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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Outra opção para uma antena direcional vertical. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas VHF Em artigo anterior do autor (V. Polyakov. Antena direcional vertical. "KB magazine", No. 5, 1998, p. 27-31) uma antena direcional de dois elementos composta por dois vibradores verticais ativos foi descrita em detalhes. No processo de experimentos com ele, outra maneira de alimentar vibradores verticais foi inventada, sem o uso de uma linha de dois fios de quarto de onda. Talvez isso seja de certa forma um retorno ao antigo e conhecido, no entanto, a antena funcionou, foi facilmente sintonizada, mostrou bons resultados e foi usada na prática. Oferecemos esta construção para o julgamento dos leitores. De acordo com a ideologia, esta antena ainda é um feixe ZL com dois vibradores verticais de meia onda muito próximos e alimentados quase em antifase (o deslocamento de fase das correntes nos vibradores é de cerca de 215°). As mudanças estão relacionadas à forma como os vibradores são alimentados. Passemos à fig. 1, que mostra um vibrador contínuo de meia onda e a distribuição da corrente I e da tensão U nele.
Os gráficos dessas distribuições correspondem quase exatamente aos segmentos das sinusóides. No ponto X, deslocado a uma certa distância do centro do vibrador, sua resistência, em plena conformidade com a lei de Ohm, é determinada pela relação tensão/corrente, R=U/I. É igual a zero no meio do vibrador (uma vez que a tensão desaparece aqui) e aumenta proporcionalmente a tg(2nX/L,) quando o ponto de alimentação é deslocado por uma distância X do meio do vibrador. Desta forma, a propósito, a antena Windom é alimentada por um alimentador de fio único com resistência de cerca de 600 ohms. Vamos precisar de uma resistência de cerca de 25 ohms, então o deslocamento do ponto de alimentação do meio dos vibradores será muito pequeno. O circuito elétrico da antena proposta com dimensões aproximadas dadas em comprimentos de onda é mostrado na Fig.2.
Um cabo de alimentação com impedância de onda de 50 ohms é conectado aos pontos YY, proporcionando sua excitação antifase. Esses pontos são conectados por segmentos curtos e "espessos" de condutores aos pontos de alimentação dos vibradores X-X. Condutores "espessos" são necessários aqui para reduzir sua reatância indutiva, que, no entanto, será compensada ao ajustar a antena e, como se viu, não tem um efeito significativo. Para o alimentador de alimentação, as impedâncias de entrada dos vibradores são conectadas em série, razão pela qual a impedância de entrada dos vibradores nos pontos X-X deve ser de cerca de 25 ohms. Com igual sucesso, a antena pode ser combinada com um cabo de 75 ohms, apenas a distância do meio dos vibradores aos pontos X-X será um pouco maior. Se os vibradores fossem os mesmos, eles disparariam exatamente fora de fase e a antena irradiaria mal, com um padrão de radiação de dois lóbulos idênticos para frente e para trás. Para as fases necessárias, o vibrador frontal é feito um pouco mais curto que a meia onda, e o traseiro é um pouco mais longo (como um refletor deve ser). Os comprimentos elétricos dos vibradores na Fig. 2 são dados levando em consideração o encurtamento "natural" dos vibradores com uma espessura finita. Encurtar o vibrador dianteiro resulta em uma mudança de fase de cerca de 16° (0.045L) na direção principal, enquanto o alongamento do vibrador traseiro resulta na mesma mudança de fase na direção atrasada. A distância entre os vibradores é de 0,09L, então a onda irradiada de volta pelo vibrador frontal está exatamente fora de fase com a onda irradiada de volta pelo vibrador traseiro, e ambas as ondas são compensadas. Portanto, não há radiação para trás. A diferença de fase entre as ondas irradiadas para frente por ambos os vibradores é superior a 60°, e essas ondas não são compensadas, formando uma radiação direcional. A antena descrita foi modelada na faixa de 430 MHz da seguinte forma: em uma placa de fibra de vidro revestida com película de dimensões de 7x80 mm, a lâmina foi cortada ao meio e ali foi soldado um cabo (pontos YY), com uma trança voltada para o refletor (é mais conveniente chamar o vibrador traseiro mais longo). Os vibradores eram feitos de fio de cobre com diâmetro de 1,8 mm e eram fixados à tira de vidro-textolita com suportes de mola (pontos X-X), para que os vibradores pudessem ser movimentados verticalmente. Por tal movimento, ou deslocando os pontos X-X, foi possível obter ROE == 1 na frequência de operação. A supressão da radiação de retorno foi alcançada selecionando os comprimentos dos vibradores. Aqui está o que aconteceu após o ajuste: o ganho da antena comparado a um único vibrador de meia onda foi de 5 dB. Padrões direcionais nos planos vertical e horizontal são mostrados na Fig.3.
Eles são muito típicos para uma antena de dois elementos e não possuem nenhum recurso. O ângulo de abertura do diagrama com meia potência é 110° no plano horizontal (em azimute) e 90° no plano vertical (em elevação). Neste último caso, as propriedades direcionais dos próprios vibradores entram em jogo, somando-se às propriedades direcionais do sistema emissor. Uma estimativa do ganho do feixe dá um valor de 6,5 dB em relação a um radiador isotrópico, o que corresponde muito bem à figura acima. Tendo recebido esses resultados, decidiu-se construir uma antena dobrável portátil para operação em campo em um alcance de 10 m. Seu esboço é mostrado na Fig. 4. A antena foi levantada sobre um mastro telescópico de 6,5 m de altura, feito de pedaços de tubos de duralumínio com diâmetro de 24 a 35 mm. Para evitar que o mastro seja excitado pelo campo de radiação da antena, seu comprimento não deve ser múltiplo de um quarto de comprimento de onda. Embora esta disposição não tenha sido verificada experimentalmente, nenhum efeito perceptível do mastro da altura especificada na operação da antena foi observado. Mastros dielétricos de qualquer altura também podem ser usados. O mastro foi fixado na posição vertical com estrias de uma corda de pesca de poliamida. Na extremidade superior do mastro, foi fixada uma placa de vidro orgânico grosso (15 mm) (isolante), à qual foram aparafusadas as partes horizontais da linha de alimentação. Eles foram feitos de um perfil em forma de U de duralumínio com uma seção de 35x20 mm. As dimensões do perfil não são críticas, desde que forneça rigidez mecânica suficiente para a montagem dos vibradores. As pétalas foram colocadas sob os parafusos do perfil ao isolador, ao qual o cabo foi soldado. Para reduzir o fluxo de correntes na bainha do cabo, foram colocados dois anéis de ferrite sobre ela. O cabo não teve contato elétrico com o mastro.
Os vibradores foram constituídos por dois tubos de duralumínio de 14 mm de diâmetro e 3000 mm de comprimento. Em ambas as extremidades, os vibradores foram fixados com mastros de um tubo mais fino e muito leve. Os mastros podem ser movidos e fixados com parafusos ajustando o comprimento dos vibradores. Nas extremidades dos perfis (nos pontos Х-Х), os vibradores foram fixados com grampos de duralumínio macio e parafusos com furos rosqueados no perfil. Enquanto os parafusos não estão presos, os vibradores podem ser movidos verticalmente com algum esforço, segurando o mastro inferior. A afinação da antena foi reduzida à seleção dos comprimentos dos vibradores, estendendo e retraindo os mastros inferiores. Neste caso, o diagrama de diretividade foi controlado. Na prática, isso é conveniente ao receber uma estação de rádio, cujo sinal é estável e vem em uma onda terrestre. Girando o mastro, observe o padrão de radiação. O autor, experimentando em um jardim a 60 km de Moscou, recebeu a estação de rádio do "Serviço de Resgate" de Moscou na faixa de MW de 27 MHz e recebeu uma diferença na recepção "frontal" e "traseira" de 4 ... 5 pontos (até 30 dB). Os vibradores foram então encurtados em 4% para sintonizar 28 MHz. Tendo recebido um diagrama aceitável, mova os vibradores verticalmente até obter um bom ROE no alimentador de alimentação. Neste caso, os vibradores estão um pouco perturbados, mas mesmo assim é melhor repetir as operações para formar o diagrama e combinar várias vezes sucessivamente. Isso pode ser feito na posição de trabalho da antena, talvez abaixando o mastro até um joelho, pois é necessário apenas alcançar os mastros inferiores de ambos os vibradores para ajuste. Em nenhum caso você deve tocar no mastro superior quando o transmissor estiver ligado, pois existem antinós (máximo) de tensão nas extremidades dos vibradores e você pode obter queimaduras de alta frequência. Além disso, a antena também é perturbada mesmo quando as mãos são levadas às extremidades dos vibradores. Após o ajuste, a antena é abaixada, todos os parafusos de fixação são apertados e levantados novamente para a posição de trabalho. As dimensões mostradas na Fig. 4 foram obtidas após a sintonia da antena. Para verificar a repetibilidade dos resultados, outra vez a antena foi montada no solo de acordo com as dimensões dadas e levantada sem sintonia. A relação de radiação para frente/para trás acabou sendo de cerca de 25 dB, e a ROE foi menor que 2. Apenas um pequeno ajuste da ROE foi necessário movendo os vibradores verticalmente em seus suportes. Com esta antena, foi realizado um experimento para receber sinais de faróis escandinavos em um dos dias em que não houve transmissão na faixa de 10 metros. Tendo sintonizado o receptor em 28,268 MHz e direcionado a antena para o noroeste, o autor ouviu pacientemente o ruído mais puro do éter por uma hora e meia. Devo dizer que o experimento ocorreu em um local bastante "silencioso", onde o ruído do ar, reduzido à entrada do receptor de 50 ohms, foi de 0,08 ... 0,1 μV na banda SSB de 2,4 kHz. A paciência foi recompensada com três, uma forte e duas "explosões" mais fracas do sinal do farol finlandês OH9TEN emitindo uma antena omnidirecional vertical de 20 watts. Os "flashes" duravam de um a quatro segundos, e não há dúvida de que eram reflexos de sinais de trilhas esporádicas de meteoros. Cálculos subsequentes deram valores de atenuação do sinal de meteoro neste caminho da ordem de 170...180 dB, ou seja, um valor que pode ser completamente coberto usando uma potência irradiada de várias dezenas de watts, receptores sensíveis e as antenas direcionais mais simples como a descrita. Assim, a comunicação de meteoros no "top ten" é bem possível! Autor: Vladimir Polyakov (RA3AAE), Moscou; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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