如何为缩短的环形天线供电。方案、说明

如何为短环天线供电。无线电电子电气工程百科全书

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最近，人们对环形天线的兴趣增加了。如果早期这种天线相对很少使用，那么现在它们被用作移动通信系统、防盗报警系统等的天线。

这种天线的主要优点是环境对环形天线参数的影响显着降低，这在某些情况下是选择天线时的决定性因素。然而，很难使用尺寸与KB波段中的波长L相当的这种天线。因此，使用周长 S 小于波长 L 的环形天线特别有意义。这种天线也可以作为附加天线使用，与它们的单向方向性相协调，也可以安装在窗户、凉廊、阳台等作为低频 HF 频段复杂定向天线的一部分。这种天线的主要元件是一个周长 S 小于波长的框架。对于放置在窗户、阳台上，最方便的框架形状是矩形。考虑这样一个框架，其周长 S 等于波长 L，位于垂直平面 [I] 中。

当这种天线从垂直元件的侧面供电时，这两个元件同相激励，并且电流波腹和电压节点位于它们上面。具有电压波腹的水平元件又被异相激励。垂直元件可以表示为两个具有弯曲端部的平行振动器，放置在距离 L/4 处并以相同相位激励。由于这些振动器的场相加，同相激励，水平面中的最大场强位于垂直于环形天线平面的框架轴的方向上。

即使 S 与 L 相比略有减小，考虑到 S = L 的情况，电流和电压沿着环路的分布图仍然保留。随着环路天线尺寸的进一步减小，电流沿环路周长的分布变化，并且与L相比尺寸显着减小（S/L<0,25），而不是电流节点和波腹，出现均匀的电流分布（电流沿框架几乎不变化）。在这种情况下，电流在每一时刻沿一个方向流动，因此，它是同相的，因此框架的任何相对位置的元件的辐射以反相的方式添加到空间中，领先，与全尺寸框架不同，在框架轴方向上达到最小强度。因此，就其辐射特性而言，这种框架与普通电感器类似，只需显着提高其品质因数Q并增加电流即可使其辐射。

然而，由于辐射电阻R-radiation较低，这种辐射天线的效率将非常低，因此，天线Rizl辐射的功率也较低[2]。因此，使用速度因子为0,25<K<1（K=S/L）的天线更为合适，尽管与全尺寸框架相比效率有所下降，但辐射良好，并且具有最大辐射框架轴的方向。降低环形天线谐振频率的一种方法是在天线具有最大反相电压的点处加入电容 [4]。在这种情况下，可以显着降低谐振频率。同时，环路频率的降低使得可以在较低频率下使用它，从而导致 S 与 L 的比率降低，从而导致辐射电阻 Rizl 显着降低，由比率 Kizl=197(S/L)4 确定 [1,3]。在这种情况下，无法像使用全尺寸框架时通常所做的那样，直接将电缆插入框架中为其供电。为了在小 Kizl 处将框架与电缆匹配，使用 y 匹配或 O 匹配 [1]。具有缩短电容和 y 匹配的环形天线图如图 XNUMX 所示。

短环天线功率法

在所考虑的垂直元件激励变型中，水平元件A和B的中点处的点具有最小反相电压。这也意味着这些点之间的电阻非常大（大约几千欧）。

天线可以通过在这些点处包含谐振电路来供电，该谐振电路在谐振频率下也具有大电阻。在这种情况下，天线与馈线的匹配是通过选择将电缆连接到谐振电路的部分匝时的变压比来进行的。除了自耦变压器之外，还可以借助耦合线圈实现电缆和电路的变压器连接。除了激励和匹配的可能性之外，在 A 点和 B 点包含电路还可以降低环形天线的自然谐振频率，因为电容是并联谐振电路的一部分。在这种情况下，调谐天线中的谐振电路的电容值结果比调谐到相同频率的单个电路的情况稍大。具有谐振电路的天线电路如图2所示。

短环天线功率法

为了测试天线匹配和缩短的有效性，利用谐振电路制作了两个周长S=5,6 m和S=12,8 m的矩形环形天线，两个天线均由直径2 mm的铜线制成，安装在窗户中九层楼的开口和阳台上。天线通过两种方式与 50 欧姆电缆进行调谐和匹配：使用带有 y 匹配的短路电容器以及借助谐振电路。这些框架的计算谐振频率分别为53和23 MHz，实验谐振频率分别为38和21,2 MHz。与计算值相比，谐振频率的偏移是由框架元件和金属元件（配件、排水管、阳台栏杆等）之间的显着电容来解释的。

环路谐振频率的实验测定是通过 G4-18 发生器和场指示器进行的（对于在 35 MHz 以上的频率下运行，二极管与 0,1 ... 1 V 的发生器输出并联接通），并且使用信号频率的二次谐波来调谐天线）。第一个天线的谐振电路由直径为 2 mm 的电感器（包含 1 匝 d=35 mm 的导线（绕组长度 -5 mm））和一个 2...20 pF 的可变电容器组成。变压器连接通过由 12 匝组成的耦合线圈进行，频率为 495 MHz - 位于谐振电路线圈表面的 1 匝。耦合线圈的电感由电容C14补偿。第二天线中包含的谐振电路由直径为2mm的电感器和电容器组成，该电感器包含2匝电线d＝35mm(绕组长度-29mm)。通信线圈具有65匝d＝3mm的电线。表中给出了天线的谐振频率、匹配元件的尺寸和参数。

	带起酥油容器（图 1）				带谐振电路（图 2）
调谐频率 H, MHz	缩短电容С1, pF	列车长度 11, CM	补偿。电容С2, pF	驻波比	>C1 电路电容，pf	通信电路电容С2，pf	驻波比
a=1,4 米； b=1,4 米； S=5,6米； ftheor=53 兆赫； fres=38兆赫
29	б	31	20	1,05	38	22	1,06
21,2	12	38	50	1,3	80	48	1.3
14,2	30	45	85	1,5	116	100	1,5
a=5米； b=l.4 米； S=12,8米； ftheor=23 兆赫； fres=21..2 兆赫
21,2 *							1.1
14,2	12	48	50	1,2	25	50	1,2
7,05	50	70	80	1,4	100	100	1,5
* - 在 21,2 MHz 的频率下，框架由直接连接到垂直元件中间的电缆供电。

已经发现，当同时使用调谐和匹配系统时，可以获得相对较低的 SWR 值（不同匹配方法大致相同），但匹配和调谐过程却有很大不同。当使用缩短电容和 y 匹配时，这个过程看起来相当复杂，包括几个阶段：将框架调谐到所需的谐振频率，然后依次改变环路的长度、它所在的距离以及电容，补偿环路电感，伴随着调谐谐振频率和驻波比控制。这种协调和调整的过程造成了很大的困难，尤其是在缺乏足够经验的情况下。

与谐振电路匹配就简单多了：通过改变谐振电路的电容来调谐天线，然后通过改变变压比，设定最小SWR值（有时需要开启电容C2，这样可以补偿对于电感 L2.) 较低的 SWR，天线作为辐射系统的效率主要由效率决定。

如果大部分全尺寸天线都有这个参数，这就决定了

里兹尔里兹尔
n=--------- - -----
Rsub Rred + Rloss

接近 1，那么对于辐射电阻 Rred 与 Rpot 相当的缩短天线，效率会显着降低。因此，人们必须始终记住，强烈缩短的天线将输入能量转化为热能，而不是辐射。无论采用何种匹配和调谐方法，缩短的天线都是窄带的，并且在频率变化时需要调整。如果对于具有 y 匹配和缩短电容的天线，调谐过程需要随着频率的变化重复几乎所有上述步骤，那么对于具有谐振电路的天线，调谐过程被简化为频率的微小变化。谐振电路的电容。这使得这种天线非常方便，特别是当调谐元件可用时。

文学

1. Rothammel K. 天线。 - M.：能源，1969
2. Grechikhin A. 电气小天线：可能性和妄想 // 无线电。 - 1992。 - 第 11 号。 - 第 8 页 -10。
3. Benkovsky 3., Lipinsky E. 短波和超短波业余天线。 - M.：无线电和通信，1983 年。
4. Meinke X.，Gundlach F. 无线电工程参考书。 T.1。 M-L，GEI，1960。

作者：M. Anisimov (UA3POC)、M. Anisimov (UA3PML)、图拉；出版物：N. Bolshakov，rf.atnn.ru

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