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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 HF 안테나 스퀘어(작동 원리). 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
소비에트 단파 활동의 눈에 띄는 증가와 국제 대회에서의 성공을 결정한 이유 중 하나는 지향성 안테나의 광범위한 사용입니다. 우리나라에서 가장 인기 있는 것은 XNUMX개, XNUMX개 또는 그 이상의 빔포밍 요소가 있는 "사각형"입니다. 이 안테나는 기사에서 설명합니다. 저자가 추구하는 주요 목표는 소련 및 외국 단파 운영자의 경험을 요약하여 안테나 선택 및 튜닝에서 단파 운영자에게 권장 사항을 제공하는 것입니다. "제곱"과 "파동 채널"의 비교 "사각형"의 광범위한 사용으로 인해 무선 아마추어에게 인기있는 다른 안테나 인 "파동 채널"의 매개 변수와 특성을 비교할 필요가 생겼습니다. 이 표는 잡지 "QST", 1968, No. 5에서 빌린 일부 안테나 "사각형" 및 "파동 채널"의 특성 측정 결과를 보여줍니다. 그것은 그것에서 따릅니다. "사각형"보다 요소가 하나 더 많은 "파동 채널"을 비교하면 두 안테나의 매개 변수가 거의 동일합니다. 동일한 수의 요소를 사용하면 "정사각형"의 게인이 약 2dB 더 높아집니다. 데이터에 따르면 요소 사이의 거리를 최적으로 선택하면 이 수치를 최소 2,5dB까지 높일 수 있습니다.
이러한 중요한 차이에 대한 물리적 이유를 이해하기 위해 프레임("사각형" 요소)과 반파 쌍극자("파동 채널" 요소)의 전류 방향(그림 1)을 고려해 보겠습니다.
무화과에서. 1 수직 부분에 흐르는 전류의 필드가 상호 보상되기 때문에 프레임의 수평 부분에 흐르는 전류 만 "사각형"다이어그램의 형성에 참여합니다. 따라서 프레임은 높이가 L/4만큼 떨어져 있는 두 개의 동위상 단축 진동기 시스템과 동일합니다. 이러한 시스템의 수직면에서의 방사 패턴은 단일 쌍극자의 패턴에 비해 더 작은 각도를 가지므로 결과적으로 증폭률이 더 높은 것으로 알려져 있습니다. 매개 변수와 두 요소의 상승 높이에 따라 게인의 정량적 게인은 2,2 ~ 3,1dB가 될 수 있습니다. 이 게인은 KB 범위에 대해 충분한 정확도로 유효한 공식에 의해 결정될 수 있습니다. A=40000/FgFv 여기서 A는 이득 계수, Fg 및 Fv는 각각 수평 및 수직 평면에서 방사 패턴의 폭입니다. 수식에서 쌍극자의 평균값 Fg=180° 및 Fv=135°, 프레임의 경우 Fg=170° 및 Fv=80°를 대체하면 쌍극자 이득이 1,64배 또는 2,15dB임을 알 수 있습니다. 전력), 게인 프레임 - 2,94배 또는 4,68dB. 따라서 평균 이득 이득은 2,53dB입니다. 이 수치는 실제이며 실제로 확인되었습니다. 프레임이 아래로 비스듬히 위치할 때 유사한 이득이 얻어지며 이는 많은 디자인에서 사용됩니다. 이 옵션은 프레임의 XNUMX면 모두에 흐르는 전류의 수평 성분에 의해 방사 패턴이 형성되고 수직 성분의 필드가 보상된다는 점에서만 위에서 논의한 옵션과 다릅니다. "사각형"의 또 다른 특징이 있습니다. 길이 L의 프레임은 대칭적인 폐루프를 형성하므로 안테나의 특성을 저하시키는 지면 및 주변 물체의 영향이 적습니다. 최적 설계의 선택 최적이란 충분히 높은 이득에서 최대 순방향/역방향 방사 비율을 제공하는 안테나의 설계 데이터를 의미합니다. 지향성 안테나를 튜닝하는 두 가지 방법, 즉 최대 이득과 최대 순방향/역방향 방사 비율이 있기 때문에 이 정의를 도입할 필요가 있는 것 같습니다. 이러한 최대값은 일치하지 않으며 실습에서 알 수 있듯이 첫 번째 방법에 따라 튜닝할 때 순방향/역방향 복사의 손실이 두 번째 경우의 증폭 손실보다 큰 것으로 판명되었습니다. 안테나를 설계하는 과정에서 무선 아마추어는 요소의 수, 요소 사이의 거리 및 치수를 결정해야 합니다. 첫 번째 문제를 해결하기 위해 그림으로 돌아가 보자. 2.
요소 수 n의 함수로 안테나 이득 A와 순방향/역방향 방사 비율 B를 보여줍니다. 그래프는 14MHz 대역에 대해 최적의 특성을 가진 "정사각형" 안테나에 대한 측정 결과(계산된 데이터와 일치)를 기반으로 합니다. 보시다시피 요소 수가 증가함에 따라 두 매개변수의 성장이 느려지고 이는 특히 n>3에서 두드러집니다. 다중 요소 안테나의 제조 및 튜닝과 관련된 어려움을 고려할 때 저자는 대부분의 경우 요소 수를 XNUMX개로 제한하는 것이 바람직하다고 생각합니다. 일부 외국 무선 아마추어의 의견으로는 대칭(질량 중심을 통과하는 수직축에 대해) 요소 배열로 인해 XNUMX요소 안테나가 구조적으로 더 편리합니다. 최종 결정은 독자에게 맡깁니다. 요소 사이의 최적 거리를 선택하기 위해 파장 L의 분수로 표현되는 거리 S에 대한 증폭 A의 의존성을 고려합니다(그림 3). 다이어그램은 두 요소 "정사각형"의 선택기와 반사기 사이의 거리에 대한 증폭의 의존성을 검은 색으로 보여줍니다. 게인 최대값(S = 0,175-0,225L)에 해당하는 음영 영역에서는 실제로 변경되지 않으므로 이 경우 지정된 제한 내에서 거리를 선택하는 것이 중요하지 않습니다. 요소가 0,2개 이상인 안테나의 경우 추가 독립 변수(3요소 안테나의 경우 0,175개, 0,14요소 안테나의 경우 0,21개 등)가 도입되어 문제가 더 복잡해집니다. 따라서 거리 중 하나(예: 진동기와 반사기 사이)를 설정하고 다른 거리를 최적으로 선택하는 것이 좋습니다. 따라서 XNUMXL과 같은 XNUMX요소 안테나에 대한 진동기-반사기 거리를 취하면 그림 XNUMX에 표시된 곡선을 사용하여 최적의 진동기-디렉터 거리를 결정할 수 있습니다. XNUMX. 분명히 이 "스퀘어"는 진동기와 디렉터 사이의 거리가 XNUMXL일 때 가장 큰 게인을 가질 것이며, 이 경우 거리가 XNUMX에서 XNUMXL로 변경될 때 게인은 거의 일정하게 유지되지만 다음과 같습니다. , 안테나의 넓은 대역폭의 감소로 인해 S에 대한 이득의 의존도가 더 가파르게 됩니다.
말한 내용을 설명하기 위해 동일한 "QST" 매거진에서 14MHz에서 "사각형"으로 약간 변형된 그래프를 인용할 수 있습니다. 많은 수의 안테나에 대한 연구를 바탕으로 요소 고정을 위한 트래버스 길이 L에 대한 게인의 의존성이 결정되었습니다(그림 4). 그래프의 음영 영역은 주어진 수의 요소가 있는 안테나의 트래버스 길이를 변경하는 데 실제로 가능한 한계입니다. 그래프에서 트래버스가 짧은 안테나는 요소 간 거리가 약 2L인 안테나에 비해 이득(0,2요소 및 XNUMX요소 - 약 XNUMXdB)이 떨어집니다. 진동기 프레임 lv의 길이는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.
여기서 Ky는 요소 수와 프레임 길이 대 와이어 직경의 비율에 따른 신장 계수입니다. Lp는 안테나가 설계된 파장입니다. 요소가 1,01개인 "사각형" 진동기의 길이를 결정하기 위해 신장 계수는 1,015과 동일하게 취하며, 1,02개 이상의 요소는 XNUMX-XNUMX와 동일합니다. 5요소 "정사각형"의 반사경 길이는 진동기 길이보다 6-3% 더 길게 선택됩니다. 4 요소 "정사각형"의 경우 반사기의 길이는 진동기의 길이보다 2,5-3% 더 길어야 하며 방향자는 2,5-3% 더 작아야 합니다. 2 요소 "정사각형"의 경우 반사경의 길이는 XNUMX-XNUMX% 더 길고 디렉터 길이는 XNUMX% 더 작아야 합니다. 실제로 리플렉터와 디렉터는 계산에 의해 결정된 것보다 약간 짧게 만들어지므로 단락 루프를 사용하여 조정할 수 있습니다. 다중 범위 시스템 이전에 말한 모든 것은 단일 범위 "사각형"을 나타냅니다. 실제로는 다중 범위 시스템 생성에 의존해야 하는 경우가 많습니다. 그러나 서로 다른 주파수, 특히 14의 배수(즉, 28 및 7, 14 및 14MHz 등)로 동조된 요소의 수직면에서의 모든 조합은 주요 특성의 저하를 초래한다는 점에 유의해야 합니다. 안테나의. 두 가지 예를 들어 보겠습니다. 서로 다른 평면에 프레임이 있는 21, 28 및 9MHz의 24요소 "정사각형"(소위 "고슴도치" 설계)은 최대 8dB의 이득과 최대 22dB의 전방/역방향 방출 비율을 갖습니다. 트래버스에서 만들어진 유사한 "사각형"의 동일한 특성은 각각 14dB와 21dB를 초과하지 않습니다. 간격이 있는 반사경이 있는 13개 대역(30MHz 및 28MHz)에 대한 11,5요소 "정사각형"은 최대 27dB의 증폭과 최대 XNUMXdB의 전방/역방출 비율을 제공합니다. XNUMX 요소 XNUMX 밴드 "스퀘어"(XNUMXMHz 범위가 추가되고 프레임이 다른 프레임 안에 있음)의 경우 이러한 특성은 각각 XNUMXdB 및 XNUMXdB로 저하됩니다. 동일한 평면에 있고 여러 주파수에서 작동하는 요소의 영향을 줄이기 위해 피더를 적절하게 연결하여 편광 분리(한 범위에 대한 수평 편광 및 다른 범위에 대한 수직 편광)를 적용할 수 있습니다. 계산에 의해 결정된 14개 요소 "사각형"에서 28-20MHz 범위 요소의 분리는 XNUMXdB에 이릅니다. 다중 범위 시스템에서 최상의 성능을 얻으려면 각 범위에 대해 최적의 요소 간격을 유지하는 것이 바람직합니다. 그러나 여기에서는 설계상의 어려움으로 인해 라디오 아마추어들이 타협을 강요당하는 경우가 많습니다. 14, 21 및 28MHz에서 XNUMX요소 "정방형"에 대한 이러한 절충의 한 가지 예는 처음 두 대역에서 거의 최적의 성능을 달성하고 세 번째 대역에서 더 나쁜 성능을 달성할 수 있습니다. 우리의 의견으로는 그러한 결정은 구절의 특성과 이러한 밴드의 다양한 작업량으로 인해 상당히 정당합니다. 안테나의 특정 요구 사항에 따라 무선 아마추어는 다른 옵션을 선택할 수 있습니다. 문학
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