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無線電子工学および電気工学の百科事典 7バンド指向性HFアンテナBMA-XNUMX。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
全波アンテナ、または少なくとも 1 つのアマチュア HF 帯域のほとんどで動作するアンテナは、多くの短波利用者の夢です。 マルチバンド アンテナを作成する作業は、指向性アンテナとなるとさらに複雑になります。 それに対する興味深い解決策が、公開された記事で提案されています。 UTXNUMXMA がこの設計で使用したアイデアは、短波会社が KB アンテナを独自に開発する際に役立つ可能性があります。 アマチュア無線通信用のマルチバンド指向性「ウェーブ チャネル」アンテナは非常に人気があり、多くの国で数十社が製造しています。 このようなアンテナは主に分離共振回路、TRAP、またははしごを使用して作成されます [1、2]。 明らかな利便性にもかかわらず、この技術はアマチュアのアンテナ設計ではめったに使用されません。これは、まず第一に、信頼性が高く、細かく調整されたはしごを手作りで製造する複雑さによって説明されます。 最近、いわゆるマルチバンド負荷回路 (LOad Multiband または LOM、略して LOM) を使用して、マルチバンド動作の問題をより簡単な方法で解決するアンテナ設計が登場しました。 このようなアンテナの主な要素は、アクティブまたはパッシブ要素の特定の場所に配置された、特定のインダクタンスを持つコイルです。 LOM 負荷の作用メカニズムは、比較的高い周波数でコイルが電流の重大な反射を引き起こし、その結果、「プレコイル」部分での分布が従来のダイポールの分布に近くなるということです。ショルダー長は約0,25λ。 低周波数では、電流はアンテナ アームの全長に沿って伝播し、コイルは延長コイルとして機能します [3]。 ラダーを使用した場合と LOM コイルを使用した場合の 3 つの 2 バンド ダイポールの主なパラメーターを比較してみましょう。 計算は、MMANA アンテナ プログラム (優れたプログラムの場合は TNX JEXNUMXHHT および DLXNUMXKQ) を使用して行われました。 図 1a は、10、20、および 40 メートルの範囲のダイポールの図を示しています。 ダイポールのアームは対称であるため、図を簡略化するためにダイポールの半分のみを示すことができます。 トラップ コンデンサ L1C1 (共振周波数 f1 = 28,3 MHz) と L2C2 (f2 = 14,15 MHz) がコイルの内側と外側に配置されたチューブによって形成されているという事実から話を進めます。 この技術的に便利なコンデンサの設計には重大な欠点があることに注意してください。これらの真空管の影響により、コイル（および回路全体）の品質係数は 3 ～ 4 倍低下し、多くのモデルではそれを超えません。 Q = 80 ... 100。したがって、回路の損失とその加熱も同じ量だけ増加します。 C1 = 25 pF、C2 = 15 pF、Q1 = 100、Q2 = 80 を受け入れ、アンテナ導体 (チューブ) の直径は 30 mm です。 例えば、ダイポールセクションａｂ、ｃｄは、入力抵抗の無効成分が３つの範囲すべてにおいてゼロに近くなる長さを有する。
異なる範囲での双極子に沿った電流の大きさの変化の図を図 1 と 10 に示します。 1b (射程 20 メートル)、図。 1、c（40メートル）および図。 XNUMX,g（XNUMXメートル）。 図の矢印は、ダイポールの対応する部分における電流の方向を示しています。 MMANAは、はしごの後ろにあるダイポールの部分にも小さな電流が流れていることを示しています。これは、アンテナの動作領域からの干渉の結果として現れます。 10 メートルの範囲では、この電流は放射パターン (DN) を狭めることによってアンテナ ゲインを約 0,4 dB 大幅に増加させ、アンテナの入力インピーダンスも増加させます。 計算結果を表にまとめます。 ここで、R は共振時のアンテナの入力インピーダンスです。 ゲイン G は、トラップのない半波長ダイポールに関して与えられます。 アンテナの信頼性はこれらの損失に直接依存するため、1 つのコイル PL2 と 3 つの PL0,707 の合計熱損失が個別に強調表示されます。 G は、-0,1 dB でのパターンのメイン ローブの幅、つまり最大値の 2,4 です。 熱損失を見積もる場合、2 dB は総電力の約 6,7% に相当すると想定できます。 ダイポールの全長は XNUMXxXNUMX m です。 図上。 これは、2、10、および 20 メートルの範囲のダイポールも示していますが、最初のものとは異なり、はしごを使用せず、LOM コイルを使用します。 L40 と L1 の値、ab、cd などのセクションの長さ、および容量性負荷 EH2 と EH1 は、入力抵抗の無効成分が 2 つの範囲すべてでゼロに近づくように選択されます。 特に、最初のセクションの長さ ab は、0,25 メートルの範囲で約 10 波長になります。 この範囲に L1 が存在するため、セクション ab の電流曲線の形状は半波長ダイポールの形状とほぼ同じになります。
セクション cd のコイルの後ろの電流は、最初のセクションよりも数倍少なくなります。 ここでは電流の方向が逆であり、その作用により RP が拡大し、それに応じてダイポール ゲインが低下するため、これは重要です。 この望ましくない影響を最小限に抑えるために、容量性負荷 EH1 が導入され、放射からの逆電流の一部が「引き継がれ」て排除されます。 セクション cd の電流の大きさもコイル L1 のインダクタンスに依存し、小さくなるほど大きくなります。 一方、コイルのインダクタンスを増やすと、20 番目の帯域 (20 メートル) の帯域幅が減少するため、このコイルのインダクタンスの選択は避けられない妥協となります。 2 メートルの範囲では、L2 要素と EH1 要素は同様に機能し、L40 コイルは延長コイルとして機能します。 2,6 メートルでは両方のコイルが延長コイルになります。 このバージョンのダイポールの導体に沿った電流の図を図に示します。 10 (2 メートル)、図。 20、c (2 メートル) と図。 40、g（XNUMXメートル）。 計算の結果、最適値は L1 = 3,5 µH および L2 = 18 µH であることがわかりました。 ダイポールの全長は 2x5,8 m で、管の直径は最端部で 20 mm、残りの部分で 30 mm です。 EH1 の長さは 0,8 m、EH2 は 0,6 m、チューブの直径は 16 mm です。 計算されたパラメータも表に示されているため、比較に便利です。 計算では、コイル L1 と L2 の品質係数は 250 であると想定されますが、これは非常に現実的です。
TRAP ダイポールと LOM ダイポールの熱損失を比較すると、2 番目の損失は 3 ～ XNUMX 分の XNUMX であることがわかります。 同じ他の設計条件下では、LOM アンテナはより多くの電力に耐えることができます。 ただし、トラップに外部コンデンサが使用されている場合、このインジケータでは両方のタイプのアンテナがほぼ同等になります。 LOM アンテナの有益な特性は、コイルのインダクタンスの値が重要ではないことです。 計算値から 10% ずれた場合は、EH 素子の長さを調整することで共振チューニングを簡単に復元できます。 この場合、アンテナ パラメータはあまり変化しません。 また、明らかな利点もあります。高無効電力用に設計された高電圧コンデンサを使用する必要がありません。 垂直マルチバンド アンテナで LOM 技術の使用に成功した後 [3、4]、著者は、10 ～ 40 メートルの 50 KB 帯域の単純な指向性アンテナのアクティブ バイブレータ (AB) にこの技術を適用することを試みました。 AB は、切り替えなしで 10 つの 12 オームフィーダを使用するように設計されています。 AB に加えて、アンテナには 15、17、20、30、40 メートルの範囲に 7 つの反射板が含まれており、7 メートルと 3 メートルの帯域ではアクティブ バイブレータのみがアンテナ内で動作します。 著者の名前をBMA-XNUMX（XNUMXバンド用ビームマルチバンドアンテナ）と名付けた実験アンテナの外観を図に示します。 XNUMX.
アクティブバイブレータの電気回路の概略を図に示します。 4. 各アーム AB (条件付きで XNUMX つのうちの XNUMX つだけを示す) は XNUMX つの導体で構成され、その始点は給電点で収束します。
アンテナの構造的基礎は中央の振動子であり、ジュラルミン パイプの 1 つのセグメントで構成され、その間にコイル L2 と L10 があります。 このバイブレーターは 20 メートル、40 メートル、15 メートルで動作します。 ワイヤバイブレータ PV17 および PV15 により、17 メートルおよび 4 メートルの範囲が提供されます。 小さなインダクタンスを持つ L17 コイルにより、PV12 振動子の長さを設計上の必要な寸法まで短縮することができます。 PV12 バイブレータは 3 メートルの範囲で動作し、L30 コイルと追加の導体 PVZO を組み合わせると、1,1 メートルの範囲のエミッタが得られます。 当然、AB のコンポーネント間には相互影響がありますが、それでも一般に、1,4 ～ XNUMX 内のすべての範囲の中周波数で明確な XNUMX つの共振と SWR が得られます (AB のみ - 反射板なし)。 5 つの投影図における主な寸法を含む AB のより詳細な図を図に概略的に示します。 XNUMX.
ワイヤバイブレータ PV は、断面 2,5 平方メートルの PVZ ブランドのビニル絶縁の撚り線で作られています。 んん。 ワイヤバイブレータをサポートするために、「Antennopolis」（Zaporozhye）社の小さなナット絶縁体IOとプラスチックアンテナ絶縁体IEが使用されました。 これらの絶縁体は 17x17x115mm で、端に 4 つ、中央に 7 つの合計 17 つの穴があります。 L12 コイルは 15 ターンで、PV17 エミッタ線から絶縁体の中間部分に直接巻かれています。 ワイヤエミッタＰＶ１２は、誘電体スペーサＲＰによって中央振動子からある程度の距離を置いて固定されている。 PV2 および PVXNUMX エミッターの (アンテナの中心から) 遠い端は、EHXNUMX チューブ上のポリプロピレンのストレッチ マーク PP を介して固定されています。 10メートルの範囲の反射鏡は直径20 mm、長さ5,3 mのチューブで作られ、15メートルの範囲は直径30、20、16、10 mmのチューブから作られます（全長7,235 m）。 、20メートルの範囲 - 直径30および20 mmのチューブ（全長10,51 m）。 AB から 10、15、20 メートルの範囲の反射板までの距離は、それぞれ 2,05、2,6、3,7 m です。 12 メートルと 17 メートルの範囲の反射器は、PVZ-2,5 ブランドのビニール絶縁のより線で作られ、それぞれ 15 メートルと 20 メートルの反射器の上に配置されています (図 3 を参照)。ワイヤ反射鏡は管反射鏡より 0,5 m 高く、終点は 0,2 m です。12 メートルの範囲の反射鏡の全長は 5,5 m、17 メートルの範囲は 7,75 m です。容量性負荷は管からのものです。直径 16 mm、EH1 の長さは 1,3 m、EH2 は 1,6 m コイルデータ: L1 - 直径 33 mm のフレーム、断面積 1 平方メートルの MGTF ワイヤーmm、巻き数 - 9、タイト巻き、NOVA ROLL 電気テープによる防水。 L2 - 直径32 mmのフレーム、MGTF 0 sq。 mm、巻き数 - 75; L24 - 直径3 mmのフレーム、MGTF 40 sq。 mm、0,75回転。 アンテナは最初にモックアップで実験的にテストされ、次に実際のサンプルが作成されました。 アクティブバイブレータは、ブリッジ SWR メーターを使用して調整されました。容量性負荷の長さを変更することで 10 メートルと 20 メートルの範囲で、端部の長さを変更することで 40 メートルの範囲で調整されました。 残りの範囲はワイヤーバイブレーターの長さを選択することによって調整されます。 ワイヤー上のビニール絶縁体の存在とチューブリフレクターの近接性により、ワイヤーリフレクターの長さを計算するのは困難でした。GIR を使用して、この範囲の平均周波数から 3% 異なる周波数にチューニングされました。下。 アクティブバイブレータの全長は2x6,35mです。 MMANA コンピューター プログラムを受け取った後、アクティブ バイブレーター (範囲 10、20、および 40 メートル) の計算により、EH の長さとアクティブ バイブレーターの全長を短縮することで同じパラメーターがどのように得られることが示されました (計算データを参照)その上）。 電源ケーブルは、アンテナ入力に並列に接続された 56 pF / 2,5 kVA の容量を持つコンデンサという 5 つの追加要素のみを使用して AB と整合されます。 バランス調整は、RG-15 フィーダの同軸ケーブルを 58VN 材質の直径 65 mm の環状フェライト磁気コアに巻いた 300 ターンの保護チョーク L1 を使用して実行されます。 インダクタと整合コンデンサは保護ケース内に配置され、要素 PV15 と PV17 をサポートする AB の中心にある鋼製支柱 RP10 に取り付けられます。 (特にアンテナをモデル化する場合) 変圧器に向かうワイヤ セグメント (それぞれ長さ約 XNUMX cm) が電気長 AB に含まれていることを忘れてはなりません。 中央部分 AB (コイル L2 まで) は直径 30 mm のチューブで作られ、端セグメントは直径 20、18、10 mm のチューブで作られ、一方が他方に挿入されます。 アンテナは、長さ 50 メートルの PK7-30 ケーブルで給電されます。 AB要素の長さをわずかに修正した後、次の値が得られました。SWR - 1,1 ... 1,4の範囲の中周波数で。 SWR ≤ 2 の動作周波数帯域は、10 メートルの帯域で 1 MHz、12、15、および 17 メートルの帯域で 0,5 MHz、20 メートルの帯域で 0,32 MHz、30 メートル以上の帯域で 0,09 MHz です。 40メートル～0,18MHzの範囲で。 測定は DRAKE WH7 機器を使用して実行されました。 「オンエア」アンテナをチェックすると、20 メートルの範囲の中ルートでの前方/後方比が 12 ～ 15 dB 以内、高域では 15 ～ 18 dB であることがわかりました。 Invと比較すると40メートルです。 V、最大放射の方向では、BMA-7 アンテナはフルサイズの Inv に劣らないことが判明しました。 Vだが横方向では1…2点上回った。 10 ～ 20 MHz の範囲でのゲインの計算値は 4 ～ 4,5 dBd です。 ダイレクタを追加することで、このアンテナのパラメータを改善することは可能ですか? これは以下の理由から非常に困難です。 まず、下位範囲のディレクターは上位範囲のパラメーターを大幅に悪化させます。 この現象を解消するにはラダーやLOMコイルの導入など特別な対策が必要となります。 第 XNUMX に、入力抵抗がさまざまな範囲に広がるため、XNUMX つのフィーダで標準的な整合方法を使用することが困難になります。 おそらく、アンテナが「平均的な」短波に興味がある可能性があることは、記載された形式にあります。 パラメータの点では、BMA-7 アンテナは長さ 6 ～ 8 メートルの対数周期アンテナに近いですが、30 メートルと 40 メートルの素子を備えています。 また、西洋の短波では、ブーム長さ 4 m のシンプルな FORCE-12 C3,6 アンテナが人気があり、10、15、20 メートルの帯域に 40 つの素子と、700 メートルの帯域に XNUMX つの素子を備えていることにも注目してください。フィーダー XNUMX つ (価格は約 XNUMX ドル)。 結論として、この研究で示されているように、LOM テクノロジーはマルチバンド アンテナにうまく適用でき、TRAP テクノロジーと同等の条件で競合できると言えます。 著者は、BMA-1 アンテナの設置と調整の際に貴重な支援をしていただいた Boris Kataev (UR7MQ) に感謝したいと思います。 文学
著者：E.Gutkin（UT1MA）、ルガンスク、ウクライナ
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