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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Chicote de antenas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas VHF 1. Definição e conceitos Antenas assimétricas (chicote) são aquelas localizadas diretamente no solo (ou uma tela de metal) perpendiculares (menos frequentemente obliquamente) à sua superfície. Se considerarmos a terra como idealmente condutora e levarmos em conta a imagem espelhada, então o vibrador desequilibrado pode ser considerado metade do vibrador equilibrado equivalente (Fig. 1).
A resistência à radiação de um vibrador assimétrico é duas vezes menor que a de um vibrador simétrico equivalente, pois nas mesmas correntes o primeiro emite metade da potência (não há radiação no semi-espaço inferior) [1]. A resistência de entrada de um vibrador assimétrico é duas vezes menor que a de um vibrador simétrico equivalente, pois com as mesmas correntes de alimentação, a primeira tensão de alimentação é duas vezes menor (Fig. 1). O coeficiente de ação direcional de um vibrador assimétrico é o dobro de um vibrador simétrico equivalente, pois, com a mesma potência de radiação, o primeiro fornece o dobro da densidade de potência angular, pois toda a sua potência é irradiada para um meio espaço (Fig. 2) . Tudo o que foi dito acima é verdadeiro para um vibrador assimétrico ideal, ou seja, quando a terra é um condutor ideal. Se a terra tiver propriedades condutivas ruins, o campo de radiação do vibrador muda. Além disso, isso leva a uma diminuição da amplitude da corrente no vibrador e, consequentemente, a um aumento de sua resistência e diminuição da potência irradiada. O solo é um dielétrico com alta permissividade (quase 80), o que leva a uma mudança no comprimento elétrico do dipolo imaginário, bem como no comprimento do caminho das correntes de deslocamento. O resultado é uma distorção completa do padrão de radiação (elevação dos lóbulos e o desaparecimento da radiação em pequenos ângulos em relação ao horizonte) e um aumento na resistência do pino. Por esta razão, o solo praticamente não é usado como "terra", mas a terra artificial é usada. 2. Chicote de terra Cálculos teóricos mostram que as maiores perdas ocorrem em uma zona com raio de 0,35 comprimento de onda, portanto, nesta zona é desejável "metalizar" a terra: conecte os fios radiais entre si com jumpers (Fig. 3). É muito bom que essa metalização seja realizada em toda a distância dos contrapesos.
Os contrapesos devem ser isolados do solo. Se eles estiverem no chão, então, devido à umidade, seu comprimento elétrico não será ressonante para a antena. Além disso, suas extremidades devem ser isoladas do solo. Apenas em um caso é possível não isolar as extremidades dos contrapesos do solo: se eles estiverem firmemente conectados por um anel de jumper (Fig. 3). Nunca se deve esquecer que uma antena chicote ideal tem uma eficiência de 47%, enquanto uma antena com 3 contrapesos tem uma eficiência inferior a 5%. Assim, ao trabalhar com uma antena de haste com três contrapesos, dos seus 200 watts fornecidos à haste, 180 watts (!!!) são desperdiçados em vão, criando TVI pelo caminho. Muitos processos na ionosfera são não lineares; A reflexão das ondas de rádio começa em, digamos, 7 watts de potência para sua antena e não está mais completamente em 5 watts. Isso significa que você está perdendo a experiência única do DX QSO ao economizar no peso do fio. Também deve levar em conta a distorção do padrão de radiação com um pequeno número de contrapesos. De esférico, passa a pétala, tendo uma direção ao longo dos contrapesos. O problema de encontrar o número ideal de contrapesos foi resolvido por mim usando um computador. A solução é mostrada na fig. 4. Pode-se ver que o número mínimo necessário de contrapesos é 12. Com um número maior deles, a eficiência aumenta lentamente. Os contrapesos devem estar localizados à mesma distância um em relação ao outro.
O ângulo de sua localização em relação ao pino deve ser de 90 ° a 1350. Em ângulos maiores e menores, a eficiência e d.n. está distorcido. Os contrapesos devem ser pelo menos tão longos quanto o pino principal. Isso pode ser explicado pelo fato de que as correntes de polarização que fluem entre o pino e os contrapesos ocupam uma certa quantidade de espaço, que está envolvida na formação do padrão de diretividade. Reduzindo o comprimento dos contrapesos e, consequentemente, reduzindo a quantidade de espaço que serve para formar o DP, pioramos significativamente as características da antena. Com grande aproximação, podemos dizer que cada ponto no pino corresponde ao seu próprio ponto no contrapeso. No entanto, não é necessário usar contrapesos mais longos que o pino principal. Os contrapesos e o próprio pino devem ser cobertos com tinta protetora. Isso é necessário para que o material do qual a antena é feita não oxide. A oxidação dos vibradores inutiliza a antena devido ao fato de que um fino filme de óxido possui resistência significativa, e como o efeito de superfície é fortemente pronunciado na RF, a energia do transmissor é absorvida e dissipada em calor por este filme. É altamente desejável usar tinta de rádio para isso (aquela com a qual os localizadores são pintados). A tinta convencional contém partículas de corante que absorvem a energia de RF. Mas, em casos extremos, você pode usar tinta comum. 3. Dimensão da antena do chicote Como se sabe, a resistência à radiação da antena Rizl é proporcional à razão L/d, onde L é o comprimento e d é o diâmetro da antena. Quanto menor a relação L/d, mais larga a antena e maior a eficiência. Deve-se notar que, ao usar vibradores grossos, o "efeito final" afeta. É determinado pela capacitância entre as extremidades do vibrador e o solo. Fisicamente, isso se expressa no fato de que a antena acaba sendo "mais longa" do que a calculada. Para reduzi-lo, os pinos de banda larga geralmente são cônicos. Os cálculos mostram que a espessura mínima exigida dos contrapesos deve ser d=D/2,4n, onde d é o diâmetro dos contrapesos, D é o diâmetro do pino, n é o número de contrapesos. Muitas vezes, os radioamadores não podem instalar um pino de quarto de onda e usar um pino menor. Em princípio, é possível combinar um pino de qualquer comprimento com a ajuda de dispositivos correspondentes. No entanto, pinos curtos têm baixa reatância ativa e alta [3] e serão combinados de forma muito não ideal (até 90% da energia pode ser dissipada nos próprios dispositivos correspondentes). E se contrapesos curtos substitutos também forem usados, a eficiência desse sistema de antena será muito baixa. No entanto, em comunicações móveis, essas antenas substitutas são frequentemente usadas. Mas isso ocorre apenas porque outros tipos de antenas encurtadas terão um desempenho ainda pior! 4. Padrões direcionais de antenas chicote Muitos estão interessados em saber como a altura do pino aumenta em seu padrão de radiação no plano horizontal e se sua resistência depende da altura da suspensão. O resultado mais importante [4] é que a distribuição de correntes no pino não depende da altura de sua suspensão na presença de um "terra" ideal. Na prática, isso significa que, por mais alto que esteja o pino, sua resistência será constante. O resultado geral da solução mostra que, se o pino estiver sintonizado para ressonância, sua extremidade inferior pode ser aterrada. Além disso, pode ser alimentado em qualquer ponto. Com base nos resultados dessa importante conclusão, foram criadas antenas chicote (antenas de bandeira, antenas de mastro), cuja extremidade inferior é conectada ao "solo" e que são alimentadas por correspondência gama. Os padrões de radiação do plano vertical do pino de meia onda são mostrados na fig. 5. Esta figura mostra que quanto mais alto a antena se eleva, mais plano é o ângulo de radiação em relação ao horizonte. Isso se deve ao fato de que ocorre a adição da onda emitida pelo pino e a onda refletida do solo. Se o solo tiver propriedades condutivas ruins, o padrão de radiação será próximo ao de um pino acima do solo. Levantar a antena a uma altura de mais de um comprimento de onda não faz sentido, porque. neste caso, não há mais diminuição do ângulo de radiação, mas apenas os lobos laterais superiores começam a se fragmentar.
Mais uma característica interessante dos pinos deve ser lembrada, cuja altura é igual ao comprimento de onda ou mais. Tais antenas na comunicação profissional são usadas como anti-fading [5]. Isso significa que tal antena receberá sem problemas um sinal que chega com desvanecimento em um pino ou dipolo de quarto de onda. 5. Correspondência de antena de chicote Para uma operação bem-sucedida, a antena chicote deve ser compatível. Apesar de toda a aparente variedade de dispositivos e pinos correspondentes, eles podem ser divididos em 3 grupos. 1. O pino é combinado, o comprimento elétrico é igual a um quarto do comprimento de onda; 2. Um pino com comprimento elétrico maior que o necessário, este comprimento é “removido” com um recipiente; 3. O pino tem menos de um quarto de comprimento de onda. O comprimento que falta é "adicionado" por um indutor. Deve ser lembrado que o capacitor e a bobina devem ter o maior fator de qualidade possível, e também é desejável que o TKE e o TKI sejam os melhores possíveis. Normalmente, a capacitância de um capacitor de encurtamento pode estar dentro de 100 pF a 28 - 18 MHz, os parâmetros da bobina de extensão são unidades de μH até 21 MHz, dezenas - até 3,5 MHz. Em conclusão, deve-se notar que esta prática de correspondência é aplicável a pinos com um comprimento que é um múltiplo de um quarto de comprimento de onda. 6. Tipos de antenas chicote Vibrador assimétrico com tela de dimensões finitas (Fig. 3). Esta antena é usada principalmente por radioamadores. Como tela, geralmente são usados contrapesos com comprimento de pelo menos um quarto de comprimento de onda. Vibrador loop assimétrico (Fig. 6). Seu Ph.D. coincide com d.s. pino clássico. No entanto, tem a vantagem de que uma extremidade é aterrada. Ao escolher a espessura dl e d2, você pode alterar sua resistência de entrada em uma ampla faixa. Com d1=d2, a resistência do vibrador será de 146 ohms.
A resistência de um vibrador assimétrico com diferentes espessuras é calculada pela fórmula /1/: Ra=(1+n2).36n, onde n=ln(d/d1)/ln(d/d2). Os vibradores de ampla gama são feitos de tubos grossos, pinos e placas. Eles podem ser cônicos e rômbicos, cilíndricos, sólidos e treliçados (Fig. 7). A cobertura de frequência depende da relação de E/S. Quanto menor, mais largo o vibrador. A conhecida antena UW4HW é um monopolo de banda larga e o radiador vertical UA1DZ é um dipolo de banda larga . As antenas cônicas são um caso especial de vibradores de banda larga (Fig. 8).
O campo de radiação é criado por correntes que fluem ao redor do cone, e o disco desempenha o papel de uma tela e quase não irradia. Com um ângulo de abertura de 600, a maior taxa de sobreposição de faixa de cinco é alcançada, com KBV > 0,5 em um alimentador com uma impedância característica de 50 Ohm. Neste caso, o comprimento de onda máximo é 3,6. O padrão de radiação de uma antena de disco-cone de HF e VHF é aproximadamente o mesmo de um pino comum. No KB, é usada uma versão de fio de uma antena cônica (Fig. 8b), na qual um ventilador de fio plano é usado em vez de um cone e um sistema de aterramento de fios radiais é usado em vez de um disco. Separadamente, quero prestar atenção aos mastros da antena. Uma característica dessas antenas é que sua extremidade inferior é aterrada.
A antena de alimentação superior (Fig. 9) é excitada usando um alimentador colocado dentro do mastro. É fundamentalmente. D.Sc. é o mesmo de um pino convencional, mas as perdas durante a transmissão e recepção são maiores, pois a onda de rádio é refletida do solo quando emitida. A antena de média potência (Fig. 10) é um mastro bipartido, excitado em série nos pontos 1 e 2 por uma tensão fornecida por um alimentador colocado na parte inferior. Resistência da antena nos pontos de alimentação Ra=Rb/cos2kll, onde k é o coeficiente de encurtamento, Rb é a resistência do vibrador "limpo" no ponto 3. Escolhendo uma relação entre 11 e 12, é possível casar a antena com o alimentador. É de fundamental importância que o alimentador passe por dentro da parte inferior da antena. A desvantagem é a dificuldade com o isolador para sua parte superior.
A antena de potência shunt (Fig. 11) é excitada em paralelo usando um shunt conectado ao mastro a uma certa altura 11. Normalmente, as reatâncias de entrada das partes inferior e superior da antena são indutivas e, portanto, de natureza capacitiva, e em termos de resistência de entrada no ponto 1, a antena é equivalente a um circuito paralelo. A seleção do valor 11 fornece a melhor correspondência com o alimentador de energia. A distribuição das correntes é tal que atenua parcialmente a radiação da antena, pelo que o shunt deve ser o menor possível. A implementação clássica da potência de derivação é a correspondência gama. Muitas vezes, especialmente ao construir antenas para faixas de baixa frequência, não é possível posicionar o vibrador verticalmente em relação ao solo. Quando o pino está inclinado em relação ao solo, o padrão de radiação será, obviamente, distorcido. Coloque o maior número possível de contrapesos sob a parte da antena que está inclinada. Também é necessário, se possível, levantar os contrapesos para que formem um ângulo não superior a 135° com a antena. Deve ser lembrado que tal antena é mais difícil de combinar devido à presença de um componente reativo significativo. Literatura
Autor: I. Grigorov (UZ3ZK); Publicação: cxem.net
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