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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Sobre a antena Cinco oitavos de lambda. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas VHF Uma afirmação correta pode estar errada. Isso não é um trocadilho, mas uma declaração de fato. Uma afirmação correta tomada fora do contexto pode ser enganosa se, por exemplo, as restrições sob as quais ela é verdadeira não forem mencionadas. Algo semelhante, segundo o autor deste artigo, aconteceu com as características da popular antena 6λ/8. Ondas curtas e ondas ultracurtas, bem como entre os proprietários de estações de rádio C-B, uma antena vertical com comprimento de 5λ / 8 é popular. É bem conhecido da literatura e publicidade do rádio amador que um emissor vertical com um comprimento de 5λ / 8 fornece o lóbulo padrão de diretividade máximo pressionado contra o solo no plano vertical (no padrão horizontal é circular) e, portanto, tem a eficiência máxima. A versão mais simples da antena é mostrada na Fig. 1a. O comprimento do emissor 5λ/8 não é ressonante, portanto é trazido para Zλ/4 introduzindo um elemento indutivo na folha do emissor: uma bobina L ou um segmento de uma linha fechada com um comprimento elétrico de λ/8. A corrente "reversa" da trança do cabo se espalha por balanços de um quarto de onda. Eles não participam da radiação, pois as correntes neles são direcionadas em direções opostas. É impossível dobrar os contrapesos para baixo, pois neste caso o comprimento elétrico da antena aumentará devido ao componente vertical da corrente dos contrapesos, o que afetará negativamente o padrão de radiação. Freqüentemente, a saída inferior do indutor na figura é conectada a contrapesos. A trança é conectada ao mesmo ponto, e o condutor central do cabo é conectado à saída da bobina. Na banda de 27 MHz, os contrapesos geralmente são menores que λ / 4, aumentando correspondentemente a indutância para sintonizar a antena em ressonância. A distribuição de corrente na antena é mostrada na fig. 1b. Pode ser considerado senoidal com boa precisão. O padrão de radiação (Fig. 1c) tem um "zero" em ângulo com o horizonte e um lóbulo lateral desnecessário em um ângulo ainda maior. Este lóbulo é o pagamento pelo lóbulo principal pressionado contra o horizonte e o mencionado fator de máxima diretividade. Aqui, talvez, em suma, isso é tudo. o que era conhecido do autor (assim como de outros radioamadores) sobre esta antena, e ... causou algum espanto.
A seção inferior do emissor não deu descanso, onde a corrente é direcionada na direção oposta em relação à corrente na parte superior de meia onda. Afinal, sabe-se que o padrão de radiação é formado da seguinte forma: os campos de cada pequeno segmento do emissor são somados em qualquer direção, levando em consideração suas amplitudes e fases. Na direção do horizonte, os comprimentos dos caminhos de propagação de onda de todos os segmentos são os mesmos e não há incursão de fase adicional. Os campos das seções da parte superior de meia onda da antena estão em fase e somam em amplitude, e os campos da parte inferior (onde a direção da corrente é oposta) estão fora de fase e ... são subtraídos ! A partir dessas considerações, descobriu-se que um radiador vertical de meia onda mais curto deve funcionar melhor do que um vibrador com comprimento de 5λ / 8. E se a direção da corrente na seção inferior do emissor com um comprimento de 5λ/8 for de alguma forma invertida, será mais eficiente. Para provar esta conclusão, foi possível calcular o SPV teoricamente ou montar um experimento apropriado. Mas suspeitando que tudo isso foi feito há muito tempo, o autor preferiu estudar as antigas fontes literárias. E o que aconteceu? Pela primeira vez, um mastro de antena vertical com um comprimento de 5λ/8 foi descrito por S. Ballantyne em 1924 [1]. Foi desenvolvida como uma antena antifading de transmissão de ondas médias. Uma vantagem adicional dessa antena, que imediatamente se tornou muito popular, acabou sendo que ela realmente cria a força máxima do campo em direção ao horizonte, mas apenas na classe de antenas com distribuição de corrente natural (senoidal) ao longo do vibrador localizado diretamente acima uma superfície perfeitamente condutora. Muitas pessoas se lembram bem da primeira parte da declaração, mas os autores de artigos na literatura de rádio amador aparentemente se esqueceram um pouco da segunda parte. No profissional é relatado [2]: "Se meios especiais forem tomados para evitar uma reversão de correntes abaixo da metade superior do comprimento de onda do radiador, ganho horizontal adicional pode ser obtido...". Em outras palavras, se você inverter a direção da corrente na parte inferior da antena, obterá um ganho adicional de radiação para o horizonte. Ao mesmo tempo, é possível aumentar ainda mais o comprimento da antena para aumentar o ganho. Lembre-se de que para uma antena clássica com comprimento de 5λ/8, não é mais possível aumentar o comprimento, pois o lóbulo lateral do diagrama aumenta acentuadamente e o lóbulo principal diminui. Tendo invertido a corrente na parte inferior da antena, é aconselhável aumentar seu comprimento em mais λ/8 para se livrar da bobina correspondente. O resultado é uma conhecida antena colinear em fase, proposta em 1911 pelo engenheiro Marconi Franklin. A antena Franklin é um fio vertical dividido em segmentos de meia onda, entre os quais são conectadas bobinas (Fig. 2, a) ou linhas de quarto de onda (Fig. 2,6). Nesses elementos, as meias-ondas reversas da corrente ficam "ocultas". As correntes nos segmentos radiantes acabam por estar em fase (Fig. 2c), o que estreita o diagrama e reduz significativamente o lóbulo lateral (Fig. 2d). A largura de banda de tal antena é de alguns por cento.
A dinâmica da mudança no diagrama de diretividade com o aumento da altura da antena e o número de "andares" (de acordo com Franklin) é ilustrada na Fig. 3 emprestado de (2).
Os diagramas são dados novamente para o caso de uma terra perfeitamente condutora. É possível atribuir o solo sob a antena a condutores ou dielétricos calculando a tangente de perda (a relação entre correntes de condução e correntes de deslocamento): tgδ = jnp/jcm = δ/ωεε0. Para condutores, é muito maior que a unidade e, para dielétricos, é muito menor. A tangente de perda depende da frequência. O mesmo solo ficará próximo ao condutor ao trabalhar em ondas médias, nas bandas HF de alta frequência e no VHF (a faixa de frequência que nos interessa!) Será um dielétrico. E isso mudará a fase da reflexão do solo para o oposto, e na direção do horizonte não será mais o máximo do padrão de radiação, mas o mínimo. O lóbulo principal do padrão de radiação, neste caso, sai da superfície e é direcionado em um determinado ângulo para ela (quanto menor, mais alta a antena é instalada acima do solo). Em outras palavras, ao operar em solo condutivo, a antena 5λ/8 realmente supera o dipolo de meia onda. Isso pode ser explicado pelo estreitamento do padrão de radiação devido ao fato de a parte radiante principal estar mais alta acima da superfície, o que compensa a diminuição do campo devido à radiação da parte inferior. Se a antena 5λ/8 estiver localizada em um espaço aberto, essa compensação não ocorrerá, sua vantagem sobre o dipolo de meia onda desaparece. O acima se aplica em menor grau a sistemas de antenas de vários andares compostos por antenas VHF com um comprimento de 5λ/8. O espaçamento dos principais segmentos radiantes de meia onda em uma distância maior, como no caso de um aterramento condutivo, estreita o diagrama e compensa a perda de radiação de seções com corrente reversa. Mas mesmo neste caso, a exclusão de segmentos "reversos" deve dar um ganho. Não se sabe se houve disputas entre Ballantyne e Franklin sobre os méritos de suas antenas. Provavelmente não. porque as antenas foram criadas para propósitos completamente diferentes. Mas entre os radioamadores, essas disputas surgem repetidamente. Espero que os argumentos apresentados no artigo ajudem os defensores das antenas de modo comum nessas disputas. E a conclusão prática a que chegou o autor destas linhas é a seguinte. Se você decidir fazer uma antena omnidirecional vertical e ao mesmo tempo tiver a oportunidade de torná-la maior que λ / 2, mas menor que λ, obterá o maior efeito positivo não com a antena lambda de cinco oitavos, mas com a antena Franklin (ver Fig. 2). Literatura
Autor: V.Polyakov (RA3AAE)
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