Menu

19.6.4. Átkapcsolható hosszabbító tekercsekkel ellátott, többsávos groundplane-antennák

A gyakorlatban sok többsávos groundplaneantenna működik átkapcsolható hosszabbító tekercsekkel és részben rövidítő kondenzátorokkal is. Az amatőrsávokra elvileg úgy alakítjuk ki a függőleges sugárzót, hogy nagyjából a negyedhullámú rezonanciának feleljen meg, és hogy a kisebb frekvenciájú amatőrsávokban is használhassuk; a talppontban ekkor fellépő kapacitív összetevőt reaktanciával (hosszabbító tekerccsel) kompenzáljuk, és ily módon valós talpponti ellenállást kapunk. A nagyobb frekvenciájú amatőr sávokban túlságosan hosszú a függőleges sugárzó, vagyis induktív meddőösszetevőt is tartalmaz, és ezt egy ugyanekkora, de kapacitív meddőellenállással (rövidítő kondenzátorral) kell kompenzálni.

 

19.40. ábra. Az ideális talaj fölött elhelyezett függő leges sugárzók meddőellenállásának közelítő értéke a sugárzófokban kifejezett hosszának függvényében (1λ=360°, R/4=90°)

A 19.40, ábrán közöljük az ideális talajon felállított függőleges sugárzó meddőellenállása és hossza közötti összefüggést. A sugárzó hosszát itt szögfokban fejeztük ki (1/λ -360°), és a meddő ellenállásra közelítő értékeket adunk. Ebben az esetben ugyanis csak durva irányértékekről lehet szó, és feltevésünk szerint a sugárzó karcsúsága 1000. A vastagabb (kisebb karcsúságú) antennákra kisebbek a meddőellenállások, a karcsúság növekedésével nő a meddőellenállás is. Mint a diagramon látjuk, a meddőellenállás nullaátmenetének és ennek következtében a negyedhullámú rezonanciának kereken 87° (tehát nem pontosan 90° =λ/4) hosszú sugárzó felel meg. Ennek oka a sugárzó rövidülési tényezője, amelyet a karcsúsága szab meg. A 87°-nál hosszabb sugárzók meddőellenállása induktív (túlságosan hosszú az antenna), az ennél rövidebb sugárzóké pedig kapacitív ("túlságosan hosszúak").

A rövidített vagy hosszabbított ground-plane negyedhullámú rezonanciájának megvalósítására mindenekelőtt leolvassuk a 19.40. ábráról a meddő ellenállás közelítő értékét, majd megállapítjuk a frekvencia függvényében a hosszabbító tekercs induktivitását (6.19. ábra), illetve a rövidítő kondenzátor kapacitását (6.20. ábra). Minthogy a 19.40. ábra csak irányszámokat ad meg a meddő ellenállás értékére, a tekercsnek, illetve a kondenzátornak változtathatónak kell lennie.

A 19.41. ábra megadja az ideális talaj fölött fel állított függőleges sugárzó sugárzási ellenállása és hossza közötti összefüggést. Mint látjuk, a λ/4 (= 90°) hosszúságú, negyedhullámú groundplane

 

19.41. ábra. Az ideális talaj fölött elhelyezett függőleges sugárzók sugárzási ellenállása a sugárzófokban kifejezett hossz függvényében:

(a) 50° és 140° közötti hosszúságú sugárzókra; (b) 60°-nál rövidebb sugárzókra

antenna jellemző sugárzási ellenállása 36,6Ω; λ/3 (=120°) hossznak már 100Ω, λ/6 (=60°) hossznak pedig csak valami 13Ω felel meg. Még nagyobb mértékű rövidítés (<60°) hatására - ami például a mozgóantennákon gyakran előfordul - a 19.41.(b) ábra szerint már rendkívül kicsi a sugárzási ellenállása.

A (19.6) képletből megállapíthatjuk, hogy a sugárzók Rbem bemeneti ellenállása az Rs sugárzási ellenállás és az Rv veszteségi ellenállás összegével egyenlő. Ami azonban az energiát illeti, csak az RS ellenállásra eső energiát sugározza ki az antenna, az RV ellenállásra eső rész hővé alakul át. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy ha változatlan értéken marad az RV veszteségi ellenállás, a hatásfok szempontjából annál rosszabb az antenna, minél kisebb a sugárzási ellenállása. Az összefüggéseket egy egyszerű példán fogjuk érzékeltetni.

Példa. A talajon felállított függőleges sugárzót 30°=λ/12 hosszra méreteztük. A táppontban ennek következtében megjelenő kapacitív meddőellenállást induktivitással (hosszabbító tekerccsel) úgy kompenzáltuk, hogy Rbem bemeneti impedanciát már valósnak tekinthetjük.

A 19.41.(b) ábra szerint a 30° hosszúságú sugárzó RS sugárzási ellenállása 3Ω. Impedanciamérö híddal megállapítjuk, hogy az Rbem, bemeneti ellenállás 10Ω. Minthogy a (19.6) egyenlet értelmében Rbem=RS+RV, feltételezhetjük, hogy a veszteségi ellenállások összege 7Ω-ot tesz ki (RV=Rbem-RS=10-3=7). Az antenna η hatásfokát az

 

képlet adja meg.

A példa számadatainak behelyettesítésével azt kapjuk, hogy

Ha ugyanekkora RV veszteségi ellenállással 60° volna a sugárzó hossza, az RS sugárzási ellenállásra a 19.41.(b) ábráról 13Ω értéket olvasnánk le, úgyhogy a hatásfok ebben az esetben

 

értékre nő meg.

Tegyük fel, hogy egy több amatőrsávban használható függőleges sugárzót átkapcsolható hosszabbító tekercsekkel és rövidítő kondenzátorokkal rezonanciába hoztunk, vagyis hogy az Rbem bemeneti ellenállás minden sávban valós. Ezt az állapotot egy grid-dip meter alapján könnyen ellenőrizhetjük. Ha a műszert a 19.42.(a) ábra szerint csatolásba hozzuk az éppen beiktatott hosszabbító tekerccsel, a kérdéses amatőrsávon belül rezonanciát kell kapnunk. A tekercs végét, mint a 19.42.(a) ábrán is jól láthatjuk, össze kell kötnünk ehhez az ellenőrzéshez a földelőhálózattal.

 

19.42. ábra. Elektromosan meghosszabbított függőleges sugárzókon végzett mérések:

a) a rezonanciafrekvencia mérése grid-dip mérővel; (b) a talpponti impedancia mérése antennascope-pal

Most felvetődik a kérdés, hogyan illeszthetjük az Rbem bemeneti ellenállást a tápkábel Z0 hullámellenállásához. Mindenekelőtt meg kell állapítanunk Rbem értékét, amit legegyszerűbben egy impedanciamérő híddal tehetünk meg (lásd a 3.1. fejezetben az antennascope ismertetését). A számítások csak közelítő értékeket szolgáltatnak, mert általában csak becslést adhatunk a veszteségi ellenállásokra, amelyekről tudjuk, hogy benne vannak a bemeneti ellenállásban. Az antennaszkópot a 19.42.(b) ábra szerint a tápkábel helyére kell bekötni. A mérőhidat a mindenkori megállapított rezonanciafrekvenciával tápláljuk. Előfordul, hogy szórt terek következtében nem kapunk egyértelmű nullát a híd átlójában.

Legtöbbször úgy segíthetünk magunkon, hogy párhuzamosan kapcsolunk egy legalább 2000Ω nagyságú indukciómentes ellenállást (az ábrán szaggatott vonallal rajzoltuk be), mert ez csak elhanyagolható mértékben befolyásolja a mérési eredményt. Ha a mért bemeneti ellenállás csak kismértékben tér el a tápkábel hullámellenállásától, nem érdemes külön gondoskodni pontos illesztésről, és ilyenkor közvetlenül táplálhatjuk ebben a sávban a sugárzót. Minden más esetben a legegyszerűbb egy reaktanciatranszformátorral létrehozni az illesztést.

19.43. ábra. A reaktanciatranszformátor (Rpár>Rsor)

A 19.43. ábrán látható L-hálózat mint reaktanciatranszformátor működik. A két ellenállás közül a nagyobbik mindig a párhuzamos ágban van, ezért jelöltük Rpár betűkkel. Az Rsor kisebbik ellenállás értelemszerűen a soros ágban van. Ez azt jelenti, hogy amikor a sugárzó Rbem talpponti ellenállása nagyobb a tápkábel Z hullámellenállásánál, Rbem = Rpár, tehát az A ponthoz kell csatlakoztatni az antennát; a kábel belső vezetőjét ekkor a B ponttal kötjük össze. Az ellenkező (Z0>Rbem) esetben a kábel Z ellenállása veszi át Rpár helyét, és az antennát most a B ponthoz csatlakoztatjuk (Rbem=Rsor).

E bevezető magyarázat után most számítsuk ki az Xsor induktív és az Xpár kapacitív ellenállást.

Ehhez mindenekelőtt ismernünk kell az üzemi jóságitényező

 

értékét. Ebből azt kapjuk, hogy az Xsor induktív ellenállás

 

az Xpár kapacitiv ellenállás pedig

 

Példa. Egy függőleges sugárzó talppontjában Rbem=10Ω ellenállást mértünk, a tápláláshoz 50Ω-os koaxiális kábelt akarunk felhasználni. Rbem<Z, tehát Rbem=Rsor és Z=Rpár.

Így hát az antennát a B ponthoz, a tápkábelt az A ponthoz csatlakoztatjuk. A (19.12) egyenlet szerint

 

A (19.13) képletből

 

a (19.14) képletből pedig

 

Most a 6.19. ábráról leolvashatnók a frekvencia függvényében a 20Ω induktív ellenálláshoz szükséges induktivitást, a 6.20.ábráról pedig a 20Ω kapacitív ellenállásnak megfelelő kapacitást. Csakhogy ezek a diagramok nem foglalnak magukban minden szükséges értéket, de a következő képletek felhasználásával majdnem épp olyan gyorsan célhoz érünk, és pontosabban is kapjuk meg a kívánt eredményeket:

 

és

 

A fenti képletekben L μH-ben, C pF-ban, f MHz-ben és X Ω-ban értendő.

Az ismertetett reaktanciatranszformálások semmiképpen sem szorítkoznak a hosszabbító tekercsekkel ellátott, átkapcsolható többsávos antennákra,és ezeken túlmenően minden aszimmetrikus függőleges sugárzóra alkalmazni kell őket.

Ezekre az átkapcsolható többsávos függőleges antennákra aligha lehet általános recepteket adni, mert sok változó mennyiséget kell figyelembe vennünk. A grid-dip mérő, antennascope és esetleg egy reflektométer birtokában (lásd a 3.1. és 3.2. fejezetet) azonban nem nehéz az itt ismertetett módon több amatőrsávnak megfelelően illeszteni a függőleges sugárzót. A sugárzók szokásos hossza 5  10m, főként 7m. A sugárzó talppontjában elhelyezett illesztőtagok mechanikai átkapcsolása nem kényelmes megoldás, ezenkívül veszteségeket is okoz, úgyhogy a helyhez kötött berendezésekhez általában más (például a 19.38. ábra szerinti) soksávos függőleges antennát célszerű inkább megépíteni.

A mozgóállomásokon azonban általában igen nagy mértékben rövidített függőleges sugárzókra van szükségünk, úgyhogy ilyen esetekben rá vagyunk utalva a hosszabbító tekercsekre és az L-hálózatokra.

 

 

T2FD függőleges, soksávos antennája
Tartalom

Soksávos rezgőkörökkel ellátott, függőleges soksávos antennák