关于金属导线对天线工作的影响。方案、说明

金属导线对天线工作的影响。无线电电子电气工程百科全书

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在本文中，作者试图澄清业余无线电文献中关于金属天线导线对半波振动器的影响的建议。结果，根据“振动器-横动”尺寸的比率、工作频率和振动器距横动末端的距离，获得了适合实际使用的振动器长度修正值，对于其附着的三种主要方法。

安装振动器天线元件的金属支撑横梁位于天线的近场，对其参数有重大影响。特别是，在不考虑这种影响的情况下计算的“波通道”天线的所有元件的尺寸需要校正。

在作者现有的文献中，没有发现这种影响的详细分析、考虑它的方法或有效的、非劳动密集型的纠正。在天线的描述中，充其量只是指出给出了在特定直径的金属横梁上安装的尺寸[1]，或者指出在 432 MHz 范围内将振动器连接到天线的方法。支撑结构对天线的性能影响很大[2]。在[3]中，建议在存在金属横移的情况下将振动器加长0,5...1%，在[4]中建议需要通过增加金属横移来考虑横移的影响。振动器的设计长度为横径的2/3。书中[5]指出，对于反射器和最后一个导向器，只有当导线的相应端部突出至少五个导线直径时，“2/3”条件才适用。 K. Rothhammel 和 A. Krischke [6] 对该书的俄文翻译指出了经验规则“2/3”的近似和局限性，并指出了紧固元件的方法以及厚度和形状的影响的横截面。其中，参考DL6WU [7, 8]的工作，给出了145和432 MHz频段“波通道”天线无源元件长度修正的简要表。

方法论和模型

使用 WIPL 程序 [9] 通过电动建模研究了导电导线对半波振动器谐振长度的影响，该程序用于分析由电线和板制成的辐射和散射结构，而不考虑损耗。

模拟了将圆形振动器对称连接到六边形横截面横梁上的三种典型方法（图 1）： 1 - 振动器与横梁隔离，振动器和横梁的轴不隔离相交; 2——振子与横梁隔离，它们的轴线相交； 3-振动器与横梁连接（有良好的电接触-焊接），振动器的轴线与横梁相交。

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人们还认为，横梁上只有一个振动器，除了横梁之外没有其他任何东西会影响其共振长度。下面将讨论多元件天线中非谐振振子的影响及其长度的校正。

在给定频率下对称激励的给定直径的半波振动器的精确谐振长度由条件 X = 0 确定，其中 X 是振动器的复输入电阻 Z = R + jX 的虚部。首先，在自由空间（无横梁）中确定谐振长度 L®，然后，类似地，在将元件连接到给定横梁的给定条件下确定谐振长度 L。所需的校正值计算为l=L-Lo 或百分比σ=(l/Lo)·100%。

元件在横梁上的紧固方法（1、2、3）对谐振长度的影响、圆形截面的等效横梁的直径b、安装时横梁突出端的长度t振动器末端的直径、振动器的直径 d 及其长度（通过频率 f 间接确定波长 X），以及绝缘振动器与导线之间的间隙 s 的影响。

表中图1给出了相关建模参数的区间，其结果用于将来获得经验计算关系。

对于使用振动器安装方法 3 的六角横梁，尺寸 b=1,09D。

可以根据模拟结果来评估横移的“有效长度”，即振动器距横移末端的距离，其增加实际上不会导致校正值的变化如图所示2. 考虑到 WIPL 程序的限制，对于频率范围 150...1200 MHz 和整个横越直径范围 7,4...29,6 mm 的建模，有效长度 t1 取为 92 mm。

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仿真结果

在图中。图2-4示出了显示校正对建模参数的依赖性的性质的选定图表。让我们注意一些一般模式。

金属横梁的厚度大于振动器的厚度，其所有紧固方法的存在都会导致振动器的显着电气缩短，即导致其谐振频率增加。为了使谐振长度恢复到之前的频率，需要将振动器的设计长度增加缩短量l。

分析表明，这种效应是由于导线的横向电流造成的。因此，即使您设置了足够大的线径，也无法通过使用细导体程序（MININEC、ELNEC、MMANA）对导线进行建模来检测，因为在这些程序中仅考虑导体的纵向电流。

从图. 由图2可见，振动器越长，校正值l越小。在 600 和 1200 MHz 频率下，横向共振的影响虽然不明显，但很明显。

横向的影响在根据方法 3 进行的连接中最为明显，并且当在没有电接触的情况下紧固振动器时，它显着取决于方法 1 中的间隙 s 的大小，而几乎不依赖于间隙的大小（在合理限度内）紧固选项 2。

给定横向厚度的修正幅度不同地取决于振动器的厚度（图 3）：对于接触类型 3 的连接，它随着振动器直径的增加而明显减小；对于不接触类型 2 的连接，在相反，它会增加，并且在方法 1 中，这种依赖性非常微不足道，并且在零间隙时几乎不存在。频率的影响随着频率的增加而降低，l 值适度增加 - 在 1,5...2 MHz 范围内增加 100...1200 倍。

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导线的厚度（直径）对修正值的影响最大（图4）。因此，在频率为 800 MHz、振动器直径为 2 mm（无横臂的谐振长度为 176,2 mm）和横臂直径 b=14,8 mm 时，校正值为 9,74 mm（顺便说一句，在本例中）接近值 2b/3 ，该值在文献中给出，作为校正具有 3 型连接的任何振动器长度的建议）。 b 增加两倍会导致 I 增加 2,47 倍，而减少两倍会导致 l 相应减少 2,59 倍。

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当振动器连接点远离导线末端时，校正会显着增加，确定距离为 3...5 导线直径（图 4），并且如果振动器安装在导线的最末端，则修正值会显着增加。遍历（t = 0），则 l 的值可以约为最大值的 60.. .70%。

在图中。图 5 显示了几种具有矩形和正方形横截面的模型的草图。

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在模型上，如图所示。如图 5a 所示，进行了修正计算，以便与六边形横梁上的类似紧固方法 (1) 进行比较，该方法具有与方法 3 相同的圆形横截面直径 (b = 14,8 mm)。这种比较如图所示。由图6可知，在这种情况下，当振动器平行于方形导线的一个面时，这种导线的影响明显更强。圆形横截面的直径，相当于根据方法 3 制作的带有紧固的方形横梁（图 5，d），计算公式为 b = 1.14D。

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米。图5给出了导线的影响对其截面形状和振动器位置的依赖性的一些想法。图中所有型号图5从上到下按递增顺序排列，是在横断面积恒定且其他参数相同的情况下对振子长度的修正。

实际应用

根据建模结果，获得了将振动器固定到导线上的不同方法的经验表达式，并将所需校正量与初始数据（尺寸和频率）联系起来。为了找到这些依赖性，使用了多重回归程序（Stat-graphtcs plus v.2.1 [10]）。利用公式计算校正l/b相对值的均方根误差，紧固方法0,0115为1，紧固方法0,00758为2，方法0,0132为3。计算公式非常繁琐，这里不再给出。

根据获得的公式，编写了计算程序。程序文本：Turbo-Basic语言的俄语boom_r.bas和英语boom_e.bas，以及可执行文件boom_r.exe和boom_e.exe分别可以下载故。数据输入以对话模式进行，并根据表格进行限制。 1. 由于程序是在相对尺寸上运行的，因此计算的频率范围不受模拟范围的限制。

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表中图 2 显示了 3 MHz 频率下的修正值（安装方法 432）的比较，该值由 DL6WU [8] 针对未知元件直径 d 获得，并使用我们的程序计算三个 d 值。

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非共振振动器

获得的结果还可用于校正“波通道”天线的非谐振无源振动器的长度。为此，您首先需要计算相同条件下谐振振动器的校正的相对值。动臂程序将绝对修正 l（以毫米为单位）转换为相对修正 σ（以百分比为单位）。然后将相同的相对修正值 l 应用于计算出的（不考虑横向影响的）被动振动器长度，从而获得修正的绝对值。例如，直径为20毫米的反射器在50 MHz频率下的估计长度为3060毫米。横梁直径 b=80 mm，t=140 mm，类型 3 或类型 1 紧固，间隙 s=20 mm。使用吊杆程序的计算给出了紧固类型 32,74 的校正 l=1,15 mm (σ=3%)，l=8,44 mm (σ=0,3%) - 对于类型 1 因此，在第一种情况下，反射器有必要将其延长其计算长度的 1,15%，即 3060-0,0115 = 35,2 毫米，第二次延长其计算长度的 0,3%，即 3060 0,003 = 9,18 毫米。

该技术的相移误差高达±3°，适用于长度与谐振器长度相差±10%或更小的振动器。在这种情况下，未经校正的移动的影响可能导致相位偏差高达±15°。

使用简单的线天线建模工具（例如 MININEC 等）也可以轻松考虑其他振动器的影响。

该技术的适用性已经过实践检验，特别是在为远程蜂窝用户开发 11...820 MHz 范围内的固定 875 元件“波通道”天线时。按方法5,6安装在直径2,3mm的铝横梁上，且横梁突出端长度不小于15mm，所有单元的计算长度（d=2mm）增加60%。然而，如果元件（反射器或最后一个导向器）安装在距导线末端 10 mm 的位置，则其长度仅应增加 1.5%。

我们希望所获得的结果对无线电业余爱好者以及电视、无线电通信和其他应用的振动器天线的开发人员和设计人员有用。问题、评论、建议、意见、批评将在以下地址接受：。作者感谢 V.V. Krylov 和 I.P. Kovalev 的宝贵建议和评论。

文学

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作者：A. Grechikhin (UA3TZ)、N. Seleznev、下诺夫哥罗德

查看其他文章 部分天线。理论.

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