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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antenas de recepção direcional de bandas de baixa frequência. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / antenas de alta frequência As operadoras nas bandas baixas de 160 e 80 metros estão constantemente se esforçando para melhorar a recepção em suas estações. O problema é que as antenas que são eficazes na transmissão (por exemplo, um mastro vertical alto) coletam muita interferência ao receber. A eficiência da antena receptora não é crítica, pois o nível de sinais e interferência nas bandas de baixa frequência é muito alto e, além disso, não é difícil usar um pré-amplificador de transistor de baixo ruído. Uma antena magnética de ferrite não é muito boa nesse quesito, embora tenha certa diretividade, possuindo dois zeros em seu padrão de radiação (RP) na forma de uma lemniscata (semelhante a uma "figura de oito"). A antena de ferrite deve estar localizada dentro de casa, onde o nível de interferência é alto. A antena de loop externa é um pouco melhor nesse aspecto, mas seu RP é o mesmo e, na melhor das hipóteses, apenas permite atenuar a interferência de uma fonte localizada remota apontando um RP zero para ela. Uma antena receptora de baixa frequência verdadeiramente direcional é a Beverage Travelling Wave Antenna (TWA), que é um fio com vários comprimentos de onda, localizado bem acima do solo. No entanto, poucos radioamadores se dão ao luxo de construir várias antenas de meio quilômetro de comprimento, esticadas em diferentes direções! As questões de criação de antenas de recepção direcional anti-interferência nas faixas VLF e LW foram discutidas no trabalho fundamental [1]. Em particular, foi demonstrado que a combinação de um loop e uma antena "estática" (omnidirecional vertical) produz um padrão cardióide. Devido ao enfraquecimento da recepção de algumas direções, houve uma diminuição significativa no nível de interferência. Antena EWE. Em conexão com o exposto, a publicação do WA2WVL sobre uma antena chamada EWE [2] despertou grande interesse. Tendo tamanho e altura pequenos, ainda assim possui um RP muito bom, próximo de um cardióide. Dentro de cerca de um ano, muitos shortwavers construíram a antena EWE, receberam boas críticas, e WB2P sugeriu o uso de quatro dessas antenas, combinadas no ponto de alimentação, para mudar o RP em diferentes direções. Na publicação seguinte [3] WA2WVL utilizou esta ideia construindo a antena mostrada na fig. 1.
O receptor é conectado à antena com um cabo coaxial de 50 ohms através de um transformador correspondente T1 com uma taxa de transformação de 3, portanto, a impedância de entrada do alimentador do lado da antena aumenta 9 vezes, até 450 ohms. Com a ajuda de quatro relés, cujos contatos normalmente abertos são mostrados na figura, uma das quatro antenas orientadas na direção desejada é conectada ao transformador. Cada uma das antenas é um retângulo de 3 metros de altura e 15 metros de comprimento, com um transformador ligado a um dos lados verticais e um resistor ao outro. Os segundos terminais do transformador e resistor são aterrados. O design é muito semelhante a uma cópia menor da antena Beverage, com a única diferença sendo que as dimensões da antena são muito menores que o comprimento de onda. Além disso, a recepção máxima está do lado do transformador, não do resistor. O padrão da antena, calculado levando em consideração a presença de outras três antenas desconectadas, é mostrado na fig. 2: a - no plano vertical; b - na horizontal. Esse padrão é típico para todas essas antenas, incluindo as descritas abaixo. A supressão máxima da recepção por trás, do lado do resistor, é alcançada por sua seleção exata. A resistência do resistor pode variar de 400 ohms a vários kilo ohms. A antena é muito banda larga, seu padrão e impedância de entrada são mantidos em mais de quatro vezes a banda de frequência. A antena não funciona bem para transmissão devido à baixa eficiência.
Na versão do autor, a antena foi montada em cinco postes de madeira, para o aterramento foram utilizados tubos de metal cravados no solo em cerca de 1,2 m. O autor afirma que, devido à alta impedância da antena, as resistências de aterramento praticamente não afetam seu Operação. O transformador T1 foi enrolado em um anel com diâmetro de cerca de 12,5 mm feito de ferrita com permeabilidade magnética de 850. O enrolamento continha 11 voltas de fio dobradas em três. Os três enrolamentos resultantes foram conectados em série, como mostrado na Fig. 1, e o conector coaxial do alimentador XW1 foi conectado ao primeiro dos taps. Um pouco mais tarde, o autor construiu outro sistema de antenas semelhante a cerca de 60 metros do primeiro e os incluiu como um arranjo de antenas em fase, obtendo um fator de diretividade (DPC) ainda maior na faixa de 160 metros. Mais sobre isso é descrito em [3]. Quadros K9AY. Experimentando com antenas de recepção direcional para bandas amadoras de baixa frequência e modelando antenas em um computador, Gary Breed (K9AY) propôs um projeto muito compacto de dois quadros carregados elevados em um mastro [4]. Com a ajuda de relés instalados na base do mastro, é possível mudar o padrão cardióide para quatro direções diferentes. As dimensões comparativas do sistema de antena de quatro EWEs com comprimentos de feixe de 12 m e quadros K9AY são mostradas na fig. 3. As próprias molduras têm formato delta, porém, como relata o autor, a forma e as dimensões não são muito críticas. Na base do mastro, as armações são aterradas, o que proporciona proteção contra raios e reduz o nível de interferência. A haste de aterramento serve com sucesso como base do mastro, embora seja preferível fazê-la com material isolante.
Um esboço de um quadro é mostrado na fig. 4, a altura do ponto superior é de 7,5 m, os lados são desenhados em 4,5 m e os cantos têm uma altura de 1,5 m. Conforme mostrado na figura, você pode ficar sem mastro pendurando o ponto superior do sistema de antena por um galho de árvore, por exemplo, com uma corda. É conveniente usar isoladores de porca com furos nos cantos da estrutura. As pontas inferiores dos fios das armações são puxadas para a haste de aterramento também com a ajuda de isoladores de porca, as pontas dos fios que sobraram após a ligação dos isoladores são enviadas para uma caixa estanque com um relé e um transformador correspondente semelhante ao descrito acima. Explicando o princípio de funcionamento da antena, o autor observa sua semelhança com os acopladores direcionais amplamente utilizados na tecnologia de RF e micro-ondas, em particular nos medidores de ROE. Se a antena EWE for meio quadro, cujo fio de retorno é a terra, o loop K9AY é um quadro completo, mas seu princípio de operação é muito semelhante. As antenas respondem aos componentes elétricos E e magnéticos H do campo eletromagnético de entrada. Para a componente elétrica do campo, as antenas se comportam como verticais curtas, criando alguma tensão no ponto de conexão do alimentador. Como seria de esperar de uma antena vertical, o padrão de campo E é omnidirecional. A situação é diferente com a componente magnética do campo H: atravessando o plano da antena, ela cria uma corrente que circula pelo perímetro do quadro. Essa corrente, passando pelo resistor de carga, também cria alguma tensão, que se soma à tensão do campo E. Se a onda vier do lado do ponto de conexão do alimentador, ambas as tensões se somam. Se a onda vier do lado do resistor de carga, as tensões são subtraídas, pois a direção do campo H que penetra no quadro é invertida. Ao alterar a resistência do resistor de carga, é possível equilibrar ambas as tensões para que sejam iguais. DN, neste caso, assume a forma de um cardióide com um único zero. A atenuação dos sinais provenientes do resistor de terminação pode exceder 40 dB, o que é mais de 6 unidades S na escala de intensidade do sinal! O RP zero não está no plano do solo, mas, conforme demonstrado por simulações de computador, é elevado em um ângulo de 20 a 55°, dependendo da configuração da antena e das propriedades do solo. Um loop curto e alto dá zero DN em um ângulo de elevação de 30...40°. Isso contribui para a atenuação do QRM das estações locais. Uma parte essencial e necessária da antena K9AY é o aterramento. Dependendo dos parâmetros do solo, pode ser necessário ajustar ligeiramente a resistência do resistor de carga. O aterramento não precisa apresentar perdas, como no caso da antena Beverage. A estrutura é direcional mesmo em terreno perfeitamente condutor. Isso significa que a antena funciona em quase todas as condições do solo. Nos comentários que se seguiram à publicação do artigo [3], o W6FA informou que o progenitor de todas as antenas de loop carregadas deve ser considerado o mesmo Harold Beverage, que patenteou uma antena semelhante em 1938, muito depois de sua famosa "antena de onda", ou, como são chamadas agora, antenas de ondas viajantes. A patente da Beverage descreve uma antena loop completa que não requer aterramento para seu funcionamento e possui um resistor de carga de cerca de 700 ohms, colocado em um ponto oposto ao ponto de alimentação. Esta antena de banda larga já deveria ser usada para recepção de televisão. Antenas Bandeira, Galhardete, etc.. A modelagem intensiva de antenas por radioamadores usando programas de computador levou ao surgimento de várias antenas [5], semelhantes à descrita. As antenas são estruturas triangulares, quadradas, retangulares ou rômbicas localizadas em um plano vertical. Possíveis configurações dessas antenas de loop são mostradas na fig. 5. Um círculo claro indica uma fonte (receptor), um círculo escuro indica um resistor de carga com uma resistência de 400 ohms e superior, geralmente cerca de 900 ohms. Aproximadamente o mesmo é obtido e a impedância de entrada da antena. Padrão direcional - cardióide, direção de recepção - da fonte.
Para operação na faixa de 160 metros da antena tipo Flag (Flag), ambas as versões de Pennant (Vympel) e Diamond (Diamond) medem 4,3 de altura e 8,8 m de comprimento. A antena Delta (Delta) tem uma altura de 5,2 e um comprimento de 8,4 m. Em comparação com o loop EWE e K9AY, essas antenas têm uma diferença significativa - não requerem aterramento, embora estejam localizadas relativamente baixas, a uma altura de cerca de 2 m acima do solo. Reduzir a altura para 0,3 m tem pouco efeito nas características das antenas. As antenas foram feitas em diferentes versões e tamanhos, por exemplo, JF1DMQ reduziu o tamanho para 1 x 5 M. As antenas funcionam bem em 80 e 40 metros também. Especialmente os radioamadores notam o baixo nível de ruído dessas antenas. Como exemplo, considere o triângulo "delta" usado por FO0AAA para recepção de 160m [6]. O fio horizontal inferior tinha um comprimento de 8,54 m e estava localizado a uma altura de 0,9 m acima do solo. A altura da armação triangular era de 5,2 m do fio inferior (6,1 m do solo). No total, foram necessários cerca de 22 m de fio com diâmetro de 1,63 mm. Um resistor de carga de 950 ohms e um transformador de potência foram incluídos nos cantos inferiores da estrutura, convertendo a resistência do alimentador de 50 ohms em 950 ohms. Na frequência de 1830 kHz, a relação de radiação para frente / para trás acabou sendo melhor que 40 dB, enquanto o ganho da antena em relação ao radiador isotrópico acabou sendo de apenas -34,5 dB, o que indica baixa eficiência e a necessidade de use um pré-amplificador de baixo ruído em conjunto com esta antena. A estrutura foi instalada em um mastro dielétrico, as extremidades inferiores do “delta” foram esticadas em estacas. A antena foi orientada de forma muito simples: reorganizando os pinos. Concluindo a revisão, podemos afirmar que uma nova classe de antenas receptoras direcionais de banda larga com baixo nível de ruído e pequenas dimensões surgiu à disposição dos radioamadores. Literatura
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