロ電位の点まで線路をわざわざ引く人はいません。

この変更後に何が起こるかを図に示します。 3. 要素自体の寸法は同じままで、アクティブ要素と反射板の間の距離は 0,18 に減少します。このアンテナにはもう一つ利点があります。 XNUMX 線式ラインに沿って短絡ジャンパーを移動することにより、素子を目的の周波数に調整できます。反射ジャンパーを移動することにより、アンテナを最大効率または前後方向放射比に簡単に調整できます。

骨格スロットアンテナ：神話と現実

[2 および 4] で説明されているこのような 14 素子アンテナでは、16...2 dB という異常に高い効率が報告されています。言及された本の 100 冊目が本格的な出版物でなかったとしても、人はまだあきらめて、この数字を真剣に受け止めない可能性があります。しかし、この本は全体的に非常に優れており、間違いはほとんどありません。もちろん、その作者は、その中で与えられた多くの構造をすべてテストすることはできませんでした。したがって、これが誤りである場合は、以前に他の出版物に記載されており、現在では元の情報源を見つけるのが困難です。バイブレータの同相システムが単一のバイブレータよりも高い効率をもたらすことは明らかですが、問題はどの程度かということです。ページの[10]にありますが。 XNUMX では、アンテナは「...実際には XNUMX 素子の XNUMX 階建て同相アンテナである」と記載されていますが、振動子は互いに非常に近く、また短くなります。これでは効率が低下することは間違いありません。したがって、回答よりも質問の方が多かったです。さらに、著者によく知られているアマチュア無線家たちは、まさにそのような XNUMX メートル範囲用のアンテナを構築することを計画しており、その材料にお金を費やす準備ができていました。これは最近では決して安くはありません。

指向性係数に関する質問に対する明確かつ正確な答えを得るために、432 MHz 範囲で実験が行われました。要素は図に従って曲げられました。直径 3 mm のエナメル銅線 1,5 本を使用し、接続部をはんだ付けし、閉鎖ジャンパーが取り付けられケーブルが接続されている場所の線路導体の絶縁体を剥がします。構造全体は、乾燥した薄いスラットで作られた木製のフレーム上に組み立てられました。電源ケーブルは、編組が接続されている XNUMX 線式導体に沿って給電点から垂直に下向きに伸び、標準信号発生器の出力に直接接続されました。フィールドインジケーターは、検出器と微小電流計を備えた半波長ダイポールでした。アンテナから数メートル離れたところに三脚を立てて設置しました。アンテナは原始的な回転三脚にも取り付けられており、方向を変えることが可能でした。

アンテナは、主方向の放射を最大にするためだけに、非常に簡単かつ迅速に調整されました。周波数 432 MHz での示された寸法では、同調アンテナの 43 線式ラインの基部から閉路ジャンパーまでの距離は次のようになります。反射器の場合 - 28 mm、アクティブ要素の場合 - 50 mmんん。 70Ωケーブルの接続点までの距離はXNUMXmmでした。

指向性を最大に調整すると、小さなバックローブが検出されます。リフレクターを調整することでほぼ完全に抑えることができます。横方向、上方向、下方向への放射線はありませんでした。

効率、より正確には、効率と効率の積に等しいアンテナのゲインは、次のように決定されます。アンテナによって主方向に生成された信号レベルがインジケーターに記録され、その代わりに、アンテナと同様に、空間内の同じ点に配置された半波長ダイポールが電源ケーブルに接続されました。ジェネレーターからの信号レベルは、インジケーターで同じ読み取り値を取得できるほど増加しました。発生器の減衰器によって測定される信号レベルの変化は、半波長ダイポールに対するアンテナのゲインと数値的に等しくなります。このアンテナでは、7 dBd であることが判明しました。等方性（全指向性）エミッタと比較すると、2,15dB多くなり、約9,2dBiとなります。

デシベルの指定における文字 d と i に注意してください。アンテナに関する文献では、指向性が測定されるエミッターを基準にして示すのが通例です。電力の半分での放射パターンの幅は、水平面（方位角）で約 60°、垂直面（仰角）で約 90°でした。このデータがあれば、指向性はもう 1,5 つの方法で計算できます。アンテナが放射する立体角は、図の幅に対応する直線角の積に等しく、ラジアンで表されます。約 4 ステラジアンの値が得られます。同時に、等方性アンテナは 12,6π、つまり 12,6 ステラジアンの立体角に放射します。定義によると、指向性はこれらの立体角の比であり、1,5/8,4 = 9,2 または XNUMX dBi です。

330 つの方法で決定された指向性値の間で非常に良好な一致が得られたため、著者はこれ以上測定するものは何もないと判断し、少し失望しましたが、アンテナ技術には奇跡は起こらないことを再度確信しました。それにもかかわらず、アンテナは非常にうまく機能し、その小さな寸法 (120 MHz 範囲で 120x432xXNUMX mm) にもかかわらず、非常にまともなゲインを提供します。

文学

Rothammel K. Antennenbuch。ベルリン: 1989 年の DDR 軍用機。
Sheiko V.P. アマチュア無線局用アンテナ。 - M.: DOSAAF、1962年。
KharchenkoK.VHFアンテナ。 -M .: DOSAAF、1969年。
ロディオノフV.M.伝送線路とVHFアンテナ。 -M .: Energy、1977（MRB）。

著者: ウラジミール・ポリアコフ (RA3AAE)

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