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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antenas de alto desempenho em 430 MHz. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas VHF Na faixa de onda decimétrica (DCW), recomenda-se o uso de antenas de alto desempenho com um padrão de radiação nítido pelos seguintes motivos. A alta diretividade das antenas aumenta significativamente o potencial energético da linha de comunicação, o que permite aumentar o alcance da comunicação ou reduzir a potência do transmissor. Este último é benéfico não apenas economicamente, mas também porque é difícil obter altas potências de transmissão na faixa DCV. Além disso, com uma alta diretividade das antenas, a possibilidade de exposição ao dispositivo receptor de interferências externas é reduzida. Finalmente, as antenas altamente direcionais permitem reduzir a influência mútua de vários sistemas de comunicação muito próximos operando na mesma faixa de frequência. Ganho da antena diretamente relacionado às suas propriedades direcionais, c. até certo ponto compensa a perda de energia de RF durante a propagação ao longo da linha de comunicação. À medida que a distância entre os correspondentes aumenta, o nível do sinal transmitido diminui e torna-se necessário o uso de cada vez mais antenas direcionais. Tais antenas podem ser construídas combinando várias antenas com diretividade relativamente fraca em um sistema (array). As antenas individuais incluídas no arranjo devem estar localizadas uma em relação à outra a distâncias ideais, levando em consideração suas propriedades direcionais. Em distâncias abaixo do ideal, as antenas do arranjo serão subutilizadas e o fator de diretividade (DRC) do arranjo será menor do que o possível. Distâncias maiores que as ótimas são impraticáveis, pois neste caso as dimensões do dispositivo de antena como um todo aumentam desnecessariamente e sua característica de diretividade piora (o lóbulo principal se estreita e o lóbulo lateral cresce). Escolha aproximadamente a distância entre as antenas individuais do arranjo, usando o conceito da superfície efetiva Seff de uma única antena com diretividade = Do. Seff=(Dol2)/4p; onde l é o comprimento de onda. Representando condicionalmente esta superfície como um quadrado de lado a=l/2Sqr(Do/p), é possível colocar os centros elétricos das antenas no arranjo ao longo dos vértices do quadrado de lado "a". Neste caso, a superfície efetiva Speff matriz de antenas será aproximadamente igual a n * Seff, onde n é o número de antenas incluídas na matriz. É óbvio que o valor do ganho de um arranjo de antenas depende tanto do valor de Do (o ganho de cada antena individual) quanto do número de antenas individuais que formam o arranjo. Com o aumento deste número, aumentam as dificuldades técnicas no fornecimento de energia em modo comum das antenas de arranjo e em combiná-lo com o alimentador. A redução do comprimento de onda de operação exacerba essas dificuldades, e na faixa de frequência considerada já são bastante perceptíveis. Um ponto essencial na construção de um arranjo de antenas multielementos é a escolha de seu elemento - uma única antena. Este elemento deve ser estruturalmente simples e ter propriedades aperiódicas. A última qualidade é especialmente necessária ao fazer um arranjo de antenas em condições amadoras, quando é difícil fazer um grande número de antenas únicas com alta identidade. A ausência de propriedades ressonantes pronunciadas em uma única antena torna possível, sem muito dano ao conjunto como um todo, permitir desvios das dimensões especificadas ao fazer peças de antena. Um emissor em ziguezague mostrado na Fig. 1 pode ser usado como tal elemento. Esta figura mostra as dimensões do radiador para a faixa de frequência 430-440 MHz.
O emissor é constituído por oito placas metálicas idênticas e sólidas, unidas de qualquer forma (soldadura, parafusos ou rebites). Ao fixar com parafusos ou rebites nos pontos de alimentação da antena a - a, é necessário instalar pétalas de latão estanhado para soldar o alimentador. Com este projeto do emissor, em seus pontos b-b haverá antinós de corrente e, portanto, tensões zero. Devido a isso, o emissor pode ser fixado com racks metálicos ao refletor pelos pontos b-b, e um alimentador de distribuição pode ser passado por um desses pontos sem violar a simetria elétrica da antena. Assim, não há necessidade de fabricar e usar qualquer dispositivo de balanceamento especial. O alimentador de distribuição do ponto "b", que tem potencial zero, é colocado ao longo de duas placas do emissor até seus pontos de energia, onde é soldado a ele. Para tornar o emissor mais forte, uma placa dielétrica pode ser colocada entre os pontos a-a. O design simples do emissor permite sua produção múltipla com alta identidade. O fator de diretividade e o TWV (coeficiente de onda viajante) deste radiador dependem fracamente da frequência e praticamente não mudam na faixa de comprimento de onda de operação. Assim, o projeto do radiador e suas propriedades aperiódicas satisfazem os requisitos para um elemento de matriz de antenas. O próximo passo na construção de um arranjo de antenas é a colocação dos elementos no arranjo e a escolha das distâncias entre eles. Os padrões de radiação nos planos E e H de polarização de um radiador em ziguezague com um refletor em uma determinada faixa de onda são quase os mesmos. Isso permite colocar os elementos da rede ao longo dos vértices de um quadrado com um lado aproximadamente igual a 0.9l. Para uma operação bem-sucedida do conjunto de antenas, é necessário alimentá-lo adequadamente e coordenar os elementos do conjunto com o alimentador principal. Neste caso, é desejável que o sistema de alimentação garanta a radiação em fase dos elementos do arranjo e a igualdade das potências fornecidas a eles. O princípio de funcionamento do sistema de fornecimento de energia usado no conjunto de antenas descrito pode ser entendido a partir da Fig.2.
Esta figura mostra quatro radiadores em ziguezague, cujos condutores são excitados em fase a partir dos pontos de alimentação in-in. Neste caso, os alimentadores de distribuição 1 e 2, 3 e 4 são conectados em pares em paralelo, e os próprios pares nos pontos in-in são conectados em série. Isso permite, em primeira aproximação, nos pontos c-c restaurar os valores das resistências de entrada disponíveis na entrada de cada alimentador de distribuição individual e, assim, garantir o mesmo grau de correspondência do alimentador que fornece quatro emissores como o alimentador que fornece um emissor (KBV ~ 0,6 -0,7). As fases da tensão fornecida aos pontos de alimentação do I-V são deslocadas uma em relação à outra em 180 °, portanto, para o faseamento correto dos emissores, é necessário criar artificialmente uma mudança de fase adicional em 180 °. Esse deslocamento pode ser realizado colocando, por exemplo, os alimentadores de distribuição 1 e 3 nos lados direitos dos radiadores e os alimentadores 3 e 4 - respectivamente, à esquerda. Naturalmente, os comprimentos elétricos dos cabos de distribuição dos pontos de alimentação in-c até os pontos de alimentação dos emissores aa devem ser os mesmos. Na fig. 3a mostra a implementação estrutural da instalação de cabos coaxiais de quatro alimentadores de distribuição no nó A.
As conexões de cabos no nó A são muito simples e dispensam maiores explicações. Deve-se apenas ter em mente que os comprimentos dos condutores de conexão devem ser o menor possível e os pontos de solda devem ser extremamente precisos. O nó A é montado em uma placa dielétrica, que deve ser afastada de 40 a 50 mm do mastro. Como alimentador principal para os quatro emissores, você pode usar um cabo coaxial de 75 ohms (de preferência RK-3) ou uma linha de dois fios de 300 ohms. No primeiro caso, o cabo deve ser conectado aos pontos de energia c - c através de um dispositivo de balanceamento, cuja visão geral é mostrada na Fig. 3,b.
Este dispositivo é composto por dois condutores de igual diâmetro, curto-circuitados a uma distância de 173 mm do ponto de conexão do condutor central do cabo. O papel de um dos condutores do dispositivo de balanceamento é desempenhado pela malha de blindagem do alimentador principal, e um tubo de latão é usado como o outro. Com os pontos g-d, o dispositivo de balanceamento é conectado aos pontos v-v do nó A. Os condutores do dispositivo de balanceamento devem ser fixados na placa de potência dielétrica do nó A para que as forças mecânicas do alimentador não sejam transmitidas aos pontos de excitação v - c e não interrompa o contato neles. Quando uma linha de dois fios com impedância de onda de 300 ohms é usada como alimentador principal, outro cotovelo em U é conectado ao dispositivo de balanceamento (na Fig. 3, b abaixo). Com um alimentador feito de cabo RK-3 ou RK-1, não é necessário ligar o cotovelo em U. O cotovelo em U quadruplica os valores de resistência, proporcionando tanto a transformação de resistência necessária no caso de usar uma linha de dois fios, quanto o balanceamento. Uma linha de dois fios com uma impedância de onda de 300 ohms pode ser feita de fio de cobre. Para fixar os fios da linha, os postes devem ser fixados neles, cortados do isolamento de polietileno do cabo PK-3 em pequenos pedaços de cerca de 10 mm de comprimento. Os pedaços de isolamento colocados nos fios da linha são fixados aos pares com uma fita isolante (Fig. 4).
Antes de entrar na casa, a extremidade da linha de dois fios deve ser conectada nos pontos e-e a outro cotovelo ET, conforme mostrado na Fig. 4. O dispositivo e as dimensões do conjunto de antenas de quatro radiadores, cujo esquema é mostrado na Fig. 2, são mostrados na Fig. 5.
O fator de diretividade desta grade é de cerca de 40. O desenho do quadro no qual os emissores estão localizados é mostrado na Fig.6. Consiste em quatro trilhos horizontais e dois verticais montados no mastro.
Se os emissores forem feitos de materiais suficientemente rígidos, as lâminas verticais podem ser omitidas. Para aumentar a diretividade do conjunto de antenas, é aconselhável usar um refletor. Uma das opções de refletor é mostrada na Fig.7.
Consiste em dois trilhos horizontais, ao longo das bordas dos quais são fixados dois segmentos de um cabo de antena ou fio de cobre nu com um diâmetro de 2-3 mm. Condutores transversais com um diâmetro de 0,5-1 mm são presos aos cabos da antena (ou fios), que formam a parede do refletor. O refletor é montado no mastro por meio de dois suportes (Fig. 7). Deve ser o mais leve possível. Uma visão geral da matriz de quatro emissores com um refletor é mostrada na Fig. 8.
Ao instalar a grade, você deve direcioná-la com precisão ao correspondente. Os caras do mastro não devem cruzar e mais ainda tocar os condutores dos radiadores do conjunto de antenas. Se os caras correrem na frente da teia da antena, eles devem consistir em várias partes com isoladores entre elas. A distância entre os isoladores deve ser de cerca de 150 mm. Os fios da linha de dois fios podem correr paralelos ao mastro, mas não devem tocá-lo. Em locais de inflexão, eles podem ser fixados em isoladores. No entanto, é necessário se esforçar para garantir que os condutores de uma linha de dois fios durante a fixação e a dobra (de preferência mais suaves) não sejam fortemente deformados. Assim, por exemplo, eles não podem ser enrolados em isoladores, como é feito com os fios da rede de iluminação. Como pode ser visto nas figuras, as dimensões do conjunto de antenas de quatro emissores são relativamente pequenas. É possível aumentar o fator de diretividade da grade até cerca de 150-160 quadruplicando-o. O esquema de alimentação selecionado para os elementos de treliça permite que isso seja feito sem muita dificuldade. A Figura 9 mostra o esquema de alimentação de um conjunto de antenas de 16 elementos. É semelhante ao diagrama da Fig. 2, se considerarmos cada quatro emissores como um único elemento. Todos os nós na Fig. 9 com pontos de alimentação in-in e in'-in' são executados conforme mostrado na corrida 3. Tanto um cabo coaxial de 75 ohms com um balun quanto uma linha de 300 ohms de dois fios usando um cotovelo ST podem ser conectados aos pontos B'-B' como alimentador principal. A instalação de linhas de energia requer atenção especial, pois a conexão incorreta das extremidades do dispositivo de balanceamento em qualquer um dos nós de energia fará com que todo o conjunto de antenas fique fora de fase. O layout dos cabos de distribuição para os pontos de energia dos próprios radiadores em ziguezague em quádruplos também é mostrado na Fig. 9.
Você pode montar uma grade de 16 emissores no quadro, conforme mostrado na Fig.10. Aqui, também, as ripas verticais nem sempre são necessárias. O refletor da antena é feito da maneira descrita acima.
Os requisitos para a implementação do sistema de alimentação são totalmente preservados. Os requisitos para o rigor do ajuste do sistema e sua rigidez mecânica estão aumentando. A antena tem uma diretividade relativamente alta. O ângulo de abertura de seus padrões de radiação na metade do nível de potência é de cerca de 16°. Conseqüentemente, desvios da direção para o correspondente e em elevação superiores a ±4° são indesejáveis. Autor: K. Kharchenko; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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