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无线电电子与电气工程百科全书 垂直顶部进给。 无线电电子电气工程百科全书
本文讨论了顶部馈电多频段垂直天线的创建原理和实际设计。 它们对于野外或探险条件下的工作特别方便，但尽管如此，它们也可以在家庭“棚屋”中使用，占用空间小并提供良好的参数。 创建简单有效的多频段天线的问题仍然困扰着几乎每个短波运营商。 最常见的是，人们关注垂直天线的设计，因为它们占用空间小，更易于安装，并且具有用于 DX 通信的最佳辐射图 (DP)：天顶方向为零，朝向方向的最大值地平线和无方位角方向性，允许与任何方向的通讯员进行无线电通信。 许多众所周知的从下方馈电的垂直设计都存在与高频范围内桅杆整个高度的低效使用以及设置屏障电路（梯子）或位于相当高的其他设备的困难相关的缺点，事实上，将天线变成多频段天线。 在本文的第一部分中，我们将考虑当功率点沿垂直辐射导体向上移动时会出现哪些优点和便利。 为了简洁起见，我们将所描述的天线称为 GDP - 垂直顶部馈电。 国内生产总值设计 沿着垂直的辐射导体，与任何其他天线一样，安装了顶部为零的驻电流波，因此馈电点不能放置在顶部本身附近 - 输入阻抗会太大。 通过将馈电点从顶部向下移动，我们到达一个电流已经很大的位置，并且电压小于顶部，因此输入电阻（等于电压与电流之比）减小。 在电源点，我们将同轴馈线的中心导体连接到垂直的上部，而编织物......我们根本不要将其连接到任何地方。 然后，电流将从电源点沿着编织物的外表面流动，并且方向与垂直上部相同。 这个概念在文章[1]的第三部分中提出，参见图19。 XNUMX. 此处，建议使用编织层上的电流来改进 DN。 根据这些建议，我们将使编织部分上的电流成为主要的辐射电流。 请注意，由于导体体积中皮层厚度非常小，馈线编织层外侧和内侧的电流彼此之间没有任何关系；它们仅在上部部分彼此相等辫子的。 在图中。 图1中a示意性地示出了设计的垂直方向，并且在图1中。 3,b——其中的电流分布。 功率点 A 用圆圈表示（来自 MMANA 程序的图形）。 此处，中心导体连接至 10 米长的顶部，而编织层则保持自由。 正弦电流分布将保留在垂直线的上部和编织层上。 在B点，距天线振子顶部1米范围内半波处，形成电流节点（见图XNUMX最左边的电流分布图，b）。 在这个地方，必须放置一个阻塞电路，以阻止电流进一步流过编织层。
制作电路的最简单方法是采用电缆线圈的形式，而不会破坏后者的完整性 [2, 3]。 我们已经拥有了10米范围的垂直天线。 其设计如图所示。 2、a. 天线可以完全由同轴电缆制成，仅使用上部电缆部分的编织层作为上部部分。 是否连接内导体并不重要，电流仍然只流过编织层。 他们将天线悬挂在树枝等的电介质拉索（粗钓鱼线）上，只需确保馈电点 A 处电缆段的坚固机械捆扎，因为中心导体不太可能承受整个馈线和“巴伦”。 另一种选择是将天线连接到由干云杉或松木制成的细桅杆（潮湿的木材会造成明显的损失）或玻璃纤维杆上。 在这种情况下，建议将上部制成金属管。 让我们回到大纲。 电缆线圈具有显着的电感 L，同时各个匝之间具有电容，主要作用是由第一匝和最后一匝之间的电容发挥。 总等效电容 C 封闭了间隔。 因此，高频电流的电缆线圈是一个并联电路，其等效电路如图2所示。 28,5b. 可以通过选择匝数、直径和铺设顺序来改变其调谐频率 - 通过将第一匝靠近最后一匝，我们可以增加电容并降低频率。调谐到 13 MHz 的频率，三圈直径为 3 cm 就足够了 [XNUMX]。 奇怪的是，即使编织线上的电流没有被完全阻挡，电路下方的剩余电流也会以与天线相同的方向流动——毕竟，电路反转了相位，在端子处具有相等和反相的振荡。 因此，电缆底部的剩余电流不会破坏图案，甚至会有所改善。 现在GDP的重要优点已经概述出来：第一，您可以从下方调整天线（选择电缆线圈的直径及其沿垂直高度的位置），最高点下方五米，第二，馈电点A可以位于垂直方向的任何位置，实现所需的天线输入阻抗，无需额外的平衡装置。 以可用的 75 欧姆电视电缆为例，建议将馈电点 A 相对于当前半波的中间稍微向下移动，同时输入电阻与馈入的半波振动器的电阻相比略有上升中间（无限薄的振动器为 73,1 欧姆，有限厚度的振动器则稍小一些）。 考虑到硬铝管的常见长度为 3 米，因此选择了上部的长度。 为什么不是2米？ 为了让天线在其他频段更好的工作。 在 15 米范围内，电路 B 不再调谐到谐振，并且仅代表这些频率的一些感抗（参见[1]中的图 3），可以说是一个延长线圈。 结果，半波长从 7,1 减小到 5,82 m（见图 1）。 在距垂直顶部的这个距离处将出现一个电流节点，在这里我们将打开第二个屏障电路C，将频率调谐到21,2 MHz（15米范围的平均频率）。 继续这个过程，让我们打开第三个电路 D，调谐到 14,15 MHz 的频率（20 米范围的中间），我们将看到对于 40 米范围，我们的半波长度垂直高度只有9米。 40米范围内如此显着的缩短是由于电路B、C和D的综合影响，这些电路在7 MHz频率下具有感抗并充当“延伸”线圈。 当半波振动器缩短时，其辐射电阻（相对于电流的波腹（最大值处））会减小。 但随着频率降低，功率点 A 相对于最大电流越来越高，并且输入电阻（等于重新计算到功率点的辐射电阻）增加。 这两个过程在很大程度上相互抵消，并且输入阻抗在不同范围内保持大致恒定。 所有这些设计都是使用MMANA程序轻松快速地完成的，并且经过一些优化（我不确定它不能进一步改进），得到了图1所示的天线。 10、天线在15、20、40、78米范围内输入阻抗分别为67、69、61、1,2欧姆，零电抗，匹配良好（中频驻波比小于28）范围的频率）。 计算时，得到等效电路参数（频率、电感、电容）如下值：V - 5 MHz、1,6 mH、19,5 pF； C-21,2 MHz，2 mH，28 pf； D - 14,15 MHz，3,2 mH，43 pF。 也许垂直设计最重要的优点是它不需要“地球”或径向线。 仍需决定如何将馈线从垂直方向的较低点进一步降低（见图 1，a）。 我们已经知道 - 缠绕同一电缆的另一个线圈，使其形成调谐至 7,05 MHz 的电路。 另一种解决方案也是可能的 - 就在 D 轮廓下方，将三到四个短（约 1,5 m 长）水平或倾斜径向线连接到电缆护套上。 他们将使天线的电气长度在40米范围内达到半波。 短径向线并不能消除对屏障环的需要，但它现在将直接定位在径向连接点下方。 该电路与电路 D 的电感连接（毕竟，现在它们很接近）是不可取的。 代替该实施例中的电路，用相同的馈线缠绕在铁氧体环上的扼流圈是合适的。 设定 GDP 的过程看似简单且相当明显。 它们的最高频率范围为 10 米。 通过选择绕组密度（直径）以及在小范围内沿着间隔 B 的高度的位置，可以在此范围内实现可接受的 SWR。 用电工胶带固定托架后，他们切换到 15 米范围，并对托架 C 重复相同的操作，但不接触调谐电路 B。依此类推，直到整个天线在所有频段上调谐。 电缆天线（例如 RK-75-4-11）特别适合现场条件。 如果收发器配备了 SWR 计，则它已配置并可在现场进行。 在静止条件下，GDP 可能由硬铝管制成，硬铝管在 B、C、D 位置和下端通过介电插入件隔开。 在插入物上放置由软铜或铝管弯曲的线圈（可以使用胶带）。 电路的电容器必须是高压的，因为电路位于电压的波腹。 在这种情况下，电缆应在所有管道内笔直走线，但为了避免编织层上有电流，应在其上放置多个铁氧体环，并在大直径铁氧体环上缠绕一个阻塞扼流圈或多个扼流圈接近GDP的下限。 这个版本的GDP没有计算也没有产生。 为了结束这一部分，这里是 GDP 的另一个提议版本。 为了使天线在80米范围内也能工作，在垂直方向的较低点（见图1，a）需要安装一个调谐到7,05 MHz频率的屏障电路，并在其下方安装电缆编织层（固定版本中的下部管道）应接地或连接到 20 m 长的径向系统。然后，天线将以 3,6 MHz 的频率工作，作为四分之一波接地面，通过具有凸起馈电点的电感来缩短。 便携式双频GDP 当需要在 NTTM-2002 展览会上为“广播”杂志编辑部部署一个广播电台时，GDP 的第一个实用版本就被紧急制作出来了。 由于完全屏蔽信号和高干扰水平，一个带有镂空金属天花板和玻璃墙金属加固的巨大展馆排除了天线在建筑物内的放置。 幸运的是，我们设法在通风间的屋顶上安装了垂直装置，并将电缆引入通风井。 一年后，就在 2003 年科学博览会开幕前几天（见广播，2003 年第 8 期，第一期封面），命运给了我们一个最不愉快的惊喜。 举办展览的类似展馆的屋顶是一块比足球场还大的平坦场地，上面覆盖着屋顶毡。 严禁采摘、钉入钉子、钩子等，以及使用通风井。 我们只能谈论一个独立式天线，其馈线沿着外墙向下延伸，并通过门附近的缝隙进入建筑物。 情况似乎毫无希望，但使用 MMANA 程序进行几个小时的建模和两个晚上的 GDP“微调”解决了问题。 至少需要两个频段：20 米和 40 米。 天线就是在他们身上设计的。 拆开折叠后，可以放进直径30、高160厘米的袋子里，一只手就能轻松拎着（我们没有称重，但电缆卷重了很多倍）并带到了展览现场在地铁里。 经过一个半小时的安装和解决组织问题（馈线、网络、桌子等）后，它提供了与西伯利亚、西欧以及更遥远的通讯员的连接。 天线草图如图 3 所示。 1. 馈电点 A 上方 GDP 的上部由三根相互插入的硬铝管组成（中间一根是滑雪杖，顶部一根非常轻且薄壁）。 从电源点A到电路B，辐射元件2是电缆编织层，其中心导体连接到天线3的上部。在电路B的下方，有四个径向线2,5，由矩形十字形的薄壁钢型材制成。 - 部分（来自窗帘）连接到电缆编织层。 径向线的外端通过 XNUMX m 长的旧同轴电缆（仅使用编织层）相互连接。 这增加了所得“虚拟地面”的有效表面积。
由于天线被设计为双频天线，因此决定使用一个并联电路 B，调谐频率略高于 7 MHz。 在 40 米范围内，它具有感抗并充当延长线圈，将天线调谐到谐振。 在20米范围内，电路产生容抗，缩短天线的电气长度，再次将其调谐为谐振。 使用 MMANA 程序对给定天线尺寸的电路参数进行了优化，将径向天线放置在理想导电地面上方 0,2 m 的高度（这就是我们试图考虑展馆钢筋混凝土屋顶的影响的方式）。 仿真产生的环路调谐频率为 7,6 MHz，电感为 1,24 μGy，电容为 355 pF。 用电缆线圈不可能制造出如此大容量的电路，因此使用了传统的电容器和圆柱形电缆线圈，这提供了高品质因数。 制造GDP的设计特征如图4所示。 4.电路放置在圆柱体25中，圆柱体30具有由铝合金铸成的坚固底部和相对薄的硬铝壁。 作者使用了旧洗衣机（例如“西伯利亚”）的旋转槽。 身体尺寸并不重要（直径和高度为 XNUMX...XNUMX 厘米）。 底部的孔没有封闭——它们起到了排出意外进入的雨水和冷凝水的预期作用。 径向件 4 用 3 个螺钉固定在主体的底部。这些连接不需要特殊的强度，因为径向件自由地位于屋顶的表面上。 垂直1的下部支撑元件由一根直径为2.5...3英寸的塑料管道制成。 为了将管道1固定到壳体4的底部并连接上辐射元件2，使用了圆柱形凸台5，它们可以由金属或介电材料制成。 在上凸台上钻有一个径向孔，电缆的中心导体通过该孔通过端子2连接到上辐射元件6。它还赋予该单元机械强度。 在拧紧端子之前，将轻质塑料盖（图 1 中未示出）放置在管道 4 上，其中为管道和电缆打孔。 盖子降低至主体 4，保护电路免受沉淀。 电缆的上端必须配备一个接触花瓣，该接触花瓣带有适合端子 6 的孔。接触花瓣必须牢固地固定到电缆的外绝缘层上，使其与编织层绝缘。 中心导体与花瓣无拉力连接，可防止组装和拆卸GDP时导体断裂。 另外四个端子固定在径向线3的外端，并且接触瓣预先焊接到“人工接地”电缆段7的端部，这显着加快了天线组装的速度。 整个结构的最终强度由四根细钓鱼线制成的拉线提供，如图3中的虚线所示。 2. 它们在管的上部连接处连接到元件 XNUMX，并在径向末端连接到端子。 电路的设计从图一可以清楚地看出。 4.同轴连接器4连接到外壳8的侧壁上，最好与无线电台中的相同（这将使您在组装天线时不必考虑主馈线的哪一端应连接到天线，哪一端应连接到天线）到收发器），以及具有两个瓣的安装板 9。与外壳 4 接触的另一个瓣固定在连接器的螺钉下 8。缠绕线圈的电缆编织层和电容器的一个端子10 焊接到其上。安装条 9 的花瓣不应与外壳 4 接触。 两个中心导体焊接到其中一个，另一个焊接到电缆部分的编织层和电容器 10 的另一个端子。为了可靠性，该电容器由两个串联连接的 KSO 电容器制成，工作电压为 500 V，容量为 680 pF。 可以使用其他足够密封以承受这些因素的高压电容器。 电路线圈包含 7 匝 PK-75-4-11 电缆，紧紧缠绕在塑料管 1 上。线圈电感可通过两种方式调节：沿着管道的高度移动整个线圈（使其更靠近到外壳 4 的底部会减小电感，从而增加电路调谐频率），或者通过升高上部匝，由于匝之间产生的间隙而增加绕组的长度（在这种情况下，电感也会减小）。 设置完毕后，用绝缘胶带或钢丝绳将匝固定。 设置天线很容易。 将其组装并安装在工作位置后（在强风的情况下，可用沙袋或手边的其他重物“压住”辐射体3的端部），用主电缆将天线连接到收发器。 消除了 40 米范围内 SWR 的频率依赖性后，确定环路调谐频率应移至何处，以使 SWR 最小值落入该范围的中间。 例如，如果 SWR 最小值低于 7 MHz，则必须减小线圈电感，如果高于 7,1 MHz，则必须增加线圈电感。 一般来说，一次或最多两次修正就足够了。 然后检查20米范围内的SWR。 那里的天线非常宽带，通常不需要校正。 如果仍然有这样的需要，则需要改变电路的L和C的比值，并在40米的范围内再次调整天线。 增加电路的电感，同时减少电容，会降低 40 米范围内的天线调谐频率，并在 20 米范围内增加天线调谐频率，即“分散”天线的谐振频率。 经过一次调整后，我们安装在钢筋混凝土屋顶上的天线提供了两个频段接近统一的 SWR。 使用该天线时，结果表明它在 15 米范围内工作良好，尽管驻波比较高。 IC-746 收发器的自动调谐器的功能足以对其进行调谐。 所提出的 VVP 概念为简单的多频段垂直天线的设计提供了广泛的可能性。 即使业余无线电爱好者无法很好地设置 GDP，他仍然可以确定其垂直线的上部（大约五米）部分将辐射，并且它应该在哪里 - 朝向地平线，这就是DH-inge 取得成功的关键。 文学
作者：弗拉基米尔·波利亚科夫 (RA3AAE)，莫斯科
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