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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antenas VHF de alto desempenho. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas VHF O desenvolvimento intensivo de bandas VHF por radioamadores nas últimas duas décadas levou ao surgimento de muitas antenas de vários designs. Nos últimos anos, as antenas com travessia alongada receberam distribuição especial. O comprimento da travessia dessa antena é de vários comprimentos de onda e o número de elementos passivos chega a duas dúzias ou até mais. São eles que costumam ser usados \u3b\uXNUMXbpor ondas ultracurtas ao conduzir comunicações de longo e ultralongo alcance em VHF através da "aurora", chuvas de meteoros, ICXNUMX e a superfície lunar. O interesse por antenas com travessia alongada pode ser explicado pelo fato de que, em primeiro lugar, com quase os mesmos custos de material da construção de um "canal de ondas" convencional, seu ganho é visivelmente maior; em segundo lugar, o design de tais antenas é simples, uma vez que todos os elementos são montados em um feixe de suporte; em terceiro lugar, a relativa simplicidade de combinar a antena com o alimentador cativa, porque a energia de RF é fornecida a apenas um elemento ativo. Mas essas antenas também têm algumas desvantagens: supressão de radiação traseira baixa e um estreitamento significativo da banda operacional com um aumento no número de elementos. Vários designs interessantes de antenas VHF com uma travessia estendida foram desenvolvidos pelo famoso ultrashortwave francês F. Tonna (F9FT). Antenas F9FT têm uma eficiência suficientemente alta, tamanho e peso relativamente pequenos, eles não possuem elementos correspondentes. Mas talvez eles principal vantagem - fácil repetibilidade, obtendo parâmetros idênticos de cada antena individual (com estrita observância de todas as dimensões dos elementos). Este último permite, ao dispor várias antenas do mesmo tipo, criar um complexo sistema de antenas com alto ganho. Os principais parâmetros da antena F9FT são mostrados na tabela. Os ganhos da antena dados são relativos a um dipolo de meia onda. Na fig. 1, é mostrado um desenho de uma antena de 16 elementos para um alcance de 2 metros. Sua travessa é feita de perfis quadrados laminados com lado de 20 mm, espessura da parede - 1,5 ... 2 mm ou tubos com diâmetro de 20 mm. A parte da travessa, onde os refletores e o vibrador ativo são reforçados, tem a forma de uma "cauda de andorinha" (Fig. 1, b). Os elementos passivos são feitos de fio de alumínio com diâmetro de 4 mm. O uso de outros materiais (cobre, latão, ligas de alumínio, bimetálicos) não causa deterioração perceptível nos parâmetros da antena, com exceção de sua massa. Uma das possíveis opções de montagem para refletores e diretores é mostrada na fig. 1. c.
Um vibrador ativo com resistência de onda de 75 ohms (Fig. 2, a) é feito de fio de alumínio com diâmetro de 5 mm e resistência de onda de 50 ohms (Fig. 2, b) - de dois tubos de alumínio com um diâmetro de 12 mm, ligados por um arco correspondente de alumínio feito de arame com diâmetro de 5 mm.
Parâmetros principais das antenas
O vibrador ativo deve ser isolado com segurança da travessa. Fibra de vidro, Teflon, vidro orgânico, etc. podem ser usados como material isolante. Na fig. 3a e 3b mostram esquematicamente antenas de 9 e 13 elementos para a banda de 2 metros. O projeto de vibradores ativos com diferentes impedâncias de onda para essas antenas é mostrado na fig. 3, em (75 ohms) e 3, d (50 ohms).
Alguma diferença no tamanho desses vibradores ativos daqueles usados na antena de 16 elementos é devido ao desejo de melhor combinar essas antenas com o alimentador. A seção transversal da travessia da portadora para essas antenas é a mesma da de 16 elementos (20x20 mm). Estruturalmente, uma antena de 9 e 13 elementos é executada da mesma forma que uma de 16 elementos. A Figura 4a mostra o desenho esquemático de uma antena de 21 elementos para um alcance de 70 cm, as distâncias entre os elementos indicadas na figura referem-se ao caso de utilização de um alimentador com impedância característica de 75 ohms. Ao alimentar a antena com um cabo de 50 ohms, as distâncias devem ser as seguintes: refletor - vibrador ativo - 139 mm, vibrador ativo - direcionador 1 - 48 mm, direcionador 1 - direcionador 2-68 mm, direcionador 2 - direcionador 3 - 182 mm. Os demais diretores estão localizados na distância indicada na figura. Para a travessa, é utilizado um perfil quadrado com lado de 16,5 mm (pode ser utilizado um tubo com diâmetro de 16 ... 17 mm). Todos os elementos passivos são feitos de fio de alumínio com diâmetro de 4 mm e são fixados diretamente na travessa (ver Fig. 1, c). Um vibrador ativo (Fig. 4b) é feito de fio de alumínio com diâmetro de 5 mm. No ponto de fixação à travessa, deve ser isolado dela.
À primeira vista, pode parecer que a alimentação direta de um vibrador balanceado com um cabo coaxial desbalanceado não pode dar bons resultados, pois neste caso a relação de tensão em suas extremidades é de aproximadamente 2:3. E isso levará inevitavelmente à formação de radiação com polarização vertical, deteriorando assim o ganho da antena e seu padrão de radiação. No entanto, experimentos mostram que é possível alimentar a antena dessa maneira, mas a impedância de entrada do vibrador ativo deve ser consistente com a impedância de onda do alimentador de alimentação e o elemento ativo é isolado de forma confiável da travessia. Nesse caso, quase toda a energia de RF fornecida é irradiada pelo vibrador ativo para o espaço circundante, e um grande número de elementos passivos forma muito bem o lóbulo principal do diagrama de radiação da antena estritamente ao longo de seu eixo. Na fig. 5 e 6 mostram os padrões de radiação horizontal e vertical de uma antena F16FT de 9 elementos para a banda de 2 metros.
Para obter mais poder. antenas do mesmo tipo são combinadas em um sistema. Ao dobrar o número de antenas do mesmo tipo, o ganho do sistema pode aumentar em 2.5 dB. O valor máximo é alcançado apenas sob a condição de distância ideal entre as antenas e faseamento estrito das últimas. A distância ideal para antenas de 16 metros de 2 elementos e para uma antena de 21 cm de 70 elementos é 2l. A Figura 7 mostra as opções de layout para sistemas de antena.
Se, por exemplo, for necessário coordenar com um alimentador de alimentação com impedância característica de 75 ohms, um sistema de antena de duas antenas com um elemento ativo com impedância característica de 75 ohms, o seguinte deve ser feito. Os vibradores de ambas as antenas são conectados através de um T com segmentos de um cabo coaxial (sua impedância é de 75 Ohms) com um comprimento múltiplo de l / 2 (l1 \u2d l2 \u1,2,3d cpl / 50, onde n \u4d XNUMX ,XNUMX, .... s é o fator de encurtamento do cabo) , com um transformador de quarto de onda Este último é feito de um cabo coaxial com impedância característica de XNUMX ohms com comprimento de cl / XNUMX. Para o faseamento correto do sistema de antena, os condutores centrais dos segmentos de cabo coaxial são conectados ao ponto A (ver Fig. 7). É muito fácil combinar quatro antenas do mesmo tipo (ver Fig. 7, c). Neste caso, é utilizado um segmento de cabos com a mesma impedância de onda (50 ou 75 Ohm) de comprimento l1=l2=l3=l4=spl/2, l5=l6=cl/4. A Figura 7d mostra uma variante da combinação de duas antenas, que resulta em um padrão de radiação com polarização circular. É conveniente usar esses sistemas ao trabalhar através de satélites de rádio amador da Terra, bem como ao receber sinais refletidos da superfície lunar. Ambas as antenas são montadas mutuamente perpendiculares na mesma travessa, os vibradores com o mesmo nome são fixados o mais próximo possível um do outro. Para a correspondência, use segmentos de um cabo coaxial com uma impedância característica de 75 ohms (l1=sp1l/4, l2=sp2l/2, onde n1=1, 3, 5,...; n2=1,2, 3,... ; l2 -l1=l/4) e 50 ohms (l3=cl/4). Este sistema de antena polarizada circular tem o mesmo ganho que uma única antena. Finalmente, alguns conselhos práticos. Para conveniência e montagem rápida de sistemas de antena, recomenda-se fornecer seções de cabos correspondentes com conectores de alta frequência dos tipos SR-75 e SR-50 e usar tês HF para conectá-los. Esses nós são fáceis de proteger da influência da precipitação. Se os conectores especificados não estiverem disponíveis, os segmentos de cabo podem ser cuidadosamente soldados e as junções podem ser cobertas com poliestireno ou resina epóxi. É aconselhável instalar todos os parafusos de fixação na parte inferior da travessa e pintá-los.Os tubos dos elementos são fechados nas extremidades com tampas de nylon ou tampões de borracha. É aconselhável colocar os pontos de ligação dos cabos aos vibradores em copos de nylon. Para evitar que as travessas longas dobrem, elas podem ser apoiadas da maneira usual com hastes diagonais. Este último deve ter o mesmo comprimento para todas as antenas dispostas no sistema. Literatura
Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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