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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 XNUMX대역 지향성 안테나 스파이더. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
새롭지는 않지만 와이어로 만들어지고 텔레스코픽 유리-플라스틱 막대 사이에 뻗어있는 매우 가볍고 휴대 가능한 지향성 KB 안테나를 만드는 아이디어는 라디오 아마추어의 관심을 점점 더 끌고 있습니다. 독일의 단파 방송인 Cornelius Pohl(DF4SA)은 20개의 "웨이브 채널" 와이어 안테나가 15개의 로드 중 하나의 프레임에 배치되는 설계 변형을 제안했습니다. 10미터와 4미터의 경우 XNUMX개의 XNUMX요소 및 XNUMX미터 범위의 XNUMX요소 XNUMX개가 있습니다. . 안테나는 휴대성과 가벼운 무게에도 불구하고 지향성 계수와 방사 패턴 측면에서 매우 우수한 특성을 가지고 있습니다. DFXNUMXSA 안테나에 대한 관심이 크므로 제작자의 허락을 받아 "스파이더"에 대한 설명을 제공합니다. 소개. "스파이더"("스파이더")는 유리 플라스틱 막대와 와이어로 제작된 풀 사이즈 트라이 밴드, 초경량 안테나입니다. 총 안테나 무게는 약 5,5kg으로 현장에서 사용하기에 이상적입니다. 1m 알루미늄 마스트에 올려진 안테나 사진이 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX.
텔레비전 안테나의 모든 가벼운 텔레스코픽 마스트 및 회전 장치가 안테나에 적합합니다. 안테나의 풍하중은 작습니다. 한 사람이 쉽게 조립하고 설치할 수 있습니다. 접히고 포장 된 안테나의 크기는 1,2m를 초과하지 않으며 설계의 단순화 된 (같은 평면의 감독 및 반사경) 스케치가 그림에 나와 있습니다. 2.
게인(이득) G와 전후방 방사 비율(F/B) 측면에서 "스파이더"는 고정식 안테나를 포함하여 다른 풀 사이즈 안테나보다 열등하지 않습니다. 연속 모드에서 허용되는 복사 전력은 2kW입니다. 안테나의 주요 데이터는 표 1에 나와 있습니다.
안테나를 설치할 때의 주요 작업은 안테나를 가능한 한 가장 높은 높이로 올리는 것입니다. 게인이 작은 안테나라도 높은 높이로 올린 안테나는 게인이 크지만 높이가 낮은 안테나보다 더 나은 신호를 제공합니다. "스파이더"의 무게가 작기 때문에 더 쉽게 큰 높이까지 들어 올릴 수 있습니다. 또한 최적의 설치 위치 선택을 단순화합니다. 여행 시 안테나를 사용하거나 주변 산꼭대기, 섬, 성탑과 등대, 심지어 어떤 지붕에도 설치하여 편리하게 사용할 수 있습니다. 이 안테나는 기존의 무거운 XNUMX대역 "빔"과 비교할 때 유리합니다. 안테나 조립은 간단하며 설계에 특별한 복잡한 요소가 사용되지 않습니다. 튜닝 절차가 없기 때문에 초보자도 안테나에 접근할 수 있습니다. 안테나 제조 재료 비용이 낮고 마스트와 회전 장치를 계속 절약할 수 있습니다. 안테나 개발은 V자형 와이어 디렉터와 반사경이 있는 4요소 "웨이브 채널" 안테나인 "Bird Yagi"를 제안한 Dick Bird(G4ZU)의 독창적이고 우아한 솔루션에 대한 친숙함으로 촉진되었습니다. "활과 화살"이라고도합니다. 그러나 문헌에 다중 범위 설계에 대한 설명이 없었기 때문에 DFXNUMXSA는 독립적인 개발을 해야 했습니다. 컴퓨터 시뮬레이션을 수없이 시도한 끝에 마침내 요구 사항을 충족하는 가상 안테나를 얻을 수 있었습니다. 구조적, 기계적 문제가 남아 있었습니다. 안테나는 가벼우면서도 단단해야 했고, 습기 보호 기능을 제공해야 했으며, 조립 및 분해 횟수에 관계없이 반복 가능한 전기적 특성을 가져야 했습니다. 조립은 어렵지 않았어야 했고 특별한 도구가 필요하지 않았습니다. 이러한 모든 요구 사항이 충족되었으며 저자는 2002 CQ WW CW CONTEST 동안 STZEE에서 작동하는 동안 안테나가 어떻게 맹렬한 폭풍을 쉽게 견뎌내는지 보는 것을 즐겼습니다. 안테나 구축의 기본 원리. "스파이더"는 10, 15, 20미터의 웨이브 채널입니다. 일반적인 유리 섬유 십자가("거미")에 뻗어 있는 세 개의 와이어 안테나가 서로 중첩되어 형성됩니다. 이 안테나는 차례로 20m 범위에 대한 15개의 요소, 10m 범위에 대한 XNUMX개의 요소 및 XNUMXm 범위에 대한 XNUMX개의 요소를 포함합니다. 안테나의 활성 요소는 20, 15 및 10미터 대역에 대한 2개의 개별 다이폴로 구성되며 피드 지점에서만 상호 연결됩니다. 결과적으로 안테나 설계에 코일이나 회로("사다리")가 사용되지 않습니다. 불평형 동축 케이블에서 평형 다이폴 케이블로의 전환을 위해 WXNUMXDU에서 제안한 단순 광대역 초크 장치가 사용되었습니다. 이것은 전원 시스템을 매우 간단하고 안정적으로 만듭니다. 페이징 라인이나 기타 매칭 장치가 필요하지 않습니다. 안테나의 일반 스케치(평면도)와 요소의 설치 치수(센티미터)가 그림 3에 나와 있습니다. 삼.
안테나 수동 소자의 와이어 길이(센티미터)는 표 2에 나와 있습니다.
이 데이터는 안테나가 절연되지 않은 직경 1mm의 구리 또는 구리 도금 와이어로 만들어진 경우에만 유효하다는 점에 유의해야 합니다. 다른 유형의 전선, 특히 절연 전선은 속도 계수의 변화와 관련된 요소의 치수를 약간 수정해야 하며, 이는 차례로 전선을 따라 전파되는 속도에 따라 달라집니다. 안테나 전선 끝에 절연체를 사용하는 경우에도 수정이 필요할 수 있습니다. 제조 과정에서 안테나의 정확한 치수를 유지하는 것은 매우 중요합니다. 1센티미터(!)라도 오류가 발생하면 매개변수가 변경됩니다. 위에서부터 안테나 와이어가 부하 상태에서 당겨져서는 안됩니다. [10]에서 데이터를 찾을 수 있는 구리 도금 강선을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 안테나의 첫 번째 사본이 에나멜 절연이있는 일반 연동선으로 만들어 졌을 때 안테나 조립 및 분해 중 일부 요소가 XNUMXcm까지 늘어나 공진 주파수가 "떠나고"방사 패턴이 저하되었습니다. 특히 전방/역방사선의 비율이 저하되었습니다. 활성 요소의 디자인은 그림 4에 나와 있습니다. XNUMX. XNUMX개의 쌍극자로 구성되며 수직면에 위치해야 하며 엄격하게 하나는 다른 하나 위에 있어야 합니다. 다른 다중 범위 쌍극자와 마찬가지로 서로 멀리 떨어져 있을수록 상호 작용이 줄어듭니다.
위쪽 20m 쌍극자와 아래쪽 10m 쌍극자 사이의 거리는 약 50cm가 되어야 하며 10m 쌍극자가 유리 섬유 운반 파이프에서 최소 몇 센티미터 연장되는 것도 중요합니다. 그렇지 않으면 유리 섬유 막대가 비에 젖었을 때 SWR이 다소 변동될 수 있습니다. 쌍극자 길이(센티미터)는 표 3에 나와 있습니다.
급전 지점에서 안테나의 입력 임피던스가 이미 50옴에 가깝기 때문에 균형 장치("발룬")는 매우 간단할 수 있습니다. 따라서 저항 정합이 필요하지 않습니다. 불균형 동축 전원 케이블에서 균형 안테나로 전환하기만 하면 됩니다. 따라서 토로이달 트랜스포머 대신 이 안테나에 간단한 동축 케이블 초크를 사용할 수 있었습니다. 동축 케이블 초크의 가장 간단한 버전은 급전 지점 바로 근처에 있는 몇 바퀴(5...10)의 코일입니다. 그러나 이러한 초크의 작동은 주파수, 케이블 자체의 유형, 코일의 직경 및 길이에 따라 크게 달라집니다. 권선 직경이 주어진 유형의 케이블에 허용되는 것보다 작은 경우 또 다른 문제가 발생합니다. 시간이 지남에 따라 케이블 매개 변수가 저하됩니다. 훨씬 더 나은 솔루션은 W2DU[2]에서 설명한 대로 동축 초크를 사용하는 것입니다. 얇은 동축 케이블 조각을 가져다가 브레이드의 외부 표면을 따라 흐르는 전류의 임피던스를 효과적으로 증가시키는 여러 개의 페라이트 링 (유형에 따라 16에서 50까지)을 외부 절연에 올려야합니다. 결과적으로 이러한 전류가 크게 감소합니다. 불소 수지(테프론) 절연 케이블을 사용하는 경우 안테나에 공급되는 허용 전력은 XNUMX킬로와트에 달할 수 있습니다. 페라이트 링이 있는 케이블 조각을 뚜껑이 있는 상자 모양의 플라스틱 프로필로 만든 방수 상자에 넣습니다. 표준 S0239 유형 케이블 커넥터가 상자의 한쪽 끝에 장착되고 활성 요소의 절반을 연결하는 두 개의 볼트가 다른 쪽 끝에 장착됩니다. 덮개가 제거된 균형 장치의 설계는 그림 5에 나와 있습니다. XNUMX.
이 장치는 또한 다른 기능을 수행합니다. 마스트에 부착되어 하중을 견디는 유리 섬유 요소의 중앙 연결부 위로 활성 요소의 공급 지점을 올립니다. 안테나 디자인. 기본은 그림 6에 표시된 중앙 연결입니다. XNUMX.
그것은 7개의 두랄루민 판과 XNUMX개의 파이프(그림 XNUMX)로 구성되어 있으며, 여기에는 하중을 견디는 유리 섬유 요소가 삽입되어 있습니다.
파이프는 30개의 나사로 플레이트 사이에 고정되며 플레이트의 직사각형 구멍을 통해 60~XNUMXmm의 특정 마스트 직경에 대한 연결을 조정할 수 있습니다. 연결은 U자형 두랄루민 프로파일 조각(상판에 두 개의 볼트로 부착됨)과 너트가 있는 U자형 클램프로 마스트에 추가로 견고하게 부착됩니다. 중앙 노드의 설계는 마스트 축을 따라 정확히 안테나의 무게 중심 위치를 보장하여 마스트와 로테이터의 부하를 줄입니다. 5m 길이의 베어링 유리 섬유 요소는 1,5m 유리 섬유 막대의 하단 부분입니다. 전체 지지 구조를 강화하기 위해 직경 150mm의 케블라 끈으로 만든 일련의 가이 와이어가 사용되었습니다. 이는 항해 함대 시대부터 잘 알려진 방법입니다. 현은 최대 8kg의 파손을 견딥니다. Kevlar는 실제로 늘어나지 않는다는 점에서 좋으며 안테나는 회전 중에도 상당한 풍하중에서도 모양을 유지합니다. 브레이싱 구성은 그림에 나와 있습니다. XNUMX. 고정을 위해 안테나를 분해할 때 쉽게 풀리고 하중을 잘 고정하는 돛 매듭을 사용하는 것이 좋습니다.
지지 구조를 조립한 후 와이어 요소를 쉽고 빠르게 부착할 수 있습니다. 구부러진 곳과 끝 부분에는 플라스틱 절연 튜브의 짧은 조각이 요소에 놓입니다. 결과 및 기술 데이터. 안테나는 열린 공간의 1m 기둥에 올려졌고 그 매개 변수는 신중하게 측정되었습니다. 사용된 직경 4mm의 구리 도금 강선은 속도 계수를 도입할 필요가 없으며 컴퓨터 시뮬레이션에서 얻은 데이터를 안테나 제조에 직접 사용할 수 있음이 밝혀졌습니다. 또한 와이어 끝의 절연체(100cm 길이의 폴리아미드 튜브, 에폭시 수지로 채워짐)가 요소의 공진 주파수에 눈에 띄게 영향을 미쳐 약 200~XNUMXkHz 감소하는 것으로 나타났습니다. 이에 따라 와이어를 줄여서 이 효과를 고려해야 합니다. 게인 측정 결과와 전방/후방 및 전방/측면 복사 비율이 표 4에 나와 있습니다. 게인 값은 등방성 라디에이터에 대해, 괄호 안에는 쌍극자에 대해 표시됩니다. 캐리어 트래버스(붐) 길이가 6 ~ 7m인 일반적인 현대식 XNUMX대역 안테나와 거의 동일한 값을 얻었습니다.
능동 소자가 수동 소자와 동일한 수평면에 있지 않기 때문에 전방/측면 방사율 값은 다소 작습니다. 그러나 이것은 몇 가지 장점이 있습니다. 범위 내에서 검색할 때 운영자는 약하지만 다른 방향에서 오는 신호를 듣습니다. 예를 들어 그림에서. 그림 9a는 NEC 안테나 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 계산된 방위각 및 수직면에서 14,12MHz에서의 안테나 패턴을 보여줍니다. 계산은 지표면에서 10m 높이의 안테나 설치 높이에 대해 이루어졌습니다. 무화과에. 그림 9b는 안테나가 20m 높이에 설치되었을 때 유사한 방사 패턴을 보여줍니다. 도 9c는 이득 및 순방향/역방향 방사 비율을 주파수의 함수로 나타낸다.
다양한 원정대에서 현장 작업을하는 동안 "거미"는 그 희망을 완전히 정당화했습니다. 안테나에 대한 추가 정보와 제조 기술에 대한 자세한 설명은 DF4SA 웹사이트에서 확인할 수 있습니다[3]. 구성에 대한 몇 가지 유용한 논의와 설명을 다른 언어로 번역한 내용은 [4]에서 확인할 수 있습니다. 안테나도 MMANA 안테나 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 모델링되었습니다. 얻은 결과는 위에서 주어진 것과 거의 다릅니다. 문학
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