Menu

23.1. A csoportantennák táplálása

Példákon fogjuk elmagyarázni a csoportsugárzók gerjesztését és illesztését. A 23.2. ábrán látható csoportantenna négy szintből (négy párhuzamos dipólusból), szintenként két kollineáris, fázisban gerjesztett félhullámú dipólusrészből (egészhullámú dipólusból) tevődik össze. Az antennaelemek d átmérője 20 mm, az üzemi hullámhossz 207 cm. Ezek szerint a hullámhossz és az átmérő aránya 2070:20≈100. A 4.7. ábrából mindegyik egész hullámú dipólusra körülbelül 1100Ω talpponti ellenállást kapunk, a rövidülési tényező 0,87. Ezekből az adatokból az egészhullámú dipólus geometriai hossza 207∙0,87≈180 cm
A hullámhossz és átmérő megadott arányával mindegyik egészhullámú dipólus talpponti ellen állása kereken 1100Ω. Négy dipólus van itt pár huzamosan kapcsolva, tehát az X4 táppontban körülbelül 1100:4=275Ω az ellenállás. Az X4 (illetve X3, X2 vagy X1) ponthoz tehát tetszés szerinti hosszúságú, de 240...300Ω hullámellenállású szimmetrikus kéthuzalos vezetéket csatlakoztathatunk oly módon, hogy csak jelentéktelen állóhullámarányt kapjunk. Ha viszont koaxiális kábellel akarjuk táplálni ezt a csoportantennát, a szokásos módon egy félhullámú kerülővezetéket kell kialakítanunk. Ez a kerülővezeték elvégzi a kívánt 4:1 arányú ellenállástranszformálást, egyúttal szimmetrizál is. Ha a tápponti ellenállásra olyan értékek adódnának, amelyek nem teszik lehetővé a tápvezeték közvetlen csatlakoztatását, valamilyen megfelelő illesztésről kell gondoskodnunk.

23.2. ábra. Csoportantenna; betáplálás a legalsó di pólusban. X1, X2, X3 és X4 értéke egyenként 1100Ω, az eredő érték az X4 pontban 1100:4=275Ω

Ennek az összekapcsolási módnak megvan az a hátránya, hogy az egyes dipólusszintek nem egészen egyidejű gerjesztést kapnak. A tápponttól legtávolabb levő dipólusszint a futási idő következtében valamivel későbben kapja energiáját, mint a következő szint; ezáltal megváltozik a fő nyaláb emelkedési szöge: az antenna „bandzsít". Ezenkívül csökken a sávszélesség.
Az elektromosan előnyösebb központi táplálás sal egy ugyanilyen csoportantenna a 23.3. ábrán látható. A keresztezés nélküli összekötő vezeték a második és a harmadik szint között λ/2 hosszúságú; minthogy a tápvezetéket e vezeték geometriai középpontjához csatlakoztatjuk, két negyedhullámú transzformátor párhuzamos kapcsolásának kell tekintenünk. Az A és a B pontban két-két szintpárhuzamos kapcsolásának megfelelően kö­rülbelül 550Ω impedanciát kapunk. Ha az XX táppontban 240Ω csatlakozási impedanciára van szükségünk, mindegyik negyedhullámú transzformátornak 550Ω-ról 480Ω-ra kell transzformál­nia. Az A-B összekötő vezeték Z0 hullámellenállása tehát az (5.31) egyenlet értelmében

23.3. ábra. Központi táplálású csoportantenna

Az 510Ω hullámellenállású párhuzamos csővezeték mechanikai ábrázolása azonban nehézségekbe ütközik, mert a párhuzamos csövek között nagy távolságra volna szükség. Ezért a csatlakozó dipólusok szétválasztási helyének megengedhetetlenül szélesnek kell lennie. Ez esetben kizárólag mechanikai szempontok szerint méretezhetnők az A-B vezeték hullámellenállását, és egy illesztő csonkkal lehetne - mint a 23.3. ábrán látható hozzáilleszteni az XX táppontban kapott ellen állást a tápvezeték hullámellenállásához. A gyakorlatban többnyire kedvezőbb illesztési viszonyok alakulnak ki, mert majdnem mindig hangolt reflektorokkal van dolgunk, márpedig az ilyen reflektorokkal - a közöttük levő távolságnak megfelelően - valamilyen megfelelő értékre hoz hatjuk az egyes emeletek (szintek) talpponti ellen állását.
Különösen kedvező megoldású gerjesztést láthatunk a 23.4. ábrán. A negyedhullámú transzformátorokat ez esetben teljesen elhagyjuk, és helyettük félhullámú vezetékdarabokat iktatunk be XX-A és XX-B közé. Ezek a vezetékdarabok, mint tudjuk, 1:1 arányban transzformálják az ellen állást. Az előző esetben A és B helyén egyaránt 550 S2 volt a bemeneti impedancia. Ezek az impedanciák az XX pontban is megvannak, de itt pár huzamosan csatlakoznak egymáshoz, úgyhogy az eredő ellenállás ebben az XX táppontban most már 275Ω. Ily módon elhanyagolható illesztési

23.4. ábra. Egy csoportantenna széles sávú táplálása

hibával 240Ω-os vezetéket használhatunk fel a tápláláshoz. Az áramirányokat jelző nyilakból megállapíthatjuk, hogy az XX-A és XX-B vezetékeknek nem szabad kereszteződniük. E vezetékek hullámellenállása tág határok között változhat, hiszen λ/2 elektromos hosszúságú hangolt vezetékről van szó. Légszigetelésű párhuzamos huzalokat vagy rövidhullámú szalagkábeleket alkalmazhatunk, de a hosszúság kiszámításában figyelembe kell venni ilyenkor a rövidülési tényezőt is.
A csoportantennák széles sávú, tökéletesen szimmetrikus táplálására adunk példát a 23.5. ábrán. Ebben az esetben mindegyik félhullámú dipólusfal mögött λ/4 távolságra egy-egy hangolt félhullámú reflektort kell elképzelnünk. Ily módon körülbelül 900Ω-ra csökken mindegyik emelet talpponti impedanciája. Kizárólag csak félhullámú vezetékdarabokat használunk fel, olyanokat tehát, amelyek nem transzformálnak, úgyhogy a táppontban négy különálló ellenállás párhuzamos kapcsolásának eredőjeként körülbelül 225Ω csatlakozási impedanciát kapunk (az XX pontban).
Mint már említettük, a hangolt félhullámú vezetékdarabok hullámellenállása nem sokat számit, a fontos csak az, hogy figyelembe vegyük a k rövidülési tényezőt (légszigetelésű párhuzamos

23.5. ábra. Egy csoportantenna teljesen szimmetrikus, széles sávú táplálása

huzalokra k=0,975, ultrarövid hullámú szalag kábelre k=0,80, illetve 0,84). Az ilyen fajtájú táplálás alkalmazásával egyúttal a hozzávetőlegesen

23.6. ábra. Egy páratlan számú párhuzamos dipólust tartalmazó csoportantenna táplálása:
(a) háromszintes antenna, az XX táppont ellenállása a különálló egészhullámú dipólus csatlakozási pontjában mérhető ellenállás harmadával egyenlő;
(b) ötszintes antenna, az XX táppont ellen állása a különálló egészhullámú dipólus csatlakozási pontjában
mérhető ellenállás ötödrészével egyenlő

0,7λ optimális értékre növelhetjük az emeletek közötti távolságot, aminek következtében megnő az antennanyereség.
Ha a csoportantennában páratlan a párhuzamosan kapcsolt egészhullámú dipólusok száma, vagyis például három vagy öt emeletünk van, mechanikai okokból nem alkalmazhatjuk az előbbiekben is mertetett táplálási módszereket. Mint a 23.6. ábrán látjuk, a tápvezeték ebben az esetben közvetlenül a középső dipólushoz csatlakozik, és ha az illesztés szempontjából nem felel meg a tápponti ellenállás, egy negyedhullámú transzformátorral illesztjük az XX pontban a tápvezeték hullámellenállását. Az egyes egészhullámú dipólusok nem egyidejűleg kapják a gerjesztést, úgyhogy különösen öt pár huzamos dipólus esetén számolnunk kell azzal, hogy a H síkban kissé eltorzul az iránydiagram.
A csoportsugárzók nagyobb rendszereit célszerű felosztani kisebb csoportokra és a 23.7. ábra szerint gerjeszteni.
Az ilyen táplálás előfeltételei a következők:
- Az egyes csoportokat elektromosan és mechanikailag tökéletesen össze kell hangolni oly módon, hogy az A, B, C, D csatlakozási pontokban ugyanazt a bemeneti ellenállást kapjuk.
- Az A-XX, B-XX, C-XX, D-XX összekötő vezetékek hossza a félhullám egész számú többszöröse legyen (a rövidülési tényező figyelem bevételével!) és pontosan egyezzen meg egymással.
- Ezeket a vezetékeket nem szabad keresztezni (elcsavarni), ügyeljünk tehát arra, hogy az XX pontban (23.7. ábra) az egymásnak megfelelő dipólusfalakat kössük össze egymással.
Az ábra szerinti négy egyforma dipóluscsoport párhuzamos kapcsolásával egy csoport talpponti ellenállásának a negyedrészével egyenlő az XX táp pontban kialakuló ellenállás. Ha például az A, B, C, D pontokban egyenként 240Ω a bemeneti ellen állás, az XX táppontban 60Ω-ot kapunk. A négy összekötő vezeték mindegyike egy-egy hangolt vezetékdarab, tehát hullámellenállásuknak gyakorlatilag nincs jelentősége. Az egyes dipóluscsoportok a zsúfolt szerelési módhoz képest nagyobb távolságokra lehetnek egymástól, úgyhogy az elérhető antennanyereség is nő. A közölt szabályok figyelembevételével ily módon igen terjedelmes dipólusfelületeket lehet táplálni.
Van azonban egy másik gerjesztési módszer is, mégpedig olyan, amelyhez nem hangolt, hanem illesztett összekötő vezetékek kellenek, vagyis amely mechanikai és elektromos szempontból egyaránt előnyös. A 23.8. ábra szerint, ebben az esetben is ugyanúgy rendezzük el az egyes csoportokat, mint a 23.7. ábrán. Az illesztett Z1, Z2, Z3, Z4 vezetékek tetszés szerinti hosszúságúak lehetnek, és nincsenek semmilyen kapcsolatban a hullámhosszal. Egymás között azonban egyenlő hosszúak legyenek.
A követelmények a következők:
- Az egyes csoportok elektromosan és mechanikailag pontosan egyezzenek meg egymással, úgy, hogy az A, B, C, D csatlakozási pontok mindegyikében ugyanakkora legyen a bemeneti ellenállás.
- Az összekötő vezetékek Z1, Z2, Z3, Z4 hullámellenállása

23.7. ábra. Egy felosztott csoportantenna szimmetrikus táplálása hangolt összekötővezetékekkel.
Az XX táppont ellenállása az egyik különálló csoport A pontjában mérhető ellenállás negyedével egyenlő (az A, B, C, D pontokban egyenlő ellenállások mérhetők)

23.8. ábra. Egy felosztott csoportantenna szimmetrikus gerjesztése illesztett vezetékek útján; Z1 hullámellenállás(=Z2=Z3=Z4); az XX táppont ellenállása=1/4Z1

pontosan egyezzen meg az A, B, C, D pontokban mérhető talpponti ellenállással, vagy pedig egyforma illesztő tagokat kell beiktatni az összekötő vezetékek és a talppontok közé.
- Ezeket a vezetékeket nem szabad keresztezni (elcsavarni, megsodorni). Ügyeljünk tehát arra, hogy az XX pontban az egymásnak megfelelő sugárzófeleket kössük össze egymással.
Minthogy ez esetben a XX pontban párhuzamosan kapcsolunk négy azonos hullámellenállású szimmetrikus vezetéket, a csatlakozási impedancia ebben a pontban a kérdéses összekötő vezetékek hullámellenállásának csak a negyedrészével lesz egyenlő.
Ha az egyes csoportok bemeneti ellenállása az A, B, C, D pontokban külön-külön például 240Ω, Z1, Z2, Z3, Z4 helyén azonos hosszúságú, 240Ω hullámellenállású vezetékdarabokra van szükség. Az XX pontban ekkor 60 SZ tápponti impedanciát kapunk. Ez az érték azt jelenti, hogy egy szimmetrizáló tagon keresztül koaxiális kábellel csatlakozhatunk. Q-match alkalmazásával azonban bár milyen más tápvezetéknek megfelelően transzformálhatjuk az impedanciát.
A hangolt és illesztett összekötő vezetékek és negyedhullámú transzformátorok jól átgondolt együttes alkalmazásával és elrendezésével terjedelmes dipólusfelületeket is lehet fázishelyesen gerjeszteni és impedanciahelyesen táplálni. Rá kell azonban még mutatnunk arra, hogy frekvencia függő tagok helyett inkább illesztett vezetékeket alkalmazzunk, mert a frekvenciafüggés beszűkítheti a sávot. Frekvenciafüggő minden hangolt vezetékdarab. Az is igaz azonban, hogy a frekvenciában viszonylag keskeny amatőrsávokban nem kerülnek annyira előtérbe a sávszélességi kérdések, mint például a tv-antennák sávjában.

 

Csoportantennák a 2 m-es sávra
Tartalom
Reflektoros csoportantennák