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無線電子工学および電気工学の百科事典 アンテナの動作に対する金属トラバースの影響について。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
提案された論文の中で、著者らは、半波振動子に対する金属アンテナのトラバースの影響に関して、アマチュア無線の文献で入手可能な推奨事項を明確にしようとしました。 その結果、振動子とトラバースの寸法比、動作周波数、振動子とトラバース端からの距離に応じて、実用に適した振動子長さの補正値が得られました。 、主な固定方法が XNUMX つあります。 振動子アンテナの要素が固定されている金属ベアリング トラバースは、アンテナの近接場に位置し、そのパラメータに大きな影響を与える可能性があります。 特に、そのような影響を考慮せずに計算された「ウェーブ チャネル」アンテナのすべての要素の寸法は修正が必要です。 著者らが入手可能な文献では、この影響の詳細な分析、それを考慮する方法、または効果的で労働集約的な修正は見つかっていません。 アンテナの説明には、せいぜい、特定の直径の金属トラバースに取り付けるための寸法が示されている [1] か、または 432 MHz 帯域では振動子の取り付け方法がアンテナに取り付けられているという記述があるだけです。支持構造はアンテナの特性に大きな影響を与えます [2] 。 [3] では、金属トラバースが存在する場合にはバイブレータを 0,5 ～ 1% 長くすることが推奨されており、[4] では、振動子の長さを増やすことでトラバースの影響を考慮する必要性が推奨されています。振動子の長さはトラバース直径の 2/3 で計算されます。 本 [5] では、反射板と最後のディレクタについて、トラバースの対応する端がトラバース直径の少なくとも 2 つ突き出ている場合にのみ、条件「3/6」が有効であると記載されています。 K. Rothammel と A. Krishke によるこの本のロシア語訳 [2] では、経験則「3/6」の近似と限界、および要素の固定方法や厚さの影響が指摘されています。トラバースの断面形状が表示されます。 同じ場所で、DL7WU [8、145] の研究を参照して、432 および XNUMX MHz 帯域の「ウェーブ チャネル」アンテナの受動素子の長さの補正の簡単な表が示されています。 方法論とモデル 半波長振動子の共振長に対する導電性トラバースの影響は、損失を考慮せずにワイヤやプレートの放射および散乱構造を解析するために使用される WIPL プログラム [9] を使用した電気力学シミュレーションによって研究されました。 丸いバイブレーターを六角形のトラバースに対称的に固定する 1 つの典型的な方法がモデル化されました (図 1)。 2 - バイブレーターはトラバースから分離されており、バイブレーターとトラバースの軸は交差しません。 3 - バイブレーターはトラバースから分離されており、それらの軸は交差しています。 XNUMX - バイブレーターはトラバースに接続されており (良好な電気接触 - 溶接が行われています)、バイブレーターとトラバースの軸が交差しています。
また、トラバース上には振動子が XNUMX つだけあり、トラバース以外にその共振長に影響を与えるものは何もないと考えられていました。 多素子アンテナにおける非共振振動子の影響とその長さの補正については、以下で説明します。 所定の周波数で対称励起を行う所定の直径の半波長振動子の正確な共振長は、条件 X=0 によって決定されます。ここで、X は振動子の複素入力抵抗 Z=R+jX の虚数部です。 まず、自由空間 (トラバースなし) での共振長 Lo が決定され、次に同様に、エレメントを所定のトラバースに固定する所定の条件下での共振長 L が決定されます。 必要な補正値は、l=L-Lo として、または σ=(l/Lo)・100% としてパーセンテージとして計算されました。 トラバースへのエレメントの固定方法（1、2、3）の共振長への影響、円形断面の等価トラバースの直径b、振動子を固定した場合のトラバース突出端の長さtその端に取り付けられた振動子の直径 d とその長さ (波長 X を決定する周波数 f を介して間接的に)、および孤立した振動子とトラバースの間のギャップ s の影響。 テーブル内。 表 1 は相対モデリング パラメータの間隔を示しており、その結果は経験的に計算された関係を取得するためにさらに使用されます。 バイブレーター取り付け方法3の六角形トラバースの場合、サイズb=1,09D。 シミュレーション結果を使用して、トラバースの「作用長」、つまりトラバースの端から振動子の距離の推定を行うことができます。この距離の増加は実際には補正値の変化につながりません。図に示されています。 2. WIPL プログラムの制限を考慮して、150 ～ 1200 MHz の周波数範囲および 7,4 ～ 29,6 mm のトラバース直径の全範囲でモデル化する場合、有効長 t1 は 92 と等しくなります。んん。
シミュレーション結果 図上。 図 2 ～ 4 は、シミュレーション パラメータに対する補正の依存性の性質を示す選択的なプロットを示しています。 いくつかの一般的な規則性に注目してみましょう。 振動子の厚さよりも厚い金属トラバースの存在は、あらゆる固定方法において、振動子の顕著な電気的短縮、つまり共振周波数の増加につながります。 以前の周波数での共振長を復元するには、計算された振動子の長さを短縮量 l だけ長くする必要があります。 分析の結果、この影響はトラバースの横流によるものであることがわかりました。 したがって、導体の縦方向電流のみを考慮した細い導体用プログラム（MININEC、ELNEC、MMANA）を使用したトラバースシミュレーションでは、十分に大きな線径を指定しても検出できません。 図から。 図２から、振動子が長ければ長いほど、補正値ｌが小さくなることが分かる。 2 MHz および 600 MHz の周波数では、トラバースの共振の影響は、重要ではありませんが顕著です。 トラバースの影響は方法3で接続した場合に最も顕著であり、振動子を電気的に接触させずに取り付ける場合、方法1ではギャップの大きさに大きく依存し、ギャップの大きさにはほとんど依存しません。 (合理的な範囲内で) 取り付けオプション 2 にあります。 トラバースの一定の厚さに対する補正値は、バイブレータの厚さによって異なります (図 3)。コンタクト タイプ 3 の接続の場合、バイブレータの直径が増加すると、補正値は著しく減少します。タイプ 2 の接続の場合は、補正値が著しく減少します。接触がなければ、逆に増加し、方法 1 では、そのような依存性は非常に小さく、ゼロクリアランスでは実質的に存在しません。 周波数の影響は、周波数の増加に伴う l の値の適度な増加に抑えられます - 1,5 ～ 2 MHz の範囲では 100 ～ 1200 倍。
補正値に最も大きな影響を与えるのはトラバースの太さ（直径）です（図4）。 したがって、周波数 800 MHz、振動子直径 2 mm (トラバースなしの共振長 176,2 mm)、トラバース直径 b = 14,8 mm では、補正は 9,74 mm でした (ちなみに、この場合はこれに近い値です)。これは、文献で 2 番目のタイプの接続を備えたバイブレータの長さを修正するための推奨事項として引用されている値 3b/3 です)。 b が 2,47 倍増加すると、I は 2,59 倍増加し、XNUMX 倍減少すると、それに対応して l は XNUMX 倍減少します。
バイブレーターの取り付け場所がトラバースの端から取り外された場合、補正の大幅な増加は、トラバースの直径 3 ～ 5 の距離まで決定されます (図 4)。トラバースの最後 (t = 0) の場合、l の値は最大値の約 60 ～ 70% になる可能性があります。 図上。 図５は、長方形および正方形のトラバース断面を備えたいくつかのモデルのスケッチを示しています。
図のモデルでは、 図５ａでは、第３の方法（ｂ＝１４．８ｍｍ）に相当する同じ円形断面直径を有する六角トラバース上での同様の固定方法（１）との比較のために補正の計算が行われる。 この比較を図に示します。 図６から、この場合、振動子が正方形のトラバースの面の１つに平行であるとき、そのようなトラバースの影響が著しく強いことがわかる。 方法 5 (図 1、d) に従って固定された四角トラバースに相当する円形トラバースの直径は、b = 3D と見なされます。
実際の適用 振動子をトラバースに取り付けるさまざまな方法のモデリングの結果に基づいて、必要な補正の値を初期データ (寸法と周波数) に関連付ける経験式が得られました。 これらの依存関係を見つけるために、多重回帰手順が使用されました (Stat-graphtcs plus v.2.1 [10])。 補正量 l / b の相対値を計算式に従って計算する際の二乗平均平方根誤差は、締結方法 0,0115 で 1、締結方法 0,00758 で 2、締結方法 0,0132 で 3 となります。計算式は非常に煩雑であり、記載されていません。ここ。 得られた式に従って計算プログラムを作成した。 プログラムテキスト: Turbo-Basic のロシア語のboom_r.basと英語のboom_e.bas、および実行可能ファイルboom_r.exeとboom_e.exeをそれぞれダウンロードできます。 故に。 データ入力は、表に従って制限付きで対話モードで行われます。 1. プログラムは相対的なサイズに基づいて動作するため、計算の周波数範囲はシミュレーション範囲によって制限されません。
テーブル内。 図 2 は、比較のために、未知の要素直径 d に対して DL3WU [432] によって取得され、d の 6 つの値に対して当社のプログラムを使用して計算された、周波数 8 MHz の補正値 (実装方法 XNUMX) を示しています。
非共振バイブレータ 得られた結果は、「ウェーブ チャネル」アンテナの非共振パッシブ振動子の長さを補正するために使用することもできます。 これを行うには、まず同じ条件下で共振振動子の補正の相対値 20 を計算する必要があります。 ブーム プログラムは、絶対補正 l (ミリメートル単位) を相対 σ (パーセント単位) に変換します。 そして、算出された（トラバースの影響を除いた）受動振動子の長さに同じ相対補正値ｌを適用し、補正値の絶対値を求める。 たとえば、周波数 50 MHz で直径 3060 mm の反射体の計算上の長さは 80 mm です。 トラバース径 b=140 mm、t=3 mm、締結タイプ 1 またはタイプ 20、クリアランス s=32,74 mm。 ブームプログラムに従って計算すると、固定タイプ 1,15 の場合は l=3 mm (σ=8,44%)、タイプ 0,3 の場合は l=1 mm (σ=1,15%) の補正が得られます。 したがって、最初のケースでは、リフレクターが必要です。推定長さの 3060%、つまり 0,0115-35,2 = 0,3 mm、3060 番目では推定長さの 0,003%、つまり 9,18 XNUMX = XNUMX mm だけ長くします。 この技術は、位相シフト誤差が最大±3°であり、共振振動子との長さの差が±10%以内の振動子に適用できます。 この場合、補正を行わない場合のトラバースの影響により、最大 ±15°の位相偏差が発生する可能性があります。 MININEC などの単純なワイヤ アンテナ シミュレータを使用すると、他のバイブレータの影響も簡単に考慮できます。 この技術の適合性は、特に遠隔携帯電話加入者向けの 11 ～ 820 MHz の範囲の固定 875 素子「ウェーブ チャネル」アンテナの開発において、実際にテストされました。 すべての要素の計算された長さ (d = 5,6 mm) は、方法 2,3 に従って直径 15 mm のアルミニウム製トラバースに取り付ける場合、トラバースの突出端の長さが少なくとも 2 mm になるように 60% 増加しました。 ただし、要素 (反射板または最後のディレクタ) がトラバースの端から 10 mm の距離に取り付けられている場合、その長さは 1.5% だけ増加する必要があります。 得られた結果が、アマチュア無線家だけでなく、テレビ、無線通信、その他の用途の振動子アンテナの開発者や設計者にも役立つことを願っています。 ご質問、フィードバック、提案、コメント、批判は、次のアドレスで受け付けます。 。 著者らは、貴重なアドバイスとコメントをくれた V. V. Krylov と I. P. Kovalev に感謝します。 文学
著者: A. Grechikhin (UA3TZ), N. Seleznev, Nizhny Novgorod
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