XNUMX バンド指向性アンテナスパイダー。スキーム、説明

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XNUMX バンド指向性アンテナ Spider。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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ワイヤーで作られ、伸縮自在のガラスとプラスチックの棒の間に張られた非常に軽量で持ち運び可能な指向性 HF アンテナを作成するというアイデアは、新しいものではありませんが、アマチュア無線家の注目を集めています。ドイツの短波通信事業者 Cornelius Pohl (DF4SA) は、20 つの「ウェーブチャネル」ワイヤアンテナを 15 本のロッドの 10 つのフレームに配置する設計オプションを提案しました。4 メートルと XNUMX メートルの範囲に XNUMX つの XNUMX 素子、および XNUMX メートルと XNUMX メートルの範囲に XNUMX つの XNUMX 素子です。 XNUMXメートルの。このアンテナは、可搬性と軽量にもかかわらず、指向性と放射パターンの点で非常に優れた性能特性を備えています。 DFXNUMXSA アンテナには大きな関心が寄せられているため、作成者の許可を得て、Spider について説明します。

導入。「Spider」 (「スパイダー」) は、ガラスとプラスチックのロッドとワイヤーで作られたフルサイズの 5,5 バンドの非常に軽量なアンテナです。アンテナの総重量は約 1 kg なので、現場での使用に最適です。高さ XNUMX メートルのアルミニウムマストにアンテナを立てた写真を図に示します。 XNUMX.

トライバンド指向性スパイダーアンテナ

テレビアンテナの軽量伸縮マストや回転装置がアンテナに適しています。アンテナにかかる風荷重は小さいです。一人でも簡単に組み立て、設置できます。折り畳まれてパッケージ化されたアンテナの寸法は 1,2 m を超えません。その設計の簡略化されたスケッチ (同一平面上の導波器と反射器) を図に示します。 2.

トライバンド指向性スパイダーアンテナ

利得 (利得) G と前方/後方放射比 (F/B) の点で、Spider は固定アンテナを含む他のフルサイズアンテナに劣りません。連続モードでの許容放射電力は 2 kW です。基本的なアンテナデータを表 1 に示します。

トライバンド指向性スパイダーアンテナ

アンテナを設置する際の主な作業は、アンテナを可能な限り高さまで上げることです。利得が小さいアンテナでも、高高度に設置すると、利得が大きくても低高度に設置されたアンテナよりも良好な信号が得られます。 Spider は軽量なので、高いところまで持ち上げるのが簡単です。最適な設置場所の選択も簡単になります。このアンテナは旅行時に使用するのに便利で、周囲の山々の頂上、島、城や灯台の塔、さらには屋根にも設置できます。このアンテナは、従来の重いトライバンド「ビーム」と比べても遜色ありません。

アンテナの組み立ては簡単で、特別な複雑な要素を使用しない設計になっています。セットアップ手順がないため、初心者でもアンテナを利用できます。アンテナを作るための材料費は安く、マストや回転装置も節約できます。

このアンテナの開発は、V 字型に曲がったワイヤダイレクタと反射板を備えた 4 素子の「ウェーブチャネル」アンテナである「バードヤギ」を提案したディックバード (G4ZU) の独創的で洗練されたソリューションを知ったことによって促進されました。「弓矢」とも呼ばれます。しかし、文献にはマルチバンド設計に関する記載がなかったため、DFXNUMXSA は独自に開発する必要がありました。コンピュータシミュレーションを何度も試みた結果、最終的に要件を満たす仮想アンテナを取得することができました。

構造的、機械的問題が残りました。アンテナは軽量でありながら剛性が高く、湿気から保護され、何度組み立てや分解を繰り返しても再現可能な電気特性を備えていなければなりませんでした。組み立ては難しくなく、特別な工具も必要ありません。これらの要件はすべて満たされており、著者は、2002 年の CQ WW CW コンテスト中に CTZEE から操作したときに、アンテナが激しい嵐に簡単に耐えることを見て非常にうれしく思いました。

アンテナ構築の基本原理。「スパイダー」は、10、15、20 メートルの範囲のウェーブチャネルです。これは、グラスファイバー製の共通の横材 (「スパイダー」) 上に張られた 20 つのワイヤーアンテナが互いに入れ子になって形成されています。これらのアンテナには、15 メートルの範囲用に 10 つの要素、XNUMX メートルの範囲用に XNUMX つの要素、XNUMX メートルの範囲用に XNUMX つの要素が含まれています。

アンテナのアクティブ要素は、20、15、10 メートル帯域の 2 つの個別のダイポールで構成され、給電点でのみ相互に接続されます。その結果、アンテナ設計にはコイルや回路 (「トラップ」) が使用されません。不平衡同軸ケーブルから対称ダイポールに移行するには、WXNUMXDU によって提案されたシンプルで広帯域のインダクターデバイスが使用されます。これにより、電源システムが非常にシンプルかつ信頼性の高いものになります。位相線や他の整合デバイスは必要ありません。

アンテナの全体図 (上面図) と素子の取り付け寸法 (センチメートル単位) を図に示します。 3.

トライバンド指向性スパイダーアンテナ

パッシブアンテナ要素のワイヤ長 (センチメートル単位) を表 2 に示します。

トライバンド指向性スパイダーアンテナ

これらのデータは、アンテナが絶縁されていない直径 1 mm の銅線または銅メッキ線で作られている場合にのみ有効であることに注意してください。他のタイプのワイヤ、特に絶縁されたワイヤの場合は、要素の寸法をある程度修正する必要があります。これは短縮係数の変化に関連し、ワイヤに沿った波の伝播速度に依存します。アンテナ線の端に絶縁体を使用している場合も修正が必要になる場合があります。

アンテナの製造中に、アンテナの正確な寸法を維持することが非常に重要です。たとえ 1 センチメートル (!) の誤差でもパラメータの変更につながります。上記のことから、アンテナワイヤは負荷がかかった状態で引き伸ばされるべきではないことがわかります。銅メッキ鋼線を使用するのが最善です。データは [10] にあります。アンテナの最初のコピーがエナメル絶縁を施した通常の軟銅線で作られていたとき、アンテナの組み立てと分解中に一部の要素が XNUMX cm も伸び、共振周波数が「消失」し、放射パターンが悪化しました。特に前方/後方放射比が悪化しました。

能動素子の設計を図に示します。 4. これは XNUMX つの双極子で構成されており、垂直面内に厳密に上下に配置する必要があります。他のマルチバンドダイポールと同様に、ダイポールが互いに遠くにあるほど、それらの相互作用は少なくなります。

トライバンド指向性スパイダーアンテナ

上部の 20 メートルのダイポールと下部の 10 メートルのダイポールの間の距離は約 50 cm である必要があり、10 メートルのダイポールがグラスファイバー支持パイプから少なくとも数センチメートル伸びることも重要です。そうしないと、グラスファイバーロッドが雨に濡れたときにSWRがわずかに変化する可能性があります。ダイポールの長さ (センチメートル) を表 3 に示します。

トライバンド指向性スパイダーアンテナ

給電点におけるアンテナの入力インピーダンスはすでに 50 オームに近いため、平衡デバイス (「バラン」) は非常に単純なもので済みます。したがって、抵抗のマッチングは必要ありません。必要なのは、シングルエンド同軸電源ケーブルからバランス型アンテナに切り替えることだけです。そこで、このアンテナではトロイダルトランスの代わりに、同軸ケーブルで作った簡易チョークを使用できることが分かりました。

同軸ケーブルインダクタの最も単純なバージョンは、電源点のすぐ近くに数回巻いたコイル (5 ～ 10 回) です。ただし、このようなチョークの動作は、周波数、ケーブル自体の種類、コイルの直径と長さに大きく依存します。巻き取り直径が特定の種類のケーブルの許容値よりも小さい場合、別の問題が発生します。時間の経過とともに、ケーブルのパラメータが劣化します。

より良い解決策は、W2DU [2] で説明されているように、同軸チョークを使用することです。細い同軸ケーブルを用意し、その外側の絶縁体にいくつか (タイプに応じて 16 ～ 50 個) のフェライトリングを取り付ける必要があります。これにより、編組の外面に沿って流れる電流のインピーダンスが効果的に増加します。その結果、これらの電流は大幅に減少します。フッ素樹脂 (テフロン) 絶縁のケーブルを使用すると、アンテナに供給される許容電力は XNUMX キロワットに達する可能性があります。

フェライトリングを配置したケーブルを、蓋付きの箱型プラスチックプロファイルで作られた防水ボックスに入れます。標準の S0239 タイプのケーブルコネクタがボックスの一端に取り付けられ、アクティブ要素の半分を接続するための 5 本のボルトがもう一端に取り付けられています。カバーを取り外したバランの設計を図に示します。 XNUMX.

トライバンド指向性スパイダーアンテナ

この装置は別の機能も実行します。マストに取り付けられ、アクティブ要素の電力点を耐荷重グラスファイバー要素の中央接続の上に持ち上げます。

アンテナ設計。その基礎となるのは、図に示す中央の接続です。 6.

トライバンド指向性スパイダーアンテナ

これは、ジュラルミン板の 7 枚の正方形のプレートと XNUMX つのパイプ部分で構成されており (図 XNUMX)、その中に耐荷重性のグラスファイバー要素が挿入されています。

トライバンド指向性スパイダーアンテナ

パイプは 30 本のネジでプレート間に固定されており、プレートにある長方形の穴を使用して、60 ～ XNUMX mm の特定のマスト直径に接続を調整できます。さらに、接続部は U 字型ジュラルミンプロファイル (上部プレートに XNUMX 本のボルトで取り付けられています) とナット付き U 字型クランプでマストにしっかりと取り付けられています。中央ユニットの設計により、アンテナの重心がマストの軸に正確に沿って配置されるため、マストと回転装置への負荷が軽減されます。

長さ 5 メートルの耐荷重グラスファイバー要素は、1,5 メートルのグラスファイバーロッドの下部セクションです。支持構造全体に剛性を与えるために、直径 150 mm のケブラーストリングで作られた一連の支線が使用されました。これは帆船艦隊の時代からよく知られている方法です。紐の引張強度は8kgまで耐えられます。ケブラーは実質的に伸びず、回転中や大きな風荷重下でもアンテナの形状が維持されるため、優れています。支線の構成を図に示します。 XNUMX. これらを取り付けるには、荷重をしっかりと保持し、アンテナを分解するときに簡単に解くことができるセイルノットを使用することをお勧めします。

トライバンド指向性スパイダーアンテナ

支持構造を組み立てた後、ワイヤー要素を簡単かつ迅速に取り付けます。曲がる場所と端では、プラスチック絶縁チューブの短い部分が要素に置かれます。

結果と技術データ。アンテナは開けた場所にある 1 メートルのマストに設置され、そのパラメーターが注意深く測定されました。使用した直径 4 mm の銅メッキ鋼線には短縮係数を導入する必要がなく、コンピューターモデリングから得られたデータをアンテナの製造に直接使用できることがわかりました。また、ワイヤの端の絶縁体（エポキシ樹脂で満たされた長さ 100 cm のポリアミドチューブ）が素子の共振周波数に顕著な影響を与え、共振周波数を約 200 ～ XNUMX kHz 低下させることも判明しました。この影響を考慮して、ワイヤを適宜短くする必要があります。

利得と前方/後方および前方/側方放射の比の測定結果を表 4 に示します。利得値は等方性エミッタを基準として、括弧内は双極子を基準として示しています。得られた値は、キャリアビーム（ブーム）長が6...7 mの一般的な現代のトライバンドアンテナとほぼ同じです。

トライバンド指向性スパイダーアンテナ

能動素子が受動素子と同じ水平面上にないという事実により、前方/側方放射比の値は若干小さくなります。ただし、これには利点もあります。範囲で検索すると、オペレーターは他の方向からの信号を弱いながらも聞き取ることができます。

図の例として図 9a は、NEC アンテナモデリングプログラムを使用して計算された、方位面および垂直面における周波数 14,12 MHz でのアンテナ放射パターンを示しています。アンテナ設置高さは地表から10mとして計算しました。図では、図 9b は、アンテナを高さ 20 m に設置した場合の同様の放射パターンを示しています。図 9c は、利得と前方/後方放射比の周波数依存性を示しています。

（クリックして拡大）

さまざまな遠征でのフィールドワーク中に、「スパイダー」はその期待を完全に正当化しました。

アンテナに関するさらなる情報とその製造技術の詳細な説明は、DF4SA の Web サイト [3] でご覧いただけます。設計に関するいくつかの有益な議論や説明の他の言語への翻訳は、Web サイト [4] で入手できます。アンテナも MMANA アンテナモデリングプログラムを使用してモデル化されました。得られた結果は上記のものとほとんど変わりません。

文学

dx-wire.de。
ウォルター M. M.、W2DU QST、1983 年、第 3 号。
qsl.net/df4sa/index_spider.htm。
groups.yahoo.com/group/spiderbeam

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