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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 아마추어 전송 LW 안테나. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
여러 국가(러시아 포함)에서는 HF 및 VHF 대역 외에도 라디오 아마추어에게 DV 범위(135,7~137,8kHz)의 작은 부분이 할당됩니다. RU6LWZ 팀이 이 범위에서 실험을 수행한 후(올해 XNUMX월호에서 해당 잡지에서 이에 대해 언급함) 러시아 라디오 아마추어 사이에서 KDV에 대한 관심이 눈에 띄게 증가했습니다. 많은 사람들이 이 범위에서 실험을 시작하고 싶어하지만 이를 위해 어떤 장비가 필요한지에 대한 널리 이용 가능한 정보가 부족하여 개발이 크게 방해를 받습니다. 이 기사는 아마도 DV 기술의 주요 측면인 송신 안테나에 대해 다루고 있습니다. 현재 러시아 아마추어 라디오의 광범위한 DV 개발을 위해 해결해야 할 주요 과제는 전송하는 아마추어 DV 방송국의 수를 늘리는 것입니다. 실제로 신호를 수신하려면 신호가 존재해야 합니다. HF에서 아마추어 방송국의 신호가 매우 강하고 송신기까지의 거리가 먼 경우 DV에서 실험을 시작하려면 신호 소스가 상대적으로 가까운 것이 매우 바람직합니다. 이 문제는 우리 거대한 나라의 아시아 지역에 사는 라디오 아마추어들에게 특히 심각합니다. 러시아의 유럽 지역에 거주하는 라디오 아마추어에게는 다소 쉽습니다. 서유럽에는 장파로 전송하는 아마추어 무선 전파가 꽤 많이 있는데, 그 신호는 일반 전신을 사용할 경우 최대 XNUMX~XNUMXkm, QRSS(느린 전신)를 사용할 경우 최대 수천 킬로미터의 거리에서 수신할 수 있습니다. 컴퓨터의 신호 처리 포함). DV 범위에서 작업을 시작하는 라디오 아마추어가 해결해야 할 주요 문제는 송신 안테나를 구성하는 것입니다. HF에서는 안테나가 작업 성공에 큰 영향을 미친다는 것은 누구나 알고 있지만 DV에서는 아마도 이러한 영향이 훨씬 더 클 것입니다. 약 136kHz의 주파수를 위한 송신기는 상대적으로 제조가 쉽습니다. KB 대역 송신기와 크게 다르지 않습니다. 그러나 안테나는 완전히 다른 문제입니다! 안테나 특성은 근본적으로 파장과 안테나 크기의 비율에 따라 달라지며, 136kHz 아마추어 대역에 해당하는 파장은 약 2,2km로 기존 아마추어 무선 사업자가 사용했던 최대 파장의 XNUMX배가 넘는다. DV 안테나는 일반적으로 HF에 사용되는 안테나와 크게 다릅니다. KB 안테나를 극동 지역으로 직접 복사하는 것은 불가능합니다. 그 이유는 결과 안테나의 크기가 라디오 아마추어가 완전히 접근할 수 없기 때문입니다. 또한 극동 지역에서는 일반적으로 송신 안테나에 대한 특정 아마추어 무선 설계를 제안하는 것이 불가능합니다. 이는 주로 지역 상황에 따라 결정되며, 원칙적으로 라디오 아마추어가 안테나를 직접 구성해야 합니다. 이것이 어렵지는 않지만 DV에는 HF에서 관찰되는 다양한 안테나 유형이 없기 때문에 여전히 DV 안테나를 설계하려면 매개변수가 무엇인지, 매개변수가 안테나 작동에 어떤 영향을 미치는지, 안테나 작동에 어떤 영향을 미치는지에 대한 이해가 필요합니다. 송신기와 안테나로 구성된 전체 전송 단지의 작동을 어떻게 개선하는지에 달려 있습니다. 이 모든 것이 저자로 하여금 아마추어 DV 전송 안테나를 만드는 기본 원리를 논의하는 이 기사를 작성하게 했습니다. 물론 기사에 제시된 대부분의 자료는 전문 문헌에서 찾을 수 있지만 그러한 프레젠테이션은 아직 라디오 아마추어를 위해 특별히 제작되지 않았습니다. DV 범위가 최근 라디오 아마추어에게 제공되었기 때문에 이것은 놀라운 일이 아닙니다. 저자는 복잡한 이론을 피하려고 노력했으며, 의미 있는 안테나 설계에 여전히 필요한 정성적인 표현과 가장 간단한 공식에만 국한되었습니다. 이 경우 HF 및 LW 안테나 설계의 근본적인 차이점에 주된 관심이 집중되었습니다. 이것이 얼마나 성공적인지는 독자들이 판단하는 것입니다. DV 안테나의 특징은 크기가 파장의 136/500보다 훨씬 작다는 것입니다. 이는 전문 DV 방송국의 경우에도 해당되며, 아마추어 방송국의 경우에는 더욱 그렇습니다. 실제로 KB에서 익숙한 XNUMXkHz 범위의 XNUMX/XNUMX파 핀은 Ostankino TV 타워처럼 높이가 XNUMXm 이상이어야 합니다! 송신 LW 안테나를 설계하고 제조할 때 고려해야 할 두 번째 중요한 점은 안테나에서 방출되는 파동의 편파가 전적으로 수직이어야 한다는 것입니다. 이는 지구의 특성 때문입니다. 이러한 낮은 주파수에서는 이상적인 도체에 가깝고 실제 LW 안테나의 높이는 파장보다 훨씬 작습니다. 지구가 단순히 이 전기장을 "단락"시킬 것이라는 단순한 이유 때문에 수평 전기장을 효과적으로 방사하는 것은 불가능합니다. 더 엄밀히 말하면, 그 이유는 전기역학에서 알 수 있듯이 이상적인 도체 표면의 전기장 벡터가 항상 표면에 수직이기 때문입니다. 물론 지구는 여전히 이상적인 도체는 아니며 안테나의 높이는 비록 작지만 XNUMX이 아닙니다. 따라서 극동 지역에서 수평 편파(예: 수평 쌍극자)가 있는 저지대(파장 대비) 송신 안테나를 사용하는 문제는 매우 흥미롭고 실험이 필요합니다. 그러나 극동 지역에서 이제 막 일을 시작한 아마추어 무선 전파에게 이러한 송신 안테나를 추천하는 것은 불가능합니다. 해당 실험에는 탄탄한 경험이 필요하며, 실험용 안테나는 알려진 것과 비교해야 합니다. 실제 LW 안테나의 크기가 파장의 XNUMX/XNUMX보다 훨씬 작기 때문에 LW 송신 안테나는 전기 및 자기라는 두 가지 큰 클래스로 나눌 수 있습니다. 자기 안테나는 닫힌 프레임으로, 대부분 직사각형 모양이며 반드시 수직 평면(수직 편파!)에 위치하며 크기는 최소 수십 미터입니다. 서유럽과 미국의 일부 무선 아마추어들이 이러한 송신 안테나를 실험하고 있으며 비슷한 크기의 전기 안테나의 경우보다 훨씬 적지 않은 전력을 방출하는 데 성공하고 있습니다. 그러나 여전히 이것은 송신 안테나의 실험적인 종류입니다. 극동 지역의 주요 송신 안테나 유형은 지면에 비해 크게 단축된 수직 방출기입니다. 후자는 발전기를 연결하는 두 번째 극이 접지됨을 의미합니다. 이러한 안테나 중 상당수는 수평으로 배열된 대량의 전선을 가지고 있습니다. 그러나 안테나의 수직 부분만이 이미터 자체이고 모든 수평 도체는 수직 와이어에서 가장 크고 가장 고르게 분포된 전류를 생성하는 역할만 한다는 점을 강조하겠습니다. 일부 유형의 LW 전송 안테나는 그림 1에 개략적으로 표시되어 있습니다. XNUMX.
그림에서. 도 1a는 용량성 부하가 없는 수직 와이어 형태의 안테나를 도시한다. 그림에서 1b - 마스트를 지지하는 부품의 일부가 될 수 있는 "우산" 형태의 용량성 부하가 있는 수직 안테나. 그림에서 1,c - 1빔 T-안테나; 그림에서 1g - 경사 용량성 부하를 갖는 단일 빔 G-안테나; 그림에서 1,d - 경사 용량성 부하를 갖는 단일 빔 T-안테나; 그림에서 1,e - 그림에서 "수직" 부분이 기울어진 단일 빔 T-안테나. XNUMX,g - "경사형 빔" 안테나. 가능한 안테나 구성은 그림 1에 표시된 구성에만 국한되지 않습니다. 1. 예를 들어 다중 빔 G 안테나가 가능합니다. "우산"(그림 XNUMX,b)을 구성하는 도체의 수는 반드시 XNUMX개일 필요는 없습니다. 수직 부분은 여러 개의 병렬 또는 팬아웃 전선 등으로 구성될 수도 있습니다. 많은 경우에 전원 공급 방식을 변경하여 HF 안테나를 LW 안테나로 사용할 수 있다는 것도 분명합니다. 예를 들어, 두 피더 와이어를 함께 연결하고 접지를 기준으로 공급하는 경우 KB 다이폴은 T-안테나 역할을 성공적으로 수행합니다. 이 안테나 중 어느 것도 동축 케이블로 전원을 공급받지 않습니다. 사실 이 "피더"는 실제로 라디에이터이지만 이들 모두는 "단선 개방형 피더가 있는 안테나"입니다. KB에서 작업할 때 텔레비전 간섭과 관련된 문제를 한 번 이상 경험한 라디오 아마추어는 송신 안테나에 대한 이러한 전원 공급에 대해 매우 회의적일 수 있습니다. 특히 수도관을 접지로 사용하는 것이 더 권장되는 경우. 저자는 서둘러 그를 안심시켰습니다. LW에서 텔레비전 간섭은 일반적으로 HF에서 작업할 때보다 훨씬 작은 문제입니다. 실습의 예를 들어 보겠습니다. 안테나의 전선은 TV 상단 덮개 위 수cm 높이에서 약 50W의 전력을 가진 송신기로 연결되었습니다. 키를 누르면 밝게 빛나는 네온 불빛도 있었습니다. 그리고 텔레비전 수신에는 전혀 간섭이 없었습니다! 아마도 상황이 항상 그렇게 유리한 것은 아니지만 분명히 텔레비전은 그러한 저주파의 전자기장에 둔감합니다. LW 안테나의 높이는 항상 파장의 1/XNUMX보다 훨씬 작기 때문에 수직 전기 방출기의 입력 임피던스의 반응 부분은 본질적으로 항상 용량성이고 입력 임피던스의 활성 부분에 비해 매우 큽니다. 안테나의 전류가 상당한 값에 도달하려면 안테나 입력 저항의 용량성 부분을 인덕턴스로 보상해야 하며, 그 리액턴스는 절대값이 안테나 커패시턴스의 리액턴스와 같습니다. 따라서 DV에 확장 코일을 사용하는 것은 반드시 필요합니다(코일은 그림 XNUMX에 표시되지 않음). 확장 코일은 안테나와 직렬로 연결됩니다. 확장 코일에 필요한 인덕턴스를 추정하기 위해서는 송신 LW 안테나의 매우 중요한 매개변수인 안테나 커패시턴스를 알아야 합니다. 안테나 커패시턴스가 클수록 필요한 확장 코일의 인덕턴스는 줄어듭니다. 따라서 안테나 커패시턴스가 클수록 확장 코일의 옴(활성) 저항으로 인해 송신기의 불필요한 전력 손실이 줄어듭니다. 그리고 DV에서 작동할 때 확장 코일의 전력 손실은 매우 중요합니다. 또한 안테나 용량이 커지면 전압이 감소하여 극동 지역에서는 상대적으로 낮은 전력 송신기를 사용하더라도 단위 또는 수십 킬로볼트에 도달합니다. 안테나 전압을 줄이면 절연 문제가 단순화됩니다. 나중에 소위 "환경 손실"을 논의할 때 안테나 용량을 최대한 크게 만들기 위해 노력해야 하는 이유도 있습니다. LW 안테나를 전송할 때 수평 부분을 가능한 한 크게 만들고 종종 여러 평행선(다중 빔 L자형 및 T자형 안테나). 장파 안테나의 커패시턴스는 간단한 규칙을 사용하여 아마추어 무선 실습에 허용되는 정확도로 추정할 수 있습니다. 안테나 와이어(수직 및 수평 부분 모두)의 각 미터는 약 6pF의 안테나 커패시턴스를 제공합니다. 여러 개의 와이어가 서로 평행하게 위치하면 그 사이의 거리가 작아지면 총 커패시턴스가 감소합니다. 따라서 멀티빔 수평부분이 있는 L자형이나 T자형 안테나를 제작할 때에는 가능하면 전선간 거리를 최소 2~3m 이상 유지하는 것이 필요하며, 더 큰 거리는 의미가 없으며, 거리가 짧을수록 와이어 XNUMXm당 정전 용량이 감소합니다. 안테나 커패시턴스의 리액턴스는 잘 알려진 공식 Xc = 1/(2πfC)를 사용하여 찾을 수 있습니다. 연장 코일의 리액턴스는 절대값이 동일해야 하므로 리액턴스와 인덕턴스 XL = 2πfL의 관계로부터 인덕턴스를 구할 수 있습니다. 실용적인 목적을 위해 주파수 값 f = 136 kHz를 대체하고 측정 단위를 변환하면 얻은 공식을 사용하는 것이 더 편리합니다. Xc = 1170000/C, XL = 0,85 L, L = XL/0.85, 여기서 저항은 옴 단위, 커패시턴스는 피코패럿 단위, 인덕턴스는 마이크로헨리 단위로 대체됩니다. 대략적인 계산을 위해 136kHz의 주파수에서 1000pF 커패시턴스의 리액턴스는 1000Ω이고 커패시턴스가 1000pF에 비해 감소함에 따라 비례적으로 증가한다고 가정할 수 있습니다. 따라서 인덕턴스의 경우 각 마이크로헨리는 약 1Ω을 제공합니다. 이 숫자는 기억하기 쉽습니다. 계산된 값은 여전히 실험적으로 명확해야 하기 때문에 더 높은 계산 정확도가 필요하지 않은 경우가 많습니다. 안테나 주변 물체의 영향을 이론적으로 고려하는 것은 극히 어렵습니다! 일반적인 아마추어 무선 조건에서 안테나 매개변수의 순서를 상상하기 위해 그러한 예를 추정해 보겠습니다. 높이 80m에 길이 20m의 단일 빔 수평 부분이 있는 L자형 또는 T자형 안테나가 있다고 가정하면 수직 부분의 길이는 20m이고 와이어의 총 길이는 100입니다. m. 이러한 안테나의 커패시턴스는 약 600pf입니다. 즉, 입력 저항의 반응 부분은 약 2000Ω입니다. 안테나 커패시턴스의 리액턴스를 보상하려면 인덕턴스가 2000μH보다 약간 큰 확장 코일이 필요합니다. 안테나 커패시턴스를 알고 기존 발진 회로의 공식을 사용하여 확장 코일의 인덕턴스를 찾는 것이 어떨까요?라는 질문이 생길 수 있습니다. 물론 이것은 가능합니다. 그러나 리액턴스를 통한 계산을 통해 예를 들어 주어진 전류에서 안테나의 전압과 알려진 품질 계수를 사용하여 확장 코일의 손실 저항을 추정할 수 있습니다. 따라서 주어진 예에서 전압이 안테나의 전류 암페어당 안테나의 전압은 약 2000V입니다. 안테나 입력 임피던스의 활성 부분은 반응 부분보다 훨씬 작기 때문에 볼트 단위의 안테나 전압은 암페어 단위의 안테나 전류에 옴 단위의 안테나 리액턴스를 곱한 것과 거의 같습니다. 코일의 손실 저항, 리액턴스 및 품질 계수는 Rcat = XL/Q라는 간단한 공식으로 관련됩니다. 품질 계수 Q = 200인 경우 손실 저항은 2000/200 = 10Ω입니다. 장파 안테나의 두 번째로 중요한 매개변수는 유효 높이입니다. 지금은 안테나 설계의 세부 사항에 대한 유효 높이의 의존성을 고려하지 않고 두 가지 제한적인 경우에 주목합니다. 상단에 용량성 부하가 없는 단일 수직 와이어의 유효 높이는 기하학적 높이의 절반과 같습니다. 수평 부분의 커패시턴스가 수직 부분의 커패시턴스보다 훨씬 큰 L자형 또는 T자형 안테나의 경우 유효 높이는 지면 위 안테나 수평 부분의 서스펜션 높이에 접근합니다. 안테나의 유효 높이를 가능한 한 크게, 최소 10~15미터, 바람직하게는 30~50미터로 만들기 위해 노력해야 한다는 점을 즉시 알아두겠습니다. 그러나 아마도 일반적인 아마추어 조건에서 달성할 수 있는 최대 거리는 50m일 것입니다. 이는 대략 두 개의 16층 건물 사이에 대형 수평 부분이 매달려 있는 L자형 또는 T자형 안테나의 유효 높이입니다. 유효 안테나 높이가 왜 그렇게 중요한가요? 문제는 안테나의 크기가 파장보다 훨씬 작을 때 통신원이 수신하는 전계 강도가 안테나의 현재 강도와 유효 높이의 곱(A로 표시)에 정비례한다는 것입니다. 미터 단위로 측정되는 안테나. 안테나의 유효 높이가 높을수록 신호가 더 강해집니다. Rizl 송신국에서 방출되는 전력(송신기의 출력 전력과 혼동하지 마십시오!)은 이 제품과 간단한 관계(주파수 136kHz의 경우)로 관련됩니다: Rizl = 0.00033A2. 결과 값을 탐색하려면 예를 고려하십시오. 안테나의 유효 높이를 20m로 가정하면 송신기 출력 전력이 100W인 안테나의 전류 강도는 일반적으로 1~3A 범위 내에 있습니다. 2A로 밝혀지면 A = 40미터이고 방출되는 전력은 0,5W가 됩니다. 이 예는 송신기에서 제공하는 전력의 0,5%만이 방사되기 때문에 아마추어 송신 DV 안테나의 효율성이 매우 작다는 것을 보여줍니다. 그리고 이것은 여전히 매우 좋습니다! 종종 효율성은 0,1% 미만입니다. 그리고 "거대한"(아마추어 무선 표준에 따라) 안테나를 사용할 때만 효율성이 수십 퍼센트에 도달할 수 있습니다. 예를 들어 RU6LWZ 팀이 수행한 러시아 최초의 장파 DX 탐험의 안테나는 높이가 100m가 넘는 마스트를 사용했습니다. 아마추어 전송 DV 안테나의 효율성이 낮기 때문에 방사 전력은 일반적으로 10분의 15 또는 XNUMX분의 XNUMX와트 단위로 측정되며 와트 단위에 도달하는 경우는 거의 없습니다. 그럼에도 불구하고 이렇게 미미한 방출 전력에도 불구하고 아마추어는 특별한 유형의 작업(주로 QRSS - 느린 전신)을 사용하여 수천, 심지어 XNUMX~XNUMXkm 거리에서 통신을 수행합니다! 기존 전신을 사용하면 수백 킬로미터 이상 통신할 수 있으며 때로는 양호한 수신 범위와 특수 수신 안테나 및 낮은 수준의 간섭을 통해 XNUMX~XNUMX킬로미터 이상까지 통신할 수 있습니다. 우리는 HF 송신 안테나의 상황이 우리가 HF에서 익숙했던 상황과 근본적으로 다르다는 것을 알 수 있습니다. HF에서 효율이 일반적으로 100%에 가까우면(아마도 160미터 범위를 제외하고 항상 그런 것은 아님), DV에서는 효율이 매우 작습니다. HF에서 방사선을 한 방향으로 집중시키고 증폭 인자 개념으로 작동하려고 하면 DV에서 방사선은 항상 거의 원형이므로 증폭에 대해 말할 필요가 없습니다. HF에서 평평한 방사 각도를 얻으려고 노력하는 경우 DV에서는 방사 각도가 항상 거의 동일합니다. HF에서 안테나가 일반적으로 동축 케이블을 통해 공급되고 좋은 SWR을 얻으려고 노력하는 경우 DV에서는 안테나가 항상 직접 공급되므로 SWR의 개념이 의미를 잃습니다. DV 작업 시 "싸움"해야 할 유일한 것은 방사 전력, 즉 안테나의 최대 "미터" 수입니다. 이제 안테나의 유효 높이가 가장 일반적인 유형의 안테나에 대한 기하학적 치수와 설계 세부 사항에 따라 어떻게 달라지는지 자세히 살펴보겠습니다. 이미 언급한 바와 같이 상단에 용량성 부하가 있는 간단한 수직 와이어(그림 1a)의 유효 높이는 단순히 안테나의 기하학적 높이의 절반과 같습니다. 같은 방식으로, "사선 빔" 안테나(그림 1,g)의 유효 높이는 안테나 상단 높이의 절반과 같습니다. 안테나에 수평 용량성 부하가 있는 경우(예: 그림 1, c), 이러한 안테나의 유효 높이 hd는 수직 Cv와 수평 Cr 부분의 커패시턴스 비율과 기하학적 특성에 의해 결정됩니다. 수평 부분의 서스펜션 높이 h. hd = h(1-0,5/(Cr/Cv+1)) 공식을 사용하여 찾을 수 있습니다. 안테나의 수평 및 수직 부분의 커패시턴스는 전체 안테나와 마찬가지로 "와이어 6미터당 1pF" 규칙에 따라 결정될 수 있습니다. Cg가 C보다 훨씬 크다면 유효 높이 hd는 기하학적 높이 n에 접근한다는 것이 공식에서 분명합니다. 경사진 "수직" 부분(그림 1,6, f)과 경사진 부분의 경우에는 특별한 고려가 필요합니다. 용량성 부하(그림 1, XNUMX, d, d). "수직 부분"이 기울어지고 용량성 부하가 거의 수평인 경우(그림 XNUMX, e) 거의 아무것도 변하지 않고 와이어가 길어서 Cv만 약간 증가하며 공식은 동일하게 유지됩니다. T-안테나의 수직 부분이 경사 용량성 부하(그림 1, d)의 중앙에 아주 정확하게 연결되어 있으면 공식도 작동합니다. h 연결 지점의 지면 위 높이를 취해야 합니다. 수직 부분의 수평 부분. 이 안테나에서는 용량성 부하의 두 어깨에 의해 생성된 전기장의 수직 성분이 상호 보상되지만 L자형 안테나(그림 1d) 또는 "우산" 안테나(그림 1,6)에서는 그러한 보상은 발생하지 않습니다. 따라서 공식은 약간 달라집니다. hd = 0,5h( 1 + a - a2/(Cr/Cv+ 1)). 여기서 a = h1/h는 용량성 부하의 상단과 하단 높이의 비율입니다. 우리는 그림에 표시된 경우에 대해 강조합니다. 1,b 및 그림. 1g의 경우, 용량성 부하의 하단을 지면까지 낮추는 것은 바람직하지 않습니다. 이렇게 하면 유효 고도가 0,5h로 감소됩니다. 이러한 지점을 올릴 수 없는 경우(예: 마스트가 하나만 있는 경우) 절연 코드를 사용하여 용량성 부하를 구성하는 와이어를 지면까지 연장하는 것이 좋습니다(와이어를 사용하여 끊을 수도 있음). 절연체가 있는 XNUMX~XNUMX개 장소). 안테나 장착 지점이 "지역 상황"에 따라 결정되고 라디오 아마추어가 계산에 참여하고 싶지 않은 경우 다음 간단한 규칙을 사용할 수 있습니다. 최대 와이어 양이 다음과 같이 높게 위치하도록 노력해야 합니다. 가능합니다(그리고 다음 내용에서 알 수 있듯이 나무, 벽 등에서 더 멀리 떨어져 있음). 글쎄요, 얼마나 효과적인 높이일까요! "주요 매개변수"의 첫 번째 요소(안테나의 유효 높이와 현재 강도의 곱)를 처리한 후 두 번째 요소(안테나의 현재 강도)가 무엇에 의존하는지와 이를 만드는 방법을 고려할 것입니다. 더 큰. 물론 전류는 송신기의 전력에 따라 달라집니다. 하지만 그 뿐만이 아닙니다. 이는 또한 그림 2의 등가 회로에 표시된 것처럼 입력 저항 R의 활성 부분에 따라 달라지며, 이는 손실 저항 Rп와 방사 저항 Rizl의 합입니다. XNUMX.
136kHz 주파수에서의 방사 저항(옴)은 Rizl = 0,00033hd2 공식으로 결정되며 아마추어 무선 안테나의 경우 일반적으로 옴의 수십 분의 XNUMX을 넘지 않습니다. 대부분의 경우 손실 저항은 방사선 저항보다 훨씬 큽니다. 실제로 이것이 Rizl / (Rizl + Rp)와 같이 낮은 효율을 얻는 이유입니다. 이러한 조건에서 안테나의 전류는 주로 손실 저항에 따라 달라지며 방사 저항은 전류에 거의 영향을 미치지 않습니다. DV 안테나와 HF 안테나 사이에 근본적인 차이가 발생하는 이유는 손실 저항과 방사 저항의 비율 때문입니다. 안테나의 전류 강도가 주로 방사 저항에 의해 결정되는 KB에서는 이 전류 강도 자체의 크기는 중요하지 않습니다. 안테나는 "전류에 의해 전력 공급" 또는 "전압에 의해 전력 공급"될 수 있으며 전류 강도는 다르지만 방사 전력은 동일합니다. 극동에서는 상황이 근본적으로 다릅니다. 안테나의 전류는 손실 저항에 의해 결정되며, 방사 전력은 전류의 제곱에 비례합니다. 따라서 전류를 최대한 크게 하려고 노력해야 하며, 이를 위해서는 손실저항을 최대한 작게 만드는 것이 필요하다. 안테나 Rп의 손실 저항을 알고 있는 경우 송신기 P의 알려진 출력 전력을 사용하면 안테나의 전류 강도 I를 쉽게 찾을 수 있습니다. I =v(P/Rп). 손실 저항은 안테나 와이어의 옴 저항, 확장 코일 저항의 활성 부분, 접지 저항 및 소위 환경 손실 저항으로 구성됩니다. 후자는 주변 물체(집, 나무 등)에 유도된 전류로 인한 에너지 손실과 관련이 있습니다. 직경이 2mm 이상인 구리 안테나선의 저항은 일반적으로 매우 작으므로 무시할 수 있습니다. 안테나의 수평 부분(용량성 부하)이 매우 길고(수백 미터) 하나의 얇은 와이어 형태로 만들어진 경우는 예외입니다. 손실 저항의 나머지 구성 요소는 훨씬 더 큽니다. 확장 코일의 손실 저항은 특히 품질 계수가 낮은 경우 이미 상당합니다. 품질 계수는 주어진 주파수에서 코일의 반응성(유도성) 리액턴스와 손실 저항의 비율입니다. 후자는 자기 코어, 프레임 및 와이어의 손실로 구성됩니다. DV 송신 안테나는 포화를 피하기 어려운 높은 전류와 관련된 자기 코어가 있는 코일을 사용하지 않습니다. 프레임 유전체의 손실은 일반적으로 작지만 권장 사항은 공정합니다. 프레임에 들어가는 재료가 적을수록 좋습니다. 물론 고품질의 유전체를 사용하는 것이 좋습니다. 그러나 RF 전류는 주로 와이어 표면을 따라 흐르므로(표피 효과) 저항은 직류 또는 오디오 주파수보다 훨씬 더 큽니다. 많은 책에서 표피 효과를 고려하여 구리선의 비저항(Ω/m)에 대한 공식을 찾을 수 있습니다. Rsp = (0,084/d)vf 여기서 d는 mm 단위의 와이어 직경입니다. f - 주파수(MHz). 이 공식을 사용하여 코일 와이어의 저항률을 계산하고 여기에 와이어 길이를 곱하여 코일의 손실 저항을 얻을 수 있는 것 같습니다. 불행하게도 표피 효과 외에도 근접 효과도 있는데, 이로 인해 코일의 와이어 저항이 직선 와이어의 저항보다 훨씬 더 큰 것으로 나타납니다. 권선끼리의 영향으로 인해 전류는 전선 전체 표면에 고르게 흐르지 않고 주로 코일 내부를 향한 표면 부분을 따라 흐릅니다. 결과적으로, 덜 효과적인 표면은 더 많은 저항을 의미합니다. 저자의 연구 결과에 따르면 근접 효과로 인해 단층 코일의 와이어 저항은 1 + 4,9(d/a)2배 증가합니다. 여기서 d는 와이어의 직경이고; a는 와인딩 피치입니다. 권선 단계를 작게 하면(권선에서 권선으로) 코일의 인덕턴스가 한 권 증가하여 필요한 권선 수가 줄어들고 와이어 길이가 줄어듭니다. 그러나 근접성의 효과는 크게 증가합니다. 권선 단계를 크게 하면 근접 효과로 인한 저항 증가는 줄어들지만 더 많은 권선을 감아야 하고 와이어 길이가 길어집니다. 권선 피치가 와이어 직경의 약 XNUMX배일 때 관찰되는 최적의 값이 있는 것으로 나타났습니다. 즉, 권선 사이의 간격은 와이어 직경과 거의 같아야 합니다. 코일의 손실 저항은 와이어의 직경에 따라 달라지나요? 놀랍게도 실제로는 그렇지 않습니다. 선경이 커지면 권선길이가 길어지고, 코일을 다층화하면 근접효과가 커집니다. 따라서 더 많은 회전을 해야 합니다. 이 모든 것을 수학적으로 자세히 분석하면 매우 예상치 못한 결과가 얻어집니다. 코일의 품질 계수(따라서 주어진 인덕턴스에 대한 손실 저항)는 주로 코일 프레임의 직경에 따라 달라집니다! 또한 품질 계수는 이 직경에 정비례합니다. 그리고 품질 계수는 와이어 직경에 거의 의존하지 않습니다. 오해를 피하기 위해 이는 와이어의 직경이 스킨층의 두께보다 훨씬 큰 경우에만 해당됩니다. 136kHz의 주파수에서는 직경이 0,5mm 이상인 구리선에 대해 수행됩니다(일반적으로 그렇습니다). 따라서, 낮은 손실을 얻으려면 큰 직경의 코일을 만드는 것이 필요합니다. 프레임 직경과 권선 길이의 비율도 중요합니다. 코일의 품질 계수는 프레임 직경이 권선 길이의 2~2,5배일 때 최대가 되는 것으로 확립되었습니다. 이러한 조건에서 단선 구리선을 사용하여 136kHz의 주파수에서 매우 대략적인 추정(또는 일반적으로 필요하지 않음)의 경우 권선 피치와 와이어 직경, 프레임 직경 및 권선 길이의 최적 비율 , 단층 코일의 품질 계수는 밀리미터 단위의 프레임 직경과 같다고 가정할 수 있습니다. 코일의 리액턴스가 약 2000Ω, 활성 - 10Ω, 품질 계수 - 200이어야 하는 위의 예로 돌아가 보겠습니다. 프레임의 직경은 약 200mm여야 합니다. 코일의 손실 저항을 낮추려면 더 큰 프레임 직경을 선택해야 합니다. 송신 DV 안테나의 확장 코일은 매우 큰 치수로 만들어져야 한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 코일은 일반적으로 송신기에 내장되지 않고 별도로 배치됩니다. 사실, 동일한 손실로 코일의 크기를 크게 줄이거나 동일한 크기로 손실을 줄일 수 있는 가능성이 하나 있습니다. 코일을 단선 구리선이 아닌 송신기용 특수 리츠선으로 감을 필요가 있습니다. 이는 매우 얇고 절연된 수많은 구리 도체(수백 개)로 구성됩니다. 일반적으로 도체 위에는 실크 브레이드가 있습니다. 라이센스레이트를 사용할 때 각 (!!!) 와이어가 코일 연결 지점에 납땜되어 있는지 확인하기 위해 특별한 주의를 기울여야 합니다. 불행하게도 저자는 라이센스레이트 코일의 품질 계수를 계산할 수 있는 이론을 알지 못합니다. 경험을 통해 동일한 치수에서 라이센스레이트 코일의 품질 계수는 감았을 때보다 약 XNUMX배 더 높다는 것이 알려져 있습니다. 단단한 구리선으로. 확장 코일의 손실 저항은 안테나의 전체 손실 저항의 중요한 구성 요소입니다. 그러나 충분히 크지만 여전히 허용 가능한 직경(200~400mm)의 코일을 만드는 경우 총 손실에 대한 주요 기여는 접지 저항과 주변 손실의 저항에서 비롯됩니다. 일반적으로 분리하기가 어려우며 이러한 공통 저항을 종종 접지 저항이라고 합니다. RF 접지 저항은 저주파에서의 접지 저항과 전혀 일치하지 않는다는 점을 즉시 알아두십시오. 따라서 저항이 알려진 "전기"접지가 있는 경우 물론 사용할 수 있고 사용해야 하지만 136kHz 주파수에서의 저항은 산업 주파수 50Hz보다 훨씬 큽니다. 불행히도 무선 아마추어가 지상 손실을 계산하는 것은 일반적으로 불가능합니다. 파장에 비해 너무 작은 아마추어 무선 안테나에는 전문가가 사용하는 공식이 적용되지 않습니다. 그리고 전문가용 안테나와 달리 아마추어 안테나는 일반적으로 집, 나무 및 기타 물체 사이에 위치하므로 안테나 손실에 큰 영향을 미칩니다. 라디오 아마추어는 일반적으로 특수 접지를 하지 않고 수도관 등을 사용합니다. 이로 인해 계산도 복잡해집니다. 따라서 우리는 일반적으로 주변 손실 저항과 함께 접지 손실 저항이 약 30-100Ω이라는 점과 이러한 손실의 규모를 줄이기 위한 권장 사항만 지적해야 합니다. 이미 언급했듯이 안테나의 전류를 최대화하는 것이 필요합니다. 손실 저항은 낮을수록 커집니다. 아마추어 무선 실습에서 접지 손실의 저항을 줄이려면 땅에 묻혀 있고 지표면에 있는 금속에서 가능한 모든 것을 연결해야 합니다. 수도관, 각종 금속 구조물 등이 될 수 있습니다. 단, 가스관은 사용하지 마세요! 이는 화재 안전상의 이유로 허용되지 않습니다! 전문적인 실무에서는 접지 손실을 줄이기 위해 안테나 아래에서 소위 "접지 금속화" 형태로 접지가 수행됩니다. 이것은 얕은 깊이에 매설되거나 지표면에 놓인 전선 시스템입니다. 금속화 영역은 가능하다면 안테나 수평 부분 아래의 전체 표면을 덮어야 하며 안테나 높이 정도의 거리만큼 접지면에 대한 안테나 투영을 넘어 확장되어야 합니다. 수평 부분(용량성 부하)이 없는 경우 금속화 반경은 안테나 높이 정도여야 합니다. 규칙적인 원 형태로 금속화를 수행할 필요는 전혀 없으며, 반경이란 단순히 특징적인 크기를 의미합니다. 금속화 반경을 더 크게 만들 수 있지만 두 배로 늘리는 것은 더 이상 의미가 없습니다. 다시 말하지만, 전문적인 실습에서는 "접지 금속화" 시스템의 개별 와이어 사이의 거리가 약 1m로 선택되며 때로는 견고한 금속 시트도 사용됩니다. 아마추어 무선 연습에서는 이것이 불가능할 것 같습니다. 따라서 그러한 접지 시스템과 유사하더라도 전선 사이의 거리가 더 커질 가능성이 높습니다. 특정 라디오 아마추어의 능력에 따라 금액이 달라집니다. 당연히 지구의 "희귀한" 금속화로 인해 지구의 손실이 증가합니다. 접지의 금속화는 손실을 크게 줄여 송신 LW 안테나의 효율성을 크게 높일 수 있습니다. 그러나 라디오 아마추어가 안테나 아래의지면을 금속화할 기회가 없다면 (대부분의 경우) 절망하지 마십시오! 대부분의 서유럽 라디오 아마추어는 기존 물 공급을 접지로 사용하여 성공적으로 작동합니다. 이것이 실제로 라디오 아마추어의 접지 저항이 전문 DV 안테나의 접지 저항보다 훨씬 더 높은 것으로 밝혀진 이유입니다. 여기서 접지 손실 저항은 상대적으로 작은 낮은 안테나의 경우에도 종종 1Ω 정도입니다. -전원 DV 방송국. 그리고 방송 DV 방송국의 안테나에서 수십 또는 수백 톤 (!!!)의 금속이 땅에 묻혀있을 때 심지어 XNUMX 분의 XNUMX, 때로는 XNUMX 분의 XNUMX 옴입니다. 따라서 이 경우 효율성은 100%에 매우 가깝습니다. 그러나 라디오 아마추어는 때때로 전문 DV 안테나를 사용하지 않는 한 일반적으로 이것을 믿을 수 없습니다. 그러나 안테나의 손실을 결정하는 것은 접지 시스템의 품질 뿐만이 아닙니다. 안테나 도체가 집, 나무 등 근처를 지나갈 경우 RF 에너지의 추가 손실이 발생하여 주변 물체를 가열하는 방향으로 이동합니다. 실제로 이것은 환경의 손실입니다. 높은 HF 전위에 있는 안테나 와이어는 가능하면 주변 물체로부터 최소 1~3m 떨어진 곳에 위치해야 합니다. 그리고 그러한 와이어가 길고 "간섭 대상"과 평행하게 이어지는 경우 거리를 훨씬 더 크게 선택해야 합니다. 상황은 그림에 설명되어 있습니다. 삼.
그림의 경우 손실. 3에 비해 현저히 적지만, 그림 3에 비해 현저히 적다. XNUMX, ㄴ. 후자의 경우, 수직 와이어는 집 벽에 상당한 RF 전류를 유도하여 송신기 전력의 쓸데없는 손실을 초래하여 벽을 가열하는 데 소비하게 됩니다. 이런 상황은 피해야 합니다. 그런데 벽에서 수직 안테나선을 제거할 수 없다면 어떻게 해야 할까요? 이 경우 그림 3과 같이 안테나를 수정하는 것이 합리적입니다. 3, 다. 그리고 수직선의 전류는 그림 3의 경우와 거의 동일합니다. XNUMXa와 같지만 접지에 대한 RF 전위는 작습니다(확장 코일 다음에만 큽니다). 따라서 집 벽의 영향이 감소합니다. 그러나 코일이 연결된 안테나의 커패시턴스는 수평 와이어의 커패시턴스일 뿐이므로 코일은 약간 더 높은 인덕턴스로 만들어져야 합니다. 이 경우 높이 장착된 코일을 조정하는 것이 불편합니다. 해결책은 간단합니다. 대부분의 인덕턴스를 "상단"에 배치하고 송신기 근처의 작은 가변계를 켜서 안테나를 공진하도록 미세 조정하는 것입니다. 이 경우 벽 근처를 통과하는 전선의 전압이 약간 증가하지만 그림 XNUMX의 경우만큼 크지는 않습니다. XNUMX, ㄴ. 비슷한 상황이 그림 3에 나와 있습니다. 3d에서는 송신기가 다층 건물의 최상층에 있는 경우입니다. 안테나에 수직 부분이 없는 것처럼 보이지만 실제로는 수직 부분이 있습니다. 예를 들어 수도관과 같은 접지선이 그 역할을 수행한다는 것입니다. 그들은 벽에 매우 근접하게 위치하지만 그림 XNUMX의 안테나 수직 부분과 같이 실제로 RF 전위가 없기 때문에 벽에 거의 위치하지 않습니다. XNUMX,c에서는 벽의 영향이 약하다. 따라서 안테나는 매우 만족스럽게 작동합니다. 고려된 예는 높은 전위를 전달하는 안테나 부분이 주변 물체 근처에 위치하는 경우 특히 큰 환경 손실이 발생한다는 것을 보여줍니다. 물론, 안테나 전체의 전압을 낮추는 것은 물론, 안테나 일부의 전압을 낮추는 것도 환경적 손실을 줄여줍니다. 이는 총 안테나 커패시턴스를 높이면 안테나 효율이 높아진다는 이전 설명을 설명합니다. 실제로 안테나 커패시턴스가 증가하면 안테나 전체의 전압이 감소하고 결과적으로 환경 손실이 감소합니다. 안테나 수직 부분의 송신기 전력이 동일하면 더 높은 전류 강도를 얻을 수 있으며 결과적으로 방출되는 신호가 증가합니다. 물론, 주어진 수치와 설명이 안테나의 실제 구현 중에 발생할 수 있는 모든 상황을 모두 포괄하는 것은 아닙니다. 그러나 저자는 주어진 조건에서 환경 손실을 최소화하면서 장파 안테나를 설계하는 일반적인 접근 방식을 설명하기를 바랍니다. 글쎄요, 각각의 특정 경우에 라디오 아마추어는 독립적으로 생각하고 실험하고 결정을 내려야 합니다. 결론적으로 안테나를 송신기에 연결하는 방법에 대해 몇 마디 설명하겠습니다. 위에서부터 안테나를 코일과 공진하도록 조정한 후 안테나의 입력 임피던스는 대부분의 경우 50Ω 또는 75Ω과 같지 않다는 것이 분명합니다. 그러나 이것은 필요하지 않습니다. 동축 케이블이 없습니다. 출력 임피던스를 조정할 수 있는 기능을 송신기에 제공하기만 하면 됩니다. 이를 수행하는 가장 쉬운 방법은 송신기 출력단의 푸시풀 변압기 회로를 사용하는 것입니다. 이 경우 변압기의 5차 권선을 탭으로 제작하고 스위치를 설치해야 합니다. 출력 임피던스 7, 10, 15, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200, 11 Ohms의 범위는 "매우 나쁨"과 "매우 좋음"을 포함하여 모든 아마추어 무선 안테나에 매우 충분한 것으로 보입니다. . 표준 XNUMX위치 플립 스위치가 적합합니다. 공진에 맞게 안테나를 미세 조정하려면 장파 또는 중파 송신기의 변위계를 갖는 것이 매우 바람직합니다. 저자는 최대 인덕턴스가 약 5μH인 RSB-700 라디오 방송국의 중파 장치의 가변계를 사용합니다. 물론 이것만으로는 충분하지 않으며 추가로 상당히 큰 일정한 인덕턴스 코일이 변위계와 직렬로 연결되고 변위계는 조정용으로만 사용됩니다. 안테나와 송신기 사이의 연결에 대해 설명된 버전에서 조정은 안테나에 최대 전류를 제공하는 스위치 위치를 선택하고 확장 코일의 인덕턴스를 조정하는 것으로 귀결됩니다. 송신기의 출력 임피던스를 전환할 때마다 인덕턴스(변이계)를 조정하여 공진을 얻어 안테나에서 최대 전류를 달성해야 합니다. 송신기 출력 회로에 대한 다른 옵션과 기타 구성 방법이 있지만 이에 대해 논의하는 것은 기사의 주요 주제에서 너무 멀리 떨어져 있습니다. 그럼, 발표를 마무리하며 독자 여러분의 성공적인 실험을 기원하며, 장내에서 뵙겠습니다! 저자: 알렉산더 유르코프(RA9MB)
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