垂直四分之一波长天线的计算。方案、说明

垂直四分之一波长天线的计算。无线电电子电气工程百科全书

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减少业余发射机对电视接收干扰的主要方法之一是使用具有垂直极化的发射天线。短波中最常见的是四分之一波垂直天线（“地平面”）。该天线由一根垂直杆和一个配重组成，其长度通常略小于发射器发射的工作波长的四分之一。它由连接到同轴电缆护套的几个水平四分之一波长光束组成，通过它从发射器提供高频能量。

这种四分之一波长天线的辐射电阻为 28-32 欧姆（取决于制造它的金属管的外径）。因此，将天线连接到 50 欧姆或 75 欧姆的同轴电缆会在电缆中引入驻波并浪费能量。为了使垂直引脚与电缆相匹配，有必要使用附加元件 - 电感器、电容器或具有特定参数的电缆部分。

下面介绍具有水平配重和匹配电缆截面的“地平面”天线的简化计算方法。根据此计算构建的天线在一个业余频段（例如 14 MHz）上运行良好，同时在两个相邻频段（21 和 7 MHz）上的辐射非常令人满意。

我们将给出 14 MHz 频段的数值示例的计算。引脚与为其供电的电缆的连接以及匹配的电缆部分及其尺寸名称如图 1 所示。一。

垂直四分之一波长天线的计算
Ris.1

为了计算，有必要知道制造天线销和配重梁的金属管或金属线的直径。假设我们要使用外径为 30 毫米的管子来制造天线，

我们将用直径为 2 毫米的金属丝制作配重。我们确定系数 M，它表征了远离地面的半波偶极子的长度与天线直径的比值。我们应用公式：

M=150000/(f_(兆赫)D_（MM）)

这里： f 是范围的中间频率，

D是管的直径。在 f=14,2 MHz 和 D=30 mm 时，我们得到：

M=150000/(14,2*30)=352

使用系数 M，我们使用图表（图 2）确定四分之一波长天线 R rad（对于谐振频率）的辐射电阻：R rad \u30,8d XNUMX ohm。

垂直四分之一波长天线的计算
Ris.2

现在有必要计算我们将构建的缩短天线的真实辐射电阻 Ry；由于地球和配重的影响，它与Rizl不同，等于：

Ry=Rizl-Z/4Rizl

这里 Z 是制造馈线的同轴电缆的波阻抗。在我们的示例中，我们假设它等于 75 欧姆。然后：

Ry=30,8-75/4*30,8=30,2 Ом.

要计算垂直销 L 的长度，您需要根据图 3 中的图表。 535 确定另外两个辅助系数：Kc，表征天线电阻随长度变化的变化，Kz，考虑配重和地球表面的影响。我们得到：Kc=0,97，Kz=XNUMX。

垂直四分之一波长天线的计算
Ris.3

仅当天线长度变化不超过 10% 时，才能使用确定 K 系数的图表。如果天线比谐振天线长，那么它的阻抗本质上是感性的，如果更短，它是容性的。

销的长度（以毫米为单位）由以下公式确定：

垂直四分之一波长天线的计算

我们有;

垂直四分之一波长天线的计算

为了确定由直径为 2 mm 的金属丝制成的配重 Lnp 的梁的长度，我们计算 M：

M=150000/14,2*2=5280 并根据图中的图表。 3 我们发现 Ky=0,978。然后

垂直四分之一波长天线的计算

缩短的天线除了有源天线外，还具有容抗。为了补偿它，在末端短路的电缆段与天线并联连接；选择它的长度，使其电抗具有所需值的电感性质。我们定义这个感抗：

Xc=Z/S=75/1,22=61,5欧姆

使用计算尺或切线表，我们找到角度 a，其切线在数值上等于获得的值 Xc 与将制成匹配段的电缆的波阻抗 Zc 的比值。在 Zc=75 欧姆时：

Xc/Z=61,5/75=0,82 和 a=39,4°

缩短段的长度为：

Lc=(833ab)/f,mm

在该公式中，b 是表征能量沿电缆传播速度的系数。对于带固体填充物的普通电缆（RK-1、RK-3）b=0,67。

因此，

Lc=(833*38,4*0,67)/114,2=154,9 мм

上述计算考虑了配重梁水平放置；然而，即使它们倾斜布置（与地面成 30-40° 角），这种不匹配也是微不足道的。

馈线中的驻波比（SWR）可以通过组装一个简单的桥式SWR指示器来测量，其电路如图4所示。 1. 这里电阻 R2、R3、R1 和天线的辐射电阻形成一个电桥。它的对角线之一由发射器（每个连接器）提供高频能量。 D2E 型二极管 DXNUMX 包含在第二条对角线中。

垂直四分之一波长天线的计算
Ris.4

电阻 R4 用于降低能源（发射器）的输出电阻。电感（Dr1）闭合整流电流的直流分量的电路；如果天线电路不具有电流传导性，则它是必要的。

当桥平衡时，装置的箭头不偏离。天线和电缆的不匹配导致出现站立意志，这由箭头的偏差表示。测量 SWR 的步骤如下：

1. 用全辐射功率调整带天线的发射机。

2. 将功率降低到零，例如，通过一个负偏压的前置级灯，然后断开天线。

3. 用一根电缆连接变送器输入和 Per 连接器。在 SW 指数上。

4. 逐渐，非常平稳，以免烧毁电阻R4，增加供给SWR指针的能量的功率，直到仪器箭头偏离刻度的末端。

5、为了检查电桥的平衡，在Ant连接器上临时接一个75欧的电阻；然后，毫安表的指针应归零。

6. 通过连接到 Ant。将同轴电缆馈入天线，在刻度上标记电流并根据图 5 所示的曲线确定 SWR。 XNUMX.

垂直四分之一波长天线的计算
Ris.5

如果天馈线不会引入明显的损耗，例如采用RK-1或RK-3电缆，长度不超过15-20 m，则SWR为2甚至2,5是完全可以接受的。这种情况下的总损耗（馈线损耗和失配损耗之和）不会超过 0,5 dB。耳朵不会注意到接收站功率的这种下降。仅当 SWR 为 1-2 量级时，才能观察到接收音量的明显下降（5-8 个点）。

如果构建的天线具有过多的 SWR 或选择的尺寸大于或小于应有的尺寸，则有必要使用 SWR 指示器根据经验调整天线。一个比需要更长的天线可以通过与垂直部分串联的电容器进行电气缩短（图 6a）。太短的天线可以通过增加电感来延长天线（图 6b）。在这种情况下，天线交替调谐，选择线圈上两个夹点的位置。这里，夹点 1 和 2 之间的线圈部分用于延长天线的垂直部分，下部 (2-3) 代替匹配的短路电缆（图 1）。

垂直四分之一波长天线的计算
Ris.6

总之，我们注意到静电电荷会积聚在所述类型的天线上，尤其是在近距离雷暴期间。因此，建议使用电缆段短接（图1）或电感分流电缆（图6b）的天线，并将电缆护套可靠接地。

作者：Yu.Prozorovsky（UA3AW）；出版物：N. Bolshakov，rf.atnn.ru

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