アンテナ・フィーダー装置の調整と調整。スキーム、説明

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アンテナフィーダデバイスの調整と調整。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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アンテナマッチング

ロスハンメルは、著書「アンテナ」の序文の最初の行で、「良いアンテナは最良の高周波増幅器である」という周知の事実を繰り返しました。しかし、多くのアマチュア無線家は、優れたアンテナシステムの構築には優れたトランシーバーと同じくらいの費用がかかり、アンテナ給電装置のセットアップにはトランシーバーのセットアップと同じ真剣なアプローチが必要であることを忘れることがあります。どこかから引用した説明に従ってアンテナを構築したアマチュア無線家は、ほとんどの場合、SWR メーターを使用してアンテナを調整するか、偶然に頼って測定を行いません。したがって、多くの場合、優れたアンテナについての否定的なレビューや、日常の通信に十分な電力が供給されていないという意見を耳にすることがあります。ここでは、AFS (アンテナフィーダシステム) におけるマッチングと測定の簡単な方法を、書籍ガイド (以下、参照番号と呼びます) の形式で簡単にレビューする試みが行われます。

K. Rothammel「アンテナ」、M.、「エネルギー」、1979 年第 XNUMX 版
Z. Benkovsky、E. Lipinsky、「短波および超短波のアマチュアアンテナ」、M.、「ラジオと通信」、1983

また、いくつかの実践的なヒントも提供します。それで...

新しく作成したアンテナ給電装置の調整をSWR計で真剣に行うことができないのはなぜでしょうか。 SWR メーターは、(Urect + Uref) と (Urect-Uref) の比、つまり、アンテナと給電経路のインピーダンスがデバイスの電波インピーダンス (送信機出力など) と何倍異なるかを示します。 SWRメーターの測定値によれば、3オームの出力段抵抗でSWR \u50d 150が何を意味するかを理解することは不可能です。この場合のアンテナと給電経路のインピーダンスは、純粋にアクティブ (共振周波数で) になる可能性があり、17 オームまたは XNUMX オームに等しくなります (どちらも同様の可能性があります!)。共振周波数ではなく、抵抗にはさまざまな比率で能動性と反応性（容量性または誘導性）が含まれており、その場合、反応性を補償するか波の抵抗を調整するかなど、何をする必要があるのかまったく理解できません。 AFU を正確に一致させるには、次のことを知っておく必要があります。

a) アンテナの実際の共振周波数;
b) アンテナインピーダンス;
c) 給電線の波動インピーダンス;
d) トランシーバの出力インピーダンス。

アンテナマッチングの目的は、アンテナをトランシーバーに接続するための XNUMX つの条件を満たすことです。

使用する周波数でアンテナインピーダンスにリアクタンス成分がないようにします。
アンテナとトランシーバー機器の波動インピーダンスを等しくするため。

アンテナに給電される場所 (アンテナと給電線の接続点) でこれらの条件が満たされる場合、給電線は進行波モードで動作します。フィーダとトランシーバの接続点で整合条件が満たされ、アンテナインピーダンスがフィーダの電波インピーダンスと異なる場合、フィーダは定在波モードで動作します。ただし、フィーダを定在波モードで動作させると、(フィーダからの有害な放射により) 指向性アンテナの放射パターンが歪み、場合によっては周囲のトランシーバ機器との干渉が生じる可能性があります。さらに、アンテナが受信に使用されている場合、不要な放射 (デスクトップコンピューターからの干渉など) がフィーダー編組で受信されます。したがって、給電線を介したアンテナ給電は進行波モードで使用することが好ましい。アンテナマッチングの実際の経験を共有する前に、主な測定方法について少し説明します。

1. アンテナ共振周波数測定

1.1. アンテナの共振周波数を測定する最も簡単な方法は、ヘテロダイン共振インジケーター (HIR) を使用することです。ただし、多素子アンテナシステムでは、アンテナ素子の相互影響により GIR 測定を実行することが困難または完全に不可能になる可能性があり、各アンテナ素子は独自の共振周波数を持つ可能性があります。

1.2. 測定用アンテナと制御用受信機を用いた測定方法。発電機は測定アンテナに 10 ～ 20 の距離で接続されます。l 測定されたアンテナから、これらの周波数で共振を持たないアンテナ (たとえば、より短いアンテナ) を備えた制御受信機が設置されます。 l/10)。発電機は、制御受信機の S メーターを使用して範囲の選択されたセクションで調整され、電界強度が測定され、周波数に対する電界強度の依存性がプロットされます。最大値は共振周波数に対応します。この方法は特に多素子アンテナに適用でき、この場合、測定用受信機を測定対象のアンテナのメインローブに配置する必要があります。この測定方法の変形は、発電機、数ワットの電力を持つ送信機、および単純な電界強度計として使用することです (たとえば、[1]、図 14-20)。ただし、測定時には他の人の邪魔になることを考慮する必要があります。 144 ～ 430 MHz 帯域で測定する場合の実際的なヒントは、デバイスの測定値に対する身体の影響を弱めるために、測定中に電界強度計を手に持たないことです。デバイスを誘電体スタンド (木、椅子など) 上の 1 ～ 2 メートルの高さの床の上に固定し、デバイスと絶縁体の間のゾーンに落ちないように 2 ～ 4 メートルの距離で測定値を取得します。測定したアンテナ。

1.3. 発電機とアンテナスコープを使用した測定 (例: [1]、図 14-16)。この方法は主に HF に適用でき、正確な結果は得られませんが、アンテナインピーダンスを同時に評価できます。測定の要点は次のとおりです。ご存知のとおり、アンテナスコープを使用すると、総抵抗 (アクティブ + リアクティブ) を測定できます。なぜならアンテナは通常、現在の腹 (最小入力抵抗) で電力が供給され、共振周波数では反応性がありません。その場合、アンテナスコープは共振周波数で最小抵抗を示し、他のすべての周波数ではほとんどの場合、より大きくなります。したがって、一連の測定は、発生器を再構築することによって、アンテナの入力インピーダンスを測定します。最小抵抗は共振周波数に対応しますただし、アンテナスコープはケーブル経由ではなく、アンテナ給電点に直接接続する必要があります。そして実際的な観察ですが、近くに強力な電波放射源（テレビやラジオ局）がある場合、ピックアップのせいで、アンテナスコープのバランスが「ゼロ」になることはなく、測定を行うことはほとんど不可能になります。

1.4. 振動子の共振周波数を周波数応答計を使用して測定すると非常に便利です。周波数応答メーターの出力と検出器ヘッドをアンテナに接続することにより、周波数応答の低下が見られる周波数が決定されます。これらの周波数では、アンテナが共振し、デバイスの出力からエネルギーが取り出され、デバイスの画面にはっきりと表示されます。ほぼすべての周波数応答メーターが測定に適しています (X1-47、X1-50、X1-42、SK4-59)。測定オプション - スペクトラムアナライザ (SK4-60) を長い残光モードで使用し、外部発生器を使用します。外部発生器として、高調波発生器を使用できます。HF の場合 - 10 kHz のステップ、144 MHz の場合 - 100 kHz のステップ、430 MHz の場合 - 1 MHz のステップ。最大 160 MHz の周波数では、155IE1 集積回路上の高調波発生回路によって、高調波強度の最も均一なスペクトルが得られます。 430 MHz の範囲では、蓄積ダイオード 2A609B を使用した回路 (SK50-4 の 60 MHz 校正回路) で十分なレベルの高調波が得られます。

2. アンテナ給電装置の抵抗測定

2.1. アクティブ抵抗と信号位相 (したがってリアクタンス成分) を測定するための最も単純な (まだ手頃な価格の) 量産デバイスは、測定ブリッジです。これらのデバイスには、50 および 75 オームのパスおよび最大 1000 MHz までのさまざまな周波数範囲で使用するためのいくつかの修正があり、これらは測定ブリッジ R2-33 ... R2-35 です。

2.2 アマチュア無線の実践では、インピーダンス測定用に設計された、より単純なバージョンの測定ブリッジ (アンテナスコープ) がよく使用されます。橋 P2 ～ 33 とは対照的に、その設計は非常にシンプルであり、家庭で簡単に繰り返すことができます ([1]、pp. 308-309)。

2.3 APS の抵抗に関するいくつかの注意事項を覚えておくと役に立ちます。

2.3.1. 波動インピーダンス Ztr と電気長を含む長い線路 l/4、3× l/4など抵抗を変換します。抵抗は次の式から計算できます。

Ztr=Sqr(Zin Zout)

または図によると。 2.39 [2]。特定のケースでは、一方の端が l/4 セグメントが開いていると、セグメントのこの端の無限の抵抗が反対側の端でゼロに変換され (短絡)、そのようなデバイスは大きな抵抗を小さな抵抗に変換するために使用されます。注意！これらのタイプの変圧器は、動作周波数の数パーセントに制限された狭い周波数範囲でのみ効果的に動作します。電気長倍数のロングライン l/2 は、この線路の波のインピーダンスに関係なく、入力インピーダンスを 1:1 の比率で出力インピーダンスに変換し、インピーダンス変換せずに必要な距離まで抵抗を転送したり、位相を 180 °反転したりするために使用されます。。とは異なり l/4行、行 l/2 より多くの帯域幅があります。

2.3.2. アンテナが必要な長さよりも短い場合、使用する周波数では、アンテナ抵抗に容量性の無効成分が含まれます。アンテナが長い場合、使用する周波数ではアンテナに誘導性リアクタンスが生じます。もちろん、あなたの周波数では、反対の符号の追加の反応性を導入することで、不要な反応性を補うことができます。たとえば、アンテナが必要以上に長い場合、アンテナ電源にコンデンサを直列に接続することで誘導成分を補償できます。必要なコンデンサの値は、誘導成分の値を知って、目的の周波数に対して計算するか (図 2.38 [2] を参照)、または 5 項で説明したように実験的に選択できます。

2.3.3. 通常、追加の受動素子を導入すると、アンテナの入力インピーダンスが低下します (たとえば、正方形の場合: 110 ～ 120 オームから 45 ～ 75 オームに)。

2.3.4. 以下は、最も一般的なバイブレーター (バイブレーターは周囲の物体がない空間に配置されます)、アンテナ、およびフィーダーの理論値です。

電流の波腹 (中央) で駆動される半波振動子 - 70 オーム、+ -2% の離調により、リアクタンス iX は共振周波数でゼロを伴って -25 から +25 までほぼ直線的に変化します。
T 型マッチング回路を使用して電力供給される半波バイブレーター -120 オーム。 - すべての導体の直径が同じループバイブレータ - 240..280 オーム、+-1% の離調ではリアクタンスはありませんが、2% を超える離調ではリアクタンス iX が +- 50 または 2.93 に急激に増加します。詳細 (図 2 [XNUMX] を参照)。
異なる導体直径を備えたループバイブレータ (タブ 1.15 [1] または図 2.90c [1] を参照) - 最大 840 オーム。 - すべての導体の直径が等しいダブルループバイブレーター - 540...630 オーム。
異なる導体直径を備えたダブルループバイブレータ (タブ 1.16 [1] または図 2.91 [2] を参照) - 最大 1500 オーム。
振動子に対して 135°の角度にカウンターウェイトを備えた 50 分の XNUMX 波長垂直振動子 - XNUMX オーム。
振動子に対して 90°の角度にカウンターウェイトを備えた 30 分の XNUMX 波長垂直振動子 - XNUMX オーム。
四角いバイブレーター l - 110..120 オーム; - 長さ2の正方形のバイブレーターl (280 回転) - XNUMX オーム。
三角バイブレーター (デルタ) - 120...130 オーム;
90° 逆 V - 45 オーム。
逆V 130° - 65 オーム。
最大ゲインに最適化されたウェーブチャンネル - 5...20 オーム。
最適なマッチングを実現するために最適化された波チャネル - 50 オーム。
2.26 線式ライン (図 2 [200]) - 320..XNUMX;
75 本の平行な同軸線 Z=37.5 オーム - XNUMX オーム;
同じ、50/28 波長トランス Zin=XNUMX オーム - Zout=XNUMX オーム。
同じ、75/19 波長トランス Zin=XNUMX オーム - Zout=XNUMX オーム。
50 本の平行な同軸線 Z=25 オーム - XNUMX オーム;
同じ、50/12.5 波長トランス Zin=XNUMX オーム - Zout=XNUMX オーム。
同じ、75/8.4 波長トランス Zin=XNUMX オーム - Zout=XNUMX オーム
50 つの平行線のトランス Z=50 オーム Zin=5.6 - Zout=XNUMX オーム;
同じ Z=50 オーム Zin=75 - Zout=3.7 オーム;

3. 一致度の測定

マッチングの品質を評価するために、パラグラフ 5 で説明したマッチングの後にこれらの測定を行うことが望ましい。

3.1. アンテナとの開放 XNUMX 線式回線の整合度を決定するためのデバイス:

3.1.1. 普通のネオン電球または GIR。伝送線に沿って電球を移動するとき、電球の明るさが変化してはなりません（進行波モード）。測定オプションは、通信ループ、検出器、ダイヤルインジケーターで構成されるデバイスです (図 14.8 [1] を参照)。

3.1.2. 14.7 つのランプのインジケータ (図 1 [XNUMX] を参照)。アンテナに近いアームに接続されたランプは光らず、反対側のアームが最大に光る設定になっています。低電力レベルでは、電球の代わりに検出器とダイヤルインジケータを使用できます。

3.2. 同軸経路の整合度を決定するための手段:

3.2.1. 測定線 - VHF からセンチメートル波長までの同軸および導波管線路の整合度の測定に適用できるデバイス。その設計はシンプルです。外部導体に縦方向のスロットを備えた硬質同軸ケーブル (導波管) で、スロット内に下げられた測定プローブとともに測定ヘッドがそれに沿って移動します。測定ヘッドを経路に沿って移動させることにより、測定値の最大値と最小値が決定され、その比率が一致度の判断に使用されます (進行波モード - 測定値は測定ラインの全長に沿って変化しません)。。

3.2.2. 測定ブリッジ (図 14.18 [1])。約数百ミリワットの入力電力で、HF および VHF で最大 100 オームの伝送線路の SWR を測定できます。製造が非常に簡単な設計で、製造精度に重要な構造単位であるコイルキャッチが含まれていません。

3.2.3. 反射率計をベースにしたSWRメーター。これらのデバイスの多くの設計が説明されています (たとえば、図 14-14 [1]。これにより、空中での動作中に AFS の状態を監視できます。 3.2.4. 周波数応答メーターに基づく SWR メーター。非常に便利です)最大 40 GHz までの任意の周波数でのマッチングの品質を研究するための測定原理 - 測定器のセットは、次の回路で接続された周波数応答メーターと方向性結合器で構成されます。

1

X1-47

>-------------------->3

2

<--------------------<1

3

例えば

担当者

2><-------------------\|/アリ。 4

どこ 1 - 周波数応答メーター (X1-47); 2 - X1-47 キットの低抵抗検出ヘッド。 3 - 方向性結合器、たとえば SK144-991 デバイス用キットの NO 03-4 は 60 MHz 帯域に適しています。 4 - 測定されたアンテナ。 X1-47 出力からの高周波信号は方向性結合器のピン 3 に送られ、その後方向性結合器のピン 2 にのみ送られます。その後、信号は測定されたアンテナに送信されます。アンテナの SWR が高い周波数では、エネルギーが反射されて方向性結合器のピン 2 に戻ります。この信号方向では、エネルギーはピン 2 からピン 1 にのみ送信され、検出器ヘッドによって検出され、周波数に応じて反射信号レベルが X1-47 画面に表示されます。

測定を開始する前に、回路を校正する必要があります。これを行うには、測定対象のアンテナの代わりに、50 オームの抵抗を持つアンテナと同等の非誘導性のアンテナを接続し、反射信号がないことを確認します (SWR = 1)。次に、同等の信号をドッキング解除した後、SWR = 無限大の信号レベルに注目してください。すべての中間 SWR 値がデバイス画面の 0 から最大値までの位置に表示されます。 75オーム、100オーム、150オームの抵抗を持つ同等のアンテナを接続すると、デバイスの画面にSWR値がそれぞれ1.5、2、3とマークされます。

周波数応答メーターとして、測定が行われる波長範囲に応じて、SK4-60 スペクトラムアナライザーと外部発生器を使用できます (G4-151 は最大 500 MHz、G4-76 は最大 1.3 GHz、G4- 82 5.6 GHz、G4-84 10 GHz）。最大 500 MHz の周波数では、1.4 項で説明した高調波発生器を外部発生器として使用できます。

2つのポイント：

方向性結合器は信号源に約 15 dB のクロストーク減衰をもたらすため、測定にはかなり高レベルの信号源が必要です。
カプラーの方向特性 (デカップリングと方向性) は通常 20 ～ 30dB を超えないため、測定は対数ではなく線形表示スケールで実行する必要があります。

4. 便利な測定方法

4.1. アンテノスコープによる測定 ([1] pp. 308-312 に記載)。

4.1.1. 正確な電気長の決定 l/4 行:

これを行うには、ラインの一端をアンテナスコープに接続し、もう一端は開いたままにします。さらに、発電機の周波数を変更することによって、抵抗ゼロでブリッジのバランスが達成される最低周波数が決定されます。この周波数では、線路の電気長は正確に次のようになります。 l/ 4。

4.1.2. ラインインピーダンス Ztr の測定:

4.1.1 項に従って測定を完了した後、100 オームの抵抗を線路の自由端に接続し、アンテナスコープを使用して線路の他端の抵抗 Zmeas を測定します。線路の波のインピーダンスは次の式を使用して計算されます。

Ztr=Sqr(100хZmeas)

4.1.3. 寸法精度の確認 l/2 変換行:

測定されたラインはアンテナスコープに接続され、300 オームの抵抗がラインの第 XNUMX 端に接続されます。
発生器は、ラインの周波数を設定します。 l/2 は 1:1 に変換する必要があります。
アンテナスコープで抵抗を測定します - ラインが正確に等しい場合、抵抗は 300 オームに等しくなるはずです lこの周波数では /2。

4.1.4. 伝送線短縮率の決定:

測定には、長さ数メートル (長さ X) の線分が使用されます。

彼らは線路の一端を閉じ、発電機の周波数を変更することによって、アンテナスコープが平衡する周波数 F の最小値を見つけます。これは、線路が抵抗を 1:1 に変換し、この周波数では電気抵抗を変換することを意味します。長さが対応する l/2、短縮係数を考慮。
さらに周波数を上げると、次のブリッジのバランス、つまり 2 に対応するブリッジのバランスを見つけることができます。 l/2 など長さ l周波数 L=2/(300F) および短縮係数 K=X/L の場合、/2。

たとえば、線路の長さ X = 3.3 メートル、周波数 F = 30 MHz で平衡が発生した場合、L = 5 メートル、K = 0.66 となります。同軸線の短縮係数の通常の値は0.66、リボンケーブルの場合は0.82、オープン0.95線線の場合はXNUMXです。

4.2. 周波数応答計による測定 3.2.4項に示されたスキームに従って実行されます。 4.2.1. フィーダー内の不均一性の局在化。フィーダを分解せずにフィーダの不連続点 (短絡または断線) までの距離を決定する必要がある場合は、次のように行うことができます。フィーダに断線または短絡が発生した場合、線路が変圧器として機能する周波数で最大 SWR が観察されます。 l/2、および測定用に選択された範囲に関係なく、複数の周波数でも測定できます。フィーダはトランシーバから切り離され、方向性結合器の端子 2 に接続されます。スイングバンドはSWR周期の測定に便利なように設定されています。メガヘルツ単位で測定された周期は、回線が次のように動作する周波数に対応します。 l/2 セグメント。短縮を考慮しています。 SWR 最大値間の周波数間隔が 3 MHz であると仮定します。これは、線路が現在変圧器として動作している周波数を意味します。 l/2 は 6 MHz に等しく、これは 50 メートルの波長に相当します (つまり、回線短縮率を考慮しない場合、最大 50 メートルの不均一性)。ライン短縮係数がわかれば、不均一性までの実際の距離を正確に知ることができます。たとえば、線路が係数のある同軸ケーブルで構成されている場合。 0.66 短縮すると、この場合、送信機から同軸ケーブルの断線 (短絡) までの距離は 33 メートルになります。

4.2.2. ケーブル短縮率の測定。

測定は 4.2.1 項と同じ方法で行われますが、方向性結合器の端子 2 に数メートルの長さの測定ケーブルが接続されます。長さ 33 メートルのケーブルの短縮係数を測定するとします。測定されたケーブルの電気長は 50 メートルであるため、短縮率は 33/50=0.66 となります。

4.2.3. 50 Ω ケーブルの不均一性をチェックします。

テストされたケーブルは出力 2 NO に接続され、もう一方の端には 50 オームの整合負荷が接続されます。ケーブルに不均一性がない場合、デバイスの画面上で直線が観察されるはずです。

5. アンテナ調整手順

例として、上記の測定方法を使用してデルタアンテナを 80 メートル帯域に調整する方法について少し説明します。送信機の出力段（50Ω）とアンテナを50Ωケーブルで整合させる必要があります。電源点に直接接続してアンテナ抵抗を測定し、アンテナの共振周波数を求めることができない場合は、変圧線を接続します。 l/2 デバイスとアンテナ間。したがって、線路の変換特性 (1:1) を使用すると、アンテナで直接測定するのではなく、線路のもう一方の端で測定を実行することができます。

説明した方法の 120 つとして、アンテナ抵抗と共振周波数を測定します。アンテナの共振周波数がわずかにシフトすると、アンテナの幾何学的寸法を変更することによって、所望の周波数で共振が達成されます。通常、デルタアンテナのインピーダンスは 1 オームで、アンテナとケーブルを整合させるには 2.4:4 変圧器を使用する必要があります。この変圧器は、Rout / Rin \u9d 120/130の比率の14線式ShPTLを使用して作成できます（Bunin、Yaylenko「短波無線アマチュアのハンドブック」キエフ、テクニック）。変圧器の製造後、抵抗が 2 ～ 1 オームの抵抗器が変圧器の高抵抗入力に接続され、変圧器の別の入力にアンテナスコープを接続することによって、その入力抵抗と変圧比が測定されます。 PA と電力線の間に変圧器を接続し、RF 電流計を使用してアンテナの電流を確認します (図 10-500 [XNUMX])。校正済みの RF 電流計を使用して PA 後の電流を測定し、吸収される電力を計算することをお勧めします。計算の結果、P=RII が等価アンテナよりも小さいことが判明した場合は、整合デバイスによって反応性が導入されるため、補償する必要があります。これを行うには、可変コンデンサ (XNUMX ～ XNUMX pF) が RF 電流計と直列にスイッチオンされ、その値を変更することで RF 電流計の読み取り値が最大になります。コンデンサを使用してアンテナの電流を増やすことができない場合は、コンデンサをバリオメータに置き換えて、補償インダクタンスを選択する必要があります。補償反応度を選択した後、その値が測定され、一定値の元素に置き換えられます。

整合器を設置した後、密閉ケースに入れてケーブルからアンテナ給電点まで伝送します。結論として、いずれかの SWR 測定方法を使用して一致が再度チェックされます。

コンピュータを接続するためのヒント

多くの人が、デスクトップコンピュータが受信に大きな干渉を与えると不満を抱いています。ほとんどの場合、この原因はアンテナのマッチングが不十分であることです。この場合、アンテナ電源ケーブルの編組線がコンピュータの放射線を受け取り、干渉の形で受信機の入力に入ります。この仮定を確認するのは簡単です。干渉がなくなった場合は、レシーバ入力からケーブルを外します。コンピュータからの干渉がレシーバ入力に侵入する主な経路は、ケーブル編組を通してです。以下の方法を使用してアンテナを注意深く調整すると、受信時の干渉や送信時のデジタルノードの不安定な動作を大幅に取り除くことができます。コンピューターでの作業を快適にするために必要な 2000 番目の条件は、すべてのデバイスを注意深く接地することです。加熱パイプのアース - 良くありません! XNUMX 番目の方法は、コンピュータからのすべてのケーブルを画面内に囲むことであり、各ケーブルを XNUMX NM のフェライトリングに通すことが非常に望ましいです (数回巻きます)。アンテナケーブルをリングに通すこともできます (ケーブルのバランスを強化し、ケーブルシースに沿った RF 信号の伝播を排除するため)。場合によっては、モニターとそこに接続されているケーブルが干渉の原因となる場合があります。コンピューターの実行中および起動中に、ネットワークからモニターのオンとオフを切り替えてみます。ノイズレベルが変化する場合は、モニターシャーシを個別に接地することをお勧めします。シャーシの接地点は、干渉を最小限に抑えるために実験的に選択する必要があります。

著者: Alexander Doshchich、UY0LL、uy0ll@buscom.kharkov.ua; 出版物: cxem.net

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