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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antenas de pequeno porte de estações portáteis de comunicação SV. Parte 2. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas VHF 5. Antenas chicote ressonantes estendidas por indutância Em rádios CB portáteis e móveis, são utilizadas antenas com comprimento de 30 ... 100 cm para rádios portáteis e até 1,5 metros para rádios móveis. Tendo calculado a resistência de entrada das partes ativas desses pinos curtos para uma frequência de 27 MHz, obtemos valores de 0,5 Ohm para 30 cm a 10 Ohm para 1,5 m. Obviamente, não é razoável conectar esses pinos curtos a o estágio de saída do transmissor sem coordenação apropriada. Em primeiro lugar, a eficiência de tal pino como antena é baixa e, em segundo lugar, é muito difícil combinar a baixa resistência do pino com o estágio de saída do transmissor. A solução mais racional que veio para resolver esse problema foi que o pino faz parte de um sistema complexo, que é uma antena encurtada. A seguir, a eficiência do pino em tal sistema é considerada. A antena chicote clássica é um vibrador de um quarto de comprimento de onda e um sistema de aterramento por baixo. No caso mais simples, o sistema de aterramento é um sistema de balanços de quarto de onda. Naturalmente, é difícil usar tal sistema para uma estação portátil. Portanto, eles tentam encurtar a antena e os contrapesos. O mais simples neste caso é incluir uma bobina de extensão na antena. Mas mesmo aqui a questão é, em que ponto da antena incluir uma bobina de extensão para efeito máximo. O corpo da estação desempenha o papel do sistema de contrapeso. Você deve prestar atenção imediatamente à maneira mais ineficiente de alongar uma antena curta - a inclusão de uma bobina de extensão em sua base (Fig. 9). A corrente máxima que flui através da antena está em sua base. A partir da teoria das antenas, sabe-se que para obter a máxima radiação da antena e, consequentemente, sua máxima eficiência, é necessário garantir a máxima corrente no elemento radiante da antena e a máxima tensão em seu ponto de irradiação. fim. Aqui, a corrente máxima flui através da bobina, de modo que a interação máxima com o meio ocorre através da bobina.
A vantagem de uma antena com uma bobina de extensão na base é que, devido à grande capacitância do pino, tais antenas possuem uma largura de banda relativamente grande, permitindo que operem em toda a banda de MW ou amador. Outro tipo de antena é uma antena estendida com uma bobina no meio (Fig. 10). Aqui, uma força de corrente significativa já é alcançada na base da antena, a parte superior do pino desempenha o papel de uma carga capacitiva. Devido ao aumento da capacitância do terminal, a largura de banda da antena aumenta para um valor que permite operar em toda a faixa de MW, e sua eficiência também aumenta significativamente. O pino da bobina é o principal elemento de irradiação, deve ser feito o mais grosso possível, especialmente porque também segura a bobina de extensão. O pino após a bobina já é uma carga capacitiva. Pode ser feito mais fino. Colocar mesmo uma pequena carga capacitiva no final de tal antena aumenta a eficiência de sua operação, mas reduz a resistência mecânica. Você também deve prestar atenção ao fato de que, em princípio, com o "terra" ruim que ocorre nas estações de rádio portáteis, todos os tipos de antenas curtas funcionam igualmente mal, e não há diferença significativa em seu uso. Mas já conectar um contrapeso de quarto de onda mostra uma diferença na eficiência de diferentes tipos de antenas. O efeito também é observado em rádios de carros móveis, onde a carroceria do carro é um aterramento efetivo. A resistência de uma antena vertical ideal de um quarto de onda - um pino acima de uma superfície condutora ideal - é de 36 ohms. A resistência de uma antena MW encurtada ideal, dependendo do grau de seu encurtamento, é de 10 ... 20 ohms. Dado que o "terra" real de tais antenas está longe de ser o ideal, no caso geral, essas antenas podem ser combinadas com o cabo de alimentação coaxial da antena em uma estação de carro móvel (um cabo de 50 ohms geralmente é usado aqui) , e com o estágio de saída de uma estação de rádio portátil, um "terra" ruim que aumenta a resistência de uma antena curta para 50 ... 100 Ohms. 6. Projetos práticos de antenas chicote estendidas por indutância Basicamente, todas as antenas encurtadas de estações de rádio portáteis têm a forma mostrada na Fig. 11. Uma bobina com uma indutância de cerca de 2 μH e um pino com um comprimento de cerca de 120 cm constituem um sistema de antenas operando na faixa de 27 MHz. E apenas a eficiência da antena e sua largura de banda dependem do design diferente da bobina e do pino. A antena mostrada na fig. 7 é dado em muitas outras fontes anteriores [7, 8,9, 10].
Ao testar as antenas de [7, 8], uma bobina de extensão idêntica de 2 μH foi usada para elas e os seguintes resultados foram obtidos. Impedância de entrada com contrapeso de quarto de onda - 35 Ohm, com caixa de estação de rádio - 80 Ohm. Largura de banda a meia potência (-3 dB) - 600 kHz com contrapeso, 750 kHz com corpo de estação de rádio. A influência humana exercida sobre esta antena é pequena e sua reatividade é pequena. A mudança de frequência quando um contrapeso de quarto de onda foi conectado atingiu 700 kHz. Ao testar a antena de [9], onde o comprimento do pino era de 80 cm, a bobina de extensão era de 18 voltas de fio PEL 0,55 enrolado em uma armação com diâmetro de 4 mm volta a espira, os seguintes resultados foram obtidos. Impedância de entrada com contrapeso de quarto de onda - 60 Ohm, com caixa de contrapeso de estação de rádio - 1100m. A largura de banda com um contrapeso de quarto de onda é de 800 kHz, com o corpo da estação - 900 kHz. O deslocamento da frequência ressonante quando o contrapeso está conectado é de quase 1 MHz. Ao testar a antena de [10] com um pino de comprimento de 0,8 ... 1,2 m, a bobina de extensão foi de 25 voltas de fio PEL 0,35 enrolado em uma armação com diâmetro de 5 mm volta a volta, resultados semelhantes à antena de [9]. De particular interesse são as antenas curtas - até 50 cm de comprimento.Além disso, essas antenas não são tão significativamente inferiores no alcance de comunicação às antenas longas - cerca de 1 m de comprimento. A antena de [11] é um pino de 45 cm de comprimento com uma bobina de extensão contendo 60 espiras de fio PEL 0,5 em uma armação de 5 mm de diâmetro, enroladas em círculos. Ao testar tal antena, os seguintes resultados foram obtidos. Com um contrapeso de quarto de onda, a impedância de entrada é de 75 ohms, a largura de banda é de 700 kHz. Com o corpo da estação como contrapeso, a impedância de entrada é de 120 ohms, a largura de banda é de 900 kHz. A mudança de frequência ressonante quando um equilíbrio de quarto de onda foi conectado foi de 1,2 MHz. A influência humana na antena é maior do que em antenas longas. Um aumento na impedância de entrada e expansão da largura de banda de uma antena curta (45 cm) em comparação com uma longa (1 m) indica que a bobina de extensão de uma antena curta é de baixa qualidade. Mas um aumento no fator de qualidade da bobina de extensão tem pouco efeito sobre a eficiência dessas antenas curtas. Conectar um contrapeso desloca a frequência de ressonância da antena para cima. Para uma operação eficiente da estação de rádio ao conectar um contrapeso, neste caso, é necessário prever o ajuste on-line da indutância da bobina de extensão. É desejável em transceptores ao mudar o pino da antena para usar indutâncias de extensão diferentes para o receptor e o transmissor. Isso permite que você combine o pino de maneira ideal tanto para recepção quanto para transmissão. Naturalmente, se a resistência da entrada do receptor e a saída do transmissor diferem insignificantemente, uma bobina de extensão pode ser dispensada, pois neste caso a mudança na frequência de ressonância do sistema ao alternar RX / TX é pequena. Mas aqui já é necessário decidir pelas condições práticas o que é mais fácil - alternar as bobinas de extensão ou trazer as entradas do transmissor e do receptor para o mesmo valor. Em equipamentos "proprietários", eles se esforçam para o último, embora existam opções com sintonização da entrada do receptor ao trocar a antena. Em equipamentos caseiros na faixa de 27 MHz, a questão do casamento de antenas nos modos de recepção e transmissão muitas vezes não recebe a devida atenção, o que leva a uma diminuição da eficiência dos rádios portáteis. Em [12], é descrita uma antena com comprimento de braços de 110 mm e uma bobina de extensão no centro, possuindo 130 voltas de fio PEL 0,15, enrolada volta a girar em uma moldura com diâmetro de 6 mm. Quando testada, esta antena apresentou os seguintes resultados. Com um contrapeso de quarto de onda, a impedância de entrada era de 90 Ohms, a largura de banda era de 400 kHz, com a caixa do rádio contrapeso, a impedância de entrada era de 140 Ohms, a largura de banda era de 600 kHz. A mudança de largura de banda ao conectar um contrapeso de quarto de onda foi de 900 kHz. Adicionando uma carga capacitiva mostrada na Fig. 13, permitiu reduzir o deslocamento de frequência ao conectar contrapesos a 600 kHz. A largura de banda aumentou 50 kHz em ambos os casos. A impedância de entrada diminuiu - com o contrapeso passou a 75 Ohms, com a caixa da estação - 90 Ohms. A força do campo aumentou 1,3 vezes. Tudo isso mostra as vantagens da carga capacitiva para esses tipos de antenas. Deve-se notar que a carga capacitiva mostrada na Fig. 12 funciona de forma mais eficiente. 13, mas infelizmente é mais difícil de implementar na prática do que a carga da Fig. XNUMX.
Uma comparação dos valores de intensidade de campo gerados por uma antena com indutância central e uma indutância de extensão na base mostrou que, na prática, uma antena com indutância central, igual em altura a uma antena com indutância na base, cria uma força de campo de cerca de 1,4 ... 1,6 vezes maior. Ao adicionar uma carga capacitiva, as vantagens dessa antena são aprimoradas ainda mais. As medidas foram realizadas com balanças de quarto de onda. Ao usar o corpo do rádio como contrapeso, a vantagem da antena com indutância central era mais fraca, a intensidade do campo era apenas 1,2 vezes maior que a gerada pela antena com indutância na base. Isso sugere que para estações portáteis não há muita diferença no tipo de antena chicote usada, mas para estações móveis é melhor usar uma antena com indutância de carga central. Em qualquer caso, é desejável usar uma carga capacitiva, mesmo na forma de uma esfera com diâmetro de 5...20 mm. Uma carga capacitiva também tem efeito quando usada com uma antena com uma indutância estendida na base. Na prática, para estações portáteis, podem ser usadas antenas feitas de fio de cobre grosso com diâmetro de 2 ... 2,5 mm. A antena com um diâmetro menor é menos forte mecanicamente e tem uma eficiência menor. Para a fabricação de antenas para estações de veículos móveis, você pode usar "waders" curtos ou antenas adequadas de estações de rádio do exército com comprimento adequado e, o mais importante, força. 7. Antenas chicote não ressonantes As antenas chicote não ressonantes são as mais ineficientes de todas as antenas chicote curtas disponíveis. Eles perdem em força de campo em 2...3 vezes para chicotear antenas do mesmo comprimento com uma indutância de extensão; essas antenas são muito mais insensíveis à influência humana. Mas ainda são usados, no entanto, principalmente em apenas dois tipos de transmissores. O uso de tais antenas não ressonantes justifica-se apenas em brinquedos simples, cujo alcance de comunicação não seja superior a 50 ... 100 m. Para uma comunicação mais eficiente, é necessário usar apenas uma antena ressonante, embora estágios de desacoplamento para os circuitos mais simples devem ser colocados na frente dele. Como mostra a experiência, as estações de rádio ocidentais simples que consomem mais energia do que os beija-flores domésticos, mas operam em antenas não ressonantes, fornecem um alcance de comunicação muito menor. O terceiro caso de uso de antenas curtas não ressonantes é a construção incorreta do estágio de saída do transmissor com seus circuitos de correspondência de antena. Como resultado disso, quando uma antena ressonante normal é conectada a ela, seja de tamanho normal ou encurtada, ela se auto-excita. Embora esses transmissores geralmente tenham um P-loop na saída, sua operação é ineficiente. 8. Antenas de loop magnético de estações de rádio MW portáteis Eu não vi antenas de loop magnético em nenhum dos rádios CB portáteis. Mas isso não significa que seu uso neste tipo de estações de rádio seja impraticável. Fiz antenas de loop magnético para a banda de 27 MHz com as dimensões mostradas na fig. quatorze.
A antena mostrou os seguintes resultados. A impedância de entrada é de 75 ohms, com reatância muito baixa. Largura de banda - 600 kHz. A antena foi feita de fio de cobre isolado de dois milímetros do tipo PEL, o capacitor de sintonia de ar foi montado sobre uma base de fibra de vidro. A antena revelou-se muito insensível à influência humana e contrapesos. Como essa antena irradia principalmente o componente magnético da onda eletromagnética, ela não pode ser estritamente comparada em termos de um indicador como o nível de intensidade do campo com uma antena chicote, porque esta irradia principalmente o componente elétrico da onda eletromagnética e as medições para o pino devem ser realizadas de acordo com o componente elétrico do EMW, e os quadros - de acordo com o componente magnético do EMW. As duas antenas mostradas na Fig. 14, foram conectados a estações de rádio do tipo "Kolibri-M" e o alcance de comunicação foi testado em comparação com a antena helicoidal padrão. Descobriu-se que, ceteris paribus, o alcance de comunicação ao usar antenas magnéticas era pelo menos 1,5 vezes maior em áreas abertas e 2...3 vezes maior em condições urbanas. Neste caso, a diretividade da antena magnética foi significativamente afetada. Autor: I. Grigorov (RK3ZK, UA3-113); Publicação: cxem.net
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