|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Amatorskie anteny nadawcze LW. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Anteny HF W wielu krajach (w tym w Rosji), oprócz pasm HF i VHF, radioamatorom przydzielono również niewielką sekcję w paśmie LW (135,7 ... 137,8 kHz). Po eksperymentach w tym zakresie, przeprowadzonych przez zespół RU6LWZ (o których magazyn opowiadał w czerwcowym numerze tego roku), zainteresowanie kDV wśród rosyjskich radioamatorów wyraźnie wzrosło. Wiele osób chciałoby zacząć eksperymentować na tym paśmie, jednak jego rozwój w dużej mierze utrudnia brak powszechnie dostępnych informacji o tym, jaka technika jest do tego potrzebna. Proponowany artykuł jest być może poświęcony głównemu aspektowi technologii DW - antenom nadawczym. Obecnie głównym zadaniem rosyjskich radioamatorów dla szerokiego rozwoju Dalekiego Wschodu jest zwiększenie liczby nadawczych dalekowschodnich stacji amatorskich. Rzeczywiście, przed otrzymaniem sygnałów konieczne jest ich istnienie. Jeżeli na KF sygnały stacji amatorskich są bardzo silne nawet przy dużych odległościach od nadajnika, to do rozpoczęcia eksperymentów na LW wysoce pożądane jest, aby źródło sygnału znajdowało się stosunkowo blisko. Problem ten jest szczególnie dotkliwy dla radioamatorów w azjatyckiej części naszego rozległego kraju. Nieco łatwiej jest radioamatorom mieszkającym w europejskiej części Rosji. W Europie Zachodniej jest całkiem sporo radioamatorów nadających na falach długich, których sygnały mogą być odbierane na odległość do jednego lub dwóch tysięcy kilometrów przy pracy z konwencjonalnym telegrafem i do kilku tysięcy kilometrów przy użyciu QRSS (powolne telegraf z przetwarzaniem sygnału na komputerze). Głównym problemem, który musi rozwiązać każdy radioamator rozpoczynający pracę w zakresie LW, jest budowa anteny nadawczej. Wszyscy dobrze wiedzą, że na KB antena znacznie wpływa na powodzenie w pracy, ale na LW być może wpływ ten jest jeszcze większy. Nadajnik dla częstotliwości rzędu 136 kHz jest stosunkowo łatwy w wykonaniu. Niewiele różni się od nadajnika KB. Ale antena to zupełnie inna sprawa! Właściwości anteny zasadniczo zależą od stosunku długości fali do wymiarów anteny, a długość fali odpowiadająca pasmu amatorskiemu 136 kHz wynosi około 2,2 km, czyli ponad dziesięciokrotnie więcej niż maksymalna długość fali używana wcześniej przez radioamatorów. Anteny LW znacznie różnią się od anten powszechnie stosowanych na KF. Bezpośrednie kopiowanie anten KB na LW jest niemożliwe, ponieważ zostaną uzyskane anteny o rozmiarach całkowicie niedostępnych dla radioamatorów. Ponadto na LW zwykle nie jest możliwe zaoferowanie określonej konstrukcji anteny nadawczej dla radioamatorów. Jest to w dużej mierze zdeterminowane warunkami lokalnymi i z reguły radioamator musi sam zaprojektować antenę. Chociaż nie jest to trudne, ponieważ LW nie ma takiej różnorodności typów anten, jaka jest obserwowana na KB, to jednak konstrukcja anteny LW wymaga pewnego zrozumienia, jakie są jej parametry, jak wpływają na działanie anteny, od czego zależą i jak usprawnić działanie całego kompleksu transmisyjnego, składającego się z nadajnika i anteny. Wszystko to skłoniło autora do napisania tego artykułu, w którym omówiono podstawowe zasady tworzenia amatorskich anten nadawczych LW. Oczywiście większość materiału zaprezentowanego w artykule można znaleźć w literaturze fachowej, ale takiej prezentacji specjalnie dla radioamatorów jeszcze nie było. Nie jest to zaskakujące, ponieważ pasmo LW stało się ostatnio dostępne dla radioamatorów. Autor starał się unikać skomplikowanej teorii, ograniczając się jedynie do przedstawienia jakościowego i najprostszych wzorów, które są jednak niezbędne do sensownego zaprojektowania anteny. W tym przypadku główną uwagę zwrócono na zasadniczą różnicę w konstrukcji anten HF i LW. Czytelnik oceni, na ile to się udało. Cechą charakterystyczną anten LW jest ich rozmiar, który jest znacznie mniejszy niż jedna czwarta długości fali. Dotyczy to nawet profesjonalnych stacji LW, a tym bardziej amatorskich. Rzeczywiście, pin ćwierćfalowy dla zakresu 136 kHz, znany KB, powinien mieć wysokość ponad 500 m, podobnie jak wieża telewizyjna Ostankino! Drugim ważnym punktem, który należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu i produkcji anteny nadawczej LW, jest to, że polaryzacja fal emitowanych przez antenę musi być wyłącznie pionowa. Wynika to z właściwości ziemi: przy tak niskich częstotliwościach jest ona bliska idealnemu przewodnikowi, a wysokość każdej rzeczywistej anteny LW jest znacznie mniejsza niż długość fali. Nie będzie możliwe skuteczne wypromieniowanie poziomego pola elektrycznego z tego prostego powodu, że ziemia po prostu „zwiera” to pole. Ściślej mówiąc, powodem jest to, że jak wiadomo z elektrodynamiki, wektor pola elektrycznego na powierzchni idealnego przewodnika jest zawsze prostopadły do tej powierzchni. Oczywiście ziemia nadal nie jest idealnym przewodnikiem, a wysokość anteny, choć niewielka, nie jest zerowa. Dlatego kwestia zastosowania nisko położonych (w stosunku do długości fali) anten nadawczych o polaryzacji poziomej (np. dipola poziomego) na LW jest niezwykle interesująca i wymaga eksperymentów. Ale nie można polecić takich anten nadawczych radioamatorowi, który dopiero zaczyna pracę na Dalekim Wschodzie. Odpowiednie eksperymenty wymagają solidnego doświadczenia i konieczne jest porównanie anteny eksperymentalnej z czymś znanym. Ze względu na fakt, że wymiary każdej rzeczywistej anteny LW są znacznie mniejsze niż jedna czwarta długości fali, anteny nadawcze LW można podzielić na dwie duże klasy - elektryczną i magnetyczną. Anteny magnetyczne to zamknięte ramki, najczęściej o kształcie prostokąta, umieszczone koniecznie w płaszczyźnie pionowej (polaryzacja pionowa!) i mające wymiary co najmniej kilkudziesięciu metrów. Niektórzy radioamatorzy w Europie Zachodniej i Stanach Zjednoczonych eksperymentowali z takimi antenami nadawczymi i byli w stanie emitować moc niewiele mniejszą niż anteny elektryczne o porównywalnych rozmiarach. Ale nadal jest to eksperymentalna klasa anten nadawczych. Głównym typem anteny nadawczej na LW jest bardzo skrócony pionowy promiennik zasilany względem ziemi. To ostatnie oznacza, że drugi biegun do podłączenia generatora jest uziemiony. Wiele takich anten ma masę drutów ułożonych poziomo. Ale podkreślamy, że tylko pionowa część anteny jest samym promiennikiem, a wszystkie poziome przewodniki służą wyłącznie do wytworzenia jak największego i równomiernie rozłożonego prądu w przewodzie pionowym. Niektóre typy anten nadawczych LW pokazano schematycznie na rys. jeden.
na ryc. 1a przedstawia antenę w postaci pionowego drutu bez obciążenia pojemnościowego; na ryc. 1b - antena pionowa z obciążeniem pojemnościowym w postaci „parasolki”, która może być częścią facetów podtrzymujących maszt; na ryc. 1, c - trójwiązkowa antena T; na ryc. 1,d - jednowiązkowa antena G z nachylonym obciążeniem pojemnościowym; na ryc. 1,e - jednowiązkowa antena T z nachylonym obciążeniem pojemnościowym; na ryc. 1, e - jednowiązkowa antena T z nachyloną częścią „pionową”, na ryc. 1, g - antena „ukośna”. Możliwe konfiguracje anten nie są ograniczone do pokazanych na rys. 1. Na przykład możliwa jest wielowiązkowa antena G. Liczba przewodników tworzących „parasol” (ryc. 1b) niekoniecznie jest równa czterem. Część pionowa może również składać się z kilku równoległych lub rozłożonych drutów itp. Jest również oczywiste, że w wielu przypadkach antena HF może być używana jako antena LW poprzez zmianę sposobu jej zasilania. Na przykład dipol KB będzie działał dobrze jako antena T, jeśli połączysz ze sobą oba przewody zasilające i zasilisz je względem masy. Należy pamiętać, że żadna z tych anten nie jest zasilana kablem koncentrycznym. Wszystkie są niejako „antenami z jednodrutowym otwartym podajnikiem”, chociaż w rzeczywistości ten „zasilacz” to tak naprawdę grzejnik. Radioamator, który podczas pracy na KB wielokrotnie doświadczał problemów związanych z zakłóceniami telewizyjnymi, może być bardzo sceptycznie nastawiony do takiego zasilania anteny nadawczej. Zwłaszcza, gdy dodatkowo zaleca się stosowanie rur wodociągowych jako uziemienia. Autor spieszy się, by go uspokoić: zakłócenia telewizyjne są zwykle znacznie mniejszym problemem na LW niż podczas pracy na HF. Weźmy przykład z praktyki. Przewód z anteny biegł do nadajnika o mocy około 50 watów na wysokości kilku centymetrów nad górną pokrywą telewizora. Leżała na nim neonowa żarówka, która świeciła jasno po naciśnięciu klawisza. A jednocześnie w ogóle nie zaobserwowano zakłóceń w odbiorze telewizji! Może nie zawsze sytuacja jest tak sprzyjająca, ale najwyraźniej telewizory są niewrażliwe na pola elektromagnetyczne o tak niskich częstotliwościach. Ponieważ wysokość anteny LW jest zawsze znacznie mniejsza niż jedna czwarta długości fali, część reaktywna impedancji wejściowej pionowego promiennika elektrycznego ma zawsze charakter pojemnościowy i jest bardzo duża w porównaniu z częścią czynną impedancji wejściowej. Aby prąd w antenie osiągnął znaczącą wartość, część pojemnościowa rezystancji wejściowej anteny musi zostać skompensowana przez indukcyjność, której reaktancja jest równa wartości bezwzględnej reaktancji pojemności anteny. Dlatego użycie cewki przedłużającej na DW jest absolutnie obowiązkowe (cewka nie jest pokazana na ryc. 1). Cewka przedłużająca jest połączona szeregowo z anteną. Aby móc oszacować niezbędną indukcyjność cewki przedłużającej, konieczna jest znajomość pojemności anteny, która jest bardzo ważnym parametrem anteny nadawczej LW. Im większa pojemność anteny, tym mniejsza jest wymagana indukcyjność cewki przedłużającej. Odpowiednio, im większa pojemność anteny, tym mniejsza będzie bezużyteczna utrata mocy nadajnika z powodu rezystancji omowej (aktywnej) cewki przedłużającej. A straty mocy w cewce przedłużającej są bardzo znaczące podczas pracy na DW. Dodatkowo przy większej pojemności anteny spada napięcie na niej, które na LW nawet przy relatywnie małej mocy nadajnika osiąga jednostki, a nawet dziesiątki kilowoltów. Zmniejszenie napięcia na antenie upraszcza problem izolacji. Są jeszcze inne powody, które omówimy później, przy omawianiu tzw. „strat środowiskowych”, dla których należy dążyć do tego, aby pojemność anteny była jak największa. To właśnie zwiększenie pojemności całkowitej anteny (wraz z uzyskaniem bardziej równomiernego rozkładu prądu w części pionowej) jest powodem, dla którego w antenach nadawczych LW stara się, aby część pozioma była jak największa i często z kilku równoległych przewody (wielowiązkowe anteny w kształcie litery L i T). Pojemność anteny DV z dokładnością akceptowalną dla krótkofalarstwa można oszacować według prostej zasady: każdy metr przewodu antenowego (zarówno w części pionowej, jak i poziomej) daje około 6 pF pojemności anteny. Jeśli kilka drutów jest równoległych do siebie, to przy niewielkiej odległości między nimi całkowita pojemność maleje. Dlatego przy produkcji anteny w kształcie litery L lub T z poziomą częścią wielowiązkową należy, jeśli to możliwe, zachować odległość między przewodami co najmniej 2 ... 3 m. Więcej nie ma sensu, a mniejsza odległość prowadzi do zmniejszenia pojemności na metr drutu. Reaktancję pojemności anteny można znaleźć ze znanego wzoru Xc = 1/(2πfС). Ponieważ reaktancja cewki przedłużającej musi być taka sama w wartości bezwzględnej, indukcyjność można znaleźć na podstawie zależności reaktancji i indukcyjności XL = 2πfL. Ze względów praktycznych wzory, które otrzymuje się, podstawiając wartość częstotliwości f = 136 kHz i przeliczając jednostki miary, są wygodniejsze: pikofarady i indukcyjność - w mikrohenriach. Dla przybliżonych obliczeń jest dość zgrubne, że przy częstotliwości 136 kHz reaktancja pojemności 1000 pF wynosi 1000 omów i wzrasta proporcjonalnie do spadku pojemności w porównaniu do 1000 pF. W związku z tym dla indukcyjności każdy mikrohenr daje około 1 oma. Te liczby są łatwe do zapamiętania. Wysoka dokładność obliczeń bardzo często nie jest potrzebna, ponieważ obliczone wartości nadal będą musiały zostać udoskonalone eksperymentalnie. Wpływ obiektów otaczających antenę jest teoretycznie niezwykle trudny do uwzględnienia! Aby wyobrazić sobie kolejność parametrów anteny w typowym środowisku radioamatorskim, dokonajmy oszacowania dla takiego przykładu. Niech będzie antena w kształcie litery L lub T z jednowiązkową częścią poziomą o długości 80 m, umieszczoną na wysokości 20 m. Długość części pionowej wyniesie 20 m, całkowita długość drutu wyniesie 100 m. Pojemność takiej anteny będzie wynosić około 600 pF, tj. reaktywna część rezystancji wejściowej wynosi około 2000 omów. Aby skompensować reaktancję pojemności anteny, wymagany będzie przedłużacz o indukcyjności nieco większej niż 2000 μH. Może pojawić się pytanie, dlaczego nie znaleźć indukcyjności cewki przedłużającej, znając pojemność anteny i korzystając ze wzoru na konwencjonalny obwód oscylacyjny? Oczywiście, że jest to możliwe i tyle. Ale obliczenie za pomocą reaktancji pozwala oszacować na przykład napięcie na antenach przy danym prądzie i odporność na straty cewki przedłużającej przy znanym współczynniku jakości.Tak więc w powyższym przykładzie od razu widać, że napięcie na antenie będzie wynosić około 2000 V na każdy amper prądu w antenie. Ponieważ aktywna część impedancji wejściowej anteny jest znacznie mniejsza niż część reaktywna, napięcie na antenie w woltach jest w przybliżeniu równe prądowi anteny w amperach pomnożonemu przez reaktancję anteny w omach. Rezystancja stratna cewki, jej reaktancja i współczynnik jakości są powiązane prostym wzorem: Rcat = XL/Q. Przy współczynniku jakości Q = 200 rezystancja strat wyniesie 2000/200 = 10 omów. Drugim niezwykle ważnym parametrem anteny LW jest jej wysokość efektywna. Nie uwzględniając zależności wysokości efektywnej od szczegółów konstrukcji anteny, zwracamy uwagę na dwa przypadki graniczne. Efektywna wysokość pojedynczego przewodu pionowego bez obciążenia pojemnościowego u góry jest równa połowie jego wysokości geometrycznej. Dla anteny w kształcie litery L lub T o pojemności części poziomej znacznie większej niż pojemność części pionowej, efektywna wysokość zbliża się do wysokości zawieszenia poziomej części anteny nad ziemią. Od razu zauważamy, że musimy dążyć do tego, aby efektywna wysokość anteny była jak największa, co najmniej 10 ... 15 metrów, a najlepiej 30 ... 50. Ale być może 50 m to maksimum osiągalne w normalnych amatorskich warunkach. W przybliżeniu taka będzie efektywna wysokość anteny w kształcie litery L lub T z dużą poziomą częścią zawieszoną między dwoma 16-piętrowymi budynkami. Dlaczego efektywna wysokość anteny jest tak ważna? Chodzi o to, że gdy wymiary anteny są znacznie mniejsze niż długość fali, natężenie pola odbierane przez korespondenta jest wprost proporcjonalne do iloczynu (oznaczamy to jako A) prądu w antenie i efektywnej wysokości anteny , mierzony w metrach. Im wyższa efektywna wysokość anteny, tym silniejszy sygnał. Moc emitowana przez stację nadawczą Rizl (nie mylić z mocą wyjściową nadajnika!) jest związana z tym produktem prostą zależnością (dla częstotliwości 136 kHz): Rizl = 0.00033A2. Spójrzmy na przykład, aby zrozumieć wynikowe wartości. Niech efektywna wysokość anteny wyniesie 20 m. Natężenie prądu w antenie przy mocy wyjściowej nadajnika 100 W mieści się zwykle w przedziale 1…3A. Niech okaże się, że wynosi 2 A. Wtedy A \u40d 0,5 metrów, a moc promieniowania wyniesie XNUMX W. Na przykładzie widać, że skuteczność amatorskich anten nadawczych LW jest bardzo niska, ponieważ emitowane jest tylko 0,5% mocy oddawanej przez nadajnik. I nadal jest bardzo dobrze! Często sprawność jest mniejsza niż 0,1%. I tylko przy użyciu anten „gigantycznych” (jak na standardy krótkofalarstwa) wydajność może sięgać kilkudziesięciu procent. Przykładem jest antena pierwszej rosyjskiej długofalowej ekspedycji DX przeprowadzonej przez zespół RU6LWZ, kiedy wykorzystano maszt o wysokości ponad 100 m. Niska wydajność amatorskich anten nadawczych LW powoduje, że moc promieniowania mierzona jest zwykle w dziesiątych, a nawet setnych części wata, rzadko osiągając kilka watów. Niemniej jednak, nawet przy tak skromnych mocach promieniowanych, amatorzy, wykorzystując specjalne rodzaje pracy (głównie QRSS - powolny telegraf), prowadzą łączność na odległości tysięcy, a nawet 10 ... 15 tysięcy kilometrów! Jednocześnie zwykły telegraf obsługuje łączność na odległość kilkuset, a czasem przy dobrej transmisji, specjalnych antenach odbiorczych i niskim poziomie zakłóceń od jednego do dwóch tysięcy kilometrów. Widzimy, że sytuacja z antenami nadawczymi LW radykalnie różni się od tego, do czego jesteśmy przyzwyczajeni na KF. O ile na HF sprawność jest zwykle bliska 100% (z wyjątkiem być może pasma 160 m, a potem nie zawsze), to na LW jest bardzo mała. Jeśli na HF staramy się skupiać promieniowanie w jednym kierunku i operujemy pojęciem wzmocnienia, to na LW promieniowanie jest zawsze praktycznie kołowe i nie ma potrzeby mówić o jakimkolwiek wzmocnieniu. Jeśli dążymy do uzyskania łagodnych kątów promieniowania na HF, kąt promieniowania jest zawsze prawie taki sam na LW. Jeśli na HF antena jest zwykle zasilana kablem koncentrycznym i dążymy do uzyskania dobrego SWR, to na LW antena jest zawsze zasilana bezpośrednio i pojęcie SWR traci na znaczeniu. Jedyną rzeczą, o którą musisz „walczyć” podczas pracy na LW, jest moc promieniowana, czyli, co jest to samo, maksymalna liczba „metrów w antenie. Rozważmy teraz bardziej szczegółowo, w jaki sposób efektywna wysokość anteny zależy od jej wymiarów geometrycznych i szczegółów konstrukcyjnych dla najpopularniejszych typów anten. Jak już wspomniano, efektywna wysokość prostego przewodu pionowego z obciążeniem pojemnościowym u góry (rys. 1a) jest po prostu równa połowie geometrycznej wysokości anteny. Podobnie efektywna wysokość anteny „ukośnej wiązki” (ryc. 1, g) jest równa połowie wysokości górnego punktu anteny. Jeżeli antena ma poziome obciążenie pojemnościowe (na przykład ryc. 1, c), wówczas efektywna wysokość hd takiej anteny jest określona przez stosunek pojemności pionowych części Sv i poziomych Cr, a także geometryczny wysokość zawieszenia h części poziomej. Można to znaleźć według wzoru hd \u1d h (0,5-1 / (Cg / Sv + XNUMX)) Pojemności poziomej i pionowej części anteny można, tak jak dla całej anteny, określić regułą „6 pF na metr drutu”. Ze wzoru widać, że jeśli Cg jest znacznie większe niż Cv, to wysokość efektywna hd zbliża się do wysokości geometrycznej p. Szczególnej uwagi wymagają przypadki nachylonej części „pionowej” (ryc. 1, f) i nachylonej obciążenie pojemnościowe (ryc. 1,6, d, e). Jeśli „część pionowa” jest nachylona, a obciążenie pojemnościowe jest prawie poziome (ryc. 1, f), to prawie nic się nie zmienia, tylko C nieznacznie wzrasta z powodu dłuższego drutu, a formuła pozostaje taka sama. Jeśli pionowa część anteny T jest podłączona dość dokładnie w środku nachylonego obciążenia pojemnościowego (ryc. 1, e), wzór również działa, tylko że h musisz wziąć wysokość nad ziemią punktu połączenie części pionowej z poziomą. W tej antenie pionowe składowe pola elektrycznego, wytwarzane przez dwa ramiona obciążenia pojemnościowego, są wzajemnie kompensowane.Ale w antenie w kształcie litery L (ryc. 1, d) lub w antenie „parasolowej” (ryc. 1,6), taka kompensacja nie występuje. Dlatego formuła staje się nieco inna: hd \u0,5d 1h ( 2 + a - a1 / (Cr / Sv + 1)), gdzie a \uXNUMXd hXNUMX / h to stosunek wysokości górnego i dolnego końca obciążenie pojemnościowe. Podkreślamy, że dla przypadków pokazanych na ryc. 1b i ryc. 1, d niepożądane jest obniżanie dolnego końca obciążenia pojemnościowego do samej ziemi. Spowoduje to zmniejszenie efektywnej wysokości do 0,5 godziny. Jeśli nie można podnieść tych punktów (na przykład jest tylko jeden maszt), lepiej jest kontynuować przewody tworzące obciążenie pojemnościowe do ziemi za pomocą przewodu izolacyjnego (można również użyć drutu, zrywając go w dwóch lub trzech miejscach z izolatorami). Jeśli punkty mocowania anteny są określone przez „sytuację lokalną”, a radioamator nie ma ochoty na obliczenia, możesz zastosować tę prostą zasadę: musisz dążyć do tego, aby maksymalna ilość drutu znajdowała się jak najwyżej (i, jak wynika z dalszej części, z dala od drzew, ścian itp.). Cóż, a obecna wysokość - co się dzieje! Po omówieniu pierwszego czynnika „głównego parametru” - iloczynu wysokości efektywnej i prądu w antenie, zastanowimy się, od czego zależy drugi czynnik - prąd w antenie i jak go powiększyć. Oczywiście siła prądu zależy od mocy nadajnika. Ale nie tylko. Zależy to również od czynnej części rezystancji wejściowej R, która z kolei jest sumą rezystancji straty Rp i rezystancji promieniowania Rrad, jak pokazano na schemacie zastępczym na rys. 2.
Odporność na promieniowanie (w omach) przy częstotliwości 136 kHz jest określona wzorem Rred \u0,00033d 2hdXNUMX, a dla amatorskich anten radiowych zwykle nie przekracza kilku dziesiątych oma. W zdecydowanej większości przypadków odporność na straty jest znacznie większa niż odporność na promieniowanie. Właściwie dlatego uzyskuje się niską wydajność, równą Rizl / (Rizl + Rp). W tych warunkach prąd w antenie zależy głównie od odporności na straty, a odporność na promieniowanie prawie nie ma wpływu na prąd. Właśnie w tym stosunku odporności na straty i odporności na promieniowanie leży przyczyna radykalnej różnicy między antenami DW i HF. Na KB, gdzie natężenie prądu w antenie jest określane głównie przez rezystancję promieniowania, sama wielkość tego natężenia prądu nie ma znaczenia. Antena może być „zasilana prądem” lub „zasilana napięciem”, siła prądu będzie inna, ale moc promieniowania będzie taka sama. Na Dalekim Wschodzie sytuacja jest zasadniczo odmienna. Prąd w antenie jest określony przez rezystancję strat, a moc promieniowania jest proporcjonalna do kwadratu prądu. Dlatego należy dążyć do tego, aby natężenie prądu było jak największe, dla czego konieczne jest, aby odporność na straty była jak najmniejsza Jeśli znana jest rezystancja strat w antenie Rp, to przy znanej mocy wyjściowej nadajnika P łatwo jest znaleźć natężenie prądu I w antenie: I = v (P / Rp). Rezystancja strat jest sumą rezystancji omowej przewodu antenowego, czynnej części rezystancji cewki przedłużającej, rezystancji uziemienia oraz tzw. rezystancji strat środowiskowych. To ostatnie wiąże się ze stratami energii na skutek prądów indukowanych w otaczających obiektach (domach, drzewach itp.). Rezystancja miedzianego drutu anteny o średnicy co najmniej 2 mm jest zwykle bardzo mała i można ją zignorować. Wyjątkiem może być sytuacja, gdy pozioma część anteny (obciążenie pojemnościowe) jest bardzo długa (setki metrów) i wykonana jest w postaci jednego cienkiego drutu. Pozostałe składowe odporności na straty są znacznie większe. Odporność na straty cewki przedłużającej jest już znacząca, zwłaszcza przy niskich współczynnikach jakości. Współczynnik jakości to stosunek biernej (indukcyjnej) rezystancji cewki przy danej częstotliwości do rezystancji strat. Te ostatnie składają się ze strat w obwodzie magnetycznym, ramie i przewodzie. Anteny nadawcze LW nie wykorzystują cewek z obwodem magnetycznym, co wiąże się z dużymi prądami, przy których trudno uniknąć ich nasycenia. Straty w dielektryku ramy są zwykle niewielkie, jednak obowiązuje zalecenie: im mniej materiału trafia do ramy, tym lepiej. Oczywiście pożądane jest użycie wysokiej jakości dielektryka Jednak prąd o częstotliwości radiowej przepływa głównie po powierzchni drutu (efekt naskórkowania), a zatem rezystancja jest znacznie większa niż przy prądzie stałym lub przy częstotliwościach audio. W wielu książkach można znaleźć wzór na rezystancję właściwą (w omach / m) drutu miedzianego, biorąc pod uwagę efekt naskórkowania: Rsp \u0,084d (XNUMX / d) vf gdzie d jest średnicą drutu w mm; f to częstotliwość w MHz. Wydawałoby się, że można obliczyć rezystywność drutu cewki za pomocą tego wzoru, pomnożyć przez długość drutu i uzyskać rezystancję strat w cewce. Niestety oprócz efektu naskórkowości występuje również efekt zbliżeniowy, który powoduje, że rezystancja drutu w cewce okazuje się znacznie większa niż rezystancja drutu prostego. Ze względu na wzajemne oddziaływanie zwojów, prąd nie płynie równomiernie po całej powierzchni drutu, ale głównie po części powierzchni zwróconej do wnętrza cewki. Dlatego mniej efektywna powierzchnia - większy opór. Zgodnie z wynikami badań przeprowadzonych przez autora, ze względu na efekt zbliżeniowy, rezystancja drutu cewki jednowarstwowej wzrasta o 1 + 4,9 (d / a) 2 razy, gdzie d jest średnicą drutu ; a - kręty krok. Jeśli skok uzwojenia zostanie zmniejszony (zwoje uzwojenia na zwoje), indukcyjność cewki wzrośnie o jeden obrót, potrzebnych będzie mniej zwojów, a długość drutu również się zmniejszy. Ale efekt bliskości znacznie wzrośnie. Jeśli wykonasz duży skok uzwojenia, wzrost oporu spowodowany efektem zbliżenia będzie mniejszy, ale będziesz musiał nawinąć więcej zwojów, a długość drutu wydłuży się. Okazuje się, że istnieje optimum, które obserwuje się, gdy krok nawijania jest w przybliżeniu dwukrotnie większy od średnicy drutu. Innymi słowy, odstęp między zwojami powinien być w przybliżeniu równy średnicy drutu. Czy rezystancja strat w cewce zależy od średnicy drutu? Co ciekawe, prawie żaden. Przy większej średnicy drutu długość uzwojenia wzrośnie, a jeśli wykonasz wielowarstwową cewkę, efekt zbliżeniowy wzrośnie. W związku z tym trzeba będzie wykonać więcej obrotów. Jeśli szczegółowo przeanalizujemy to wszystko matematycznie, uzyskamy bardzo nieoczekiwany wynik: współczynnik jakości cewki (a tym samym rezystancja strat dla danej indukcyjności) zależy głównie od średnicy ramy cewki! Ponadto współczynnik jakości jest wprost proporcjonalny do tej średnicy. A współczynnik jakości prawie nie zależy od średnicy drutu. Aby uniknąć nieporozumień, zaznaczamy, że dzieje się tak tylko w przypadku, gdy średnica drutu jest znacznie większa niż grubość warstwy skóry. Przy częstotliwości 136 kHz odbywa się to dla drutu miedzianego o średnicy 0,5 mm lub większej (zwykle tak jest). Zatem, aby uzyskać małe straty, konieczne jest wykonanie cewki o dużej średnicy. Stosunek średnicy ramy do długości uzwojenia ma nadal pewne znaczenie. Ustalono, że współczynnik jakości cewki jest maksymalny, gdy średnica ramy jest 2...2,5 razy większa niż długość uzwojenia. W tych warunkach, dla bardzo przybliżonego oszacowania (a raczej zwykle nie jest to konieczne) przy częstotliwości 136 kHz z litym drutem miedzianym, optymalne stosunki skoku uzwojenia i średnicy drutu, a także średnica ramy i długości uzwojenia, współczynnik jakości cewki jednowarstwowej można przyjąć równy średnicy ramy w milimetrach. Wróćmy do powyższego przykładu, gdzie reaktancja cewki powinna wynosić około 2000 omów, rezystancja czynna powinna wynosić 10 omów, a współczynnik jakości powinien wynosić 200. Średnica ramy powinna wynosić około 200 mm. Trzeba będzie wybrać jeszcze większą średnicę ramy, aby uzyskać niższą odporność na straty w cewce. Widzimy, że cewka przedłużająca anteny nadawczej LW musi mieć bardzo duże wymiary. Dlatego cewka zwykle nie jest wbudowana w nadajnik, ale umieszczana osobno. To prawda, istnieje jedna możliwość znacznego zmniejszenia wymiarów cewki przy tych samych stratach lub zmniejszenia strat przy tych samych wymiarach. Konieczne jest nawinięcie cewki nie litym drutem miedzianym, ale specjalną licą do nadajników. Składa się z ogromnej liczby (kilkuset) bardzo cienkich, izolowanych przewodników miedzianych. Nad przewodami zwykle znajduje się jedwabny warkocz. W przypadku korzystania z licencji należy zwrócić szczególną uwagę na to, aby każdy (!!!) przewód był przylutowany w punktach połączenia cewki. Niestety autorowi nie jest znana żadna teoria pozwalająca obliczyć współczynnik jakości cewki licencyjnej, z doświadczenia wiadomo, że przy tych samych wymiarach współczynnik jakości cewki licencyjnej jest około dwukrotnie większy niż przy nawinięciu solidny drut miedziany. Odporność na straty cewki przedłużającej jest ważnym składnikiem ogólnej odporności na straty anteny. Ale jeśli wykonasz cewkę o wystarczająco dużej, ale nadal akceptowalnej średnicy (200 ... 400 milimetrów), główny udział w całkowitych stratach będzie miał rezystancja uziemienia i odporność otoczenia na straty. Są one zwykle trudne do rozdzielenia i często ten całkowity opór jest określany jako rezystancja uziemienia. Od razu zauważamy, że rezystancja uziemienia RF wcale nie pokrywa się z rezystancją uziemienia przy niskich częstotliwościach. Jeśli więc istnieje uziemienie „elektrotechniczne” o znanej rezystancji, to oczywiście można i należy je zastosować, ale jego rezystancja przy częstotliwości 136 kHz będzie znacznie większa niż przy częstotliwości przemysłowej 50 Hz. Niestety, radioamatorzy zwykle nie są w stanie obliczyć strat naziemnych. Wzory stosowane przez profesjonalistów nie mają zastosowania do tak małych amatorskich anten radiowych w porównaniu do długości fali. I w przeciwieństwie do profesjonalnych, anteny amatorskie są zwykle umieszczane wśród domów, drzew i innych obiektów, co znacząco wpływa na straty w antenie. Radioamatorzy zwykle nie wykonują specjalnego uziemienia, ale używają rur wodociągowych itp. To również utrudnia obliczenia. Dlatego będziemy musieli ograniczyć się do wskazania, że zwykle rezystancja strat w uziemieniu, wraz z rezystancją strat otoczenia, wynosi około 30-100 omów, a także zalecenia dotyczące zmniejszenia wielkości tych strat. Jak już wspomniano, konieczne jest zmaksymalizowanie prądu w antenie. Im mniejsza odporność na straty, tym jest ona wyższa. Aby zmniejszyć odporność na utratę uziemienia w amatorskiej praktyce radiowej, konieczne jest podłączenie wszystkiego, co jest możliwe z metalu zakopanego w ziemi i znajdującego się na powierzchni ziemi. Mogą to być rury wodociągowe, różne konstrukcje metalowe itp. Po prostu nie używaj rur gazowych! Jest to niedopuszczalne ze względów przeciwpożarowych! W praktyce zawodowej w celu zmniejszenia strat w gruncie wykonuje się uziemienie w postaci tzw. „poszycia uziemiającego” pod anteną. Jest to system drutów zakopanych na płytkiej głębokości lub leżących na powierzchni ziemi. Powierzchnia poszycia powinna w miarę możliwości obejmować całą powierzchnię pod poziomą częścią anteny, wychodząc poza rzut anteny na płaszczyznę uziemienia na odległość rzędu wysokości anteny. Jeśli nie ma części poziomej (obciążenie pojemnościowe), to promień poszycia powinien być rzędu wysokości anteny. Wcale nie jest konieczne wykonywanie metalizacji w postaci regularnego koła, promień oznacza po prostu charakterystyczną wielkość. Możesz zwiększyć promień pancerza, ale jego podwojenie nie ma już większego sensu. Ponownie w praktyce zawodowej odległość między poszczególnymi przewodami systemu „poszycia uziemiającego” dobiera się na poziomie rzędu 1 metra, a czasami stosuje się nawet lite blachy. Jest mało prawdopodobne, aby było to możliwe w praktyce krótkofalarstwa. Dlatego nawet jeśli zostanie wykonany jakiś pozór takiego systemu uziemiającego, odległość między przewodami najprawdopodobniej będzie większa. Ile zależy od możliwości konkretnego radioamatora. Naturalnie, przy bardziej „rzadkiej” metalizacji ziemi, straty w ziemi rosną. Poszycie uziemiające może znacznie zwiększyć wydajność anteny nadawczej LW poprzez znaczne zmniejszenie strat. Ale jeśli radioamator nie ma możliwości metalizacji podłoża pod anteną (co najczęściej się zdarza), nie rozpaczaj! Większość zachodnioeuropejskich radioamatorów z powodzeniem wykorzystuje istniejące źródło wody jako uziemienie. Dlatego okazuje się, że rezystancja uziemienia radioamatorów jest tak duża, znacznie większa niż rezystancja uziemienia profesjonalnych anten LW, gdzie rezystancja strat w ziemi jest często rzędu 1 Ohm, nawet dla stosunkowo małych anten o stacje LW małej mocy. A przy antenach stacji nadawczych LW, gdy pod ziemią zakopane są dziesiątki, a nawet setki ton (!!!) metalu, jeszcze mniej - dziesiąte, a czasem setne części oma. W związku z tym wydajność w tym przypadku zbliża się do 100 procent. Ale radioamatorzy zwykle nie muszą na tym polegać, chyba że od czasu do czasu uda im się użyć profesjonalnej anteny LW. Ale nie tylko jakość systemu uziemiającego decyduje o stratach w antenie. Jeśli przewody antenowe przechodzą w pobliżu domów, drzew itp., występują dodatkowe straty energii RF, które są wykorzystywane do ogrzewania otaczających obiektów. W rzeczywistości jest to utrata środowiska. Konieczne jest, aby przewody antenowe o wysokim potencjale RF znajdowały się, jeśli to możliwe, w odległości co najmniej 1 ... 3 m od otaczających obiektów. A jeśli taki drut jest długi i biegnie równolegle do „obiektu przeszkadzającego”, odległość musi być wybrana jeszcze bardziej. Sytuację ilustruje ryc. 3.
Straty w przypadku ryc. 3a jest znacznie mniejsza niż w przypadku ryc. 3b. Pionowy przewód w tym drugim przypadku będzie indukował znaczne prądy RF w ścianie domu, prowadząc do bezużytecznej utraty mocy nadajnika, wydając ją na ogrzewanie ściany. Takiej sytuacji należy unikać. Ale co, jeśli nie można przenieść pionowego drutu anteny ze ściany? W takim przypadku sensowna jest modyfikacja anteny, jak pokazano na rys. 3, w. I chociaż prąd w przewodzie pionowym będzie prawie taki sam jak w przypadku ryc. 3a, ale potencjał RF względem ziemi na nim będzie mały (jest duży dopiero po cewce przedłużającej). W związku z tym wpływ ściany domu również się zmniejszy. Cewka będzie jednak musiała mieć nieco większą indukcyjność, ponieważ pojemność anteny, do której podłączona jest cewka, będzie tylko pojemnością drutu poziomego. W takim przypadku niewygodne jest dostrajanie wysokiej cewki. Rozwiązanie jest proste - umieścić większość indukcyjności "powyżej" i włączyć mały wariometr w pobliżu nadajnika, tylko po to, aby dostroić antenę do rezonansu. W takim przypadku napięcie na przewodzie przechodzącym w pobliżu ściany nieco wzrośnie, ale nie będzie tak znaczące jak w przypadku rys. 3b. Podobna sytuacja jest pokazana na rys. 3d, gdy nadajnik znajduje się na ostatniej kondygnacji budynku wielokondygnacyjnego. Wydawałoby się, że antena nie ma części pionowej, ale w rzeczywistości tak jest. Po prostu przewód uziemiający, na przykład rury wodociągowe, spełnia swoją rolę. Znajdują się one w pobliżu ścian, ale ponieważ praktycznie nie ma na nich potencjału RF, a także na pionowej części anteny na ryc. 3c wpływ murów jest słaby. Więc antena będzie działać całkiem zadowalająco. Rozważane przykłady pokazują, że szczególnie duże straty otoczenia występują w przypadku, gdy w pobliżu otaczających obiektów znajdują się części anteny niosące duży potencjał. Oczywiście zmniejszenie napięcia na całej antenie, jak również zmniejszenie napięcia na części anteny, zmniejsza straty środowiskowe. To wyjaśnia wcześniejszą uwagę, że zwiększenie całkowitej pojemności anteny zwiększa wydajność anteny. Rzeczywiście, wzrost pojemności anteny prowadzi do spadku napięcia na niej, aw konsekwencji do zmniejszenia strat w środowisku. Przy tej samej mocy nadajnika w pionowej części anteny możliwe będzie uzyskanie dużego natężenia prądu, a co za tym idzie, emitowanego sygnału wzrośnie. Oczywiście powyższe rysunki i komentarze do nich nie wyczerpują wszystkich sytuacji, które mogą się zdarzyć podczas praktycznej realizacji anteny. Autor ma jednak nadzieję, że ilustrują one ogólne podejście do projektowania anteny LW przy minimalnych stratach środowiskowych w danych warunkach. Cóż, w każdym przypadku radioamator będzie musiał samodzielnie myśleć, eksperymentować i podejmować decyzje. Na zakończenie jeszcze kilka słów o podłączeniu anteny do nadajnika. Z powyższego wynika, że impedancja wejściowa anteny po dostrojeniu do rezonansu z cewką w większości przypadków nie będzie równa 50 lub 75 omów. Ale nie ma takiej potrzeby, nie ma kabla koncentrycznego. Trzeba tylko zapewnić możliwość regulacji impedancji wyjściowej w nadajniku. Najłatwiej to zrobić za pomocą obwodu przeciwsobnego transformatora stopnia wyjściowego nadajnika. W takim przypadku uzwojenie wtórne transformatora musi być wykonane z zainstalowanymi zaczepami i przełącznikiem. Wydaje się, że zakres impedancji wyjściowych 5, 7, 10, 15, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200 omów jest w zupełności wystarczający dla wszelkich amatorskich anten radiowych, w tym zarówno „bardzo złych”, jak i „bardzo dobrych”. " te. Wystarczy standardowy przełącznik 11-pozycyjny. Aby precyzyjnie dostroić antenę do rezonansu, wysoce pożądane jest posiadanie wariometru z nadajnika LW lub MW. Autor wykorzystuje wariometr z jednostki średniofalowej radiostacji RSB-5, który ma maksymalną indukcyjność rzędu 700 μH. Oczywiście to za mało, a dość duża cewka stałoindukcyjna jest dodatkowo włączona szeregowo z wariometrem, a wariometr służy tylko do regulacji. W opisanej wersji połączenia anteny z nadajnikiem regulacja sprowadza się do wybrania położenia przełącznika zapewniającego maksymalny prąd w antenie oraz do ustawienia indukcyjności cewki przedłużacza. Po każdorazowym przełączeniu impedancji wyjściowej nadajnika należy wyregulować indukcyjność (wariometr), aby uzyskać rezonans, osiągając maksymalny prąd w antenie. Istnieją inne wersje układu wyjściowego nadajnika i inne metody strojenia, ale ich omówienie za bardzo oddaliłoby nas od głównego tematu artykułu. Dlatego, kończąc prezentację, życzę czytelnikowi udanych eksperymentów i do zobaczenia na długich falach! Autor: Aleksander Jurkow (RA9MB)
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Przenośny router Wi-Fi z funkcją podtrzymania bateryjnego ▪ Molekularny układ elektroniczny ▪ Mikrofon stołowy Yamaha Adecia RM-TT
▪ sekcja strony Narzędzia i mechanizmy dla rolnictwa. Wybór artykułu ▪ artykuł Kto dobrze żyje na Rusi. Popularne wyrażenie ▪ Artykuł Kto wynalazł kosmetyki? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Olcha szara. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Miernik poziomu wody. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Przenośny zasilacz bateryjny. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony