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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Praça das Quantenas. Opções de personalização e design. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / antenas de alta frequência Este artigo discute as questões práticas de sintonia e projeto da antena "quadrada". Fixação Logo no primeiro estágio de ajuste, é necessário coordenar simetricamente e coordenar o alimentador e o vibrador "quadrado". Para antenas de dois elementos com distância entre elementos de 0.2L, quando alimentadas por um cabo coaxial de 75 ohms, o mais popular é o uso de um transformador de alta frequência em um anel de ferrite. Esquemas e projetos de tais transformadores têm sido publicados repetidamente na literatura. Deve-se apenas lembrar que os transformadores devem ter uma folga suficiente entre as espiras do fio (2-3 mm), isolados do núcleo e protegidos da umidade. Para antenas de três e quatro elementos com impedância de entrada inferior a 50 ohms (ou seja, quando a resistência do alimentador excede a impedância de entrada), balanceamento e correspondência usando uma linha de ajuste - um dispositivo de correspondência de gama é mais eficaz. Os dados iniciais aproximados de tais dispositivos são dados na tabela. 1. O diâmetro do fio da linha pode ser igual ao da estrutura do emissor (1,5-2,5 mm), a distância entre os fios da estrutura e a linha é de 5 a 10 cm.
Para cada faixa, é desejável ter um cabo de alimentação separado com seu próprio dispositivo de correspondência, pois várias combinações, dificultando a configuração, não permitem obter uma boa correspondência em todas as faixas. Para sintonizar antenas, um radioamador deve ter os seguintes dispositivos: medidor de ROE, gerador, dipolo de meia onda, receptor de ondas curtas com indicador linear da intensidade do sinal recebido, atenuador com atenuação total de até 50 dB e comutação em passos de 3 dB. O ajuste da antena deve começar com a determinação da frequência operacional do sistema como um todo. Para fazer isso, um medidor é incluído no intervalo do alimentador de alimentação e a ROE é medida na faixa a cada 50 kHz. De acordo com os dados de medição, um gráfico é construído e a frequência de sintonia é determinada pelo valor mínimo. Ao alterar o comprimento do vibrador, o SWR mínimo é movido para uma determinada frequência. Para antenas com dispositivos de correspondência gama, você pode alterar a frequência dentro de ± 30 kHz alterando o comprimento da linha de correspondência e a capacitância do capacitor. O ajuste para uma determinada frequência pode ser realizado a uma pequena altura (1-2 m) do solo (telhado), fazendo uma correção de frequência (menos 75 kHz para 14 MHz e proporcionalmente para outras faixas). A seguir, tendo elevado a antena à altura de operação, é necessário verificar novamente a ROE de cada banda. Quando sintonizado corretamente, o ROE deve estar próximo da unidade em uma determinada frequência média para cada banda. Nas bordas do alcance, ele aumentará e, quanto mais, mais elementos a antena terá: um "quadrado" de dois elementos na faixa de 14 MHz - até 1,2-1,3, um de três elementos - até 1,5-1,6, um de quatro elementos - até 1,8-2. Isso ocorre porque, à medida que o número de elementos aumenta, o sistema se torna mais estreito. Portanto, a propósito, as características ideais obtidas na frequência de operação se deteriorarão com a desafinação na faixa. Esta última circunstância é mais significativa do que um aumento da ROE, que apenas leva a um aumento das perdas de potência no alimentador, que têm valores pequenos. Depois de sintonizar a antena em uma determinada frequência, você pode prosseguir para o segundo estágio - sintonizar elementos passivos, ou seja, obter um padrão de radiação. Deve-se notar que a qualidade do sistema de antenas depende deste trabalho. Portanto, o radioamador não deve parar nos primeiros resultados satisfatórios e levar a sintonia ao máximo desempenho. Esta etapa começa com o ajuste do refletor para supressão máxima da radiação traseira. Para fazer isso, a uma distância de pelo menos 2L a uma altura igual à altura do centro da antena, é instalado um vibrador horizontal de meia onda (com polarização "quadrada" horizontal), ao qual um gerador sintonizado na frequência operacional é conectado. Um receptor é conectado ao vibrador "quadrado". Direcionando o refletor "quadrado" para o gerador, mova o jumper do loop de curto-circuito do refletor, obtendo o menor valor de sinal no receptor. Ao sintonizar antenas de dois elementos, verifique a mudança na ROE ao longo do alcance. Da mesma forma, sintonize a antena em outras faixas, após o que a configuração do refletor e a mudança na ROE são verificadas, a partir da primeira faixa. Essa série de ajustes sucessivos deve ser realizada até que as mudanças nos parâmetros durante cada ajuste excedam a precisão da medição. Em conclusão, o padrão de radiação é tomado e a razão de radiação para frente/para trás nas frequências de operação de cada faixa é determinada. Finalmente, é melhor remover o diagrama usando os sinais das estações de rádio localizadas em duas zonas: perto (até 10-15 km) e distante (800-2000 km). Antenas de três e quatro elementos são sintonizadas da mesma maneira. Os diretores (directors) ajustam de acordo com o sinal máximo no indicador de saída do receptor, girando o "quadrado" no gerador. Deve-se ter em mente que a configuração do(s) diretor(es) não é tão pronunciada quanto a configuração do refletor e, portanto, requer mais tempo e atenção. Para reduzir o tempo, é útil usar um dispositivo para movimentação remota de jumpers de loops em curto, proposto por V. Begunov (UW3HY). ver "Radio", 1975. No. 7, p. onze. Os ondas curtas inexperientes, que estão sintonizando antenas direcionais pela primeira vez, devem ser advertidos contra a caracterização por estimativas de sinal por outros radioamadores. O fato é que em tal avaliação é difícil levar em conta a influência de uma série de fatores objetivos e subjetivos que podem levar a conclusões errôneas. Se for decidido realizar um experimento, deve-se assegurar que: a passagem da onda de rádio não difere em nenhum fenômeno anômalo e em ambos os pontos na mesma hora do dia (excluindo o crepúsculo); a polarização das antenas é a mesma; o correspondente tem a capacidade de medir o sinal na seção linear de seu receptor e o indicador de saída, e a técnica de medição não difere da geralmente aceita; resultados repetíveis são obtidos. Para eliminar pelo menos algumas das causas subjetivas, é melhor verificar as características da antena no modo de recepção em paralelo. Uma técnica semelhante ainda pode ser usada para sintonizar a antena mais simples - um "quadrado" de dois elementos. Com esta configuração, são coletados dados estatísticos sobre a medição da taxa de radiação para frente/para trás no modo de recepção de várias estações operando perto da frequência operacional, em vários comprimentos do circuito refletor em curto-circuito, e seu comprimento ideal é determinado. Este método foi testado no rádio UA3CT e deu bons resultados. No entanto, para obter resultados confiáveis, foi necessário realizar um grande número de medições a uma distância correspondente de 800 a 2000 km. Cada ponto foi plotado no gráfico após a média. As medições foram feitas a cada 10 cm do comprimento da pluma do refletor e próximo ao valor máximo da relação de radiação para frente / para trás - a cada 3-5 cm. Para antenas com mais de dois elementos, esse método não é adequado, pois é impossível capturar alterações de sinal de estações aleatórias ao sintonizar o diretor. Variantes de "quadrados" Aqui estão alguns esquemas práticos de antenas com comentários curtos, fornecendo uma solução para problemas de projeto para os próprios radioamadores, dependendo de suas capacidades. Como o "quadrado" de dois elementos é difundido e existem muitas publicações sobre ele (tanto na URSS quanto no exterior), consideramos inadequado apresentar opções de antenas já conhecidas. Limitamo-nos a considerar uma antena de 14 MHz de dois elementos com alimentação de refletor ativo, que foi criada pela primeira vez pelos autores, testada em 1968 na estação de rádio UA3CT e despertou o interesse de muitos radioamadores. O princípio de operação desta antena é que a corrente de alimentação do refletor é defasada em relação à corrente de alimentação do vibrador por um ângulo no qual nan é obtido. mais radiação de energia na direção da direção principal e a menor - na direção oposta. A antena é mostrada esquematicamente na figura. A distância entre os elementos é de 0,2L. O refletor e o vibrador são conectados por um pedaço de cabo coaxial, cujo comprimento e inclusão antifase no quadro fornecem a mudança de fase necessária. (O cálculo da linha de mudança de fase para uma antena com alimentação de refletor ativo é descrito no artigo "Antena com refletor ativo" na revista Radio. 1968, nº 9, p. 17). Um alimentador é conectado ao cabo coaxial em um ponto estritamente calculado.
Para corresponder as impedâncias de entrada dos quadros, foram utilizados dispositivos de correspondência de gama instalados em seus cantos inferiores. Esses dispositivos têm uma aparência um tanto incomum. Em ambos os lados, dois laços em curto-circuito de 12-15 cm de largura são conectados aos quadros. Um fio é conectado ao meio do jumper de um dos laços refletores, que, passando pelos espaçadores isolantes paralelos aos fios do loop, através do capacitor C1 conecta o jumper à linha coaxial residencial central. Exatamente da mesma maneira, mas fora de fase, um vibrador é conectado. A antena é sintonizada na frequência de operação selecionando o comprimento dos loops do vibrador, o SWR mínimo é obtido usando dois dispositivos de correspondência gama e a supressão máxima de radiação traseira é alcançada selecionando o comprimento dos loops do refletor e o comprimento do coaxial linha. Deve-se notar que o ajuste de tal antena requer grandes habilidades, paciência e tempo. Após o ajuste da antena, foram obtidas as seguintes características: ganho -12 dB, relação de radiação frente / trás - 30 dB, razões de radiação frente / lado - mais de 30 dB, supressão do lóbulo traseiro - 20 dB abaixo do principal, ROE na frequência operacional (14150 kHz) - 1,02. Entre os quadrados de três elementos, o design criado pelo rádio amador soviético A.F. Kamalyagin (UA4IF) é o mais bem-sucedido. A antena foi projetada para operar nas bandas de 14 e 21 MHz. Os dados de projeto da antena são fornecidos na Tabela. 2. Sua impedância de entrada é de cerca de 50 ohms em cada banda, então você pode usar um cabo de 50 ohms como alimentador conectando-o diretamente ao quadro ou (melhor) através de um transformador de balanceamento. Você também pode usar um cabo de 75 ohms, mas com um dispositivo de correspondência gama. O alimentador para cada intervalo é separado.
A antena possui as seguintes características de projeto: ganho em relação a um radiador isotrópico - 11,5 dB a 14 MHz e 12 dB a 21 MHz; a proporção de emissões para frente / para trás - cerca de 30 dB em ambas as faixas; relação de radiação para frente / lateral - mais de 35 dB em ambas as faixas; SWR em frequências de operação - cerca de 1. A próxima antena, que, em nossa opinião, merece atenção é um "quadrado" de três elementos para três bandas, construído pelo rádio amador americano WA7NFH. Seus dados também são dados na Tabela. 2. A impedância de entrada de tal antena em todas as faixas é inferior a 50 ohms, por isso é aconselhável usar um dispositivo de correspondência gama. O autor utilizou um transformador especial em um anel de ferrite, que garante a correspondência dos quadros de todas as faixas (SWR \u1d 50) com um cabo coaxial de 21 ohms. A antena tem características razoavelmente boas nas bandas de 28 e 14 MHz, satisfatórias - na banda de 4,88 MHz e dimensões muito compactas (comprimento transversal - apenas XNUMX m). Os parâmetros da antena WA7NFH, determinados por cálculo, em 14, 21 e 28 MHz, respectivamente, são os seguintes: ganho relativo a um radiador isotrópico - 10, 11,5 e 12 dB, relação de radiação direta / reversa - 27, 30 e 28 dB. A última antena "quadrada" de três elementos que achamos que deveria ser mostrada (como um exemplo negativo) é a antena "quadrada" de três elementos em 14 e 21 MHz construída pelo presunto canadense VE7DG (consulte a Tabela 2). O autor da antena misturou os refletores e diretores, portanto, na banda de 14 MHz, a relação de emissão direta / reversa é de apenas 15 dB. a 21 MHz -25 dB. Dos sistemas de antenas quadradas de quatro elementos, o mais popular é a antena WOAIW com a mesma distância entre os elementos (3,05 m), projetada para operação em 14, 21 e 28 MHz (consulte a Tabela 3). Sua impedância de entrada nas bandas de 14 e 21 MHz é de cerca de 50, na banda de 28 MHz é de cerca de 40 ohms. O autor sugere a conexão direta de um cabo de 50 ohms em 14 e 21 MHz, e em 28 MHz através de um comprimento de 175 cm de um cabo coaxial de 75 ohms.
A antena tem desempenho ótimo em 21, bom em 28 e satisfatório em 14 MHz. No entanto, essas características "satisfatórias" são comparáveis com as características ótimas de um "quadrado" de três elementos. Isso, e o design simétrico muito simples, são obviamente os motivos da grande popularidade da antena W0AIW entre os radioamadores. A possibilidade potencial desta antena também deve ser observada: ela pode acomodar um "quadrado" de dois elementos a 7 MHz com uma distância entre os elementos de 0,2L. A lista de opções de "quadrados" poderia continuar (projetos de antenas de cinco e seis elementos foram desenvolvidos), mas parece-nos que isso não é necessário, pois as principais conclusões e recomendações a que os autores chegaram como resultado de experimentos e cálculos são muito bem ilustrados. Literatura
Publicação: cxem.net
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