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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antena quadrada pequena. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / antenas de alta frequência Entre os problemas que os radioamadores de ondas curtas enfrentam, o principal, talvez, seja o problema de fabricar uma antena suficientemente eficaz e ao mesmo tempo pouco complicada em termos de design. Não há dúvida de que uma antena direcional rotativa pode fornecer os melhores resultados. No entanto, quase todas as antenas do tipo final são bastante volumosas e estruturalmente complexas, o que dificulta o uso de muitos amadores. No artigo publicado abaixo, é proposto um método para reduzir significativamente as dimensões geométricas mantendo uma eficiência suficientemente alta das antenas, o que sem dúvida será de interesse para os trabalhadores de ondas curtas. O autor deliberadamente não fornece um projeto específico da antena, pois espera que uma ampla gama de ondas curtas teste o método descrito em antenas com diferentes graus de redução, projetadas para diferentes faixas, com design diferente. Nos últimos anos, muitas descrições de várias antenas de ondas curtas de pequeno porte apareceram nas páginas da imprensa de rádio amador, nas quais a extensão elétrica ao comprimento ressonante é alcançada usando elementos reativos (indutâncias, capacitores, segmentos de linha). Ao reduzir as dimensões geométricas, a instalação da antena é facilitada e o projeto dos dispositivos de suporte é simplificado. Alguns radioamadores tratam essas antenas com certo ceticismo, explicando que qualquer antena geometricamente reduzida funciona pior do que uma de tamanho normal. Não se pode deixar de concordar com isso. De fato, com qualquer tipo de encurtamento do vibrador, a área limitada pelo diagrama de distribuição da corrente que o atravessa (doravante denominada "área de corrente") e, consequentemente, a eficiência da antena diminui. No entanto, o grau de redução na eficiência depende não apenas do grau de redução geométrica, mas também do método de extensão elétrica da antena. Além disso, às vezes acontece que uma antena menor em condições reais funciona ainda melhor do que uma de tamanho normal devido à redistribuição de perdas de energia e radiação, por exemplo, quando uma antena menor é instalada a uma altura muito maior acima do ambiente circundante. área. Antenas pequenas, obviamente, também podem atrair a atenção de radioamadores que, por qualquer motivo, não têm a oportunidade de instalar uma antena de tamanho normal. A Fig. 1a mostra um vibrador de meia onda em tamanho real; 1c - vibrador, cujo alongamento elétrico é obtido devido à carga capacitiva nas extremidades. Para cada vibrador, a distribuição de corrente ao longo dele é mostrada. Como pode ser visto nas figuras, a área de corrente máxima é observada para um vibrador de tamanho normal.
Para os outros dois vibradores, vemos que com um grau significativo de alongamento elétrico, a área da corrente tende a um retângulo de altura Imax no caso de ligar a capacitância e, no segundo caso, a um triângulo com altura I A Figura 2a mostra um vibrador quadrado com um de seus cantos voltados para baixo. Se a antena for alimentada simetricamente no ponto A ou B, o antinodo de tensão estará nos pontos C e D, e o antinodo de corrente nos pontos A e B. O vibrador pode ser estendido eletricamente, incluindo a indutância na quebra do fio no ponto A ou B, ou a capacitância entre os pontos C e D. Este último método também é mais vantajoso neste caso. Como resultado, obtemos um vibrador na forma mostrada na Fig. 2b com dimensões geométricas menores que a do quadrado da Fig. 2a, mas com a mesma frequência de ressonância.
Para fins de verificação prática da viabilidade de extensão elétrica de uma antena quadrada com o auxílio de uma capacitância, foi realizado um experimento em um modelo reduzido a uma frequência de cerca de 100 MHz. O quadrado é feito de arame com diâmetro de 1,2 mm. O tamanho do lado do quadrado é de 76 cm. Os resultados do experimento são mostrados na Tabela 1. Tabela 1
Como pode ser visto na tabela, à medida que o comprimento do fio a aumenta (Fig. 2, b), a frequência de ressonância do quadrado diminui, embora a capacitância C ainda não esteja conectada. Isso é explicado pelo fato de que os próprios fios horizontais alongam eletricamente a antena devido à capacitância adicional que criam. Ao conectar capacitância C igual a 20 pF, a frequência de ressonância do vibrador foi reduzida pela metade em relação ao original. Os valores estimados de eficiência dependendo da relação das dimensões de uma antena de pequeno porte para as dimensões de uma convencional, sem levar em consideração as perdas nos isoladores, são mostrados na Tabela 2. Tabela 2
Vibradores eletricamente alongados são elementos a partir dos quais uma antena multielemento pode ser montada. Abaixo, consideramos a construção de um "duplo quadrado" feito de elementos eletricamente alongados com a ajuda de uma capacitância. Se o ponto de alimentação da antena for escolhido no vértice A, então no caso de simetria elétrica da antena, a tensão no ponto B será 0. A tensão no ponto A dependerá do circuito de alimentação da antena. Então. ao usar o esquema g-matching, que é difundido entre os radioamadores, a tensão no ponto A também será próxima de zero. De um modo geral, isso permite o uso de um tubo de metal como uma haste vertical que não é isolada dos fios do vibrador. No entanto, com uma ligeira violação de simetria, uma corrente aparecerá na haste vertical, o que interromperá o funcionamento normal da antena. A função da parte horizontal do vibrador pode ser desempenhada por uma haste metálica de suporte, mas deve ser quebrada no meio e isolada da haste vertical. Um capacitor variável é conectado ao mesmo ponto da barra horizontal. Um esboço de tal projeto é mostrado na Fig. 3a.
A Figura 3b mostra um projeto em que são usados dois capacitores (C1 e C2) O quadro é alimentado por um cabo sem dispositivo correspondente. Os rotores dos capacitores estão em um pequeno potencial próximo de zero quando a antena é simétrica. Alterando a relação entre as capacitâncias C1 e C2, é possível simétricar a antena. Se não houver tal necessidade, um bloco duplo pode ser usado como capacitores variáveis. O valor da capacitância dos capacitores depende do alcance para o qual a antena é projetada e do grau de sua extensão elétrica. Para todos os casos práticos, um valor máximo de capacitância de 50 pF é suficiente. Atenção especial deve ser dada aos isoladores, pois eles estão incluídos nos antinós de tensão e determinam principalmente a quantidade de perdas de energia de alta frequência. Isoladores feitos de materiais de baixa perda (porcelana, poliestireno, fluoroplástico, etc.) devem ser usados. O elemento passivo da antena é realizado de maneira semelhante. O espaçamento entre os vibradores permanece o mesmo das antenas de tamanho normal. Uma visão geral de uma antena de dois elementos é mostrada na Fig.4.
Dimensões específicas da antena para uma determinada banda amadora não são fornecidas, pois dependem do grau desejado de redução nas dimensões geométricas e das dimensões dos detalhes estruturais de suporte. Um possível erro ao marcar o comprimento do fio é facilmente compensado ao sintonizar a antena com o capacitor C. Autor: Eng.S. Bunimovich (UB5UN); Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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