1. Definice a pojmy

Asymetrické (bičové) antény jsou ty, které jsou umístěny přímo u země (nebo kovové clony) kolmo (méně často šikmo) k jejímu povrchu.

Odolnost proti radiaci asymetrického vibrátoru je poloviční než u ekvivalentního symetrického vibrátoru, protože při stejných proudech první vyzařuje poloviční výkon (nedochází k žádnému záření do spodního poloprostoru).

Vstupní odpor asymetrického vibrátoru je poloviční než u ekvivalentního symetrického vibrátoru, protože při stejných napájecích proudech je napájecí napětí prvního polovičního (obr. 1).

Směrový koeficient asymetrického vibrátoru je dvakrát větší než u ekvivalentního symetrického vibrátoru, protože při stejném vyzařovacím výkonu poskytuje první dvojnásobnou hustotu úhlového výkonu, protože veškerý jeho výkon je vyzařován do jednoho poloprostoru (obr. 2 ).

Vše výše uvedené platí pro ideální asymetrický vibrátor, to znamená, když je země ideálním vodičem. Pokud má země špatné vodivé vlastnosti, změní se vyzařovací pole vibrátoru. Navíc to vede ke snížení amplitudy proudu ve vibrátoru a následně ke zvýšení jeho odporu a snížení vyzařovaného výkonu. Půda je dielektrikum s vysokou dielektrickou konstantou (téměř 80), což vede ke změně elektrické délky pomyslného dipólu a také délky dráhy posuvných proudů. Výsledkem je úplné zkreslení vyzařovacího diagramu (zvednutí laloků nahoru a vymizení záření v malých úhlech k horizontu) a zvýšení odporu kolíku.

Z tohoto důvodu prakticky nepoužívají půdu jako „zeminu“, ale používají umělou půdu.

2. Uzemněte anténu

Teoretické výpočty ukazují, že k největším ztrátám dochází v zóně o poloměru 0,35 vlnových délek, proto je v této zóně vhodné zemi „pokovit“: radiální vodiče k sobě propojte propojkami (obr. 3). Je velmi dobré, když se tato metalizace provádí po celé vzdálenosti protizávaží.

Protizávaží by měla být izolována od země. Pokud leží na zemi, pak kvůli vlhkosti nebude jejich elektrická délka pro anténu rezonovat. Jejich konce musí být také izolovány od země. Existuje pouze jeden případ, kdy je možné neizolovat konce protizávaží od země: pokud jsou bezpečně spojeny propojovacím kroužkem (obr. 3).

Nikdy bychom neměli zapomínat, že ideální bičová anténa má účinnost 47 % a účinnost antény se 3 protizávažími je menší než 5 %. To znamená, že při práci s bičovou anténou se třemi protizávažími je z vašich 200 wattů dodaných do prutu 180 wattů (!!!) marně promarněných a současně vytváří TVI. Mnoho procesů v ionosféře je nelineárních, tzn. odraz rádiových vln začíná například při 7 wattech energie dodávané vaší anténě a při 5 wattech se již nevyskytuje vůbec. To znamená, že přicházíte o jedinečné schopnosti DX QSO a zároveň šetříte na drátu protizávaží.

Je třeba také vzít v úvahu zkreslení vyzařovacího diagramu malým počtem protizávaží. Z kulovitého tvaru se stává okvětním a má směr podél protizávaží. Problém s nalezením optimálního počtu protizávaží jsem vyřešil pomocí počítače. Řešení je znázorněno na Obr. 4. Ukazuje, že minimální požadovaný počet protizávaží je 12. S větším počtem protizávaží se účinnost zvyšuje pomalu. Protizávaží musí být umístěna ve stejné vzájemné vzdálenosti.

Úhel jejich umístění vůči čepu by měl být od 90° do 1350. Při větších a menších úhlech účinnost a účinnost klesá. zkreslené. Protizávaží musí být alespoň tak dlouhé jako hlavní čep. To lze vysvětlit tím, že posuvné proudy protékající mezi čepem a protizávažími zabírají určitý prostor, který se podílí na vytváření směrového obrazce. Zmenšením délky protizávaží a následně zmenšením prostoru použitého k vytvoření dn výrazně zhoršíme vlastnosti antény. Pro větší přiblížení můžeme říci, že každý bod na čepu odpovídá svému vlastnímu bodu na protizávaží. Není však potřeba používat protizávaží delší než je hlavní čep.

Protizávaží a samotný čep musí být opatřeny ochranným nátěrem. To je nezbytné pro zajištění toho, aby materiál, ze kterého je anténa vyrobena, neoxidoval. Oxidace vibrátorů činí anténu nepoužitelnou vzhledem k tomu, že tenký oxidový film má značný odpor, a protože povrchový efekt je silně výrazný na HF, energie vysílače je tímto filmem absorbována a rozptylována do tepla.

K tomu je velmi vhodné použít barvu pro rádia (druh, který se používá k lakování lokátorů). Běžná barva obsahuje částice barviva, které absorbují RF energii. Ale jako poslední možnost můžete použít běžnou barvu.

3. Rozměry vibrátorů bičových antén

Jak je známo, radiační odpor antény Rizl je úměrný poměru L/d, kde L je délka a d je průměr antény. Čím nižší je poměr L/d, tím širší je anténa a vyšší účinnost.

Je třeba poznamenat, že při použití silných vibrátorů ovlivňuje „konečný efekt“. Je určena kapacitou mezi konci vibrátoru a zemí. Fyzicky je to vyjádřeno ve skutečnosti, že anténa se ukáže být „delší“ než vypočítaná. Aby se to snížilo, mají širokopásmové kolíky obvykle zúžený tvar. Výpočty ukazují, že minimální požadovaná tloušťka protizávaží by měla být

d=D/2,4n, kde

d je průměr protizávaží, D je průměr čepu, n je počet protizávaží.

Často radioamatéři nemohou nainstalovat čtvrtvlnný kolík a použít menší kolík. V zásadě je možné spárovat kolík libovolné délky pomocí spárovacích zařízení. Krátké kolíky však mají nízkou aktivní a vysokou reaktanci a budou přizpůsobeny velmi neoptimálně (až 90 % energie může být rozptýleno na samotných přizpůsobovacích zařízeních). A pokud se použijí i náhradní krátké protizávaží, pak bude účinnost takového anténního systému velmi nízká. Takové náhradní antény se však často používají v mobilních komunikacích. Ale to jen proto, že jiné typy zkrácených antén budou fungovat ještě hůře!

4. Vyzařovací diagramy bičových antén

Mnoho lidí zajímá, jak výška tyče ovlivňuje její směrový vzor v horizontální rovině a zda její odpor závisí na výšce zavěšení. Nejdůležitějším výsledkem je, že rozložení proudů v kolíku nezávisí na výšce jeho zavěšení za přítomnosti ideální „země“. V praxi to znamená, že bez ohledu na výšku čepu bude jeho odpor konstantní. Celkový výsledek řešení ukazuje, že pokud je pin naladěn do rezonance, pak lze jeho spodní konec uzemnit. Navíc může být napájen kdykoli.

Na základě výsledků tohoto důležitého závěru byly vytvořeny bičové antény (vlajkové antény, stožárové antény), jejichž spodní konec je spojen se zemí a které jsou napájeny prostřednictvím gama přizpůsobení.

Směrové vzory svislé roviny půlvlnného čepu jsou na Obr. 5. Z tohoto obrázku je zřejmé, že čím výše anténa stoupá, tím větší je úhel vyzařování k horizontu. To je vysvětleno skutečností, že dochází ke sčítání vlny emitované kolíkem a vlny odražené od země. Pokud má půda špatné vodivé vlastnosti, bude vyzařovací diagram blízký vzoru kolíku nad zemí. Zvedat anténu do výšky větší než je vlnová délka nemá smysl, protože v tomto případě se vyzařovací úhel již nesnižuje, ale horní postranní laloky se začínají pouze fragmentovat.

Měli byste si pamatovat ještě jednu zajímavou vlastnost pinů, jejichž výška se rovná vlnové délce nebo více. Takové antény se používají v profesionální komunikaci jako antény proti vyblednutí. To znamená, že taková anténa bez problémů přijme signál přicházející se slábnutím na čtvrtvlnném kolíku nebo dipólu.

5. Odpovídající bičové antény

Pro úspěšnou funkci musí být bičová anténa přizpůsobena. Přes veškerou zdánlivou rozmanitost odpovídajících zařízení a kolíků je lze rozdělit do 3 skupin.

1. Pin je slícován, elektrická délka je rovna čtvrtině vlnové délky;

2. Pin s elektrickou délkou větší, než je požadováno, tato délka je „odstraněna“ pomocí kondenzátoru;

3. Špendlík dlouhý méně než čtvrtinu vlnové délky. Chybějící délku „přidá“ induktor.

Je třeba pamatovat na to, že kondenzátor a cívka musí mít nejvyšší možný kvalitativní faktor a je také žádoucí, aby TKE a TKI byly co nejlepší. Typicky se kapacita zkracovacího kondenzátoru může pohybovat v rozmezí 100 pF při 28 - 18 MHz, parametry prodlužovací cívky jsou několik μH až 21 MHz, desítky - až 3,5 MHz.

Nakonec je třeba poznamenat, že podobné postupy párování platí pro kolíky, které jsou násobky čtvrtiny vlnové délky.

6. Typy bičových antén

Asymetrický vibrátor se sítem konečných rozměrů (obr. 3). Tuto anténu využívají především radioamatéři, jako stínění se obvykle používají protizávaží o délce alespoň čtvrtiny vlnové délky.

Asymetrický smyčkový vibrátor (obr. 6). Jeho D.D. se shoduje s d.s. klasický špendlík. Má však tu výhodu, že jeden konec je uzemněn. Výběrem tloušťky dl a d2 můžete měnit jeho vstupní impedanci v širokých mezích. Když d1=d2, odpor vibrátoru bude 146 Ohmů.

Odpor asymetrického vibrátoru s různými tloušťkami se vypočítá podle vzorce /1 /: Ra=(1+n2).36n, kde n=ln(d/dl)/ln(d/d2).

Širokorozsahové vibrátory jsou vyrobeny ze silných trubek, kolíků a desek. Mohou být buď kónické nebo kosočtverečné, válcové, plné nebo mřížkové (obr. 7). Pokrytí provozního frekvenčního rozsahu závisí na poměru I/O. Čím menší je, tím širší je vibrátor. Známá anténa UW4HW je širokopásmový monopolní vibrátor a vertikální emitor UA1DZ je širokopásmový symetrický vibrátor

Speciálním případem širokopásmových vibrátorů jsou kónické antény (obr. 8).

Radiační pole je vytvářeno proudy protékajícími kolem kužele a disk plní roli clony a téměř nevyzařuje. Při úhlu otevření 600 je dosaženo nejvyššího koeficientu překrytí rozsahu, rovného pěti, s BV > 0,5 ve vývodu s charakteristickou impedancí 50 Ohmů. V tomto případě je maximální vlnová délka 3,6. Vyzařovací diagram diskonové antény KB a VHF je přibližně stejný jako u běžné tyče. KB používá drátovou verzi kuželové antény (obr. 8b), ve které je místo kužele použit plochý drátěný ventilátor a místo disku zemnící systém z radiálních drátů.

Samostatně bych chtěl upozornit na anténní stožáry. Zvláštností takových antén je, že jejich spodní konec je uzemněn.

Anténa horního přívodu (obr. 9) je buzena pomocí podavače instalovaného uvnitř stožáru. Je to zásadně. D.Sc. je stejný jako u konvenčního kolíku, ale ztráty při vysílání a příjmu jsou větší, protože rádiové vlny se při vysílání odráží od země.

Anténa středního napájení (obr. 10) je dvoudílný stožár, buzený sériově v bodech 1 a 2 napětím dodávaným napáječem instalovaným uvnitř spodní části. Odpor antény v bodech napájení je Ra=Rb/cos2kll, kde k je koeficient zkracování, Rb je odpor „čistého“ vibrátoru v bodě 3. Volbou poměru mezi 11 a 12 můžete anténu sladit s napájecího podavače. Je velmi důležité, aby napáječ procházel spodní částí antény. Nevýhodou jsou potíže s izolátorem pro jeho horní část.

Boční výkonová anténa (obr. 11) je buzena paralelně pomocí bočníku připojeného ke stožáru v určité výšce 11. Vstupní reaktance spodní a horní části antény jsou obvykle indukční, a tedy kapacitní. a pokud jde o vstupní impedanci v bodě 1, anténa je ekvivalentní paralelnímu obvodu. Výběr hodnoty 11 zajišťuje nejlepší koordinaci s napájecím zdrojem. Rozložení proudů je takové, že částečně tlumí vyzařování antény, proto by měl být bočník minimální. Klasickou implementací bočníkového napájení je gama přizpůsobení.

Často, zejména při stavbě antén pro nízkofrekvenční pásma, není možné umístit vibrátor svisle vůči zemi. Když je kolík umístěn šikmo vůči zemi, vyzařovací diagram bude samozřejmě zkreslený.

Pod část antény, která je nakloněná, by mělo být umístěno co nejvíce protizávaží. Je také nutné, pokud je to možné, zvednout protizávaží tak, aby svíraly s anténou úhel maximálně 135°. Je třeba připomenout, že taková anténa je obtížnější sladit kvůli přítomnosti významné reaktivní složky.

Literatura

1. N.T.Bová, G.B.Rezinkov. Mikrovlnné antény a zařízení; Kyjev, Vyšší škola, 1982.
2. N. N. Fedorov. Základy elektrodynamiky; M., Vyšší škola, 1980.
3. Z.Benkovský, E.Lipinský. Amatérské antény krátkých a ultrakrátkých vln; M., Rádio a komunikace, 1983.
4. G.Z.Eisenberg. Krátkovlnné antény; M., Rádio a komunikace 1985.
5. G. B. Belotserkovskij. Základy radiotechniky a antén; M., Rádio a komunikace, 1983.

1. Definice a pojmy.

Asymetrické (bičové) antény jsou ty, které jsou umístěny přímo u země (nebo kovové clony) kolmo (méně často šikmo) k jejímu povrchu.

Odolnost proti radiaci asymetrického vibrátoru je poloviční než u ekvivalentního symetrického vibrátoru, protože při stejných proudech první vyzařuje poloviční výkon (nedochází k žádnému záření do spodního poloprostoru).

Vstupní odpor asymetrického vibrátoru je poloviční než u ekvivalentního symetrického vibrátoru, protože při stejných napájecích proudech je napájecí napětí prvního polovičního (obr. 1).

Směrový koeficient asymetrického vibrátoru je dvakrát větší než u ekvivalentního symetrického vibrátoru, protože při stejném vyzařovacím výkonu poskytuje první dvojnásobnou hustotu úhlového výkonu, protože veškerý jeho výkon je vyzařován do jednoho poloprostoru (obr. 2 ).

Vše výše uvedené platí pro ideální asymetrický vibrátor, to znamená, když je země ideálním vodičem. Pokud má země špatné vodivé vlastnosti, změní se vyzařovací pole vibrátoru. Navíc to vede ke snížení amplitudy proudu ve vibrátoru a následně ke zvýšení jeho odporu a snížení vyzařovaného výkonu. Půda je dielektrikum s vysokou dielektrickou konstantou (téměř 80), což vede ke změně elektrické délky pomyslného dipólu a také délky dráhy posuvných proudů. Výsledkem je úplné zkreslení vyzařovacího diagramu (zvednutí laloků nahoru a vymizení záření v malých úhlech k horizontu) a zvýšení odporu kolíku.

Z tohoto důvodu prakticky nepoužívají půdu jako „zeminu“, ale používají umělou půdu.

2. Uzemněte anténu

Teoretické výpočty ukazují, že k největším ztrátám dochází v zóně o poloměru 0,35 vlnových délek, proto je v této zóně vhodné zemi „pokovit“: radiální vodiče k sobě propojte propojkami (obr. 3). Je velmi dobré, když se tato metalizace provádí po celé vzdálenosti protizávaží.

Obr.3

Protizávaží by měla být izolována od země. Pokud leží na zemi, pak kvůli vlhkosti nebude jejich elektrická délka pro anténu rezonovat. Jejich konce musí být také izolovány od země. Existuje pouze jeden případ, kdy je možné neizolovat konce protizávaží od země: pokud jsou bezpečně spojeny propojovacím kroužkem (obr. 3).

Nikdy bychom neměli zapomínat, že ideální bičová anténa má účinnost 47 % a účinnost antény se 3 protizávažími je menší než 5 %. To znamená, že při práci s bičovou anténou se třemi protizávažími je z vašich 200 wattů dodaných do prutu 180 wattů (!!!) marně promarněných a současně vytváří TVI. Mnoho procesů v ionosféře je nelineárních, tzn. odraz rádiových vln začíná například při 7 wattech energie dodávané vaší anténě a při 5 wattech se již nevyskytuje vůbec. To znamená, že přicházíte o jedinečné schopnosti DX QSO a zároveň šetříte na drátu protizávaží.

Je třeba také vzít v úvahu zkreslení vyzařovacího diagramu malým počtem protizávaží. Z kulovitého tvaru se stává okvětním a má směr podél protizávaží. Problém s nalezením optimálního počtu protizávaží jsem vyřešil pomocí počítače. Řešení je uvedeno na obr. 4. Ukazuje, že minimální požadovaný počet protizávaží je 12. S větším počtem se účinnost zvyšuje pomalu. Protizávaží musí být umístěna ve stejné vzájemné vzdálenosti.

Obr.4

Úhel jejich umístění vůči čepu by měl být od 90° do 1350. Při větších a menších úhlech účinnost a účinnost klesá. zkreslené. Protizávaží musí být alespoň tak dlouhé jako hlavní čep. To lze vysvětlit tím, že posuvné proudy protékající mezi čepem a protizávažími zabírají určitý objem prostoru, který se podílí na vytváření vyzařovacího diagramu. prostoru použitého pro tvorbu vyzařovacího diagramu výrazně zhoršíme charakteristiku antény Pro velkou aproximaci lze říci, že každý bod na kolíku odpovídá svému vlastnímu bodu na protizávaží. Není však potřeba používat protizávaží delší než hlavní čep.

Protizávaží a samotný čep musí být opatřeny ochranným nátěrem. To je nezbytné pro zajištění toho, aby materiál, ze kterého je anténa vyrobena, neoxidoval. Oxidace vibrátorů činí anténu nepoužitelnou vzhledem k tomu, že tenký oxidový film má značný odpor, a protože povrchový efekt je silně výrazný na HF, energie vysílače je tímto filmem absorbována a rozptylována do tepla.

K tomu je velmi vhodné použít barvu pro rádia (druh, který se používá k lakování lokátorů). Běžná barva obsahuje částice barviva, které absorbují RF energii. Ale jako poslední možnost můžete použít běžnou barvu.

3. Rozměry vibrátorů bičových antén

Jak je známo, radiační odpor antény Rizl je úměrný poměru L/d, kde L je délka a d je průměr antény. Čím nižší je poměr L/d, tím širší je anténa a vyšší účinnost.

Je třeba poznamenat, že při použití silných vibrátorů ovlivňuje „konečný efekt“. Je určena kapacitou mezi konci vibrátoru a zemí. Fyzicky je to vyjádřeno ve skutečnosti, že anténa se ukáže být „delší“ než vypočítaná. Aby se to snížilo, mají širokopásmové kolíky obvykle zúžený tvar. Výpočty ukazují, že minimální požadovaná tloušťka protizávaží by měla být

d=D/2,4n, kde

d je průměr protizávaží, D je průměr čepu, n je počet protizávaží.

Často radioamatéři nemohou nainstalovat čtvrtvlnný kolík a použít menší kolík. V zásadě je možné spárovat kolík libovolné délky pomocí spárovacích zařízení. Krátké kolíky však mají nízkou aktivní a vysokou reaktanci a budou přizpůsobeny velmi neoptimálně (až 90 % energie může být rozptýleno na samotných přizpůsobovacích zařízeních). A pokud se použijí i náhradní krátké protizávaží, pak bude účinnost takového anténního systému velmi nízká. Takové náhradní antény se však často používají v mobilních komunikacích. Ale to jen proto, že jiné typy zkrácených antén budou fungovat ještě hůře!

4. Vyzařovací diagramy bičových antén

Mnoho lidí zajímá, jak výška tyče ovlivňuje její směrový vzor v horizontální rovině a zda její odpor závisí na výšce zavěšení. Nejdůležitějším výsledkem je, že rozložení proudů v kolíku nezávisí na výšce jeho zavěšení za přítomnosti ideální „země“. V praxi to znamená, že bez ohledu na výšku čepu bude jeho odpor konstantní. Celkový výsledek řešení ukazuje, že pokud je pin naladěn do rezonance, pak lze jeho spodní konec uzemnit. Navíc může být napájen kdykoli.

Na základě výsledků tohoto důležitého závěru byly vytvořeny bičové antény (vlajkové antény, stožárové antény), jejichž spodní konec je spojen se zemí a které jsou napájeny prostřednictvím gama přizpůsobení.

Směrové obrazce svislé roviny půlvlnného čepu jsou na obr. 5. Obr. Z tohoto obrázku je vidět, že čím výše anténa stoupá, tím blíže je vyzařovací úhel k horizontu. To je vysvětleno skutečností, že dochází ke sčítání vlny emitované kolíkem a vlny odražené od země. Pokud má půda špatné vodivé vlastnosti, bude vyzařovací diagram blízký vzoru kolíku nad zemí. Zvedat anténu do výšky větší než je vlnová délka nemá smysl, protože v tomto případě se vyzařovací úhel již nesnižuje, ale horní postranní laloky se začínají pouze fragmentovat.

Obr.5

Měli byste si pamatovat ještě jednu zajímavou vlastnost pinů, jejichž výška se rovná vlnové délce nebo více. Takové antény se používají v profesionální komunikaci jako antény proti vyblednutí. To znamená, že taková anténa bez problémů přijme signál přicházející se slábnutím na čtvrtvlnném kolíku nebo dipólu.

5. Odpovídající bičové antény