Antena de ondas curtas de alcance. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O artigo oferecido aos leitores fornece uma descrição e cálculo de uma antena independente de frequência. Até agora, esta classe de antenas quase não encontrou aplicação na prática amadora. Ao mesmo tempo, o uso de tais antenas é muito tentador, pois permite conviver com um sistema de antena ao operar em várias bandas (por exemplo, 14, 21 e 28 MHz em HF ou 144 e 430 MHz em VHF) .

Comparado à antena comum de “canal de onda”, o sistema descrito possui dimensões menores no plano horizontal. Talvez sua única desvantagem seja a necessidade de fazer elementos em forma de molduras com lado de 0,5l, o que para a faixa de 14 MHz é uma estrutura de tamanho impressionante. Mas essa é a tecnologia de antenas. O eterno dilema é o tamanho grande ou a baixa eficiência. Cada amador decide esta questão com base em suas condições específicas. Quanto à eficiência, uma antena independente de frequência aparentemente tem uma vantagem tanto sobre o “canal de onda” quanto sobre vários “quadrados”.

A antena descrita foi desenvolvida por iniciativa de um operador de ondas curtas bastante conhecido em nosso país e no exterior, um abnegado entusiasta de rádio-esportes, ex-membro do Presidium do Sistema da Reserva Federal da URSS Igor Nikolaevich Zhuchenko (UA1CC).

Os autores e editores dedicam o artigo publicado a seguir à memória de I. N. Zhuchenko.

Via de regra, as antenas que utilizam frequências de ondas curtas são de banda estreita e possuem ganho relativamente baixo. Portanto, a sobreposição de bandas amadoras é de 14; 21 e 28 MHz são geralmente alcançados com a fabricação de três antenas, e a comunicação de longa distância é obtida aumentando a potência do transmissor ou tornando os sistemas de antenas mais complexos. Ao mesmo tempo, o problema de fornecer comunicação de longa distância pode ser resolvido com sucesso sem aumentar a potência do transmissor se você usar uma antena altamente direcional, independente de frequência e com alto ganho.

Vários autores propuseram uma série de soluções de projeto para a criação de antenas independentes de frequência (log-periódicas) que têm um ganho de 9-12 em comparação com um emissor isotrópico. Abaixo está a descrição de uma antena log-periódica de banda larga, cujo aumento na eficiência de radiação é alcançado através do uso de elementos ressonantes feitos na forma de quadros de circuito duplo.

A antena, cuja visão geral é mostrada na Fig. 1, consiste em uma linha de energia de dois fios rigidamente executada e elementos radiantes localizados paralelamente entre si ao longo dela. As dimensões dos elementos radiantes e a distância entre eles mudam geometricamente com um coeficiente de proporcionalidade t. Os elementos são excitados de tal forma que a energia emitida pelos elementos da região ativa é adicionada em fase na zona distante (a região ativa deve ser entendida como um grupo de vibradores, cujas dimensões geométricas são próximas do comprimento do elemento ressonante 0,25l).

Figura.1

O elemento radiante tem a forma de um quadrado cujo lado é 0,5l (Fig. 2). Os jumpers de quarto de onda formam dois circuitos simétricos alimentados por uma linha de dois fios nos pontos a - a'. As direções das principais correntes que formam o padrão de radiação são indicadas por setas sólidas. Os campos eletromagnéticos gerados pelas correntes indicadas pelas setas pontilhadas são mutuamente compensados. Assim, o elemento ressonante é uma matriz em fase de três elementos.

Figura.2

Na Fig. A Figura 3 mostra um desenho da antena no plano horizontal. Conclui-se que o cálculo da antena se resume a resolver um triângulo retângulo. De passagem, notamos que o princípio de funcionamento da antena não é violado desde que o seu tamanho longitudinal seja razoavelmente reduzido, o que é de importância decisiva na construção de antenas de ondas curtas.

Figura.3

As dimensões da antena encurtada são determinadas pela faixa de frequência. Então, para cobrir a faixa de frequência 14; 21 e 28 MHz, uma condição necessária e suficiente é a presença de elementos ressonantes correspondentes às frequências limite. Porém, neste caso, as propriedades direcionais da antena na frequência de 28 MHz serão ligeiramente inferiores às da frequência de 14 MHz, uma vez que a região ativa na frequência superior será limitada a um elemento. Portanto, é aconselhável encurtar a antena para que pelo menos dois elementos ressonantes operem na frequência superior.

Cálculo da antena

Com base nas condições para garantir a comunicação do caso com os correspondentes, calculamos (ou definimos) o ganho de antena G necessário:

onde: E - intensidade do campo (limiar de sensibilidade do receptor), mV/m;

P - potência do transmissor, W; r - distância, km.

Figura.4

Do gráfico da Fig. 4 determinamos o tamanho angular a.

Do gráfico da Fig. 5 encontramos a dimensão longitudinal L (Lo, L1 ou L1 - dependendo do grau de encurtamento selecionado, onde:

Lo - comprimento total da antena, L1 - mínimo possível

Figura.5

comprimento da antena encurtada, L2 - comprimento da antena encurtada levando em consideração o aumento da zona ativa em altas frequências).

Do gráfico da Fig. 6 determinamos o valor do coeficiente de proporcionalidade M. Aqui Gopt corresponde ao ganho ideal, e Gopt-D e Gopt-2D reduzem o ganho em 1 e 2 unidades.

Figura.6

Do gráfico da Fig. 7 determinamos o número de elementos radiantes n.

Figura.7

Calculamos o comprimento ressonante dos elementos radiantes:

l₁=0,25lmáx.

l₂=tl₁

. . . . .

ln=tl_n-1

Determinamos a localização (distância ao primeiro elemento) dos elementos radiantes R ao longo da linha de dois fios:

R1=L

R2=tR1

. . . . .

R2=tR_n-1

Ao fabricar uma linha de alimentação de dois fios, o tamanho calculado L deve ser aumentado em 0,13lmax para obter uma boa correspondência e eliminar a contra-radiação: 0,03lmax - antes do elemento ressonante correspondente à frequência de corte superior e 0,1lmax - após o elemento ressonante correspondente à frequência de corte mais baixa.

Para orientação na escolha de uma antena na faixa de frequência de 14 a 28 MHz, a tabela fornece uma avaliação comparativa de seus parâmetros geométricos e elétricos.

Tabela 1

As dimensões correspondentes a G=9,5 são mostradas na Fig. 3. O tamanho L2 é considerado L. Os padrões de radiação da antena são mostrados na Fig. 8.

Figura.8

Projeto da antena

A antena e a linha de energia de dois fios podem ser feitas de tubos de aço ou duralumínio. A constância da impedância de onda de uma linha de dois fios é garantida por meio de isoladores feitos de materiais dielétricos de alta frequência ou madeira seca e bem impregnada. A impedância característica da linha (levando em consideração o isolador utilizado) deve ser de aproximadamente 100 ohms.

A excitação de uma linha de dois fios pode ser realizada por alimentadores simétricos e assimétricos. No caso em que o transmissor possui uma saída não balanceada,

É racional produzir excitação com um cabo coaxial colocado dentro de um dos tubos de linha. Neste caso, a seção inicial do tubo desempenha o papel de um transformador de balanceamento (correspondência). A blindagem do cabo é conectada galvanicamente à extremidade de um tubo da linha e o núcleo interno é soldado ao segundo tubo.

Autores: E. Baranovsky, E. Tumarkin; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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