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無線電子工学および電気工学の百科事典 アマチュア送信用 LW アンテナ。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
多くの国 (ロシアを含む) では、HF および VHF 帯域に加えて、アマチュア無線には LW 帯域 (135,7 ～ 137,8 kHz) の小さなセクションも割り当てられています。 RU6LWZチームがこの範囲で実験を行った後（雑誌は今年XNUMX月号でそれについて取り上げた）、ロシアのアマチュア無線家の間でkDVへの関心が著しく高まった。 多くの人がこの帯域の実験を始めたいと考えていますが、その開発にはどのような技術が必要かについて広く入手可能な情報が不足していることが主な妨げとなっています。 提案された記事は、おそらく DW テクノロジーの主要な側面である送信アンテナに特化しています。 現在、ロシアのアマチュア無線局による極東地域の広範な発展のために解決すべき主な課題は、送信アマチュア極東局の数を増やすことである。 実際、信号を受信する前に、信号が存在する必要があります。 HF では送信機までの距離が離れていてもアマチュア局の信号が非常に強い場合、LW で実験を開始するには信号源が比較的近いことが非常に望ましいです。 この問題は、私たちの広大な国のアジア地域のアマチュア無線家にとって特に深刻です。 ロシアのヨーロッパ地域に住んでいるアマチュア無線家にとっては、これはいくらか簡単です。 西ヨーロッパでは、長波で送信するアマチュア無線局が非常に多く、その信号は、従来の電信を使用する場合は最大 XNUMX ～ XNUMX キロメートルの距離で受信でき、QRSS (低速) を使用する場合は最大数千キロメートルの距離で受信できます。コンピュータ上で信号処理を行う電信）。 LW 範囲でアマチュア無線の作業を開始する場合に解決する必要がある主な問題は、送信アンテナの構築です。 KB ではアンテナが仕事の成功に大きな影響を与えることは誰もがよく知っていますが、LW ではおそらくこの影響がさらに大きいでしょう。 136 kHz 程度の周波数の送信機は製造が比較的簡単です。 KB送信機とあまり変わりません。 しかしアンテナは全く別物です！ アンテナの特性は基本的に波長とアンテナの寸法の比率に依存し、アマチュアの136kHz帯に相当する波長は約2,2kmで、これまでアマチュア無線が使用していた最大波長のXNUMX倍以上となります。 LW アンテナは、HF で一般的に使用されるアンテナとは大きく異なります。 アマチュア無線家にはまったくアクセスできないサイズのアンテナが得られるため、LW 上で KB アンテナを直接コピーすることは不可能です。 さらに、LW では通常、送信アンテナの特定のアマチュア無線設計を提供することはできません。 それは主に地域の状況によって決まり、原則としてアマチュア無線家が自分でアンテナを設計する必要があります。 これは難しいことではありませんが、LW には KB に記載されているようなさまざまな種類のアンテナがないため、LW アンテナの設計には、パラメータが何であるか、パラメータがアンテナの動作にどのような影響を与えるかをある程度理解する必要があります。それらは何に依存し、送信機とアンテナからなる送信複合体全体の動作をどのように改善するか。 これらすべてが、著者がアマチュア LW 送信アンテナを作成するための基本原理を説明するこの記事を書くきっかけとなりました。 もちろん、この記事で紹介されている内容のほとんどは専門文献で見つけることができますが、アマチュア無線家に特化したそのようなプレゼンテーションはまだありません。 最近になってアマチュア無線家が LW 帯域を利用できるようになったので、これは驚くべきことではありません。 著者は複雑な理論を避け、アンテナの有意義な設計には必要な定性的な表現と最も単純な公式のみに限定しようとしました。 この場合、HF アンテナと LW アンテナの設計における基本的な違いに主な注意が払われました。 これがどれほど成功したかは読者が判断してください。 LW アンテナの特徴は、そのサイズが波長の 136 分の 500 よりもはるかに小さいことです。 これはプロの LW 局にも当てはまりますが、アマチュアの局ではさらに当てはまります。 確かに、KB でおなじみの XNUMX kHz 範囲の XNUMX 分の XNUMX 波長ピンは、オスタンキノのテレビ塔と同じように XNUMX m 以上の高さがあるはずです。 LW 送信アンテナを設計および製造する際に考慮しなければならない XNUMX 番目の重要な点は、アンテナから放射される波の偏波が垂直のみである必要があるということです。 これは地球の特性によるものです。このような低い周波数では地球は理想的な導体に近く、実際の LW アンテナの高さは波長よりもはるかに低くなります。 地球が単にこの電場を「ショート」させるという単純な理由により、水平電場を効果的に放射することは不可能である。 より厳密に言えば、その理由は、電気力学から知られているように、理想導体の表面上の電界ベクトルは常に表面に対して垂直であるためです。 もちろん、地球はまだ完全な導体ではなく、アンテナの高さは小さいとはいえゼロではありません。 したがって、LW 上で水平偏波 (水平ダイポールなど) を備えた (波長と比較して) 低い位置にある送信アンテナを使用するという問題は非常に興味深いものであり、実験が必要です。 しかし、極東で仕事を始めたばかりのアマチュア無線家にそのような送信アンテナを勧めることは不可能です。 関連する実験には確かな経験が必要であり、実験用アンテナを既知のものと比較する必要があります。 実際の LW アンテナの寸法は波長の XNUMX 分の XNUMX よりもはるかに小さいため、LW 送信アンテナは電気アンテナと磁気アンテナの XNUMX つの大きなクラスに分類できます。 磁気アンテナは閉じたフレームで、ほとんどの場合長方形で、必ず垂直面 (垂直偏波!) に配置され、少なくとも数十メートルの寸法を持っています。 西ヨーロッパと米国の一部のアマチュア無線家は、そのような送信アンテナを実験し、同等のサイズの電気アンテナと比べてそれほど小さい電力を放射することができました。 ただし、これはまだ実験的な送信アンテナです。 LW の送信アンテナの主なタイプは、地面に対して給電される非常に短縮された垂直ラジエーターです。 後者は、発電機を接続するための XNUMX 番目の極が接地されていることを意味します。 このようなアンテナの多くは、水平に配置されたワイヤの塊を備えています。 ただし、アンテナの垂直部分のみがラジエーター自体であり、すべての水平導体は垂直ワイヤー内に可能な限り最大の均等に分散された電流を生成するためだけに機能することを強調します。 いくつかのタイプの LW 送信アンテナを図 1 に模式的に示します。 XNUMX。
図上。 図１ａは、容量性負荷のない垂直ワイヤの形態のアンテナを示す。 図の。 1b - 「傘」の形をした容量性負荷を備えた垂直アンテナ。マストを支えるアンテナの一部とすることができます。 図の。 1、c - 1 ビーム T アンテナ。 図の。 1,d - 傾斜した容量性負荷を備えたシングルビーム G アンテナ。 図の。 1,e - 傾斜した容量性負荷を備えたシングルビーム T アンテナ。 図の。 1、e - 傾斜した「垂直」部分を備えたシングルビーム T アンテナ、図中。 1、g - 「斜めビーム」アンテナ。 可能なアンテナ構成は、図に示されているものに限定されません。 1. たとえば、マルチビーム G アンテナが可能です。 「傘」（図 1b）を構成する導体の数は、必ずしも XNUMX つであるとは限りません。 垂直部分は、複数の平行またはファンアウト ワイヤなどで構成することもできます。また、多くの場合、HF アンテナは給電方法を変更することで LW アンテナとして使用できることも明らかです。 たとえば、両方のフィーダー線を一緒に接続し、アースに対して電力を供給すると、KB ダイポールは T アンテナとして適切に機能します。 これらのアンテナはいずれも同軸ケーブルから電力を供給されていないことに注意してください。 それらはすべて、いわば「単線オープンフィーダーを備えたアンテナ」ですが、実際には、この「フィーダー」は実際にはラジエーターです。 KB の作業中にテレビの干渉に関連する問題を繰り返し経験しているアマチュア無線家は、送信アンテナへのそのような電源供給について非常に懐疑的かもしれません。 特に、水道管を接地として使用することをさらに推奨された場合はそうです。 著者は彼を安心させるために急いでいます。テレビの干渉は通常、HF で作業している場合よりも LW でははるかに問題になりません。 実践から例を挙げてみましょう。 アンテナからのワイヤーは、テレビの上部カバーから数センチメートル上の高さにある、出力約 50 ワットの送信機まで伸びていました。 その上にはネオン電球があり、キーを押すと明るく光りました。 同時に、テレビ受信への干渉はまったく観察されませんでした。 状況が常にそれほど好ましいとは限りませんが、どうやらテレビはこのような低周波の電磁界に鈍感であるようです。 LW アンテナの高さは常に波長の 1 分の XNUMX よりもはるかに低いため、垂直電気ラジエーターの入力インピーダンスの無効部分は常に容量性の特性を持ち、入力インピーダンスの有効部分と比較して非常に大きくなります。 アンテナの電流が大きな値に達するためには、アンテナの入力抵抗の容量部分をインダクタンスで補償する必要があります。そのリアクタンスは、アンテナの静電容量のリアクタンスと絶対値が等しいです。 したがって、DW での延長コイルの使用は絶対に必須です (コイルは図 XNUMX には示されていません)。 延長コイルはアンテナと直列に接続されます。 延長コイルの必要なインダクタンスを推定できるようにするには、アンテナの静電容量を知る必要があります。これは、LW 送信アンテナの非常に重要なパラメーターです。 アンテナの静電容量が大きいほど、拡張コイルのインダクタンスは低くする必要があります。 したがって、アンテナの静電容量が大きいほど、延長コイルのオーミック（アクティブ）抵抗による送信電力の無駄な損失が少なくなります。 また、DW で作業する場合、延長コイルでの電力損失は非常に重要です。 さらに、アンテナの静電容量が大きくなると、アンテナの電圧が低下し、LW では、比較的低出力の送信機を使用した場合でも、単位、または数十キロボルトに達することもあります。 アンテナの電圧を下げると、絶縁の問題が単純になります。 いわゆる「環境損失」について議論するときに後で説明するように、アンテナの静電容量をできるだけ大きくするように努める必要がある理由は他にもあります。 これが、アンテナの総静電容量の増加（垂直部分でより均一な電流分布を得るとともに）であり、これが、LW 送信アンテナで水平部分をできるだけ大きく、多くの場合、複数の並列からしようとする理由です。ワイヤー (マルチビーム L 型および T 型アンテナ)。 アマチュア無線の実践に許容される精度を備えた DV アンテナの静電容量は、単純な規則によって推定できます。つまり、アンテナ ワイヤ (垂直部分と水平部分の両方) 6 メートルあたりのアンテナ静電容量は約 2 pF になります。 複数のワイヤが互いに平行で、それらの間の距離が短い場合、総静電容量は減少します。 したがって、マルチビーム水平部分を備えた L 字型または T 字型アンテナの製造では、可能であればワイヤ間の距離を少なくとも 3 ～ XNUMX m 維持する必要があります。これ以上は意味がありません。距離が短くなると、ワイヤ XNUMX メートルあたりの静電容量が減少します。 アンテナ容量のリアクタンスは、よく知られた式 Xc = 1/(2πfС) で求められます。 延長コイルのリアクタンスは絶対値が同じでなければならないので、リアクタンスとインダクタンスの関係XL=2πfLからインダクタンスを求めることができます。 実際には、周波数値 f = 136 kHz を代入し、測定単位を変換することによって得られる式、つまりピコファラッドとインダクタンス - マイクロヘンリーの方が便利です。 136 kHz の周波数では、1000 pF の静電容量のリアクタンスは 1000 オームであり、1000 pF と比較して静電容量の減少に比例して増加するという近似計算は非常に大まかです。 したがって、インダクタンスの場合、各マイクロヘンリーは約 1 オームになります。 これらの数字は覚えやすいです。 計算値は実験的に改良する必要があるため、高い計算精度はほとんどの場合必要ありません。 アンテナの周囲の物体の影響を考慮することは、理論的には非常に困難です。 典型的なアマチュア無線環境におけるアンテナのパラメータの順序を想像するために、そのような例について推定してみましょう。 高さ 80 m に、長さ 20 m の単一ビームの水平部分を持つ L 型または T 型アンテナがあるとします。垂直部分の長さは 20 m、ワイヤの全長は 100 になります。 m. このようなアンテナの静電容量は約 600 pF、つまり入力抵抗の無効部分は約 2000 オームになります。 アンテナ容量のリアクタンスを補償するには、2000 μH をわずかに超えるインダクタンスを持つ拡張コイルが必要になります。 アンテナの静電容量を知っていて、従来の発振回路の公式を使用して、なぜ拡張コイルのインダクタンスを求めないのかと疑問が生じるかもしれません。 もちろん、それは可能です。 しかし、リアクタンスによる計算により、たとえば、特定の電流におけるアンテナの電圧や、既知の品質係数を備えた延長コイルの損失抵抗を推定することが可能になります。アンテナの電圧は、アンテナの電流 2000 アンペアあたり約 200 V になります。 アンテナ入力インピーダンスの能動部分は無効部分よりもはるかに小さいため、アンテナの両端の電圧 (ボルト) は、アンテナ電流 (アンペア) とアンテナ リアクタンス (オーム) の積にほぼ等しくなります。 コイルの損失抵抗、リアクタンス、品質係数は、Rcat = XL/Q という簡単な式で関係付けられます。 品質係数 Q = 2000 の場合、損失抵抗は 200/10 = XNUMX オームになります。 LW アンテナの XNUMX 番目の非常に重要なパラメータは、その実効高さです。 実効高さがアンテナ設計の詳細に依存することを考慮せずに、XNUMX つの限定的なケースに注目します。 上部に容量性負荷がない単一の垂直ワイヤの実効高さは、その幾何学的高さの半分に等しくなります。 水平部分の静電容量が垂直部分の静電容量よりもはるかに大きい L 型または T 型アンテナの場合、有効高さは、地面からのアンテナの水平部分のサスペンションの高さに近づきます。 アンテナの有効高さをできるだけ大きく、少なくとも10〜15メートル、できれば30〜50メートルにするように努める必要があることにすぐに気づきました。 しかし、おそらく、通常のアマチュア条件で達成可能な最大距離は 50 m です。 これは、16 つの XNUMX 階建ての建物の間に吊り下げられた大きな水平部分を備えた L 字型または T 字型アンテナの有効高さとほぼ同じになります。 アンテナの実効高さがそれほど重要なのはなぜですか? 問題は、アンテナの寸法が波長よりもはるかに小さい場合、通信相手が受信する電界強度は、アンテナに流れる電流とアンテナの実効高さの積 (A とします) に正比例するということです。 、メートル単位で測定されます。 アンテナの実効高さが高いほど、信号は強くなります。 送信局 Rizl によって放射される電力 (送信機の出力電力と混同しないでください!) は、単純な関係 (周波数 136 kHz の場合) によってこの積に関連付けられます: Rizl = 0.00033A2。 結果の値を理解するために例を見てみましょう。 アンテナの実効高さを 20 m とすると、送信出力 100 W のアンテナの電流強度は通常 1 ～ 3A の範囲になります。 それが2Aであることが判明します。その後、A \u40d 0,5メートルで放射電力はXNUMXWになります。 この例から、アマチュア LW 送信アンテナの効率は、送信機によって与えられる電力の 0,5% しか放射されないため、非常に低いことがわかります。 そしてそれはまだとても良いです！ 多くの場合、効率は 0,1% 未満です。 そして、（アマチュア無線規格によると）「巨大な」アンテナを使用する場合にのみ、効率は数十パーセントに達する可能性があります。 その一例は、RU6LWZ チームが実施した最初のロシアの長波 DX ペディションのアンテナで、高さ 100 メートルを超えるマストが使用されました。 アマチュア送信 LW アンテナの効率が低いため、放射電力は通常 10 分の 15、さらには XNUMX 分の XNUMX ワットで測定され、数ワットに達することはほとんどありません。 それにもかかわらず、そのようなわずかな放射電力でも、アマチュアは特殊な種類の仕事（主にQRSS - 低速電信）を使用して、数千キロメートル、さらにはXNUMX〜XNUMXキロメートルの距離で通信を行っています。 同時に、通常の電信は数百キロメートルの通信を管理し、場合によっては、良好な送信、特別な受信アンテナ、および低レベルの干渉を使用して、XNUMX ～ XNUMX キロメートルの通信を管理します。 送信 LW アンテナの状況は、私たちが慣れ親しんでいる HF の状況とは根本的に異なることがわかります。 HF での効率が通常 100% に近い場合 (おそらく 160 メートル帯域を除き、必ずしもそうとは限りません)、LW では効率は非常に小さくなります。 HF で放射を一方向に集中させ、ゲインの概念で動作させようとしている場合、LW では放射は常に実質的に円形であり、増幅について話す必要はありません。 HF で緩やかな放射角を得ようとすると、LW での放射角は常にほぼ同じになります。 HF では通常、アンテナが同軸ケーブルを介して給電され、良好な SWR を得ようと努める場合、LW ではアンテナは常に直接給電され、SWR の概念は意味を失います。 LW で作業するときに「戦わなければならない」唯一のことは、放射電力、つまりアンテナの最大「メートル数」です。 ここで、アンテナの実効高さが、最も一般的なタイプのアンテナの幾何学的寸法と設計の詳細にどのように依存するかをより詳細に検討してみましょう。 すでに指摘したように、上部に容量性負荷を備えた単純な垂直ワイヤの実効高さ (図 1a) は、アンテナの幾何学的高さの半分に単純に等しくなります。 同様に、「斜めビーム」アンテナの実効高さ (図 1、g) は、アンテナの頂点の高さの半分に等しくなります。 アンテナに水平容量性負荷がある場合 (たとえば、図 1、c)、そのようなアンテナの実効高さ hd は、垂直方向の Sv 部分と水平方向の Cr 部分の静電容量の比、および幾何学的な要素によって決まります。水平部分のサスペンション高さ h。 これは、式hd \u1d h (0,5-1 / (Cg / Sv + XNUMX))で求めることができます。 アンテナの水平部分と垂直部分の静電容量は、アンテナ全体と同様に、「ワイヤ 6 メートルあたり 1 pF」という規則によって決定できます。 この式から、Cg が Cv よりもはるかに大きい場合、有効高さ hd は幾何学的高さ p に近づくことがわかります。「垂直」部分が傾斜している場合 (図 1,6、f) と傾斜した部分の場合には特別な考慮が必要です。容量性負荷 (図 1、d、e)。 「垂直部分」が傾いていて、容量性負荷がほぼ水平である場合（図XNUMX、f）、ほとんど何も変化せず、配線が長くなったためにCがわずかに増加するだけで、式は変わりません。 T アンテナの垂直部分が傾斜した容量性負荷の中央に非常に正確に接続されている場合 (図 1、e)、式も機能します。 h として必要なのは、アンテナの先端の地面からの高さだけです。垂直部分と水平部分の接続。 このアンテナでは、容量性負荷の 1 つのアームによって生成される電界の垂直成分が相互に補償されますが、L 字型アンテナ (図 1,6、d) や「傘」アンテナ (図 0,5) では、 .1）の場合、そのような補償は発生しません。 したがって、式は多少異なります：hd \u2d 1h ( 1 + a - aXNUMX / (Cr / Sv + XNUMX))、ここで、a \uXNUMXd hXNUMX / hは、上端と下端の高さの比です。容量性負荷。 図に示されているケースでは、このことを強調します。 1bと図。 1、d 容量性負荷の下端をアースギリギリまで下げることは望ましくありません。 これにより、有効高度は 0,5 時間に減少します。 これらの点を上げることができない場合（たとえば、マストが XNUMX つしかない場合）、容量性負荷を構成するワイヤを絶縁コードで地面に接続することをお勧めします（ワイヤを切断して使用することもできます） XNUMX～XNUMX箇所に絶縁体を付けてください。） アンテナの固定点が「現地の状況」によって決定され、アマチュア無線家が計算をする必要がない場合は、次の単純なルールを使用できます。つまり、ワイヤの最大量ができるだけ高い位置に配置されるように努める必要があります。 (そして、以下から明らかなように、木や壁などから離れてください)。 さて、そして現在の身長はどうなるでしょうか！ 「主要パラメータ」の最初の要素、つまり実効高さとアンテナ内の電流の積を扱ったので、2 番目の要素が依存するもの、つまりアンテナ内の電流と、それを大きくする方法を検討します。 もちろん、電流の強さは送信機の出力に依存します。 しかしそれだけではありません。 また、入力抵抗 R の有効部分にも依存します。入力抵抗 R は、図の等価回路に示すように、損失抵抗 Rp と放射抵抗 Rrad の合計になります。 XNUMX.
周波数136 kHzでの放射抵抗（オーム単位）は、Rred \u0,00033d 2hdXNUMXの式で決定され、アマチュア無線アンテナの場合、通常は数十分のXNUMXオーム以下です。 ほとんどの場合、損失抵抗は放射線抵抗よりもはるかに大きくなります。 実際には、これが Rizl / (Rizl + Rp) に等しい低い効率が得られる理由です。 このような条件下では、アンテナに流れる電流は主に損失抵抗に依存し、放射抵抗は電流にほとんど影響を与えません。 DW アンテナと HF アンテナの根本的な違いの理由は、この損失抵抗と放射抵抗の比率にあります。 KB では、アンテナ内の電流の強さは主に放射抵抗によって決まり、この電流の強さ自体の大きさは問題ではありません。 アンテナは「電流による電力供給」または「電圧による電力供給」が可能で、電流の強さは異なりますが、放射電力は同じです。 極東では状況が根本的に異なります。 アンテナ内の電流は損失抵抗によって決まり、放射電力は電流の二乗に比例します。 したがって、電流強度をできるだけ大きくするように努める必要があり、そのためには損失抵抗をできるだけ小さくする必要があります。 アンテナの損失抵抗 Rp が既知であれば、送信機の出力電力 P が既知であれば、アンテナの電流強度 I を簡単に求めることができます: I = v (P / Rp)。 損失抵抗は、アンテナ ワイヤのオーミック抵抗、延長コイルの抵抗の有効部分、接地抵抗、およびいわゆる環境損失抵抗の合計です。 後者は、周囲の物体 (家、木など) に誘導される電流によるエネルギー損失に関連しています。 直径が少なくとも 2 mm のアンテナの銅線の抵抗は通常非常に小さいため、無視できます。 例外として、アンテナの水平部分 (容量性負荷) が非常に長く (数百メートル)、XNUMX 本の細いワイヤの形で作られている場合があります。 損失抵抗の残りの成分ははるかに大きくなります。 延長コイルの損失抵抗は、特に品質係数が低い場合にすでに顕著です。 品質係数は、特定の周波数におけるコイルの反応性 (誘導性) 抵抗と損失抵抗の比です。 後者は、磁気回路、フレーム、ワイヤの損失で構成されます。 LW送信アンテナは、飽和を避けるのが難しい大電流を伴う磁気回路を備えたコイルを使用しません。 フレーム誘電体の損失は通常小さいですが、フレームに供給される材料が少ないほど良いという推奨事項は有効です。 もちろん、高品質の誘電体を使用することが望ましい しかし、RF 電流は主にワイヤの表面を流れるため (表皮効果)、抵抗は直流や可聴周波数よりもはるかに大きくなります。 多くの本では、表皮効果を考慮した、銅線の比抵抗（オーム / m）の公式を見つけることができます。 Rsp \u0,084d (XNUMX / d) vf ここで、d はワイヤの直径 (mm) です。 f は MHz 単位の周波数です。 この式を使用してコイルワイヤの抵抗率を計算し、ワイヤの長さを乗算してコイルの損失抵抗を取得できるようです。 残念ながら、表皮効果に加えて、近接効果もあり、コイル内のワイヤの抵抗が直線のワイヤの抵抗よりも大幅に大きくなるという事実が生じます。 相互のターンの影響により、電流はワイヤの表面全体に均一に流れるのではなく、主にコイルの内側に面する表面の部分に沿って流れます。 したがって、有効な表面が少なくなり、抵抗が大きくなります。 著者の研究結果によると、単層コイルの素線の抵抗は近接効果により、素線の直径をdとすると1+4,9(d/a)の2倍に増加します。 ; a - 巻き取りステップ。 巻きピッチを小さくすると（ターンごとに巻く）、コイルのインダクタンスがXNUMXターン増加し、必要なターン数が減り、ワイヤの長さも短くなります。 ただし、近接効果は大幅に増加します。 巻きピッチを大きくすると近接効果による抵抗の増加は少なくなりますが、巻く回数が多くなり線長が長くなります。 巻線ステップがワイヤの直径の約 XNUMX 倍である場合に観察される最適値があることがわかりました。 言い換えれば、巻き間のギャップはワイヤの直径とほぼ等しくなければなりません。 コイルの損失抵抗は線径に依存しますか? 驚くべきことに、ほとんどありません。 線径が大きくなると巻く長さが長くなり、コイルを多層にすると近接効果が大きくなります。 したがって、より多くのターンを行う必要があります。 これらすべてを数学的に詳細に分析すると、非常に予想外の結果が得られます。コイルの品質係数 (したがって、特定のインダクタンスの損失抵抗) は主にコイル フレームの直径に依存します。 さらに、品質係数はこの直径に直接比例します。 また、品質係数はワイヤの直径にほとんど依存しません。 誤解を避けるために、これはワイヤの直径がスキン層の厚さよりもはるかに大きい場合にのみ当てはまることに注意してください。 136 kHz の周波数で、これは直径 0,5 mm 以上の銅線に対して行われます (通常、これが当てはまります)。 したがって、低損失を得るためには、大きな直径のコイルを作る必要がある。 フレームの直径と巻きの長さの比率は依然として重要です。 フレームの直径が巻線の長さの 2 ～ 2,5 倍である場合、コイルの品質係数が最大になることが確立されています。 これらの条件下で、単線銅線を使用した 136 kHz の周波数での非常に大まかな推定 (というより、通常は必要ありません) として、巻線ピッチと線径の最適な比率、およびフレームの直径と、単層コイルの巻きの長さ、つまり品質係数は、ミリメートル単位のフレームの直径に等しいと想定できます。 上の例に戻りましょう。コイルのリアクタンスは約 2000 オーム、アクティブ抵抗は 10 オーム、品質係数は 200 である必要があります。フレームの直径は約 200 mm にする必要があります。 コイルの損失抵抗を低くするには、さらに大きなフレーム直径を選択する必要があります。 LW 送信アンテナの延長コイルは非常に大きな寸法で作られる必要があることがわかります。 したがって、通常、コイルは送信機に内蔵されず、別個に配置されます。 確かに、同じ損失でコイルの寸法を大幅に削減する、または同じ寸法で損失を削減する可能性が XNUMX つあります。 コイルは単線の銅線ではなく、送信機用の特殊なリッツ線で巻く必要があります。 これは、膨大な数 (数百) の非常に薄い絶縁された銅導体で構成されています。 導体の上には通常、絹の編組があります。 ライセンスレートを使用する場合、各 (!!!) ワイヤがコイル接続点にはんだ付けされていることを確認することに特別な注意を払う必要があります。 残念ながら、著者はライセンスレート コイルの品質係数を計算できる理論を知りません。経験から、同じ寸法の場合、ライセンスレート コイルの品質係数は、コイルを巻いた場合の約 XNUMX 倍であることが知られています。しっかりした銅線。 延長コイルの損失抵抗は、アンテナ全体の損失抵抗の重要な要素です。 しかし、十分に大きくても許容可能な直径 (200 ～ 400 ミリメートル) のコイルを作成した場合、総損失への主な寄与は接地抵抗と環境の損失抵抗によって決まります。 通常、それらを分離することは困難であり、多くの場合、この合計抵抗は接地抵抗と呼ばれます。 RF 接地抵抗が低周波数での接地抵抗とまったく一致しないことがすぐにわかります。 したがって、抵抗が既知の「電気技術的」接地があれば、もちろんそれを使用できますし、使用する必要がありますが、136 kHz の周波数での抵抗は 50 Hz の工業用周波数での抵抗よりもはるかに大きくなります。 残念ながら、アマチュア無線家が地上損失を計算することは通常不可能です。 専門家が使用する計算式は、波長に比べてこのような小さなアマチュア無線アンテナには適用できません。 また、プロ用のアンテナとは異なり、アマチュアのアンテナは通常、家、木、その他の物体の間に設置されており、これがアンテナの損失に大きな影響を与えます。 アマチュア無線家は通常、特別な接地は行わず、水道管などを利用しますが、これも計算が難しくなります。 したがって、通常、接地における損失抵抗は環境の損失抵抗と合わせて約 30 ～ 100 オームであることを指摘し、これらの損失の大きさを減らすための推奨事項に限定する必要があります。 すでに述べたように、アンテナ内の電流を最大化する必要があります。 損失抵抗は低いほど高くなります。 アマチュア無線の練習において接地損失抵抗を減らすためには、地中に埋設されている地表にある金属から可能な限りすべてを接続する必要があります。 水道管やさまざまな金属構造物などが考えられますが、ガス管だけは使用しないでください。 これは火災安全上の理由から容認できません。 専門的な実践では、地面での損失を減らすために、アンテナの下にいわゆる「接地メッキ」の形で接地が行われます。 これは、浅い深さに埋められたり、地表に横たわったりするワイヤーのシステムです。 メッキ領域は、可能であれば、アンテナの水平部分の下の表面全体を覆い、アンテナの高さ程度の距離だけグランドプレーン上のアンテナの投影を超えて広がる必要があります。 水平部分 (容量性負荷) がない場合、めっきの半径はアンテナの高さ程度でなければなりません。 必ずしも正円の形でメタライゼーションを行う必要はなく、半径は単に特徴的なサイズを意味します。 メッキ半径を大きくすることはできますが、それを XNUMX 倍にしてもあまり意味がありません。 繰り返しになりますが、専門的な実践では、「接地メッキ」システムの個々のワイヤ間の距離は 1 メートル程度に選択され、場合によっては固体の金属シートが使用されることもあります。 アマチュア無線の練習ではこのようなことは不可能です。 したがって、たとえそのような接地システムのようなものを作成したとしても、ワイヤ間の距離はより大きくなる可能性が高くなります。 どの程度になるかは、特定のアマチュア無線家の能力によって異なります。 当然のことながら、地球の金属化がより「まれ」になると、地球の損失が増加します。 接地メッキにより、損失が大幅に低減され、LW 送信アンテナの効率が大幅に向上します。 しかし、アマチュア無線家にアンテナの下の地面を金属化する機会がない場合（これはほとんどの場合起こります）、絶望しないでください。 西ヨーロッパのアマチュア無線機のほとんどは、既存の水道を接地として使用して正常に動作します。 これが、アマチュア無線家の接地抵抗が非常に大きく、プロ用 LW アンテナの接地抵抗よりもはるかに大きいことが判明した理由です。プロ用 LW アンテナの接地抵抗は、比較的小型のアンテナであっても、多くの場合 1 オーム程度です。低電力LWステーション。 そして、LW放送局のアンテナでは、数十トン、さらには数百トン（!!!）の金属が地面に埋められており、それはさらに少ない、XNUMX分のXNUMX、場合によってはXNUMX分のXNUMXオームです。 したがって、この場合の効率は 100% に非常に近くなります。 しかし、アマチュア無線家は、場合によってはプロ仕様の LW アンテナを使用できる場合を除き、通常、これに依存する必要はありません。 しかし、接地システムの品質だけがアンテナの損失を決定するわけではありません。 アンテナ導体が家や木などの近くを通過すると、周囲の物体を加熱するために RF エネルギーがさらに損失します。 実は、これは環境の損失なのです。 高い RF 電位にさらされているアンテナ ワイヤは、可能であれば周囲の物体から少なくとも 1 ～ 3 m の距離に配置する必要があります。 そして、そのようなワイヤが長くて「干渉物体」と平行に走る場合、距離はさらに選択する必要があります。 その様子を図に示します。 3.
図の場合の損失。 3a の場合は、図 3a の場合よりも大幅に小さくなります。 XNUMXb. 後者の場合の垂直ワイヤは、家の壁にかなりの RF 電流を誘導し、送信電力の無駄な損失につながり、壁の加熱に電力を費やします。 このような状況は避けなければなりません。 しかし、アンテナの垂直線を壁から運ぶことができない場合はどうすればよいでしょうか? この場合、図に示すようにアンテナを変更するのが合理的です。 3、インチ。 また、垂直配線に流れる電流は図の場合とほぼ同じになります。 ただし、その上のグランドに対する RF 電位は小さくなります (拡張コイルの後のみ大きくなります)。 したがって、家の壁の影響も少なくなります。 ただし、コイルが接続されているアンテナの静電容量は水平配線の静電容量のみとなるため、コイルのインダクタンスをある程度大きくする必要があります。 この場合、高いコイルを調整するのは不便です。 解決策は簡単です。インダクタンスの大部分を「上」に配置し、送信機の近くにある小さなバリオメーターをオンにして、アンテナを共振するように微調整するだけです。 この場合、壁の近くを通過するワイヤの電圧は多少増加しますが、図の場合ほど顕著ではありません。 3b. 同様の状況を図に示します。 送信機が高層ビルの最上階にある場合の 3D。 アンテナには垂直部分がないように見えますが、実際には垂直部分があります。 水道管などのアース線がその役割を果たしているだけです。 それらは壁に非常に近接して配置されていますが、それらには実質的に RF 電位が存在しないため、図のアンテナの垂直部分にも同様です。 3cでは壁の影響が弱い。 したがって、アンテナは十分に機能します。 考慮された例は、周囲の物体の近くに高電位を運ぶアンテナの部分がある場合に、特に大きな環境損失が発生することを示しています。 もちろん、アンテナ全体の電圧を低減するだけでなく、アンテナの一部の電圧を低減することによって、環境損失も低減されます。 これは、アンテナの総静電容量を増やすとアンテナの効率が向上するという前述の指摘を説明します。 実際、アンテナの静電容量が増加すると、その両端の電圧が減少し、その結果、環境の損失が減少します。 アンテナの垂直部分の送信電力が同じであれば、大きな電流強度を得ることができ、その結果、放射される信号が増加します。 もちろん、上記の図とそれに対するコメントは、アンテナの実際の実装中に起こり得るすべての状況を網羅しているわけではありません。 しかし著者は、それらが与えられた条件下で環境損失を最小限に抑えた LW アンテナの設計への一般的なアプローチを示すことを望んでいます。 いずれの場合も、アマチュア無線家は自分で考え、実験し、決定を下す必要があります。 結論として、アンテナと送信機の接続について少しだけ説明します。 上記のことから、コイルとの共振に同調した後のアンテナの入力インピーダンスは、ほとんどの場合、50 オームまたは 75 オームに等しくないことは明らかです。 しかし、同軸ケーブルがないのでその必要はありません。 必要なのは、送信機で出力インピーダンスを調整できるようにすることだけです。 これを行う最も簡単な方法は、送信機の出力段のトランスプッシュプル回路を使用することです。 この場合、変圧器の二次巻線にはタップとスイッチを取り付ける必要があります。 「非常に悪い」と「非常に良い」の両方を含む、アマチュア無線アンテナには、5、7、10、15、20、30、50、70、100、150、200 オームの出力インピーダンスの範囲で十分であるようです。 「もの。 標準の 11 ポジション スイッチで十分です。 アンテナを共振に合わせて微調整するには、LW または MW 送信機のバリオメーターを使用することが非常に望ましいです。 著者は、RSB-5 ラジオ局の中波ユニットのバリオメーターを使用しています。このバリオメーターの最大インダクタンスは 700 μH 程度です。 もちろん、それだけでは不十分であり、かなり大きな一定インダクタンスのコイルがバリオメータと直列に追加接続されており、バリオメータは調整のみに使用されます。 アンテナと送信機間の接続の説明されたバージョンでは、調整は、アンテナに最大電流を供給するスイッチの位置を選択することと、延長コイルのインダクタンスを調整することに減じられます。 送信機の出力インピーダンスを切り替えるたびに、アンテナ内の最大電流を達成して共振を得るためにインダクタンス (バリオメーター) を調整する必要があります。 送信機の出力回路には他のバージョンや他の調整方法もありますが、それらの議論はこの記事の本題からあまりにも離れてしまいます。 したがって、プレゼンテーションの締めくくりとして、読者の実験が成功することを祈ります。また、長い波長でお会いしましょう! 著者: Alexander Yurkov (RA9MB)
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