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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antena VHF com correspondência J.. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas VHF Esta antena é merecidamente popular entre os rádios amadores. Seu design é simples, fácil de configurar e compatível com um alimentador com qualquer impedância característica. Porém, suas grandes dimensões (comprimento total de 0,75λ) dificultam seu uso em bandas de HF. Mas nas bandas VHF é usado com bastante frequência.
A antena (Fig. 1) é um vibrador de comprimento λ/2, alimentado na extremidade por meio de um dispositivo correspondente feito em forma de linha aberta de um quarto de onda, fechada na extremidade inferior. A alta impedância de entrada de um vibrador de meia onda quando alimentado pela extremidade (vários quilo-ohms) é facilmente transformada na impedância característica do cabo escolhendo a distância ideal dos pontos de potência (X1, X2) até a extremidade fechada do a linha. Usar uma linha aberta como transformador garante baixas perdas em altas taxas de transformação. O ganho da antena J é +0,25 dBd, que é ligeiramente superior ao ganho dipolo (devido à linha de dois fios). A antena J vertical, devido à simetria incompleta, possui uma pequena radiação com polarização horizontal (Fig. 2).
Modificamos a antena J dobrando a linha de um quarto de onda em 90 graus (Fig. 3). Com um pouco de ajuste de dimensionamento, não é difícil conseguir uma boa correspondência e ganho de 0 dBd. Porém, com esta versão da antena, uma parte perceptível da radiação já está polarizada horizontalmente. É causado por uma corrente de modo comum em uma linha de dois fios, que desempenha o papel de contrapeso (pantógrafo) na antena J.
Vamos adicionar outro vibrador de meia onda, conectando-o à extremidade livre da linha de dois fios (Fig. 4). Obtemos uma estrutura completamente simétrica no plano vertical. Não há corrente de modo comum em uma linha de dois fios, bem como radiação com polarização horizontal. Esta opção é uma antena colinear de dois vibradores de meia onda alimentados através de uma linha de quarto de onda fechada na extremidade.
Tal antena é descrita por SM0VPO em seu site no artigo “Antena VHF colinear de 6 dB por Harry Lythall - SM0VPO”. Seu ganho (cerca de 2,4 dBd) é obtido estreitando o padrão de radiação no plano vertical. No plano horizontal, o diagrama de radiação é circular. A antena é estruturalmente muito simples e pode ser feita de uma única peça de haste ou tubo de alumínio. Para manter a simetria da antena, é aconselhável conectar o cabo de alimentação através de um transformador balun. SM0VPO usa um transformador balun de cotovelo em U. Você pode limitar-se a alguns anéis de ferrite colocados no cabo próximo ao ponto de alimentação da antena. Vamos chamar esse projeto de antena Super-J, para abreviar. Que outras modificações são possíveis?
Ao adicionar refletores ao design, obtemos uma antena Super-J de dois elementos (Fig. 5). Esta já é uma antena colinear direcional com ganho de +5,8 dBd. E se adicionarmos diretores, obtemos uma antena Super-J de três elementos (Fig. 6) com ganho de +8 dBd (Fig. 7). Uma tentativa de adicionar um segundo diretor dá um aumento no ganho de apenas 0,8 dB, mas aumenta visivelmente o comprimento da antena...
Qual é a vantagem dessas antenas sobre o Yagi multi-elemento? Com a mesma área, seus ganhos são aproximadamente iguais, mas as vantagens das antenas Super-J são o curto comprimento da lança, o pequeno raio de giro associado e a facilidade de combinação. As desvantagens incluem a necessidade de utilização de mastro dielétrico, pelo menos sua parte superior. Na Fig. A Figura 8 mostra a fotografia de uma antena Super-J de três elementos para a faixa de 144 MHz, feita de haste de alumínio com diâmetro de 8 mm.
Um mastro dielétrico (por exemplo, fibra de vidro) e um espaçador isolante estão localizados nos espaços entre os elementos. Na Fig. 9 eles são mostrados com linhas mais grossas. É melhor passar o cabo de alimentação horizontalmente atrás dos refletores e devolvê-lo ao mastro em um laço largo, longe das extremidades do refletor. Nesta área (perto da antena), é aconselhável colocar núcleos magnéticos tubulares de ferrite (dos cabos de alimentação do monitor) no cabo a cada 0,5 m.
Uma antena Super-J de três elementos semelhante pode ser fabricada para a faixa de 430 MHz. Na tabela e na Fig. 10 mostra as dimensões de projeto necessárias para frequências de 145 e 435 MHz. As dimensões dos elementos e a distância entre seus eixos são indicadas em centímetros (D é o diâmetro dos condutores de alumínio ou cobre com os quais é feita a antena). A impedância de entrada no ponto de alimentação é de 50 ou 200 ohms. Se um cotovelo em U for usado para balanceamento, ele transforma a resistência do alimentador em 200 ohms, de modo que o ponto de conexão à linha de dois fios ficará um pouco mais distante da extremidade fechada. Neste caso, as dimensões do loop correspondente mudam ligeiramente (ver tabela).
mesa
As dimensões dos elementos marcados com um asterisco são especificadas durante a configuração. Para facilitar a configuração, recomenda-se que o dispositivo de casamento seja feito com dois contatos móveis (controles deslizantes): um, fechando a linha de dois fios, é usado para sintonizar a ressonância, o segundo, conectando o alimentador, é usado para combinar com o nível mínimo de ROE. Isso permite configurar rapidamente a antena, mas após selecionar as posições dos slides, é necessário garantir um contato confiável (solda ou parafusos). A eficiência da antena depende muito da resistência de contato. Vale lembrar que o contato cobre-alumínio é inadmissível e que o contato é protegido da umidade. Pelo contrário, os requisitos de resistência de contacto na extremidade aberta do cotovelo J não são rigorosos, uma vez que a corrente ali é mínima. Inicialmente a antena foi confeccionada conforme Fig. 4 a uma frequência média de 145 MHz a partir de uma haste de alumínio com diâmetro de 8 mm. Foi preso a um tubo de fibra de vidro com diâmetro de 23 mm, usado como mastro. Um tubo de ferrite colocado no cabo próximo ao ponto de alimentação da antena foi usado como balun. Seus testes mostraram que quando a antena é colocada sobre uma mesa de madeira paralela ao solo e quando posicionada verticalmente, as configurações não coincidem. Portanto, a antena deve ser sintonizada instalando-a verticalmente. Basta que a distância das extremidades inferiores dos vibradores ao solo seja de cerca de 0,5 M. Movendo o jumper de fechamento ao longo do laço de dois fios e movendo os pontos de conexão dos cabos (esses ajustes são interdependentes), foi bastante fácil combine a antena com SWR<1,1 na frequência desejada. A banda de frequência operacional da antena em termos de SWR<1,5 excedeu 5 MHz. Em seguida, foram fixadas ao mastro lanças, também feitas de haste de alumínio com diâmetro de 8 mm, e vibradores ativos, já que não havia tubos dielétricos com a rigidez necessária disponíveis. No ponto médio dos vibradores, a tensão é próxima de zero, portanto o boom condutivo tem pouco efeito nas características da antena, o que foi confirmado por modelagem preliminar. Nas barras foram instalados refletores e diretores, cujos comprimentos foram calculados de acordo com o cálculo do modelo no programa MMANA. A linha de dois fios e as lanças são fixadas ao mastro por meio de placas plásticas de vinil com 10 mm de espessura e suportes em forma de U. Os elementos da antena são fixados às barras por meio de suportes e parafusos em forma de U de duralumínio. Os elementos passivos reduziram drasticamente a impedância de entrada da antena. No entanto, foi encontrado um mínimo de ROE expresso fracamente. Movendo o jumper e deslocando os pontos de conexão do cabo, encontramos uma posição onde a ROE mínima correspondia a uma frequência de 145 MHz e não ultrapassava 1,2. Os comprimentos dos vibradores não eram ajustáveis. Comparado ao ajuste de uma antena de elemento único, o ajuste de uma antena de três elementos é muito mais preciso e crítico. A largura de banda no nível SWR<1,5 era de cerca de 3 MHz. O comprimento do cabo acabou sendo um pouco menor e a distância da extremidade fechada do cabo até a tomada de energia com um cabo com resistência de 50 Ohms foi um pouco maior que os valores calculados. O desempenho da antena foi previamente avaliado em condições urbanas (entre prédios altos que cobriam completamente o horizonte) com seu eixo localizado acima do solo a uma altura de apenas 1,5 m. Em comparação com uma haste automotiva de quarto de onda, deu um aumento de sinal de 2...3 pontos para comunicações em distâncias de 10...50 km. A direcionalidade no plano horizontal foi claramente pronunciada. A impressão geral é que a antena funciona. Avaliações mais precisas do desempenho da antena Super-J foram feitas em áreas abertas em condições de dacha quando a antena foi levantada em um mastro de 7 m de altura. Seu desempenho foi comparado com o desempenho de uma antena “quadrada” de quatro elementos com vertical polarização. As antenas foram instaladas alternadamente no mesmo mastro de fibra de vidro e no mesmo local. Foram utilizados o mesmo cabo do alimentador e o mesmo transceptor. Foram avaliados os trabalhos de abertura e audibilidade de repetidores localizados em distâncias de 30 a 100 km e as avaliações dos correspondentes na realização de QSOs no canal direto em distâncias de até 70 km. Na maioria dos casos, as estimativas foram muito próximas. Se você já ouviu “quadrado”, também ouviu Super-J. O "quadrado" de quatro elementos tinha um padrão de radiação mais estreito no plano horizontal, por isso tinha que ser apontado com mais precisão para o correspondente para obter a classificação máxima; o Super-J quase não estava virado. A impressão geral é que as antenas possuem ganhos aproximadamente iguais e boa supressão de lóbulo posterior. A antena em teste é duas vezes mais leve que os “quadrados” e possui torque e vento significativamente menores. Arquivos para modelagem das antenas descritas no programa MMANA podem ser encontrados baixados em ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/01/ant86_30.zip. Autor: Vladislav Shcherbakov (RU3ARJ)
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