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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antena VHF encurtada. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas VHF O livro “Antenas Amadoras de Ondas Curtas e Ultracurtas” de Z. Benkovsky e E. Lipinsky [1] é uma referência de desktop para muitos rádios amadores. Na seção de antenas dipolo VHF, seus autores distinguem três grupos principais: antenas encurtadas do tipo Uda-Yagi, antenas estendidas do tipo Uda-Yagi e sistemas de antenas, cujos elementos são constituídos por antenas dipolo. Referindo-se à prática, os autores aderem à regra de que se forem necessárias antenas com ganho de 6...8 dB, é aconselhável utilizar antenas encurtadas, cujo comprimento seja (l) é menor que o comprimento de onda (λ). Essas antenas podem conter de dois a cinco elementos. Antenas de dois elementos feitas corretamente têm um ganho de 3...4 dB, três elementos - 4...6 dB, cinco elementos - 6...8 dB. Na prática, muitas vezes são os projetos de compromisso que dão os resultados máximos, que são as antenas diretoras do tipo “canal de onda” (as já mencionadas antenas Uda-Yagi). Estas antenas não possuem linhas coletoras especiais, mas são um conjunto de elementos: vibradores ativos e passivos - um refletor e um ou mais diretores, que são instalados em uma base comum passando pelos pontos de potencial zero dos elementos constituintes. Antenas deste tipo são bastante compactas e fornecem ganho relativamente alto e outros parâmetros aceitáveis com dimensões relativamente pequenas. Descrições da maioria das variantes de tais antenas com diferentes números de combinações de elementos e suas localizações foram publicadas na literatura. De todos os tipos de antenas, revelaram-se as mais acessíveis para implementação integral a nível industrial e as “caseiras” altamente eficazes para rádios amadores. Por sua vez, não apenas o vibrador Hertz é usado como elementos únicos, mas também elementos de inventores russos - o dipolo Nadenenko e o vibrador de loop Pistol-Corsa ou antenas de loop e suas interpretações. Os autores do artigo chamam a atenção dos radioamadores para uma solução técnica não padronizada mais eficaz, mas ainda não devidamente apresentada, para um dispositivo de antena que se desvia da prática de utilização de elementos ativos homogêneos. Não apenas os sistemas de antenas complexamente sintetizados a partir de vibradores clássicos, mas também os vibradores que os compõem podem ser um compromisso. Isso é exatamente o que é o dispositivo proposto - uma antena de laço triangular (TLA). Destina-se ao uso como antena independente e como parte de dispositivos de antena complexos. É feito na forma de uma combinação de vibradores heterogêneos em loop. Neste caso, dependendo da faixa de frequências utilizada, a antena pode ser de fio ou de estrutura rígida ou feita em placa de circuito impresso. A solução técnica proposta é universal e pode ser usada não apenas por rádios amadores, mas também em equipamentos de antenas profissionais para operação até a faixa centimétrica, tanto em comunicações de rádio quanto em redes sem fio amplamente utilizadas em escritórios e residências e outros sistemas de rádio que requerem antenas com unidirecional radiação. O ponto de partida para estudos comparativos sobre as possibilidades de síntese de uma nova antena pode ser o conhecido vibrador de loop simétrico Pistolkors na forma de dois condutores lineares paralelos situados no mesmo plano e com extremidades articuladas [2]. Condutores paralelos formam meios-laços simétricos - os braços do vibrador em relação ao eixo de simetria que passa pelo meio dos condutores lineares. Seu comprimento total é comparável ao comprimento de onda (λescravo), e o comprimento dos ombros é cerca de um quarto dele (0,25λescravo). A fonte de alimentação do vibrador de loop são as extremidades dos condutores na seção da parte intermediária de um dos condutores lineares, e o ponto de potencial zero no meio do segundo condutor garante a fixação do dispositivo sem o uso de um isolador. O vibrador loop, com todas as suas características positivas, possui ganho igual à unidade e padrão de radiação isotrópico em plano perpendicular a condutores paralelos. É conhecido como transformar um vibrador de loop em um formato quadrado ou de outra forma com um perímetro igual ao comprimento de onda (λescravo), com impedância de entrada mais baixa e ganho mais alto em comparação com um vibrador de loop. Isso é confirmado pelos dados da tabela “Parâmetros de quadros de diversos formatos”, onde no caso de formato redondo o ganho passa a ser igual a 3,49 dB [3]. Antenas de loop de tais designs, ao contrário de um vibrador de loop, fornecem direcionalidade bidirecional de radiação axial perpendicular ao plano da estrutura. Eles têm um ganho maior devido a uma abertura maior - a “área de captura” do espaço pelo design do tecido da antena. Ao mesmo tempo, são conhecidos dispositivos de antena mais complexos, combinados com vários vibradores ativos de estrutura homogênea. Os designs das antenas em zigue-zague (antenas Z) de Kharchenko, por exemplo, feitas de duas estruturas triangulares ou em forma de diamante, aumentaram a eficiência. Os condutores dos braços dessas antenas possuem comprimento proporcional a 0,25λescravo, e seu comprimento total é comparável com λescravo. Além disso, no caso de conjuntos de vibradores em fase convencionais, nos quais o número de pares de pontos de potência é igual ao número de vibradores incluídos no conjunto, surgem dificuldades em combiná-los com o alimentador de alimentação. A antena Z possui um par de pontos de alimentação aos quais o alimentador está diretamente conectado [4]. Ao contrário dos arranjos de antenas vibratórias clássicas convencionais, o espaçamento espacial especial dos condutores da teia da antena em zigue-zague, alimentado por uma fonte de alimentação integrada à qual o alimentador está diretamente conectado, forma uma espécie de arranjo plano em fase e uma excitação especial de correntes em seus condutores. A excitação de correntes nos condutores inerentes a uma antena em zigue-zague garante a operação da antena com um tipo pronunciado de polarização e uma faixa de frequência operacional estendida. A abertura aumentada da antena plana proporciona um grande ganho com diretividade bidirecional da radiação ao longo de seu eixo perpendicular ao plano dos quadros e conexão paralela de vibradores, cujo perímetro é igual a λescravo, à fonte de alimentação reduz a impedância de entrada da antena para valores proporcionais às impedâncias características dos cabos de alimentação coaxiais de RF utilizados. Mostrado na Fig. 1 combinação não padronizada de vibradores de loop e quadro garante a implementação de uma nova antena de loop triangular, mas com radiação unilateral. Ao mesmo tempo, outras características da solução técnica inovadora proposta merecem atenção especial.
Comparado às antenas dipolo encurtadas, o ROV possui dimensões menores ao longo do eixo longitudinal e um ganho aumentado. O design garante operação de radiação de todos os condutores do dispositivo de antena. O primeiro vibrador loop da direção de recepção e transmissão da injetora é feito em forma de triângulo isósceles com pontos de potência no ápice, com base de 0,4λ de comprimentoescravo e com lados 0,3λescravo cada. O segundo vibrador de loop é feito na forma de um vibrador de loop Pistolkors com um comprimento de condutores lineares proporcional a λescravo. Os vibradores loop são colocados no mesmo plano, e a ligação dos condutores das laterais do vibrador triangular à fonte de alimentação é feita com seu cruzamento, ou seja, fora de fase. Um cabo de alimentação coaxial com estrutura rígida, por exemplo, em uma versão tubular dos condutores, é colocado com a entrada através do ponto de potencial zero, ou seja, no meio do condutor linear não cortado do vibrador de loop Pistolkors. Na fonte de alimentação, a trança do cabo é conectada em seção à extremidade de um condutor e o núcleo central é conectado à extremidade do outro. A antena funciona da seguinte maneira. Quando um gerador de alta frequência (ver Fig. 1) é conectado aos pontos de potência “a” e “b” da unidade de potência 7, as correntes fluirão inversamente proporcionais aos condutores 2 e 3 do vibrador de loop 1, bem como através dos condutores 5 e 6 resistências do circuito do vibrador de loop 4. No condutor 2, uma corrente aumentada fluirá em relação aos condutores 5 e 6 devido à menor resistência de entrada do vibrador de estrutura 1 do que o vibrador de circuito 4, mas a radiação deste último será aumentada devido a dois condutores 5 e 6 próximos. . Além disso, devido ao fato de que no vibrador de loop 4, os condutores 5 e 6 estão localizados próximos um do outro, e no triângulo isósceles 1, o condutor 2 está conectado entre os condutores dos lados cruzados laterais 3, então as correntes em os condutores 5 e 6 estarão em fase com uma diferença de fase em relação ao condutor 2. Isso garante que, quando conectados em cruz, a abordagem de fase às correntes seja semelhante às correntes no refletor e no vibrador ativo ou no vibrador ativo e no primeiro diretor das antenas Uda-Yagi, mas inteiramente devido às correntes de condução, em contraste com as correntes induzidas, ou seja, mais fracas nos vibradores de antenas passivas Uda-Yagi. Levando em consideração o fato de que os condutores do vibrador de circuito 5 e 6 estão espaçados no espaço a uma distância proporcional a 0,2λescravo, do condutor 2 até a altura do triângulo isósceles e são paralelos, então o sistema espacial formado de condutores radiantes do conjunto de antenas cria radiação direcionada do campo eletromagnético ao longo do eixo 8, perpendicular à localização desses condutores. Além disso, as correntes nos condutores 3, localizadas simetricamente, mas em ângulo com este eixo, também emitem um campo eletromagnético para o espaço, mas com compensação mútua de componentes longitudinais opostos e integrando-se no campo eletromagnético total irradiado total de direção transversal unilateralmente componentes. Assim, diferentemente dos sistemas radiantes com linhas de ligação, na solução técnica proposta todos os condutores 2, 3, 5 e 6 participam da radiação do campo eletromagnético, proporcionando um aumento total na diretividade do sistema e na eficiência de seu funcionamento. A operação da antena proposta foi simulada no programa MMANA (Fig. 2 e Fig. 3) na frequência de 300 MHz (comprimento de onda de 1 metro) para simplicidade e clareza durante a modelagem e posterior normalização das dimensões. TPA com comprimento compatível com 0,2λescravo, possui diretividade setorial com diferentes larguras do padrão de radiação no plano de localização dos condutores do vibrador e em um plano perpendicular a ele, com ganho aumentado. A relação entre radiação direta e reversa caracteriza a seletividade espacial aprimorada correspondente às antenas Uda-Yagi de seis elementos com o dobro do comprimento transversal. Os pontos neutros de ambos os vibradores podem ser conectados a uma viga de suporte metálica aterrada, proporcionando proteção contra eletricidade estática e proteção contra raios.
Para a utilização de antenas nas faixas de radioamadorismo de 144 e 432 MHz, é necessária uma comparação visual das configurações e proporção de tamanho da antena encurtada de dois elementos considerada pelos autores do livro [1] (Fig. 4) com versões de o TPA proposto (Fig. 5) e o TPA com diretor instalado internamente (Fig. 6). Os valores numéricos dos parâmetros dessas antenas estão resumidos na tabela, e graficamente, de forma mais clara, as características elétricas são exibidas na forma de padrões de radiação (respectivamente, Fig. 7-9).
A implementação prática do projeto na forma de uma antena independente é semelhante à antena de “canal de onda” de dois elementos repetidamente descrita, apenas com um vibrador de loop implantado no plano dos vibradores. A conexão de energia também é realizada em um maneira conhecida, com um cabo coaxial, através do ponto de potencial zero dentro do vibrador de loop sem o uso de dispositivos de correspondência e baluns. mesa
A fabricação da versão antena com diretor também é realizada de forma semelhante à descrita. Um condutor adicional é colocado entre o loop e os vibradores lineares com estrita observância de sua seção transversal, local de instalação e comprimento. Nos casos em que sejam utilizados outros materiais, uma verificação preliminar das capacidades da antena deverá ser simulada no programa MMANA. Os arquivos do programa MMANA para as antenas mostradas na tabela podem ser baixados em ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/07/maa.zip. Literatura
Autores: V. Milkin, N. Kalitenkov, V. Lebedev, A. Shulzhenko
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