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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antenas direcionais multibanda. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / antenas de alta frequência Muitos radioamadores sonham com uma antena direcional multibanda. Existem várias soluções técnicas que permitem criar esse design, mas nem todas são facilmente reproduzíveis em condições amadoras. O autor deste artigo oferece aos leitores sua própria versão da implementação de uma antena direcional compacta de cinco bandas. Uma antena KB giratória direcional para 5 bandas (10 - 20 metros) e até mesmo para 7 bandas (10 -40 m) é um design de rádio amador real. A maioria dos principais fabricantes mundiais de antenas de rádio amador possui várias antenas de cinco bandas em sua linha de produtos, que diferem em desempenho e preço. Cada uma das empresas, via de regra, usa seus próprios métodos padronizados e bem estabelecidos para a implementação de várias faixas. Por exemplo, FORCE 12 usa um arranjo intermitente de elementos de diferentes faixas (modelos XR5, 5VA), MOSLEY - um grande número de armadilhas ressonantes (PRO-67, PRO-96), HY-GAIN - um elemento ativo log-periódico em combinação com diretores "trap" (TH-11), TITANEX - uma variedade de antenas de fio log-periódicas. A novidade foi proposta pela empresa SteppIR - os elementos de sua antena mudam de tamanho com o auxílio de um acionamento eletromecânico de acordo com os comandos do dispositivo microprocessador localizado abaixo. O artigo proposto discute brevemente as principais vantagens e desvantagens dos métodos padrão para a criação de MDA (Multi-Band Antennas) e descreve sua própria versão, que permite, nas dimensões de um VK (Wave Channel) de três elementos, alcance de 20 metros com um comprimento da lança inferior a 6 m, para obter uma antena de cinco bandas (10, 12, 15, 17 e 20 metros). O número total de elementos é 16 e a influência mútua dos elementos é minimizada sem o uso de escadas. As características da antena em cada uma das faixas correspondem praticamente a um VK de três elementos (!). A peculiaridade dessa variante é que partes do diretor de alcance de 20 metros cortadas com a ajuda de dois relés de vácuo são usadas como diretores de alcance de 10 e 15 metros. A antena utiliza um elemento ativo de cinco bandas com um circuito de correspondência simples, o que possibilitou alimentá-la com um cabo sem comutação. Características do MDA aplicado Para a análise do MDA, foram utilizados tanto os dados apresentados na literatura quanto cálculos utilizando o programa de computador para modelagem de antenas MMANA [1]. Como regra, ao desenvolver essas antenas, elas se esforçam para obter características correspondentes a um VC de dois ou três elementos em determinadas bandas; portanto, você deve começar determinando essas características. Utilizaremos a notação adotada no MMANA:
Vamos calcular as características de um VC de três elementos. Isso pode ser feito para qualquer frequência. Vamos tomar f \u28,3d 10,6 MHz (X \u600d \u28,0d 28,6 m), a banda de frequência operacional é de 10 kHz (0,3 ... 0,3 MHz), o raio do condutor r \u0,4d XNUMX mm. Ao otimizar a antena, os coeficientes de ponderação para os parâmetros ROE, Gh e F/B são considerados iguais a XNUMX, respectivamente; XNUMX e XNUMX. Vamos calcular para três opções:
Condições de cálculo - a antena está em espaço livre, F/B é determinado para elevação zero. Os dados calculados estão resumidos na tabela. 1. Três números separados por uma barra correspondem aos valores dos parâmetros no início (28 MHz), meio e fim da faixa de frequência operacional. Ao calcular BW, procedemos do fato de que um dispositivo correspondente SU é usado na entrada da antena, o que fornece SWR = 1 na frequência média. Os dados fornecidos na quarta linha desta tabela serão discutidos mais adiante na seção "Influência mútua de elementos VC passivos em bandas diferentes".
Quando a frequência calculada muda, a largura da banda de frequência operacional muda proporcionalmente. Por exemplo, em f = 14,15 MHz, os parâmetros G e F/B serão os mesmos da Tabela. 1, mas na banda de 0,3 MHz. Além disso, o valor BW será 2 vezes menor (desde que o raio dos elementos seja aumentado proporcionalmente, ou seja, 2 vezes). Elementos encurtados Na maioria das vezes, o encurtamento é obtido pela inclusão de um indutor em cada braço do elemento [2]. Nesse caso, várias características dos elementos se deterioram, principalmente sua banda larga. Uma contribuição tangível para o estreitamento da banda de trabalho pode ser feita pela capacitância parasita entre as voltas da bobina C0. Por exemplo, a bobina tem L = 10 µH e C0 = 2 pF. A uma frequência f = 28 MHz XL = coL = j1760 ohm e Xc = 1/ωС = -j2664 ohm. A resistência do circuito paralelo de L e C0 será Xn = j[1760x(-2664)/(1760-2664)] = = j5187 ohm. Acontece que, levando em consideração a influência de C0, o valor real da resistência reativa da "bobina" aumentou 5187/1760 = 2,95 vezes (a resistência à perda aumentou correspondentemente) e a indutância equivalente do circuito será XLeq = 10x2,95 = 29,5 μH. O principal problema que surge devido à presença de C0 é que, junto com o aumento da resistência indutiva do circuito, a taxa de sua mudança também aumenta ao passar de uma frequência operacional para outra. Portanto, no caso de uma bobina com zero C0, quando a frequência de operação mudar, digamos, um por cento, a resistência da bobina XL também mudará um por cento e, para nosso circuito, a mudança já será muito maior - cerca de 5%. A conclusão óbvia é que a capacitância C0 deve ser a menor possível. Isso é obtido enrolando o fio em uma única linha (de preferência com um pequeno degrau) em uma estrutura de pequeno diâmetro. Aqui estão os dados experimentais. Uma bobina feita de fio MGTF com diâmetro de isolamento de 1,55 mm, diâmetro da estrutura de 23 mm, número de voltas n = 41 (enrolamento volta a volta) tinha uma indutância medida L = 13 μH e um fator de qualidade Q = 260. Usando GIR, a frequência de ressonância do circuito foi determinada LCD (foi igual a fn = 42 MHz) e por cálculo (MMANA) foi obtido o valor C0 = 1,1 pF. Do mesmo fio, outra bobina foi feita em uma moldura com diâmetro de 50 mm. Seus dados são n = 20, L = 19 μH, Q = 340, f0 = 25MHz e C0 = 2,13pF. Dipolo com escadas Considere um dipolo projetado para operar nas bandas de 10 e 15 metros, cuja operação de banda dupla é garantida pelo uso de armadilhas LC ressonantes sintonizadas na frequência superior f1 = 28,5 MHz. Em frequências na faixa de 15 metros, a resistência da escada Xt é de natureza indutiva e seu valor é determinado pelos valores de Lt e St (St também inclui C0). Obviamente, a presença do capacitor St afetará a banda larga do dipolo BW da mesma forma que a capacitância espira a espira C0. Vamos calcular a largura de banda BW1,5 primeiro para dipolos únicos de tamanho normal com frequências ressonantes f1 = 28,5 (dipolo 1) e f2 = 21,2 MHz (dipolo 2) e, em seguida, para uma antena trap de banda dupla. Faremos cálculos para três opções de traps (trap 1, trap 2 e trap 3) com valores de capacitância dos capacitores de trap - 15, 25 e 35 pF (indutância 1_t, respectivamente, 2,08, 1,25 e 0,89 μH) com uma qualidade fator das bobinas Q = 150 e raio do condutor r = 15 mm. Os resultados do cálculo são dados na tabela. 2. Os números entre parênteses mostram a porcentagem da largura de banda dipolo total que a antena trap tem nessa banda.
O cálculo mostra que tal antena é significativamente, 1,5 ... 3 vezes, inferior a uma de tamanho normal em termos de banda larga. Como isso se deve, antes de tudo, a um aumento mais rápido na reatividade de entrada (intrínseca), ao usar elementos de armadilha como passivos, o indicador F / B também mudará muito mais rapidamente dentro do intervalo. Segue-se dos dados calculados que a dependência da antena trap de banda larga nas faixas superior (10 metros) e inferior (15 metros) do valor de St tem o caráter oposto e a escolha do valor de St é uma tarefa de compromisso. Na faixa superior, quanto maior o valor de LT (menor que St), maior a resistência ressonante do circuito trap e menor seu efeito na banda larga da antena nessa faixa. Já na parte inferior, com o aumento de Lt, o comprimento total da antena diminui e, consequentemente, sua banda larga. Notamos uma característica interessante - os elementos passivos encurtados permitem obter um F / B melhor do que os de tamanho normal, mas em uma faixa de frequência estreita. Quanto às perdas na antena trap, o cálculo dá os seguintes valores: em um dipolo único de três bandas de 7,4 m de comprimento com dois pares de traps com fator de qualidade das bobinas Q = 150, as perdas no alcance de 10 metros são 0,14 dB, 15 metros são 0,78 dB e 20 metros - 0,59 dB. Em VC com elementos trap, a perda total pode exceder 1 dB. Influência mútua de elementos passivos de VC de diferentes faixas Sabe-se que quando antenas de diferentes bandas são colocadas na mesma haste, os elementos das antenas de baixa frequência podem afetar muito os parâmetros das antenas das bandas superiores [3]. Para avaliar este efeito, vamos calcular os parâmetros de um VK-10 de três elementos para um alcance de 10 metros (fo = 28,5 MHz, ver Tabela 1, linha 1), localizado no "ambiente" de elementos passivos mais longos. Para definição, assumimos que são diretores e refletores das faixas VK de 15 e 20 metros. Os comprimentos dos elementos D15, R15 e D20, R20, bem como seus raios e distâncias do centro, são definidos com base nas dimensões semelhantes D10 e R10, levando em consideração os coeficientes de semelhança (razões de frequência) K15 - 28,3 / 21,2 = 1,33 e K20 = 28,3 ,14,15/ /2 = 1 (Fig. 10). O cálculo é feito em etapas. Calculamos a banda SWR e BW usando um dispositivo de correspondência externo. Em cada estágio, o mecanismo de otimização de parâmetros do VK-3 é usado. Os resultados dos cálculos estão resumidos na tabela. XNUMX.
O cálculo realizado (linhas 1 e 2) mostra que os condutores localizados atrás do refletor P10 praticamente não afetam os parâmetros do VK-10. Isso ocorre porque o campo atrás do refletor é muito fraco e nenhuma corrente perceptível pode ocorrer nos condutores "traseiros". A localização dos refletores, como na Fig. 1 é amplamente utilizado em antenas multibanda, principalmente quando se utiliza um elemento ativo multibanda, por exemplo, com traps ou bobinas LOM [4]. No caso da localização de elementos mais longos "à frente" do VK-10 (na zona de um campo forte), as correntes nesses elementos atingem um valor significativo. Sua influência piora drasticamente os indicadores de qualidade do VK-10 (linhas 3, 4, 5), portanto, tais opções devem ser evitadas. Como exceção, uma variante é possível quando o condutor "longo" está localizado na zona próxima do elemento ativo (a uma distância de 0,05L, linha 6) [3].
Na verdade, a questão da aplicação (localização) dos elementos diretores é uma das principais no desenvolvimento de uma antena multibanda. Como exemplo, considere uma variante de uma antena combinada que consiste em um VK-20 de três elementos com distâncias interelementos ideais e um VK-10 de quatro elementos (Fig. 2). O cálculo do VK-20 mostra que seu desempenho é quase igual aos dados da Tabela. 1 (linha 1). Em seguida, foi realizado o cálculo (otimização) dos indicadores VK-10. Para conveniência de comparação com o desempenho de uma antena de três elementos não combinada, os dados calculados são colocados na Tabela. 1, linha 4. Pode-se ver que a adição do segundo diretor D10 possibilitou superar em grande parte o impacto negativo do D20 e o VK-10 de quatro elementos em termos de G e F / B aproximou-se dos três elemento um (!), mas significativamente inferior em termos de banda larga. Outro exemplo é uma antena combinada de três bandas de 14 elementos tipo C-31XR (FORCE-12) com um comprimento de haste de 9,3 m. Na banda de 10 metros, a antena fornece um ganho de 7,3 dBd usando sete elementos dessa banda [5]. O cálculo mostra que tal amplificação pode ser fornecida por apenas quatro elementos, portanto, a ação dos três restantes visa compensar a influência "negativa" dos diretores de faixa inferior. Ao construir uma antena de cinco bandas (10-20 metros), o uso do princípio de compensação é improvável devido à complexidade excessiva. Elementos ativos de vários intervalos Além dos antigos emissores trap e log-periódicos, outros tipos relativamente novos também são usados. Um design popular de três bandas é mostrado na Figura 3.
Consiste em um dipolo dividido para um alcance de 20 metros e localizado a uma distância de 0,1 ... 0,5 m de dois condutores com comprimentos próximos a 0,5λ para alcances de 15 e 10 metros. Devido ao forte acoplamento eletromagnético entre eles, o sistema possui três frequências ressonantes. Ao selecionar o comprimento dos condutores e sua distância ao dipolo, você pode obter o valor desejado da impedância de entrada nas faixas de 10 e 15 metros em antenas simples e multielementares. Esse projeto é chamado de manga aberta ou CR (ressonador acoplado) [6]. A desvantagem desta opção é a banda relativamente estreita. Em particular, para cobrir toda a faixa de 10 metros, é necessário usar dois condutores ressonadores de diferentes comprimentos. Um deles fornece operação na seção inferior de 28,0 ... 29,0 MHz e o segundo - 29,0 ... 29,7 MHz. Bons resultados podem ser obtidos conectando vários dipolos próximos com diferentes frequências ressonantes em paralelo. Com distâncias entre dipolos individuais de 0,3 ... 0,5 m, esse elemento ativo pode fornecer desempenho normal nas faixas de 12, 15, 17 e 20 metros e em combinação com outros métodos - nas faixas de 10, 30 e 40 metros [4]. Diferentes tipos de antenas de cinco bandas (amostras específicas) Logoperiódicos. Uma amostra com características muito altas para esta classe de antenas é dada em [7]. Faixa - de 14 a 30 MHz, número de elementos - 13, comprimento da haste - 10,97 m, ganho na faixa de 4,85 a 5,65 dBd, F/B - 20...26 dB. Outro projeto é descrito no ARRL ANTENNA HANDBOOK e tem parâmetros mais modestos - comprimento da haste 7,8 m, 12 elementos, ganho 4,4... 4,6 dBd e F/B - 14...21 dB. Em ambos os projetos, os elementos foram feitos de tubos com diâmetro de cerca de 25 mm. Lembre-se de que o ganho da antena diminui à medida que o diâmetro dos elementos diminui; portanto, uma versão com fio exigirá mais elementos do que uma antena de tubo com o mesmo ganho. A presença de uma linha coletora e a necessidade de isolar os elementos da barra dificultam e tornam o projeto muito mais pesado. LPA "mais" indiscutível - apenas uma linha de alimentação. Em um log-periódico com um grande número de elementos dentro de cada uma das bandas de rádio amador relativamente estreitas, como regra, apenas três elementos estão trabalhando ativamente. Devido às características do LPA, esses elementos são utilizados de forma menos eficiente do que na composição de um VC de "banda estreita". Portanto, se cinco VCs de três elementos forem colocados sequencialmente, um após o outro, nas faixas de 10, 12,15, 17 e 20 metros em uma longa lança, você pode obter um ganho maior do que em um log-periódico com o mesmo número de elementos. As falhas de projeto de tal construção são óbvias - um grande número de linhas de alimentação (cinco) e um comprimento de lança muito longo. Uma maneira de resolver o problema pode ser vista na Fig. 4.
Este é um modelo 5VA da FORCE 12. As características declaradas desta antena são: ganho - dentro de 5,4 ... 5,9 dBd, F / B - 14 ... 23 dB, comprimento do papel - 9,9 m, 15 elementos, 3 linhas de alimentação . O preço da antena é de cerca de 1300 USD. Antena VMA 5 A antena direcional de cinco bandas VMA-5 foi desenvolvida pelo autor deste artigo. Aqui estão os dados dela:
Todos os dados obtidos como resultado do cálculo - o circuito da antena, a forma e as dimensões geométricas dos elementos condutores, cargas reativas, bem como indicadores elétricos por faixas estão no arquivo VMA-5. A visão geral da antena é mostrada na foto (Fig. 5)
Consiste em dois conjuntos - diretor e ativo, e vários refletores localizados na lança de acordo com a Fig. 6. As coordenadas dos elementos na barra são definidas em relação ao elemento ativo da faixa de 20 metros (A20), cuja posição é tomada como a marca zero. Os refletores de fio P12 e P17 são montados respectivamente acima dos refletores de tubo P15 e P20 de tal forma que seu meio esteja a uma altura de 0,5 m e as bordas estejam 0,15 m acima dos tubos.
O circuito elétrico da parte ativa da antena é mostrado na fig. 7. Consiste em quatro elementos ativos separados A12, A15, A17, A20, conectados em paralelo entre si e através dos capacitores de "encurtamento" C1 e C2 com um cabo de alimentação e um dipolo acoplado ao campo separado A10 ("manga aberta" sistema). A coordenação na faixa de 10 metros é obtida selecionando o comprimento da A10 e sua distância do grupo principal. Os comprimentos dos dipolos A12 - A20 são escolhidos mais do que os ressonantes para que a resistência de entrada (parte ativa) suba para Ra ≈ 50 Ohm. Selecionando o comprimento dos dipolos e a capacitância dos capacitores de compensação C1 e C2, bem como a posição dos elementos passivos na barra e suas configurações (comprimento), foi possível obter SWR = 1,05 ... 1,25 em frequências médias de todas as faixas. O design do conjunto ativo é mostrado na fig. 8 em duas projeções (a montagem é simétrica, apenas uma metade é mostrada). Isoladores IP - isoladores de plástico do tipo A1001 ("Antennopolis", Zaporozhye), IO - isoladores de porca.
A montagem é baseada no elemento A20, feito de tubos de duralumínio com diâmetros (externo/interno) 35/30 + 30/26 + 30/27 com comprimento total de 10 m. Pequenas cargas capacitivas EH20 são fixadas nas extremidades do A20. O uso do EH20 permitiu:
Um cabo de polipropileno dobrado duplamente com um diâmetro de cerca de 3 mm foi usado como braçadeiras. O cara pré-tensionado com uma força de 5...10 kg é aparafusado no tubo EH20 (10...15 voltas), então a extremidade do cara é fixada com uma braçadeira. A forma curva adotada do A12 e A17 possibilitou aumentar a distância entre o A20 e os vibradores de fio e, assim, reduzir as influências mútuas. Além disso, eles desempenham com sucesso o papel de estrias que protegem o pesado A20 de deflexões severas, especialmente no caso do gelo. O elemento A15 é fixado abaixo de A20 a uma distância de 0,38 m usando quatro espaçadores dielétricos. Na distância selecionada, a largura de banda do A15 diminui ligeiramente - cerca de 10%. Como seções iniciais de A15, foram utilizados segmentos de um cabo flexível PK75-4 (a trança e o núcleo são soldados juntos). Você pode usar qualquer fio trançado de cobre com diâmetro de 5 ... 8 mm em isolamento à prova de intempéries, mas será mais caro e mais pesado. O balanceamento é realizado com uma bobina protetora de 15 voltas do cabo coaxial RG-58, enrolado em um circuito magnético de ferrite com diâmetro externo de 65 mm e permeabilidade de 300. Para uma potência superior a 200 W, um mais potente cabo deve ser usado. O indutor e os capacitores C1, C2 do tipo K15U-2 de 200 pF são colocados em uma caixa textolite com dimensões externas de 130x140x45 mm, um conector de ângulo coaxial XS do tipo SR50-153F é fixado na parte inferior da caixa. A caixa é presa a um suporte vertical, feito, como a barra transversal horizontal superior, de aço quadrado de paredes finas de aço com dimensões de 20x20 mm. A conexão mecânica das metades A20 é realizada por meio de um inserto de manga, usinado a partir de uma haste maciça de fibra de vidro, a folga entre as metades é de 50 mm. A20 é fixado a uma placa de fibra de vidro com dimensões de 225x100x19 mm por meio de dois pinos em forma de U feitos de arame inoxidável com diâmetro de 6 mm. A montagem ativa A12-A20 é uma montagem facilmente removível. O elemento A10 é fixado à lança separadamente usando um suporte em U e porcas borboletas. O circuito elétrico do conjunto diretor é mostrado na fig. 9. Inclui elementos diretores para todas as cinco faixas. A base estrutural da montagem é o elemento intermediário, composto por três seções isoladas a-b, c-d, e-f, que podem ser interconectadas usando os contatos de relé K1.1 e K2.1.
Se ambos os relés forem ligados e os contatos forem fechados, obtém-se um diretor de banda de 20 metros (D20), com cerca de 9,65 m de comprimento.Ao ligar apenas um dos relés, obtém-se um diretor de banda de 15 metros (D15). Este será o elemento a-b-c-d ou c-d-e-f, dependendo de qual relé está ligado e qual está desligado. Como D15 está localizado assimetricamente em relação ao eixo da antena (boom), o padrão de radiação (DN) também será um tanto assimétrico. O cálculo mostra que o lóbulo frontal do RP se desvia ligeiramente do eixo da antena - cerca de 5 graus, mas isso não é acompanhado por uma queda no ganho (a deformação do lóbulo traseiro será mostrada abaixo). Quando ambos os relés estão desligados, as seções finais a-b e e-f atuam como dois diretores de banda de 10m. Os comprimentos dessas seções são insuficientes para operação normal, então duas cargas capacitivas EH10 são instaladas nas extremidades internas das seções (b e e). Esse direcionador duplo afeta os parâmetros da antena nessa faixa quase da mesma maneira que um direcionador único regular localizado bem na lança. Pode-se notar que em D15 e D20 (com contatos de relé fechados) a influência de EH10 é insignificante. Com este método de "organização" dos diretores das três faixas principais, suas influências negativas mútuas são completamente excluídas, bem como suas influências (com contatos abertos do relé K1, K2) e nas faixas de 12 e 17 metros. Além disso, o consumo de tubos de duralumínio diminuirá em cerca de 11 m, assim como o vento e o peso da antena. O conjunto diretor encontra-se a uma distância de 2,85 m da A20. Este é um valor de compromisso. Distâncias maiores diminuirão rapidamente F/B em 10 metros, enquanto distâncias mais curtas degradarão a maior parte do desempenho em 20 metros. O diretor usa relés de vácuo de alta frequência (interruptores) V1 V-1V com valores permitidos de 1=10 A e U=3 kV. O cálculo mostra que tal corrente e tensão no diretor correspondem a uma potência de entrada da antena de pelo menos 5 kW. A faixa de temperatura do relé é de -60° a +100°, o número garantido de comutações é de 100000. O valor medido da capacitância "através" de um relé aberto é de cerca de 0,9 pF, levando em consideração a capacitância parasita da instalação, o valor de 1,5 pF está incluído no modelo de cálculo (tabela de cargas, pulso w35c, w36c). O estado fechado do relé corresponde às mesmas cargas, mas já com valor de 100000 pF (equivalente a curto-circuito, ver "comentário" ao arquivo VMA-5). O cálculo mostra que é permitido usar um relé com capacitância "passante" de até 5 pF com o ajuste das dimensões dos componentes D20 e EH10. Em particular, você pode experimentar os relés herméticos REN-33 comuns com conexão em série paralela de todos os quatro grupos de contato. Os diretores das faixas de 12 metros (D12) e 17 metros (D17) são feitos de arame. Para eliminar o impacto negativo desses elementos nos parâmetros de faixas de frequência mais altas, as seguintes medidas foram tomadas. 1. Os diretores de todos os cinco intervalos estão localizados no mesmo plano vertical. Como mostram os cálculos, com tal arranjo, suas influências mútuas diminuem. 2. A possível forte influência de D12 na faixa de 10 metros (ao longo de seu comprimento, D12 seria um refletor completo na faixa de 10 metros) é eliminada com a ajuda de um circuito paralelo - antitrap L12C12 com um frequência de sintonia de 28,3 MHz, instalada na parte central do D12. Por que antitrap? A finalidade da escada é separar do elemento da antena uma parte cujas dimensões sejam próximas ao ressonante. O objetivo do antitrap é o oposto - cortar o elemento em segmentos, cujas dimensões são muito menores que as ressonantes. Para não afetar a faixa de banda larga de 12 metros, foram adotadas reatâncias extraordinariamente baixas - C12=150 pF e 1.12=0,21 μH, que é 8...10 vezes menor que as padrão para um trap. Apesar disso, a resistência ressonante do circuito é suficiente para desempenhar sua função principal. É fornecido um loop de conexão Lc, através do qual, usando um medidor SWR do tipo ponte, você pode determinar a frequência de ressonância do circuito. 3. A indutância L17 = 17 μH está incluída na parte central de D4. Isso leva a alguém que, ao operar em frequências de 21 MHz e superiores, a corrente induzida em D17 diminui significativamente - L17, por assim dizer, corta D17 em duas metades. Devido a isso, a deterioração do índice F / B nas faixas superiores sob a influência de D17 não excede 1 dB. Para simplificar o projeto, L17 é feito de duas bobinas idênticas espaçadas (L17' e L17 ") com uma indutância de 2 μH cada. A introdução de L17, é claro, piora os parâmetros de banda larga da antena no 17- banda métrica, mas isso já é perceptível fora da faixa de frequência de trabalho (consulte a Tabela 4).
O desenho da parte intermediária com o diretório de montagem é mostrado na Fig. 10. Os tubos utilizados são a parte central com diâmetro de 30/26 mm, insertos isolantes de hastes de fibra de vidro, seções finais de tubos com diâmetros de 30/27 e 22/20 mm, cargas capacitivas - 16/13,8 mm.
A parte intermediária D20 é fixada à barra por meio de uma placa de vidro-textolite (Fig. 10, a) com dimensões de 270x95x12 mm. Cada uma das bobinas L17 é enrolada em um isolador de antena de plástico tipo A1001 com o mesmo fio de D17 (Fig. 10,6). Na fig. 11 mostra uma caixa (uma caixa com dimensões de 70x120x35 mm, fresada de textolite) com um relé V1V-1V e um método para anexá-lo ao D20 (suporte fácil de remover). A energia é fornecida ao relé através do conector RS4GV. Os fios de alimentação do relé são divididos em seções de cerca de 2 m de comprimento usando indutores do tipo DPM-1,2 de 15 μH cada. Na parte central, os fios são amarrados a um suporte transversal. Capacitor C1 - K31-11-3 com capacidade de 2000 pF.
Devido à localização assimétrica do D15, as correntes podem ser induzidas na lança, o que levará a uma assimetria adicional do padrão na faixa de 15 metros. Para evitar esse problema, a parte extrema da barra (na lateral dos diretores) com 2 m de comprimento é separada do resto da barra por um inserto de textolite. Testes de antena e cálculo de parâmetros elétricos foram realizados em relação à sua posição no espaço livre. Com uma altura da antena acima do solo de mais de 20 m, seus parâmetros não mudarão muito. Existem duas opções de cálculo: atingir o máximo possível dos indicadores G e F / B em alguma parte da faixa e obter a maior uniformidade de indicadores em toda a faixa. No segundo caso, na frequência média da faixa, o ganho será menor em 0,2 ... 0,4 dB. Foi escolhida uma opção na qual os parâmetros são otimizados para seções das faixas de 14,0 ... 14,3, 21.0 ... 21,4 e 28,0.-28,6 MHz. Se a otimização abrangesse também as seções superiores e pouco utilizadas das faixas, isso inevitavelmente pioraria o desempenho "abaixo", nas seções telegráficas. Para as bandas de 12 e 17 metros, o cálculo é feito para o F/B máximo nas frequências médias. Os resultados dos cálculos estão resumidos na Tabela. 4. Uma observação sobre os valores do parâmetro F/B marcado com um asterisco * nas frequências de 21,0 e 21,4 MHz. Na fig. 12 e 13 mostram dois DNs para a mesma frequência de 21,0 MHz, que são obtidos dependendo de qual dos relés K1 ou K2 estiver ligado. Esses MDs praticamente diferem apenas no formato da parte traseira (simetria do espelho). Uma vez que os relés são controlados operativamente a partir do controle remoto via rádio, a interferência de qualquer direção no semiplano traseiro, como pode ser visto nas figuras, pode ser suprimida em 21 ... 24 dB. Para comparação, na Fig. 14 mostra o DN na frequência central de 21,2 MHz.
As antenas 5VA (FORCE-12) e o LPA de 13 elementos mencionados na primeira parte do artigo estão próximos do VMA-5 em parâmetros elétricos. Os parâmetros declarados de 5VA já foram mencionados acima: ganho - dentro de 5,4 ... 5,9 dBd, F / B - de 14 a 23 dB, comprimento da lança - 9,9 m, 15 elementos, 3 linhas de alimentação. Ao mesmo tempo, o consumo dos tubos de duralumínio é: VMA-5 - 63 m (levando em consideração a lança e as cargas capacitivas), 5VA - cerca de 110 m, LPA - cerca de 100 m. Também é óbvio que as duas últimas antenas têm significativamente maior resistência ao vento e peso.
O projeto do VMA-5 é de natureza experimental: todos os elementos tubulares têm seções de extremidade ajustáveis, o comprimento dos elementos de arame é ajustável nos isoladores de extremidade e os elementos podem ser movidos ao longo da lança. Isso possibilita no experimento, se necessário, refinar os dados calculados.
Em particular, o cálculo não levou em consideração a influência do "solo", principalmente devido ao fato de que no QTH do autor em direções diferentes da antena, os parâmetros do solo diferem drasticamente. A antena feita de acordo com os dados calculados foi inicialmente instalada a uma altura de 1,8 m acima da cumeeira do telhado de ardósia e, com um leve ajuste dos comprimentos dos elementos ativos (comprimentos de EH20 em A20), as frequências ressonantes foram definidas para "seus lugares" usando um medidor SWR. Em seguida, subiu a uma altura de trabalho - 6,5 m acima da cumeeira de uma casa de quatro andares e 25 m acima do solo e verificou os parâmetros. A verificação F/B principal em três frequências de cada banda foi realizada usando os sinais da estação de rádio local UT1MQ no modo de recepção. O receptor ligou o controle de ganho manual, o nível do sinal na saída de baixa frequência foi monitorado usando um voltímetro V7-37. Os valores F/B medidos estavam dentro de 18...30 dB. Uma experiência interessante foi realizada com Arthur (4X4DZ). Em 20 minutos, ambos os lados "giraram" suas antenas um para o outro (Arthur's - TN-11) em todas as cinco bandas, o resultado em ambos os lados é aproximadamente o mesmo - F / B em um nível médio de 20 dB (4 .. . XNUMX pontos). O valor SWR e a banda BW estão próximos dos calculados, ainda não foram realizadas medições sérias do ganho da antena. O design do VMA-5 tem algumas diferenças em relação ao modelo de design:
Também deve ser observado que as cargas reativas no programa são especificadas como cargas pontuais, enquanto L e C reais têm seus próprios comprimentos, e isso pode afetar a precisão do cálculo. Com base no VMA-5, foi desenvolvido um modelo de antena de sete bandas, que também inclui dois elementos cada para 30 e 40 metros. Talvez, com o tempo, esse modelo seja implementado em hardware. Parte deste modelo - um elemento ativo para um alcance de 40 metros (A40) já foi aplicado (como um complemento) à antena existente (ver Fig. 5 - foto). O A40 baseia-se no A20 adicionando uma bobina com uma indutância de 20 μH em cada uma das suas extremidades e uma seção final de 1,41 m de comprimento (tecnologia LOM). Os comprimentos das cargas capacitivas tiveram que ser ligeiramente aumentados. Em conclusão, pode-se notar que os relés eletromagnéticos estão começando a aparecer tanto em antenas de marca (MAGNUM 280 FORCE-12, TITAN EX, etc.) quanto em projetos amadores [8]. O autor agradece a Boris Kataev (UR1MQ) por sua grande ajuda durante a instalação do VMA-5 e Alexander Pogudin (UT1MQ) pela participação nas medições. Literatura
Autor: Ernest Gutkin (UT1MA), Lugansk, Ucrânia
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