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無線電子工学および電気工学の百科事典 VHF アンテナのセットアップとテスト。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / アンテナ。 測定、セットアップ、マッチング 無線通信の範囲とその動作の品質は、アンテナの種類の正しい選択だけでなく、アンテナの正しい構成にも依存します。 これは特に、指向性の高いアンテナが主に使用される超短波範囲に当てはまり、無線受信の範囲とノイズ耐性を大幅に向上させることができます。 この記事の目的は、アマチュア無線家が自作の簡単な装置を使用して VHF アンテナをチューニングおよびテストするために必要な情報を提供することです。 ある記事では、アマチュアが使用するすべてのタイプのアンテナを考慮することは不可能であるため、他のタイプのアンテナの設置と多くの共通点を持つバイブレータ アンテナについてのみ説明します。 アンテナの主なパラメータ アマチュアの練習では、アンテナ フィーダー システムをテストするときは、アンテナ パターンを取得し、そのゲインを測定し、フィーダー マッチングをチェックするだけで十分です。 アンテナの放射パターンは、アンテナから同じ距離でさまざまな方向に生成される相対電力または電界強度をグラフで表したものです。 放射パターンは、アンテナの全体的な放射パターンのアイデアを提供します。 図上。 図1は、放射器、導波器、および反射器からなる振動アンテナの放射パターンを極座標で構成する例を示しています。 この図は、水平に配置されたアンテナの水平面で撮影されました。
アンテナ利得 e は、最大放射方向の特定のアンテナの放射電力 (PSmax) が、同じ入力電力の半波振動子によって放射される最大電力 (PS2/XNUMX) よりも何倍大きいかを示す数値です。両方の場合において
半波振動子は自由空間にあり、放射する電力は入力電力に等しいと仮定されます。
受信アンテナまたは送信アンテナの通常の動作に必要な条件は、その入力インピーダンスが供給ラインの波動インピーダンスに等しく、したがって受信機または送信機の入力インピーダンスに等しいことです。 ラインのインピーダンスが負荷のインピーダンスと等しくない場合（ラインが一致していない場合）、エネルギーの一部が負荷から反射され、送信機からアンテナへの結合波の「入射」が発生します。定常波。 高周波電圧計をラインに接続し、ラインに沿って動かすと、デバイスの読み取り値が周期的に値を変化させることがわかります（図2）。 KBVラインの進行波の係数は、この場合、デバイスの最小読み取り値と最大読み取り値の比率として決定されます。
この係数の値は、フィーダーの品質を特徴付けます。 たとえば、き電線の負荷が短絡または切断されている場合、CBV はゼロです。 完全に同意すれば、KBV は XNUMX に等しくなります。 計測器 フィーダーまたはアンテナの電圧と電流を示す最も単純なインジケーターは、白熱灯とネオンという 3,5 つのランプです。 したがって、3 V の懐中電灯とネオン MH-3 電球は、供給される電力が 6 ～ XNUMX W のときに発光します。 電圧インジケーター電球の感度を高めるために、小さな導体がそのベースにはんだ付けされることがあります。 アンテナ測定に必要なデバイスは、フィールド インジケータです。 それはバイブレータで構成されており、そのギャップにダイオードとデバイスが接続されています（図3）。
チョーク Dr1 と Dr2 は VS-2 抵抗 (それぞれ 100 kΩ) に巻かれており、可変ピッチで巻かれた PE-30 ワイヤーが 0,5 回巻かれています。 周波数 420 ～ 435 MHz の場合、これらのチョークは 5 回巻く必要があります。 デバイスの感度が少なくとも 200 μA (フレーム抵抗は約 750 オーム) になるように選択され、ポテンショメータのノブがデバイスの最小バイパスの位置に設定されている場合、インジケータの読み取り値はフィールドに比例すると考えることができます。力。 正しく実行されたフィールドインジケータの場合、受信最大値はその中央に垂直な方向と一致します。 フィールドインジケータを使用するプロセスでは、フィールドインジケータと調査対象のアンテナとの間の距離が少なくとも（2,5-3）lに設定されます。 チューナブルアンテナとインジケータは、建物や森林などのないオープンエリアに配置することをお勧めします（図4）。 被試験アンテナのアクティブバイブレータを水平に設置する場合は、インジケータアンテナも水平にする必要があります。逆に、アンテナラジエータが垂直の場合は、インジケータアンテナを垂直に配置します。
KBV の測定には通常のブリッジを使用できます。 測定されたラインは、そのアームの 5 つに含まれています (図 XNUMX)。
ラインが一致すると、ラインの入力インピーダンスはR3の抵抗に等しくなり、R1とR2の抵抗は同じになり、ブリッジは平衡になります。 ブリッジ電圧計はゼロを示します。 ただし、ラインが一致していない場合、ブリッジはバランスが取れていません。 この場合、電圧計の目盛りは、進行波の係数に関して直接目盛りを付けることができます。 橋の模式図を図6に示します。 XNUMX.
実際、ここでのブリッジは、抵抗R1、R2、R3と、「ライン」コネクタに接続されているラインの入力抵抗によって形成されます。 高周波電圧は「入力」コネクタに接続されています。 電圧計が「入力」ソケットに接続されている場合は入力電圧が測定され、電圧計が「ライン」ソケットに接続されている場合はブリッジの対角線の電圧が測定されます。 ブリッジの目盛りは、同じ電圧がブリッジに供給されている場合、「ライン」コネクタが開いている状態と閉じている状態の両方で、電圧計の針がフルスケールにずれている必要があるという事実にあります。 これが機能しない場合は、抵抗R1とR2を選択する必要があります。 次に、抵抗Rsに等しいアクティブ抵抗を「ライン」コネクタに接続します。 ゼロ電圧計の読み取り値（周波数に関係なく）は、デバイスの正常な動作を示します。 高抵抗電圧計では、進行波比の読み取り値は、図 7 に示すグラフに対応します。 ブリッジ回路を使用して、整合ラインの入力インピーダンスまたはアンテナの共振周波数での入力インピーダンスを測定できます。 これを行うには、抵抗 R3 が可変であり、目盛りが付いている必要があります。 その値は最大680オームで、抵抗R1とR2はそれぞれ240オームです。 ブリッジが平衡している場合、測定された抵抗は明らかに R3 に等しくなります。 アンテナの入力インピーダンスを測定する場合、手の影響をなくすために、ブリッジとアンテナを半波長程度のケーブルで接続する必要があります。
アンテナチューニング アンテナが動作するモードに関係なく、送信モードと受信モードの両方で調整およびテストできます。 実際には、送信モードで調整する方が便利です。 この目的のために、発電機が受信機ではなくアンテナフィードに接続されている場合、より正確な測定のために、その出力抵抗の値は、切断された受信機の入力抵抗と同じでなければなりません。 同調アンテナのフィーダーが送信機の最終段に直接接続されている場合、接続が強いと送信機が離調する可能性があり、アンテナ調整中の発電機出力が不安定になることに注意してください。 これを回避するには、可能であれば、アンテナとジェネレーターの間の接続を最小限に抑えてチューニングを実行する必要があります。これには、信頼性の高いシールドが必要です。 アンテナは、送信機から適切にエネルギーが供給された場合にのみ、その特性を維持しながら、うまく機能することができます。 したがって、対称電源を必要とするアンテナをセットアップする前に、アンテナ電源回路の対称性を決定する必要があります。 これは、同じ白熱電球を双極子の端に接続することによって行うことができます。 電球の不均一な輝きは非対称性を示しており、その原因は通常、バランス装置の不適切な実行です（XNUMX/XNUMX 波長ループ、「U - 膝」など）。 電球は、同じ電圧で同じ輝きになるようにあらかじめ選択されています。 完全な対称性は、ワイヤの任意のセクションで電圧が等しく、位相が異なる（符号の反対）ことを特徴としています。 対称性を確認し、非対称性を解消した後、チューニングに進みます。 アンテナ半波バイブレーターの調整は、バイブレーターの長さの調整に短縮されます。 バイブレータの特定の長さで、それ自体の共振周波数は送信機の周波数と等しくなります。これにより、アンテナによって送信される電力が最大になります。 バイブレーターの最大放射の方向（その中央に垂直）に設定されたフィールドインジケーターの助けを借りて、デバイスの読み取り値が最大になるような長さを見つけます。 バイブレーターの長さを計算値より10％短くすることをお勧めします。セットアップするときは、互いにしっかりとスライドするチューブまたはノズルを使用して、より正確に調整します。 バイブレーターの設計で調整ができない場合は、固有振動数を確認することをお勧めします。 バイブレータを設定した後、進行波係数を測定することによりフィーダのマッチングを確認します。 これを行うには、ブリッジがフィーダに接続され、そのもう一方の端にはアンテナがあります。 送信アンテナの BEF 値は少なくとも 0,5、受信アンテナの場合は少なくとも 0,6 ～ 0,8 である必要があります。 BV が低い場合は、たとえば、ケーブルとアンテナの間に整合変圧器を接続することができます。これは、約 4/XNUMX の長さのケーブル セクションを表します (l は動作波長)。 このセグメントの特性インピーダンス Wtr は次のようになります。
どこで： W - フィーダの波インピーダンス、 RАはアンテナの入力インピーダンスです。 その後、フィーダーが受信機（または送信機）に接続され、KBVが再度測定され、必要に応じてマッチングが実行されます（さまざまなマッチングデバイスの説明は、Linde D.P.の本にあります。「アンテナフィーダーデバイス" M-L.、Gosenergoizdat、1953)。 フィーダーを調整した後、必要に応じてバイブレーターを再度調整します。 反射板付きの 8 振動アンテナをセットアップし (図 XNUMX、a)、エミッターのセットアップを開始します。
エミッターを調整するときは、リフレクターを取り外す必要があります。 エミッターとフィーダーが構成された後 (構成方法は上記で説明されています)、リフレクターがインストールされ、構成されます。 これを行うには、最初にフィールド インジケータをアンテナの後ろ、反射板に向けて取り付けます。 反射板をアンテナに沿って移動するか、その長さを変更する (またはその両方) ことにより、この方向 (後方) の放射を最大に減衰させることができます。 次に、インジケータを前の場合と同じようにアンテナの中心から同じ距離で主放射の方向に動かし、反射器を同じ方法で最大放射 (前方) に調整します。 この操作を数回繰り返すことで、後方放射に比べて最大の前方放射を得ようとします。 送信と受信の両方で機能するアンテナの場合、リフレクタは前方最大放射と後方最小放射の設定に対応するポイント間の中間位置に固定されます。 送信アンテナの場合、リフレクタは前方への最大放射の位置に残され、受信アンテナの場合は後方への最小放射の位置に残されます。 経験によると、これらの規定はわずかに異なるだけです。 逆方向と順方向の両方を調整すると、インジケーターの読み取り値が同時に低下する場合があります。 これは、エミッタへの反射器の強い影響により放射電力が減少したことを意味し、同時にフィーダの整合に違反しています。 フィーダのマッチングを調整できない場合は、放射パターンが依然として満足のいくものであり、放射電力の低下が特に目立たないようなリフレクタの位置を見つける必要があります。 反射体とエミッターの間の距離が 0,1 ～ 0,3l 以内の場合、主方向の良好なゲインと戻り放射の大幅な減衰の組み合わせが実現されます。 アンテナのエレメントは相互に大きな影響を与えるため、リフレクタを調整した後、エミッタとフィーダを再調整する必要があります。 XNUMX つのフィールド インジケータを使用する方がはるかに便利です。 それらのXNUMXつをリフレクターの側面から、もうXNUMXつをエミッターの側面から取り付けた後、インジケーターの読み取り値を分割することにより、前後の比率をすぐに決定します。 さらに、これにより、測定中の発電機電力の変化の影響を排除し、リフレクターの位置を迅速に決定することができます。 リフレクターとディレクターを備えた8素子アンテナをセットアップする場合（図0,1、b）、エミッターも最初に調整されます。 チューニング中、そのリフレクターとディレクターは、特別なジャンパーによって取り外されるか、オフにされます。 エミッターを調整し、フィーダーを適合させた後、ディレクタのセットアップを開始します。ディレクタは、リフレクタと同様に、後方放射と比較して前方放射が最大になるように調整されます。 ラジエータの長さに比べて調整によって長さが長くなるリフレクタとは対照的に、ディレクタは調整によって短くなります。 ディレクタは、エミッタとの距離を選択して調整することもできます。 この距離は 0,2 ～ XNUMXl 以内です。 次に、リフレクターを取り付けて構成します。 アンテナの製造では、リフレクターとダイレクタを一時的にオフにするためのデバイスを提供すると便利です。 これを行うために、これらの要素は中央でカットされ、短絡ジャンパーが付属しています。 設定が完了したら、ジャンパーに固定するためのネジが必要です。 多数のバイブレータ (「ウェーブ チャネル」タイプ) を備えたアンテナのチューニングは、上記の XNUMX 素子アンテナのチューニングに似ています。 エミッタを調整した後、その近くにある最初のディレクタを調整し、次に XNUMX 番目 (最初のディレクタを削除せずに)、XNUMX 番目、というように調整します。 リフレクターは最後に調整されます。これは、エミッターとディレクターをセットアップするときにオフにするか、取り外す必要があります。 このシーケンスでは、これらの操作が数回繰り返されます。 多数のダイレクター (XNUMX つ以上) を持つシステムのセットアップと調整は困難であることに注意してください。 このようなアンテナの放射パターンは、各ディレクタの位置と長さを変更する上で非常に重要です。 受信モードでのアンテナチューニングは、約1mWの電力の補助発電機を使用して実行されます。 発電機はバイブレーターに搭載されており、その対称電源は、プッシュプル回路に従って発電機を実行するか、平衡装置をオンにすることによって実現されます。 受信機は被試験アンテナに接続されています。 受信機の信号は、検出器の負荷に直列に接続されたマイクロアンメータを使用して監視されます。 測定中、受信機のゲインが高すぎないようにしてください。 そうしないと、信号振幅が制限され、チューニングの最大値が見つかりません。 受信モードでのチューニング方法の本質は、上記の方法と変わりません。 送信モードで最大放射に調整されたアンテナ要素は、受信モードで最大受信信号に調整されます。 リフレクタまたはディレクタを最適な前後比に調整することにより、ジェネレータ アンテナをアンテナの前後に等距離で交互に配置します。 アンテナ パターンの削除 アンテナの特性を 0 ～ 360 ° の範囲で完全に把握できるとは限りません。 設定の正確さについての判断は、メインビームの両側に30〜40°以内のダイアグラムの一部をすでに与えることができます。 水平面内の放射パターンは、調査対象のアンテナを固定フィールド インジケーターで回転させるか、インジケーターでアンテナの周りを歩くことで取得できます。 後者の場合、インジケータは円に沿って正確に移動し、その中心に同調アンテナが配置されます。 参照しやすいように、円は 10 ° ごとにペグで分割されています。 チャート作成中は、送信機の電力が一定に保たれるように注意する必要があります。 放射最大値の方向に設定された 0,5 番目のフィールド インジケータを使用して、このような制御を実行すると非常に便利です。 固定インジケータの読み取り値は、ポータブル インジケータの読み取り値と同時に記録されます。次に、最後の (ポータブル インジケータ) の読み取り値が、各方向角の最初の (固定) の対応する読み取り値で除算され、それに応じて図が作成されます。得られたデータに. 放射の最大値とアンテナの幾何学的軸との不一致は、非対称性を示しており、ダイアグラムの顕著な歪みは、多くの場合、異物からの反射によるものです。 フィールドをパワーで特徴付ける放射パターンの場合、パターンの幅は最大値から 1 のレベルで (度単位で) 測定されます (図 XNUMX)。 ゲイン測定 テスト対象のアンテナとフィールドインジケータは、セットアッププロセスと同じ方法で配置されます（図4）。 送信機の電力は、フィールドインジケータの針がフルスケールにずれるような値に設定されます。макс. その後、送信機の電源を切り、被測定アンテナの代わりに半波振動子を置いて接続します。 次に、送信機の電源を再び入れ、計器の読み取り値に注意してください。分。 次の式を使用してアンテナのゲイン l を計算します。
出力が校正された発生器を使用すると、より正確な測定を行うことができます。 発生器をテスト対象のアンテナとバイブレータに順番に接続することにより、インジケータは両方の場合で同じ読み取り値を示すようになります。 その後 e=Pmax/Pmin、(5) ここで、Pmax は半波振動子を励起する発電機の電力、Pmin は測定されたアンテナを励起する発電機の電力です。 したがって、たとえば、ディレクタとリフレクタを備えた XNUMX 素子アンテナは、 e=4-6。 著者：A。Shur; 出版物：N。ボルシャコフ、rf.atnn.ru
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