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无线电电子与电气工程百科全书 鞭状天线。 无线电电子电气工程百科全书
一、定义和概念 非对称（鞭状）天线被称为直接位于地面（或金属屏幕）上的天线，垂直于（较少倾斜）其表面。 如果我们认为地球是理想的导电并考虑到镜像，那么不平衡振动器可以被认为是等效平衡振动器的一半（图1）。
非对称振动器的辐射电阻是等效对称振动器的两倍，因为在相同的电流下，前者发射的功率只有一半（没有辐射进入下半空间）[1]。 非对称振动器的输入电阻比等效对称振动器小两倍，因为在相同的电源电流下，第一个电源电压要小两倍（图 1）。 非对称振动器的定向作用系数是等效对称振动器的两倍，因为在相同的辐射功率下，前者提供两倍的角功率密度，因为它的所有功率都辐射到一个半空间中（图 2） . 对于理想的不对称振动器，即当地球是理想导体时，以上所有内容都成立。 如果大地的导电性能较差，振动器的辐射场就会发生变化。 此外，这会导致振动器中电流幅度的减小，从而导致其电阻增加和辐射功率减小。 土壤是具有高介电常数（接近 80）的电介质，这会导致虚偶极子的电长度以及位移电流的路径长度发生变化。 结果是辐射图完全扭曲（波瓣升高，与地平线成小角度的辐射消失），并且引脚电阻增加。 因此，土壤实际上不被用作“土地”，而是使用人工土地。 2.鞭地 理论计算表明，最大损耗发生在半径为 0,35 波长的区域，因此，在该区域中，最好对地球进行“金属化”：用跳线将径向线相互连接（图 3）。 如果在配重的整个距离上进行这种金属化，则非常好。
配重应与地面隔离。 如果它们躺在地上，那么由于潮湿，它们的电气长度不会与天线共振。 此外，它们的末端必须与地面隔离。 只有在一种情况下，配重的末端可能不与地面隔离：如果它们通过跨接环牢固连接（图 3）。 永远不要忘记，理想的拉杆天线的效率为 47%，而具有 3 个配重的天线的效率不到 5%。 因此，当使用具有三个平衡件的拉杆天线时，在提供给拉杆的 200 瓦功率中，有 180 瓦（！！！）被白白浪费，一路上产生了 TVI。 电离层中的许多过程都是非线性的； 无线电波的反射开始于天线的 7 瓦功率，而不再完全是 5 瓦。 这意味着您会因为减轻线材重量而错过独特的 DX QSO 体验。 还应考虑配重较少时辐射方向图的失真。 从球形变成花瓣状，具有沿配重的方向。 我使用计算机解决了找到最佳配重数量的问题。 解决方案如图所示。 4、由此可见，配重最少需要12个，配重越多，效率提升越慢。 配重之间的距离应相同。
它们相对于销的位置角度应为 90° 至 1350。在更大和更小的角度，效率和 d.n. 被扭曲。 配重必须至少与主销一样长。 这可以通过在销和配重之间流动的偏置电流占据一定量的空间来解释，这涉及辐射图案的形成。 通过减少配重的长度，因此，通过减少用于形成 DP 的空间量，我们显着恶化了天线的特性。 非常近似地，我们可以说销上的每个点都对应于配重上它自己的点。 然而，没有必要使用比主销更长的配重。 配重和销本身必须涂有保护漆。 这是必要的，以便制造天线的材料不会氧化。 振动器的氧化使天线无法使用，因为薄的氧化膜具有显着的电阻，并且由于表面效应在射频上非常明显，发射器能量被该膜吸收并消散为热量。 非常希望为此使用无线电涂料（用于绘制定位器的涂料）。 传统涂料含有吸收射频能量的染料颗粒。 但是，在极端情况下，您可以使用普通油漆。 3. 鞭状天线尺寸 众所周知，Rizl天线的辐射电阻与L/d之比成正比，其中L是天线的长度，d是天线的直径。 L/d 比越小，天线越宽，效率越高。 需要注意的是，使用粗振动器时，“末端效应”会产生影响。 它由振动器两端与地之间的电容决定。 从物理上来说，这表现为天线比计算的天线“长”这一事实。 为了减少它，宽带引脚通常是锥形的。 计算表明，配重所需的最小厚度应为 d=D/2,4n，其中 d 是配重的直径，D 是销的直径，n 是配重的数量。 无线电爱好者通常无法安装四分之一波引脚并使用较小的引脚。 原则上，可以在匹配设备的帮助下匹配任意长度的引脚。 然而，短引脚具有低有源和高电抗 [3]，并且匹配非常不理想（高达 90% 的能量可以在匹配设备本身上消散）。 如果还使用替代的短配重，那么这种天线系统的效率将非常低。 然而，在移动通信中，经常使用这种代理天线。 但这只是因为其他类型的缩短天线性能会更差！ 4. 鞭状天线的方向图 许多人感兴趣的是引脚的高度如何随着其在水平面中的辐射图案而上升，以及其电阻是否取决于悬架的高度。 最重要的结果 [4] 是，在存在理想“接地”的情况下，引脚中的电流分布并不取决于其悬架的高度。 实际上，这意味着无论引脚有多高，其电阻都是恒定的。 该解决方案的总体结果表明，如果将引脚调谐到谐振状态，则其下端可以接地。 此外，它可以随时通电。 基于这一重要结论的结果，创建了鞭状天线（旗形天线、桅杆天线），其下端连接到“地”，并通过伽马匹配进行馈电。 半波引脚垂直平面的辐射图如图 5 所示。 XNUMX. 此图显示天线升得越高，对地平线的辐射角越平。 这是因为引脚发射的波和地面反射的波相加。 如果土壤的导电性能较差，则辐射方向图将接近于地面上方的引脚。 将天线提高到一个波长以上的高度是没有意义的，因为。 在这种情况下，辐射角不再减小，只有上旁瓣开始碎裂。
应该记住引脚的另一个有趣特征，其高度等于或大于波长。 这种天线在专业通信中用作抗衰落天线 [5]。 这意味着这样的天线将毫无问题地接收在四分之一波引脚或偶极子上衰落的信号。 5.鞭状天线匹配 为了成功运行，必须匹配鞭状天线。 尽管匹配设备和引脚的种类繁多，但它们可以分为 3 组。 1、引脚匹配，电长度等于波长的四分之一； 2. 电气长度大于要求的引脚，该长度使用容器“移除”； 3. 引脚长度小于四分之一波长。 缺少的长度由电感器“添加”。 必须记住，电容器和线圈应具有尽可能高的品质因数，并且还希望 TKE 和 TKI 尽可能好。 通常，短路电容器的电容在 100 - 28 MHz 时可以在 18 pF 以内，延长线圈的参数在最高 21 MHz 时以 μH 为单位，在最高 3,5 MHz 时以几十为单位。 总之，应该注意的是，这种匹配做法适用于长度为四分之一波长倍数的引脚。 6、鞭状天线的种类 带有有限尺寸筛网的非对称振动器（图 3）。 这种天线主要供无线电爱好者使用。 作为屏幕，通常使用长度至少为四分之一波长的配重。 非对称环形振动器（图 6）。 他的博士学位。 恰逢 d.s. 经典别针。 但是，它具有一端接地的优点。 通过选择厚度 dl 和 d2，您可以在很宽的范围内改变其输入电阻。 当 d1=d2 时，振动器电阻为 146 欧姆。
不同厚度的非对称振子的电阻由公式/1/计算：Ra=(1+n2).36n，其中n=ln(d/d1)/ln(d/d2)。 宽范围振动器由厚管、销、板制成。 它们可以是圆锥形、菱形、圆柱形、实心形和格子形（图7）。 频率覆盖范围取决于 I/O 比率。 越小，振动器越宽。 众所周知的天线UW4HW是宽带单极子，垂直辐射器UA1DZ是宽带偶极子 . 锥形天线是宽带振动器的一种特殊情况（图 8）。
辐射场是由锥体周围流动的电流产生的，圆盘起到屏蔽的作用，几乎不辐射。 打开角度为600°时，最大范围重叠比为0,5，在特性阻抗为50欧姆的馈线中KBV>3,6。 在这种情况下，最大波长为8。 HF 和 VHF 盘锥天线的辐射方向图与普通销的辐射方向图大致相同。 在KB上，使用了有线版本的锥形天线（图XNUMXb），其中使用扁线风扇代替锥体，并使用径向线接地系统代替圆盘。 另外，我想注意天线桅杆。 这种天线的一个特点是它们的下端接地。
顶部馈电天线（图 9）使用放置在桅杆内的馈线进行激励。 基本上是这样。 理学士它与传统引脚相同，但发射和接收过程中的损耗更大，因为无线电波在发射时会从地面反射。 中等功率天线（图 10）是一个由两部分组成的桅杆，由位于下部内部的馈线提供的电压在点 1 和 2 处串联激励。 馈电点处的天线电阻 Ra=Rb/cos2kll，其中 k 是缩短系数，Rb 是点 3 处“干净”振动器的电阻。通过选择 11 和 12 之间的比率，可以将天线与喂食器。 馈线必须穿过天线底部内部至关重要。 缺点是上部绝缘体安装困难。
并联功率天线（图 11）使用连接到一定高度 11 的桅杆的分流器并联激励。通常，天线下部和上部的输入电抗是感性的，因此本质上是容性的，就1点的输入电阻而言，天线相当于一个并联电路。 选择值11可提供与馈线的最佳匹配。 电流的分布会部分衰减天线的辐射，因此分流器应尽可能小。 分流电源的经典实现是伽玛匹配。 通常，尤其是在为低频段构建天线时，不可能将振动器相对于地面垂直放置。 当引脚相对于地面倾斜时，辐射方向图当然会失真。 在天线倾斜的部分下方放置尽可能多的配重。 如果可能，还需要升高配重，使其与天线的夹角不超过 135°。 应该记住，由于存在显着的电抗分量，这样的天线更难匹配。 文学
作者：I. Grigorov（UZ3ZK）； 出版：cxem.net
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