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无线电电子与电气工程百科全书 三频蜘蛛定向天线。 无线电电子电气工程百科全书
创建一种非常轻且便携式的定向 KB 天线的想法，由电线制成并在伸缩玻璃塑料杆之间拉伸，虽然并不新鲜，但越来越吸引无线电爱好者的注意。 德国短波爱好者 Cornelius Pohl (DF4SA) 提出了一种设计变体，其中三个“波通道”线天线放置在一个由四个杆组成的框架上 - 两个三元件用于 20 米和 15 米，一个四元件用于 10 米范围。 该天线尽管便携且重量轻，但在方向性因子和辐射方向图方面具有非常好的特性。 人们对 DF4SA 天线很感兴趣，因此，在其创建者的许可下，我们提供了“蜘蛛”的描述。 介绍。 “Spider”（“蜘蛛”）是一款全尺寸三频、非常轻巧的天线，由玻璃塑料棒和电线制成。 天线总重量约为 5,5 千克，非常适合在现场使用。 图 1 显示了在 XNUMX 米长的铝桅杆上升起的天线的照片。 XNUMX.
电视天线的任何轻型伸缩杆和旋转装置都适合该天线。 天线上的风载荷很小。 一个人即可轻松组装和安装。 折叠封装后的天线尺寸不超过1,2 m，其设计简化示意图（导向器和反射器位于同一平面）如图2所示。 XNUMX.
在增益（增益）G和前向/后向辐射比（F/B）方面，“蜘蛛”并不逊色于其他全尺寸天线，包括固定式天线。 连续模式下允许的辐射功率为 2 kW。 天线基本数据如表1所示。
安装天线时的主要任务是将其升高到尽可能高的高度。 即使增益较小、安装高度较高的天线，也会比增益较大但安装在较低高度的天线提供更好的信号。 Spider 的重量较轻，更容易提升到很高的高度。 最佳安装位置的选择也得到简化。 旅行时使用天线非常方便，可以将其安装在周围的山顶、岛屿、城堡塔楼和灯塔上，甚至可以安装在任何屋顶上。 该天线与传统的重型三频“梁”相比毫不逊色。 天线的组装简单；设计中没有使用特殊的复杂元件。 由于缺乏调谐程序，天线对于初学者来说很容易上手。 制造天线的材料成本较低，并且还可以节省桅杆和旋转装置。 天线的开发得益于对 Dick Bird (G4ZU) 原创而优雅的解决方案的了解，他提出了他的“Bird Yagi”——一种带有 V 形弯线导向器和反射器的三元件“波通道”天线。 它也被称为“弓箭”。 但文献中并没有多范围设计的描述，因此DF4SA不得不采取独立开发。 经过无数次的计算机模拟尝试，终于获得了满足要求的虚拟天线。 结构和机械问题仍然存在：天线必须轻而坚固，提供防潮保护，无论组装和拆卸多少次，都必须具有可重复的电气特性。 组装应该不难并且需要任何特殊工具。 所有这些要求都得到了满足，作者在 2002 年 CQ WW CW 竞赛期间，在 STZEE 上操作时，很高兴看到天线如何轻松经受住猛烈的风暴。 制作天线的基本原理。 “蜘蛛”是10米、15米和20米的波浪通道。 它由三个线状天线组成，一个嵌套在另一个内部，拉伸在一个常见的玻璃纤维十字架（“蜘蛛”）上。 这些天线依次包含 20 米范围内的三个元件、15 米范围内的三个元件和 10 米范围内的四个元件。 天线的有源元件由 20、15 和 10 米频段的三个独立偶极子组成，仅在馈电点相互连接。 因此，天线设计中不使用线圈或电路（“陷阱”）。 为了从不平衡同轴电缆过渡到对称偶极子，使用了 W2DU 提出的简单宽带电感器装置。 这使得电力系统非常简单和可靠。 不需要相线或其他匹配设备。 天线的总体示意图（俯视图）和元件的安装尺寸（单位为厘米）如图3所示。 XNUMX.
天线无源元件的导线长度（以厘米为单位）如表2所示。
需要注意的是，这些数据仅当天线采用直径为1毫米的铜或镀铜线制成且无绝缘层时才有效。 其他类型的电线，尤其是绝缘电线，将需要对元件的尺寸进行一些校正，这与速度因子的变化相关，而速度因子又取决于波沿电线传播的速度。 当在天线末端使用绝缘体时，也可能需要进行校正。 在制造过程中保持天线的精确尺寸非常重要。 即使一厘米（！）的误差也会导致参数发生变化。 由上可知，天线导线不应在负载下被拉出。 最好使用镀铜钢丝，其数据可在[1]中找到。 当第一个天线由普通软铜线和搪瓷绝缘制成时，天线组装和拆卸过程中的一些元件甚至被拉伸了10厘米，这导致谐振频率“离开”并且辐射方向图恶化。 前向/后向辐射比受到的影响尤其严重。 有源元件的设计如图4所示。 XNUMX. 它由三个偶极子组成，必须位于一个垂直平面上，严格一个在另一个之上。 与其他多范围偶极子一样，它们彼此距离越远，相互作用就越少。
上部 20 米偶极子和下部 10 米偶极子之间的距离应约为 50 厘米。同样重要的是，10 米偶极子应从玻璃纤维支撑管延伸至少几厘米。 否则，当玻璃纤维棒被雨淋湿时，驻波比可能会略有变化。 表 3 给出了偶极子长度（以厘米为单位）。
平衡装置（“巴伦”）可以非常简单，因为馈电点处的天线输入阻抗已经接近 50 欧姆。 因此，不需要电阻匹配。 所需要做的就是从不平衡同轴电源线切换到平衡天线。 因此，可以在该天线中使用简单的同轴电缆扼流圈来代替环形变压器。 同轴电缆电感器的最简单版本是直接靠近电源点的几匝 (5...10) 线圈。 然而，这种扼流圈的操作很大程度上取决于频率、电缆本身的类型、线圈的直径和长度。 如果缠绕直径小于给定类型电缆的允许值，则会出现另一个问题 - 随着时间的推移，电缆参数会恶化。 更好的解决方案是使用同轴扼流圈，如 W2DU [2] 所述。 需要取一根细同轴电缆，并在其外绝缘上放置几个（根据类型从16到50个）铁氧体环，这有效地增加了沿编织层外表面流动的电流的阻抗。 结果，这些电流显着减少。 如果使用一根带有氟塑料（特氟龙）绝缘的电缆，那么提供给天线的允许功率可以达到两千瓦。 将一根装有铁氧体环的电缆放置在由带盖的盒形塑料型材制成的防水盒中。 箱体一端安装有标准S0239型电缆连接器，另一端安装有两个用于连接活动元件半部的螺栓。 去掉盖子后的平衡装置的设计如图5所示。 XNUMX.
该设备还执行另一个功能：连接到桅杆上，它将主动元件的馈电点升高到承重玻璃纤维元件的中心连接上方。 天线设计。 其基础是如图所示的中心连接。 6.
它由两块方形硬铝板和四根管子制成（图 7），其中插入了承重玻璃纤维元件。
管道用八个螺钉夹在板之间，板上的长方形孔允许您将连接调整到特定的桅杆直径，该直径可以是 30 到 60 毫米。 该连接还通过一块 U 形硬铝型材（用两个螺栓固定在顶板上）和一个带螺母的 U 形夹具牢固地固定在桅杆上。 中心节点的设计保证了天线重心位置恰好沿着桅杆轴线，减轻了桅杆和旋转器的负载。 承重玻璃纤维元件长 5 m，是 1,5 米玻璃纤维杆的下部。 为了赋予整个支撑结构刚性，使用了一系列由直径为 150 毫米的 Kevlar 绳制成的拉线 - 这种方法自帆船队时代以来就广为人知。 该绳子可承受 8 公斤的断裂力。 凯夫拉尔纤维的优点是它几乎不会拉伸，并且天线在旋转过程中和在显着的风载荷下保持其形状。 支撑结构如图所示。 XNUMX. 对于其紧固，建议使用能够很好地固定负载并在拆卸天线时易于解开的帆结。
组装好支撑结构后，可以轻松快速地将线元件连接到其上。 在它们弯曲的地方以及末端，将短的塑料绝缘管放在元件上。 结果和技术数据。 天线被架在空旷区域的十米长桅杆上，并仔细测量了其参数。 事实证明，所使用的直径为1毫米的镀铜钢丝不需要引入速度因子，计算机模拟获得的数据可以直接用于天线的制造。 事实证明，电线末端的绝缘体（4 厘米长的聚酰胺管，填充环氧树脂）会显着影响元件的谐振频率，使其降低约 100...200 kHz。 必须通过相应缩短电线来考虑这种影响。 增益测量结果以及向前/向后和向前/侧向辐射的比率如表4所示。增益值是相对于各向同性辐射体给出的，括号中是相对于偶极子的。 对于载体横移（吊杆）长度为 6 ... 7 m 的典型现代三频段天线，获得了大约相同的值。
由于有源元件与无源元件不位于同一水平面，因此向前/侧向辐射比的值稍小。 然而，这有一些优点：在一定范围内搜索时，操作员虽然微弱，但仍能听到来自其他方向的信号。 举个例子，如图所示。 图 9a 显示了使用 NEC 天线仿真程序计算的 14,12 MHz 方位角和垂直平面上的天线方向图。 计算是针对距地球表面 10 m 的天线安装高度进行的。 在图中。 图 9b 显示了当天线安装在 20 m 高度时类似的辐射方向图。 图9c示出了作为频率的函数的增益和前向/后向辐射比。
在多次探险的野外工作中，“蜘蛛”充分证明了人们对它的希望。 有关天线的更多信息及其制造技术的详细描述可以在 DF4SA 网站 [3] 上找到。 一些有用的构造讨论以及将描述翻译成其他语言，可以在 [4] 中找到。 该天线还使用 MMANA 天线建模程序进行建模。 获得的结果与上面给出的结果相差不大。 文学
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