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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 채찍 안테나. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
1. 정의 및 개념 비대칭(채찍) 안테나는 지상(또는 금속 스크린) 표면에 수직(덜 자주 비스듬하게)에 직접 위치한 안테나입니다. 지구가 이상적으로 전도성이라고 가정하고 거울 이미지를 고려하면 단일 종단 진동기는 동등한 평형 진동기의 절반으로 간주될 수 있습니다(그림 1).
비대칭 진동기의 복사 저항은 동일한 전류에서 전자가 절반의 전력을 방출하기 때문에 대칭 진동기의 복사 저항보다 1배 작습니다(하반부 공간으로 복사가 없음) [XNUMX]. 비대칭 진동기의 입력 저항은 동일한 공급 전류에서 첫 번째 공급 전압이 1배 낮기 때문에 등가 대칭 진동기의 입력 저항보다 XNUMX배 작습니다(그림 XNUMX). 비대칭 진동기의 방향 작용 계수는 동일한 방사 전력에서 모든 전력이 하나의 절반 공간으로 방사되기 때문에 전자가 두 배의 각 전력 밀도를 제공하기 때문에 등가 대칭 진동기의 2배입니다(그림 XNUMX). . 위의 모든 사항은 이상적인 비대칭 진동기, 즉 지구가 이상적인 도체일 때 적용됩니다. 지구의 전도성이 좋지 않으면 진동기의 방사선 장이 변경됩니다. 또한 이로 인해 진동기의 전류 진폭이 감소하고 결과적으로 저항이 증가하고 방출 전력이 감소합니다. 토양은 유전 상수(거의 80)를 갖는 유전체로, 이는 가상 쌍극자의 전기적 길이와 변위 전류의 경로 길이를 변화시킵니다. 그 결과 방사 패턴이 완전히 왜곡되고(엽이 위쪽으로 올라가고 수평선에 대한 작은 각도에서 방사가 사라짐) 핀의 저항이 증가합니다. 이러한 이유로 토양은 실제로 "토지"로 사용되지 않고 인공 토지가 사용됩니다. 2. 채찍질 이론적 계산에 따르면 반경 0,35 파장의 영역에서 가장 큰 손실이 발생하므로 이 영역에서는 접지를 "금속화"하는 것이 좋습니다. 점퍼를 사용하여 방사형 와이어를 서로 연결합니다(그림 3). 이 금속화가 균형추의 전체 거리를 따라 수행되면 매우 좋습니다.
평형추는 지면에서 격리해야 합니다. 그들이 땅에 누워 있으면 습기로 인해 전기적 길이가 안테나에 공진하지 않습니다. 또한 끝이 지면에서 분리되어야 합니다. 한 경우에만 균형추의 끝을 지면에서 분리하지 않을 수 있습니다. 점퍼 링으로 단단히 연결된 경우(그림 3). 이상적인 휩 안테나의 효율은 47%이고 평형추가 3개 있는 안테나의 효율은 5% 미만이라는 점을 결코 잊어서는 안 됩니다. 이는 균형추 200개가 있는 휩 안테나로 작업할 때 막대에 공급되는 180와트 중 7와트(!!!)가 헛되이 낭비되어 동시에 TVI를 생성한다는 의미입니다. 전리층의 많은 과정은 비선형적입니다. 전파의 반사는 안테나에 공급되는 5와트의 전력에서 시작되며 더 이상 XNUMX와트에서는 전혀 발생하지 않습니다. 이는 균형추 와이어를 절약하면서 고유한 DX QSO 기능을 놓치고 있음을 의미합니다. 또한 적은 수의 평형추로 방사 패턴의 왜곡을 고려해야 합니다. 구형에서 평형추를 따라 방향이 있는 꽃잎이 됩니다. 균형추의 최적 개수를 찾는 문제는 컴퓨터를 사용하여 해결했습니다. 솔루션이 그림에 나와 있습니다. 4. 평형추의 최소 요구 개수는 12개임을 알 수 있다. 개수가 많을수록 효율은 천천히 증가한다. 평형추는 서로에 대해 동일한 거리에 위치해야 합니다.
핀에 대한 위치의 각도는 90 °에서 1350 사이여야 합니다. 더 크고 더 작은 각도에서 효율성과 d.n. 왜곡된다. 평형추는 최소한 메인 핀만큼 길어야 합니다. 이는 핀과 평형추 사이에 흐르는 바이어스 전류가 일정량의 공간을 차지한다는 사실로 설명할 수 있으며, 이는 지향성 패턴의 형성에 관여합니다. 평형추의 길이를 줄이고 결과적으로 DP를 형성하는 공간의 양을 줄이면 안테나의 특성이 크게 악화됩니다. 근사치로 우리는 핀의 각 점이 평형추의 고유한 점에 해당한다고 말할 수 있습니다. 그러나 메인 핀보다 긴 평형추를 사용할 필요는 없습니다. 평형추와 핀 자체는 보호용 페인트로 덮어야 합니다. 이것은 안테나가 만들어진 재료가 산화되지 않도록하기 위해 필요합니다. 바이브레이터의 산화는 얇은 산화막이 상당한 저항을 갖고 있다는 사실로 인해 안테나를 사용할 수 없게 만들고, 표면 효과가 RF에서 강하게 두드러지기 때문에 송신기 에너지는 이 막에 의해 흡수되어 열로 소산됩니다. 이를 위해 라디오 페인트를 사용하는 것이 매우 바람직합니다(로케이터가 페인트되는 페인트). 기존 페인트에는 RF 에너지를 흡수하는 염료 입자가 포함되어 있습니다. 그러나 극단적 인 경우 일반 페인트를 사용할 수 있습니다. 3. 채찍 안테나 치수 알려진 바와 같이, Rizl 안테나의 방사 저항은 L/d 비율에 비례합니다. 여기서 L은 길이이고 d는 안테나의 직경입니다. L/d 비율이 낮을수록 안테나는 더 넓어지고 효율은 높아집니다. 두꺼운 진동기를 사용하면 "최종 효과"가 영향을 받는다는 점에 유의해야 합니다. 이는 진동기 끝과 접지 사이의 정전 용량에 의해 결정됩니다. 물리적으로 이것은 안테나가 계산된 것보다 "더 길다"는 사실로 표현됩니다. 이를 줄이기 위해 광대역 핀은 일반적으로 모양이 점점 가늘어집니다. 계산에 따르면 균형추의 최소 요구 두께는 다음과 같아야 합니다. d=D/2,4n, 여기서 d는 평형추의 직경, D는 핀의 직경, n은 평형추의 수입니다. 종종 라디오 아마추어는 3/90 파장 핀을 설치하고 더 작은 핀을 사용할 수 없습니다. 원칙적으로 일치하는 장치를 사용하여 모든 길이의 핀을 일치시킬 수 있습니다. 그러나 짧은 핀은 활성이 낮고 리액턴스가 높으며[XNUMX] 매우 비최적으로 정합됩니다(최대 XNUMX%의 에너지가 정합 장치 자체에서 소산될 수 있음). 그리고 대리 짧은 평형추도 사용된다면 그러한 안테나 시스템의 효율성은 매우 낮을 것입니다. 그러나 이동통신에서는 이러한 대리안테나를 자주 사용한다. 그러나 이것은 다른 유형의 단축 안테나가 훨씬 더 나쁜 성능을 내기 때문입니다! 4. 휩 안테나의 방향성 패턴 많은 사람들은 막대의 높이가 수평면의 방향 패턴에 어떤 영향을 미치는지, 막대의 저항이 서스펜션 높이에 따라 달라지는지 여부에 관심이 있습니다. 가장 중요한 결과[4]는 핀의 전류 분포가 이상적인 "접지"가 있는 경우 서스펜션 높이에 의존하지 않는다는 것입니다. 실제로 이는 핀의 높이에 관계없이 저항이 일정하다는 것을 의미합니다. 솔루션의 전반적인 결과는 핀이 공진으로 조정되면 하단 끝이 접지될 수 있음을 보여줍니다. 게다가 언제든지 전원을 공급받을 수 있습니다. 이 중요한 결론의 결과를 바탕으로 휩 안테나(플래그 안테나, 마스트 안테나)가 만들어졌으며, 그 하단은 접지에 연결되고 감마 매칭을 통해 공급됩니다. 반파장 핀의 수직면의 방사 패턴은 그림 5에 나와 있습니다. XNUMX. 이 그림은 안테나가 높을수록 수평선에 대한 방사 각도가 더 평평하다는 것을 보여줍니다. 이는 핀에서 방출되는 파동과 지면에서 반사된 파동이 더해져 발생하기 때문입니다. 토양의 전도성이 좋지 않은 경우 복사 패턴은 지면 위의 핀과 비슷합니다. 안테나를 파장 이상의 높이로 높이는 것은 의미가 없기 때문입니다. 이 경우 더 이상 복사 각도의 감소가 없지만 상부 측엽만 조각나기 시작합니다.
핀의 한 가지 더 흥미로운 특징을 기억해야 합니다. 그 높이는 파장과 같거나 그 이상입니다. 이러한 안테나는 페이딩 방지 안테나로 전문 통신에 사용됩니다[5]. 이것은 그러한 안테나가 XNUMX/XNUMX 파장 핀 또는 쌍극자에서 페이딩과 함께 도달하는 신호를 문제 없이 수신할 수 있음을 의미합니다. 5. 채찍 안테나 매칭 성공적인 작동을 위해서는 휩 안테나가 일치해야 합니다. 일치하는 장치 및 핀의 모든 명백한 다양성에도 불구하고 3개의 그룹으로 나눌 수 있습니다. 1. 핀이 일치하고 전기적 길이는 파장의 XNUMX/XNUMX과 같습니다. 2. 전기 길이가 필요한 것보다 긴 핀, 이 길이는 컨테이너를 사용하여 "제거"됩니다. 3. 핀의 길이가 XNUMX/XNUMX 파장 미만입니다. 누락된 길이는 인덕터에 의해 "추가"됩니다. 커패시터와 코일은 가능한 가장 높은 품질 계수를 가져야 하며 TKE와 TKI도 가능한 한 좋은 것이 바람직하다는 점을 기억해야 합니다. 일반적으로 단축 커패시터의 커패시턴스는 100~28MHz에서 18pF 이내일 수 있으며, 확장 코일의 매개변수는 최대 21MHz에서 수 μH, 최대 3,5MHz까지 수십 μH입니다. 결론적으로, 이 매칭 방식은 길이가 XNUMX/XNUMX 파장의 배수인 핀에 적용할 수 있습니다. 6. 휩 안테나의 종류 유한 치수의 스크린이 있는 비대칭 진동기(그림 3). 이 안테나는 주로 라디오 아마추어가 사용합니다. 스크린으로, 적어도 파장의 XNUMX/XNUMX 길이를 가진 평형추가 일반적으로 사용됩니다. 비대칭 루프 진동기(그림 6). 그의 박사 d.s와 일치합니다. 클래식 핀. 그러나 한쪽 끝이 접지되어 있다는 장점이 있습니다. 두께 dl 및 d2를 선택하여 넓은 범위에서 입력 저항을 변경할 수 있습니다. d1=d2일 때 진동기 저항은 146옴이 됩니다.
두께가 다른 비대칭 진동기의 저항은 공식 /1/로 계산됩니다. Ra=(1+n2).36n, 여기서 n=ln(d/d1)/ln(d/d2). 광범위한 진동기는 두꺼운 파이프, 핀 및 플레이트로 구성됩니다. 원뿔형 또는 마름모형, 원통형, 고체 또는 격자형일 수 있습니다(그림 7). 작동 주파수 범위 범위는 I/O 비율에 따라 다릅니다. 크기가 작을수록 진동기의 폭이 넓어집니다. 잘 알려진 안테나 UW4HW는 광대역 모노폴 진동기이고 수직 이미 터 UA1DZ는 광대역 대칭 진동기입니다. . 원뿔형 안테나는 광대역 진동기의 특수한 경우입니다(그림 8).
방사장은 원뿔 주위에 흐르는 전류에 의해 생성되며 디스크는 스크린 역할을 하며 거의 방사되지 않습니다. 개방각 600에서 가장 높은 범위의 중첩 계수는 0,5와 동일하며 특성 임피던스가 50Ω인 피더에서 BV > 3,6를 달성합니다. 이 경우 최대 파장은 8이다. KB 및 VHF 원뿔형 안테나의 방사 패턴은 일반 막대의 방사 패턴과 거의 동일합니다. KB는 콘 대신 플랫 와이어 팬을 사용하고 디스크 대신 방사형 와이어 접지 시스템을 사용하는 콘 안테나(그림 XNUMXb)의 와이어 버전을 사용합니다. 이와 별도로 안테나 마스트에주의를 기울이고 싶습니다. 이러한 안테나의 특징은 하단이 접지된다는 것입니다.
상단 급전 안테나(그림 9)는 마스트 내부에 놓인 급전선을 사용하여 여기됩니다. 근본적으로 그렇습니다. 학력 기존 핀과 동일하나 전파가 방출될 때 지면에서 반사되어 송수신 시 손실이 더 크다. 중형 급전 안테나(그림 10)는 하부 내부에 설치된 급전 장치에서 공급되는 전압에 의해 지점 1과 2에서 직렬로 자극되는 두 부분으로 구성된 마스트입니다. 급전점의 안테나 저항은 Ra=Rb/cos2kll입니다. 여기서 k는 단축 계수이고, Rb는 지점 3의 "순수" 진동기 저항입니다. 11과 12 사이의 비율을 선택하면 안테나를 다음과 일치시킬 수 있습니다. 전력 공급 장치. 피더가 안테나 하단 내부를 통과해야 한다는 것이 매우 중요합니다. 단점은 상부 절연체가 어렵다는 것입니다.
션트 전력 안테나(그림 11)는 특정 높이(11)에서 마스트에 연결된 션트를 사용하여 병렬로 여기됩니다. 일반적으로 안테나 하단 및 상단 부분의 입력 리액턴스는 유도성이고 따라서 본질적으로 용량성입니다. 지점 1의 입력 임피던스 측면에서 안테나는 병렬 회로와 동일합니다. 값 11을 선택하면 전원 공급 장치와의 최상의 조정이 보장됩니다. 전류 분포는 안테나의 방사를 부분적으로 감쇠시키므로 션트의 크기를 최소화해야 합니다. 션트 전력의 전형적인 구현은 감마 매칭입니다. 종종, 특히 저주파 대역용 안테나를 구축할 때 진동기를 지면에 대해 수직으로 배치하는 것이 불가능합니다. 핀이 지면에 대해 기울어지면 방사 패턴은 물론 왜곡됩니다. 안테나의 기울어진 부분 아래에 가능한 한 많은 평형추를 놓습니다. 또한 가능하면 균형추를 들어 올려 안테나와 135 ° 이하의 각도를 형성해야합니다. 이러한 안테나는 중요한 반응성 구성 요소가 있기 때문에 일치시키기가 더 어렵다는 점을 기억해야 합니다. 문학
저자: I. Grigorov (UZ3ZK); 간행물: cxem.net
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