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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 7밴드 지향성 HF 안테나 BMA-XNUMX. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
전파 안테나 또는 적어도 1개의 아마추어 HF 대역 대부분에서 작동하는 안테나는 많은 단파 안테나의 꿈입니다. 지향성 안테나의 경우 다중 대역 안테나를 만드는 작업이 훨씬 더 복잡해집니다. 이에 대한 흥미로운 해결책이 게시된 기사에서 제안되었습니다. 이 설계에서 UTXNUMXMA가 사용한 아이디어는 자체적으로 KB 안테나를 개발하는 단파 사용자에게 유용할 수 있습니다. 아마추어 무선 통신용 다중 대역 지향성 "파동 채널" 안테나는 매우 인기가 높으며 많은 국가의 수십 개 회사에서 생산됩니다. 이러한 안테나는 주로 분리 공진 회로(TRAP 또는 사다리)를 사용하여 제작됩니다[1, 2]. 명백한 편리함에도 불구하고 이 기술은 아마추어 안테나 설계에 거의 사용되지 않습니다. 이는 우선 신뢰할 수 있고 정밀하게 조정된 사다리를 수작업으로 제조하는 복잡성으로 설명됩니다. 최근에는 소위 다중 대역 부하 회로(LOad Multiband 또는 줄여서 LOM)를 사용하여 다중 대역 작동 문제를 더 간단한 방법으로 해결하는 안테나 설계가 등장했습니다. 이러한 안테나의 주요 요소는 능동 또는 수동 요소의 특정 위치에 위치한 특정 인덕턴스를 갖는 코일입니다. LOM 부하의 작용 메커니즘은 상대적으로 높은 주파수에서 코일이 전류의 상당한 반사를 일으키고 그 결과 "프리코일" 부분의 분포가 기존 쌍극자의 분포에 가깝다는 것입니다. 어깨 길이는 약 0,25λ입니다. 저주파에서 전류는 안테나 암의 전체 길이를 따라 전파되고 코일은 확장 코일로 작동합니다[3]. 두 개의 3대역 쌍극자(래더 및 LOM 코일)의 주요 매개변수를 비교해 보겠습니다. MMANA 안테나 프로그램(우수 프로그램의 경우 TNX JE2HHT 및 DLXNUMXKQ)을 사용하여 계산했습니다. 그림 1a는 10, 20, 40미터 범위에 대한 쌍극자의 그림을 보여줍니다. 쌍극자의 팔은 대칭이므로 쌍극자의 절반만 표시하여 그림을 단순화할 수 있습니다. 트랩 커패시터 L1C1(공진 주파수 f1 = 28,3MHz) 및 L2C2(f2 = 14,15MHz)가 코일 내부와 외부에 위치한 튜브로 형성된다는 사실에서 출발합니다. 이 기술적으로 편리한 커패시터 설계에는 상당한 단점이 있습니다. 이러한 튜브의 영향으로 인해 코일 (및 회로 전체)의 품질 계수가 3 ~ 4 배 감소하고 많은 모델에서 다음을 초과하지 않습니다. Q = 80 ... 100. 따라서 회로의 손실과 발열은 같은 양만큼 증가합니다. C1 = 25pF, C2 = 15pF, Q1 = 100 및 Q2 = 80을 허용하며 안테나 도체(튜브)의 직경은 30mm입니다. 쌍극자 섹션 ab, cd는 예를 들어 입력 저항의 반응성 성분이 세 가지 범위 모두에서 XNUMX에 가까운 길이를 갖습니다.
다양한 범위에서 쌍극자를 따라 전류 크기의 변화에 대한 다이어그램이 그림 1과 10에 나와 있습니다. 1b(범위 20미터), 그림. 1,c(40미터) 및 그림. XNUMX,g(XNUMX미터). 다이어그램의 화살표는 쌍극자의 해당 부분에서 전류의 방향을 보여줍니다. MMANA는 안테나 작업 영역의 간섭으로 인해 나타나는 사다리 뒤에 있는 쌍극자 부분에도 작은 전류가 있음을 보여줍니다. 10미터 범위에서 이 전류는 방사 패턴(DN)을 좁혀 안테나 이득을 약 0,4dB만큼 크게 증가시키고 안테나의 입력 임피던스도 증가시킵니다. 계산 결과는 표에 요약되어 있습니다. 여기에서 R은 공진 시 안테나의 입력 임피던스입니다. 이득 G는 트랩이 없는 반파장 쌍극자에 대해 제공됩니다. 이와 별도로 두 개의 코일 PL1과 두 개의 PL2의 총 열 손실이 강조됩니다. 왜냐하면 안테나의 신뢰성이 이러한 손실에 직접적으로 좌우되기 때문입니다. G는 -3dB 또는 최대값의 0,707에서 패턴의 메인 로브 폭입니다. 열 손실을 추정할 때 0,1dB는 전체 전력의 약 2,4%에 해당한다고 가정할 수 있습니다. 쌍극자의 총 길이는 2x6,7m입니다. 그림에. 2는 10, 20, 40m 범위의 쌍극자를 보여 주지만 첫 번째와 달리 사다리가 아닌 LOM 코일을 사용합니다. L1 및 L2 값, ab, cd 섹션의 길이, 예를 들어 용량성 부하 EH1 및 EH2는 입력 저항의 반응성 구성요소가 세 범위 모두에서 0,25에 가깝도록 선택됩니다. 특히, 첫 번째 섹션 ab의 길이는 10미터 범위에 대해 약 1 파장이 됩니다. 이 범위에 LXNUMX이 존재하기 때문에 단면 ab의 전류 곡선 모양은 반파장 쌍극자의 모양과 거의 동일합니다.
섹션 cd의 코일 뒤의 전류는 첫 번째 섹션보다 몇 배 적습니다. 여기서 전류는 반대 방향을 가지며 그 작용으로 인해 RP가 확장되고 그에 따라 쌍극자 이득이 감소하기 때문에 이는 중요합니다. 이러한 바람직하지 않은 효과를 최소화하기 위해 용량성 부하 EH1이 도입되어 역류 전류의 일부를 복사로부터 "인계"하고 제외합니다. cd 구간의 전류 크기도 코일 L1의 인덕턴스에 따라 달라지며 작을수록 커집니다. 반면, 코일의 인덕턴스를 높이면 두 번째 대역(20미터)의 대역폭이 감소하므로 이 코일의 인덕턴스 선택은 불가피한 절충안입니다. 20미터 범위에서 L2 및 EH2 요소는 비슷한 방식으로 작동하며 L1 코일은 확장 코일로 작동합니다. 40미터에서는 두 코일 모두 확장 코일입니다. 이 쌍극자 버전의 도체를 따른 전류 다이어그램이 그림에 나와 있습니다. 2,6(10미터), 그림. 2,c(20미터) 및 그림. 2,g(40미터). 계산 결과 최적의 값은 L1 = 3,5μH, L2 = 18μH인 것으로 나타났습니다. 쌍극자의 전체 길이는 2x5,8m이며 튜브 직경은 맨 끝 부분이 20mm이고 나머지 부분이 30mm입니다. EH1의 길이는 0,8m이고 EH2는 0,6m이며 튜브 직경은 16mm입니다. 계산된 매개변수도 표에 나와 있어 비교가 편리합니다. 계산에서 코일 L1과 L2의 품질 계수는 250으로 간주되며 이는 매우 현실적입니다.
TRAP 및 LOM 쌍극자의 열 손실을 비교하면 두 번째 손실이 2~3배 적다는 것을 알 수 있습니다. 동일한 다른 설계 조건에서 LOM 안테나는 더 많은 전력을 견딜 수 있습니다. 그러나 트랩에 외부 커패시터를 사용하는 경우 이 표시기에서는 두 유형의 안테나가 거의 동일합니다. LOM 안테나의 유용한 특성은 코일의 인덕턴스 값에 대해 중요하지 않다는 것입니다. 계산된 값에서 10% 정도 벗어나면 EH 요소의 길이를 조정하여 공진 튜닝을 쉽게 복원할 수 있습니다. 이 경우 안테나 매개변수는 미미하게 변경됩니다. 또한 분명한 이점도 있습니다. 즉, 높은 무효 전력을 위해 설계된 고전압 커패시터를 사용할 필요가 없다는 것입니다. 수직 다중대역 안테나[3, 4]에서 LOM 기술을 성공적으로 사용한 후 저자는 10~40미터의 50KB 대역에 대한 단순 지향성 안테나의 능동 진동기(AB)에 이 기술을 적용하려고 시도했습니다. AB는 전환 없이 하나의 10옴 피더를 사용하도록 설계되었습니다. AB 외에도 안테나에는 12, 15, 17, 20, 30 미터 범위의 40개 반사경이 포함되어 있으며 7 및 7 미터 대역에서는 활성 진동기만 안테나에서 작동합니다. 저자의 이름인 BMA-3(Beam Multiband Antenna for XNUMX bands)을 받은 실험용 안테나의 모습은 그림 XNUMX에 나타내었다. 삼.
개략적으로 활성 진동기의 전기 회로가 그림에 나와 있습니다. 4. 각 암 AB(조건부 두 개 중 하나만 표시됨)는 XNUMX개의 도체로 구성되며, 그 시작 부분은 급전점에서 수렴됩니다.
안테나의 구조적 기초는 두랄루민 파이프의 세 부분으로 구성된 중앙 진동기이며 그 사이에 코일 L1과 L2가 있습니다. 이 진동기는 10, 20, 40미터에서 작동합니다. 와이어 진동기 PV15 및 PV17을 통해 15미터 및 17미터의 범위가 제공됩니다. 인덕턴스가 작은 L4 코일을 사용하면 PV17 진동기의 길이를 설계상의 이유로 필요한 크기로 줄일 수 있습니다. PV12 진동기는 12m 범위에서 작동하며 L3 코일 및 추가 도체 PVZO와 함께 30m 범위의 이미 터를 얻습니다. 당연히 AB 구성 요소 사이에는 상호 영향이 있지만 그럼에도 불구하고 일반적으로 1,1 ~ 1,4(반사경 없이 AB만) 내의 모든 범위의 중간 주파수에서 명확한 XNUMX개의 공진과 SWR이 얻어집니다. 두 개의 투영에서 주요 치수를 갖는 AB의 보다 자세한 도면이 그림에 개략적으로 표시되어 있습니다. 5.
와이어 진동기 PV는 단면적 2,5m17의 PVZ 브랜드 비닐 절연 연선으로 만들어집니다. mm. 와이어 진동기를 지원하기 위해 "Antennopolis"(Zaporozhye) 회사의 작은 너트 절연체 IO 및 플라스틱 안테나 절연체 IE가 사용되었습니다. 이 절연체는 크기가 17x115x4mm이고 구멍이 7개 있습니다(가장자리에 17개, 중앙에 12개). L15 코일은 17회 감겨 있으며 PV2 이미터선에서 절연체 중간 부분에 직접 감겨 있습니다. 와이어 이미터 PVXNUMX는 유전체 스페이서 RP에 의해 중앙 진동기로부터 일정 거리에 고정됩니다. PVXNUMX 및 PVXNUMX 이미터의 먼 쪽(안테나 중앙에서) 끝은 EHXNUMX 튜브의 폴리프로필렌 스트레치 마크 PP를 통해 고정됩니다. 10m 범위 반사경은 직경 20mm의 튜브로 만들어지며 길이는 5,3m, 직경 15, 30, 20 및 16mm(총 길이 10m)의 튜브에서 7,235m 범위입니다. , 20m 범위 - 직경 30mm 및 20mm(총 길이 10,51m)의 튜브에서. AB에서 10, 15, 20m 범위의 반사경까지의 거리는 각각 2,05, 2,6, 3,7m입니다. 12m 및 17m 범위의 반사경은 PVZ-2,5 브랜드의 비닐 절연체 연선으로 만들어지며 각각 15m 및 20m 반사경(그림 3 참조) 위에 중간 부분이 위치합니다. 와이어 반사경은 튜브 반사경보다 0,5m 높고 끝은 0,2m입니다. 12m 범위의 반사경 총 길이는 5,5m, 17m 범위는 7,75m입니다. 용량 성 부하는 튜브에서 발생합니다. 직경 16mm, EH1의 길이는 1,3m, EH2는 1,6m 코일 데이터: L1 - 직경 33mm의 프레임, 단면적 1sq의 MGTF 와이어. mm, 회전 수 - 9, 촘촘하게 감김, NOVA ROLL 전기 테이프로 방수 처리; L2 - 직경 32mm, MGTF 0sq의 프레임 mm, 회전 수 - 75; L24 - 직경 3mm, MGTF 40sq의 프레임 mm, 0,75회전. 안테나는 먼저 모형에서 실험적으로 테스트한 후 실제 샘플을 가져왔습니다. 능동형 진동기는 브리지 SWR 미터를 사용하여 조정되었습니다. 용량성 부하의 길이를 변경하여 10미터와 20미터 범위에서, 끝 부분의 길이를 변경하여 40미터 범위에서 조정했습니다. 나머지 범위는 와이어 진동기의 길이를 선택하여 조정됩니다. 와이어에 비닐 절연체가 있고 튜브 반사경이 근접해 있어 와이어 반사경의 길이를 계산하기 어려웠으며 GIR을 사용하여 이 범위의 평균 주파수와 3% 정도 다른 주파수로 조정했습니다. 아래에. 활성 진동기의 총 길이는 2x6,35m입니다. MMANA 컴퓨터 프로그램을 받은 후 능동 진동기(10, 20, 40미터 범위)의 계산을 통해 EH의 길이와 능동 진동기의 전체 길이를 줄임으로써 동일한 매개변수를 얻을 수 있는 방법을 보여주었습니다(계산 데이터 참조). 위에). 전원 케이블은 하나의 추가 요소(56pF/2,5kVA 용량의 커패시터, 안테나 입력에 병렬로 연결)만을 사용하여 AB와 일치합니다. 밸런싱은 5VN 소재로 제작된 직경 15mm의 환형 페라이트 자기 코어에 감긴 RG-58 피더 동축 케이블의 65회전 보호 초크 L300를 사용하여 수행됩니다. 인덕터와 매칭 커패시터는 보호 케이스에 배치되고 PV1 및 PV15 요소를 지지하는 AB 중앙의 강철 지지대 RP17에 장착됩니다. 특히 안테나를 모델링할 때 변압기로 가는 와이어 세그먼트(각각 약 10cm 길이)가 전기 길이 AB에 포함된다는 점을 잊어서는 안 됩니다. 중앙 부분 AB(코일 L2까지)는 직경 30mm의 튜브로 만들어지고 끝 부분은 직경 20, 18, 10mm의 튜브로 만들어져 서로 삽입됩니다. 안테나는 50미터 길이의 PK7-30 케이블로 구동됩니다. AB 요소의 길이를 약간 수정한 후 다음 값을 얻었습니다. SWR - 1,1 ... 1,4 범위의 중간 주파수에서; SWR 2 이하의 작동 주파수 대역은 10미터 대역에서 1MHz, 12, 15, 17미터 대역에서 0,5MHz, 20미터 대역에서 0,32MHz, 30미터 대역에서 0,09MHz입니다. 40미터 - 0,18MHz 범위. 측정은 DRAKE WH7 장비를 사용하여 수행되었습니다. "방송 중" 안테나를 확인한 결과 20m 범위의 중간 경로에서 순방향 / 역방향 비율이 12 ... 15dB 내에 있고 상위 범위 - 15 ... 18dB에 있는 것으로 나타났습니다. Inv.와 비교하면 40m입니다. V, 최대 방사 방향에서 BMA-7 안테나는 전체 크기 Inv보다 열등하지 않은 것으로 나타났습니다. V, 그러나 측면 방향에서는 1...2포인트 초과했습니다. 10~20MHz 범위에서 계산된 이득 값은 4~4,5dBd입니다. 디렉터를 추가하여 이 안테나의 매개변수를 개선할 수 있습니까? 이는 다음과 같은 이유로 매우 어렵습니다. 첫째, 하위 범위의 디렉터는 상위 범위의 매개변수를 크게 악화시킵니다. 이 현상을 제거하려면 사다리, LOM 코일을 도입하거나 기타 특별한 조치를 취해야 합니다. 둘째, 입력 저항이 다른 범위로 확산되기 때문에 하나의 피더에서 표준 정합 방법을 사용하기가 어렵습니다. 아마도 안테나가 "평균" 단파에 관심을 가질 수 있다는 것이 설명된 형태일 것입니다. 매개변수 측면에서 BMA-7 안테나는 길이가 6 ~ 8m인 로그 주기 안테나에 가깝지만 30m 및 40m의 요소가 있습니다. 또한 서양 단파 중에서는 붐 길이가 4m인 간단한 FORCE-12 C3,6 안테나가 인기가 있으며, 10, 15, 20m 대역에 각각 두 개의 요소가 있고 40m 대역에 하나가 있습니다. 두 개의 피더(가격은 약 $700). 결론적으로, 본 연구에서 볼 수 있듯이 LOM 기술은 TRAP 기술과 동등한 조건에서 경쟁하면서 다중 대역 안테나에 성공적으로 적용될 수 있다고 말할 수 있습니다. 저자는 BMA-1 안테나를 설치하고 튜닝하는 동안 귀중한 도움을 준 Boris Kataev(UR7MQ)에게 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 문학
저자: E.Gutkin(UT1MA), Lugansk, 우크라이나
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