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无线电电子与电气工程百科全书 用于便携式 CB 通信站的小型天线（第 1 部分）。 无线电电子电气工程百科全书
简介 27 MHz 移动通信的广泛使用引发了此类通信的天线问题。 由于使用四分之一波长天线（27 MHz 频段的长度为 2,7 米）在许多情况下是不可接受的，因此这个问题变得更加复杂。 缩短天线的使用与一些在流行文献中未考虑的具体问题相关，但如果不为人所知，MW 通信的有效性可能会显着下降。 对于便携式 CB 收音机，主要使用非对称鞭状天线。 与此有关。 其他类型的天线几乎不可能与这种类型的收音机一起使用。 1. 便携式电台的短路天线的操作 电短天线由天线本身（包括辐射元件）、匹配系统和接地系统的元件组成。 据此，天线 Ra 的总电阻由引脚电阻 (Rsh) 和接地电阻 (Rg) 组成（图 1）。
包括在公式和“环境阻力”Rav。 随着配重数量和天线长度的增加而减小。 Ra=Rsh+Rz+Rcp 有用的射频能量被Rsh消耗掉了，所以需要努力减小Rc和Rcp的值。 在一般情况下，使用特殊方法，可以测量“地球”的电阻，但在实践中，可以假设用作配重的 20 ... 30 厘米长的 CB 无线电台主体的电阻，对于该公式至少为 150 ... 300 欧姆。 与人手接触不会显着改变值。 但连接一个 2,7 米长的谐振四分之一波配重会降低接地电阻 Rz。 已经有一个平衡器将电阻 Rz 降低到大约不超过 50 ... 60 欧姆的值。 并且在存在三四个配重的情况下，Rz 可以被认为是 5 ... 10 欧姆的可忽略值。 介质的电阻由天线引脚与其“接地”系统的相互作用决定。 如果在全尺寸的四分之一波长鞭状天线中，这种相互作用发生在很大的空间中，因此具有微不足道的价值，那么在缩短的天线中，短天线与短配重的电磁相互作用发生在有限的空间体积内。 此外，对该体积的任何干预都会显着改变介质的阻力，并且。 因此，对这种天线系统的参数有很大的影响。 此外，在这种具有缩短元件的天线系统中，其中一个显着增加。 例如，四分之一波值的销或配重不会导致 Rcp 显着降低。 只有销和配重的增加（即伸长）才会导致 Rcp 下降。 由此我们可以得出结论，CB站短天线的电阻不是一个恒定值，而是一个变量，特别是取决于外来物体（包括操作员）相对于天线的位置。 一般情况下，匹配良好的天线在这些因素的影响下会完全失配。 由此得出，MW无线电台发射机的输出级必须设计成这样的失配不会显着影响其运行，并且当失配的原因消除后，输出级继续正常工作。 为此，输出晶体管必须具有 3 ... 4 倍的功率裕度。 还需要 P 环匹配电路的折衷版本。 允许在复杂的可变负载上工作。 改变天线参数时需要消除自激。 已经有这些要求了。 呈现给便携式站的 CB 输出级表明，值得非常认真地对待他们的设计。 对于在固定汽车天线上运行的移动汽车收音机，对 RA 的要求要低得多。 这是由于使用了车身作为配重，这是MW天线的良好“接地”。 用于汽车 CB 天线的引脚。 长度约为一米，在许多情况下甚至更长。 这为车载天线的操作创造了先决条件，其效果比便携式站天线大得多。 同样重要的是，“天线销-配重”系统中的偏置电流相互作用区域中没有异物，这使得这种天线的 Rсp 比便携式站更稳定。 在便携式站的所有现有类型的 MW 天线中，可以区分两组 - 谐振天线和非谐振天线。 在谐振组的缩短鞭状天线中，可以区分螺旋天线和由电感拉长的鞭状天线。 在非谐振鞭状天线中，建议仅使用一种类型 - 短引脚作为输出谐振电路的一部分。 在这种情况下，该引脚是一个分布式环路电容器。 2. 螺旋天线 螺旋天线可以被认为是一个开放的螺旋谐振器[1]。 在这种情况下，天线本身是一个螺旋谐振器，发射机的匹配电路是螺旋谐振器的延续并进入其激励电路，外太空可以看作是一个无限远的屏幕（图2）。
这些断言的有效性在实践中很容易得到验证。 因此，当匹配电路的参数发生变化时，天线系统的谐振部分也会发生变化。 即使天线端部电容的微小变化也会极大地改变其谐振频率 [2]。 并且螺旋天线极易受到异物的影响。 已经接近 20 厘米距离的手会导致天线和发射器之间的不匹配，因为由于终端电容的变化，其谐振频率发生变化。 这里按照[3]中提出的方法进行调优是合适的。 它包括这样一个事实，即对螺旋天线进行调谐，以便当手靠近时（或由于其他失配影响），信号场强先增加然后减少。 在这种情况下，天线不是完全调谐到谐振，而是稍微远离它。 场强测量表明，在这种情况下，场强约为精确谐振时场强的 85%。 但是在测试一个天线调谐到谐振，天线调谐到天线斜率的无线电台时，后者的优势是显而易见的。 因此，在无线电通信过程中使用带有谐振天线的电台时，当天线靠近人时，场强会发生显着波动。 当使用天线调谐到特性斜率的无线电台时，人的失配影响表现得更弱，场强的波动微不足道。 基于此，可以推荐根据[XNUMX]中提出的方法来调谐螺旋天线。 只有当螺旋天线在排除失配因素影响的条件下工作时，才有可能将天线调谐到最大场强。 当测量螺旋天线和带有延长线圈的鞭状天线提供的场强时，结果表明谐振鞭状天线至少要长三倍。 比被测螺旋天线提供相同的场强。 由此我们可以得出结论，在便携式电台中，最佳天线选项是螺旋天线，它比相同参数的鞭状天线在设计上更坚固、更简单。 在这种情况下，必须考虑到在这种情况下，无线电台的短体是螺旋天线的最佳“接地”，而不是相同参数的鞭状天线。 但螺旋天线。 提供大的场强，为发射机的不稳定工作创造了先决条件。 事实上，在实验过程中发现，与外部电缆馈电天线一起稳定工作的同一发射器在连接螺旋天线时会被激发。 只有对匹配电路进行更仔细的筛选和调整，才能使发射器与螺旋天线一起工作而不会自激。 螺旋天线，如鞭状天线，可以使用缩短的电容和延长的电感调谐到工作频率。 电容的使用提高了天线的谐振频率，而电感的使用降低了它。 在这种情况下，为了提高天线的效率，延长线圈的电感要尽可能小，而缩短电容要尽可能大。 使用这种调谐元件允许在宽频率范围内使用螺旋天线，因为根据匹配的设计和质量，螺旋天线的带宽很小，在 200 中达到 300 ... 27 kHz兆赫范围。 使用螺旋天线时还有一个非常重要的点。 当这种天线通过同轴电缆连接时，其谐振频率是由于电缆的电抗性引入到天线的复阻抗中，并相应地发生变化。 发生变化并需要调整。 在构建螺旋天线时，实际上，就像任何其他缩短的天线一样，人们应该注意这个天线系统的另一个特点，那就是。 当连接四分之一波长配重时，该天线系统的谐振频率会有所变化。 这可以通过具有自己 Rz 的配重改变 Rsp 来解释。 电容“天线-空间”也发生了变化。 由于品质因数降低，同时由于更有效的辐射，螺旋天线的带宽扩大了约 1.5...2 倍。 基本上，在对具有四分之一波长平衡的螺旋的谐振频率进行的实验研究中，并没有超出天线的带宽。 同时，带有四分之一波平衡的场强至少增加了两倍。 螺旋天线应使用尽可能短的导体连接到输出匹配电路。 这允许您提供必要的带宽和最小的连接线杂散辐射。 3. 螺旋天线的实用设计 以下是近年来发表在文献中的螺旋天线的实用设计。 使用天线镜测量天线参数。 一种螺旋天线，其设计如图 3 所示，发表在 [4] 中。 对该天线的测试表明，该天线是 21 MHz 频段的四分之一波。 实际上，加上谐振四分之一波平衡，这里的天线电阻约为 40 欧姆。 反应性很小。
通过大约十米长的同轴电缆将这样的天线连接到 40 W 收发器，并将天线放置在窗户开口中，我成功地在 21 MHz 下与 RST56-58 进行了多次连接，这进一步增强了我对其真实谐振的看法。 但仍然通过调整匝数和电容，如[4]所示。 可以确定，在 27 MHz 范围内，其谐振是可能的，对应于半波长的等效天线长度。 21 MHz 频段上的天线带宽为 200 Hz，在 27 MHz 频段 - 250 kHz 上具有四分之一波长平衡。 螺旋天线，其数据如图4所示，是指四分之一波长天线。 在附加引脚的帮助下，它可以在很宽的范围内进行调谐 - 从 26 MHz 到 35 MHz。 在 27 MHz 频段，其与电台主体的输入阻抗为 1300m，带宽为 650 kHz。 带 65 欧姆四分之一波平衡。 带宽为 800 kHz。 共振向上移动了 200 kHz。 需要注意的是，这种调整天线谐振频率的方法，虽然在其简单性和效率方面相当成功，但仍然降低了螺旋谐振器的品质因数，从而降低了天线的效率。 这反映在场强的降低和天线带宽的扩展上。
图 5 [5] 中所示的螺旋天线在天线镜上进行测试时，在 27 MHz 频带中没有显示出共振，而在 21 MHz 频带中显示出四分之一波共振。 连同四分之一波平衡器，它的电阻在这里是 25 欧姆，带宽为 250 kHz。 但是当使用给定无线电台的匹配系统 [5] 时，发现实际上在 27 MHz 范围内可以实现谐振。 显然，这里天线的谐振不是由于其作为四分之一波长谐振器的操作而发生的，而是作为具有分布电容的 P-congur 发生的。 在这种情况下，螺旋天线等效于连接到发射器输出的 P 电路系统，其电容是天线对地的电容。 辐射是由于发射机的整个 P 电路系统调谐到谐振而发生的。 然而，场强测量表明，在这种情况下，使用螺旋天线是低效的。 相同的场强可以通过调谐到与仅比该螺旋天线长度长 1,3 倍的延长线圈共振的鞭状天线提供。
图 6 [6] 中所示的螺旋天线在 27 MHz 范围内的谐振频率下，在台体上的输入阻抗为 110 欧姆，在四分之一波长平衡下为 40 欧姆。 站体带宽为 300 kHz。 配重 - 450 kHz。 谢谢。 由于其上部有放电缠绕，因此人体对天线调谐的影响不如连续缠绕的情况强。 连接四分之一波配重将共振频率提高了 200 kHz。
研究了 Kolibri-M2 型无线电台中使用的天线。 其设计如图 7 所示。 在 27 MHz 频段，该天线与站体显示 100 ohms 阻抗和 300 kHz 带宽，以及 47 ohms 阻抗和 200 kHz 带宽与四分之一波长平衡。 连接四分之一波配重将共振频率提高了 120 kHz。 提供场强的是图 5 和图 6 中所示的天线。 与带有延长线圈的棒状天线产生的场强相当，棒状天线的长度是这种螺旋天线长度的三倍。
最后两个天线的频率响应的实际视图如图 8 所示。 从图中可以看出，天线的频率响应是不对称的。 当连接四分之一波配重时，频率响应会略微混淆 - 大约。 100 MHz 频段为 27 kHz，但是，天线带宽允许它在 MW 信道中工作。 了解螺旋天线的频率响应可以让您正确调整它 - 不是在工作范围的中间，而是稍微高一点。
4. 螺旋天线的制造和调整 在文献中，建议在同轴电缆的聚乙烯芯上进行螺旋天线。 事实上，这是这种天线的最佳材料选择。 最好使用 75 欧姆的电缆来制造螺旋天线，因为它通常包含一个内部导体，通过将电缆本身夹在虎钳的另一端，可以很容易地用钳子将其拉出。 如果天线框架使用 50 欧姆电缆，通常有一个由多根铜线组成的中心导体，则可能很难将其移除。 最简单的方法是使用一些强大的电流源通过 50 ... 100 A 的电流通过导体来加热导体。 然后迅速将它们拉出来。 聚乙烯框架在去除编织层后表面粗糙，便于绕线时有张力。 应该记住，螺旋天线是一个高 Q 系统，如果不小心操作，在温度的影响下，它的谐振频率可能会超出它的调谐范围。 在对螺旋天线的研究中，发现当它们被冷却到 -50°C 的温度时，它们的谐振频率向上移动 80...15 kHz。 天线必须用电工胶带紧紧包裹，以防止线圈移位。 因此，谐振频率的变化。 柔性 PVC 胶带适用于此。 透明胶带不适合这种情况，因为它的硬度过高。 需要注意的是，螺旋天线是一个非对称系统。 仅应将其连接到变送器，并在其描述中指明末端。 当在另一端连接图 6 和图 7 中所示的天线时，它们将具有完全不同的谐振，远离 27 MHz 频段。 即使连接的末端发生了变化，它也会看起来像这样。 如图 5 所示的对称天线，由于天线执行中的一些不对称性，它的谐振发生了偏移。 在结构上，使用 CP-50 或 CP-75 连接器连接到发射器的末端很方便。 通过在那里熔化天线的塑料底座。 从连接器的金属框架到螺旋缠绕的起点必须至少有 12 毫米的距离。 在天线的制造中，不必力求使用规定直径的底座。 2 ... 3 mm 的偏差是完全可以接受的。 例如，它可以用 7 毫米的聚乙烯底座代替 9 毫米，也可以用它来代替 12 毫米。 尽管天线的参数发生了变化，但很有可能将其调谐到 27 MHz 频段。 如描述中所指出的，通过从更密集绕组的一侧展开匝来调谐天线。 在制造此处描述的所有天线的情况下，可以通过展开部分匝来调谐到 27 MHz 范围。 那些。 它们是针对略低于 27 MHz 的谐振频率预先计算的。 为了天线的有效运行，必须有良好的站接地，例如金属外壳。 如果没有，则需要沿车站全长在方便的地方铺设铜或铝宽箔。 这种平衡使场强增加了大约 15 ... 20%，这也大约增加了通信范围。 在某些情况下，它有助于消除发射器的自激。 当螺旋天线的长度大约比身体配重的长度大 20% 时，可以认为螺旋天线的尺寸是最佳的。 如果天线小于这个值。 人体和其他异物对其的影响增加。 它的进一步增加不会导致场强的相同增加，更容易使用四分之一波平衡来增加通信范围。 作者：I. Grigorov（RK3ZK，UA3-113），别尔哥罗德； 出版物：N. Bolshakov，rf.atnn.ru
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