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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antena HF Square (princípios de operação). Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / antenas de alta frequência Um dos motivos que determinou o notável aumento da atividade das ondas curtas soviéticas e seu sucesso em competições internacionais é o uso generalizado de antenas direcionais. Os mais populares em nosso país são os "quadrados" com dois, três ou mais elementos de conformação de vigas. Essas antenas serão discutidas no artigo. O principal objetivo perseguido pelos autores é dar recomendações ao operador de ondas curtas na seleção e sintonização de antenas, resumindo a experiência dos operadores de ondas curtas soviéticos e estrangeiros. Comparação de "quadrados" e "canais de onda" O uso generalizado de "quadrados" levou à necessidade de comparar suas características com os parâmetros de outra antena popular entre os radioamadores - o "canal de ondas". A tabela mostra os resultados das medições das características de algumas antenas "quadradas" e "canais de onda", emprestadas da revista "QST", 1968, nº 5. Segue-se disso. que os parâmetros de ambas as antenas são aproximadamente os mesmos se compararmos "canais de onda" que possuem um elemento a mais que "quadrados". Com o mesmo número de elementos, o “quadrado” terá um ganho de cerca de 2 dB a mais. De acordo com nossos dados, esse valor pode ser aumentado para pelo menos 2,5 dB se as distâncias entre os elementos forem escolhidas de maneira ideal.
Para entender a razão física para uma diferença tão significativa, vamos considerar as direções das correntes (na Fig. 1) no quadro - o elemento "quadrado" e no dipolo de meia onda - o elemento "canal de onda".
Da fig. 1 segue-se que apenas as correntes que circulam nas partes horizontais do quadro participam da formação do diagrama "quadrado", uma vez que os campos das correntes que circulam nas partes verticais são mutuamente compensados. Portanto, o quadro é equivalente a um sistema de dois vibradores encurtados em fase, espaçados em altura por uma distância L/4. Sabe-se que o padrão de radiação no plano vertical de tal sistema possui um ângulo menor em relação ao padrão de um único dipolo e, conseqüentemente, sua amplificação é maior. Ganho quantitativo em ganho, dependendo dos parâmetros e da altura de subida de ambos os elementos, pode ser de 2,2 a 3,1 dB. Esse ganho pode ser determinado pela fórmula, que é válida com precisão suficiente para faixas de KB: A=40000/FgFv onde A é o ganho, Fg e Fv é a largura dos padrões de radiação nos planos horizontal e vertical, respectivamente. Substituindo na fórmula os valores médios Fg=180° e Fv=135° para o dipolo, Fg=170° e Fv=80° para o loop, obtemos que o ganho do dipolo é de 1,64 vezes ou 2,15 dB (em termos de potência), o ganho do loop é de 2,94 vezes ou 4,68 dB. Assim, o ganho de ganho médio é de 2,53 dB. Este número é real e confirmado na prática. Um ganho semelhante é obtido quando o quadro está localizado em um ângulo para baixo, que é usado em muitos projetos. Esta opção difere da discutida acima apenas porque o padrão de radiação nela é formado pelos componentes horizontais das correntes que fluem em todos os quatro lados do quadro, e os campos dos componentes verticais são compensados. Mais uma característica do "quadrado" pode ser notada. Como o quadro de comprimento L forma um loop fechado simétrico, a influência do solo e dos objetos ao redor, que degrada as características das antenas, é menor. Escolha do projeto ótimo Por ótimo queremos dizer os dados de projeto da antena, que fornecem a relação máxima de radiação para frente/para trás com um ganho suficientemente alto. Parece necessário introduzir esta definição devido à existência de dois métodos para sintonizar antenas direcionais - para ganho máximo e para a relação de radiação máxima para frente/para trás. Esses máximos não coincidem e, como mostra a prática, a perda em termos de radiação para frente/para trás ao sintonizar de acordo com o primeiro método acaba sendo maior do que a perda de amplificação no segundo caso. No processo de projeto de uma antena, um radioamador deve determinar o número de elementos, a distância entre eles e suas dimensões. Para resolver o primeiro problema, voltemos à Fig. 2.
Mostra o ganho A da antena e a relação de radiação frente/trás B em função do número de elementos n. Os gráficos são baseados nos resultados das medições (coincidindo com os dados calculados) em antenas "quadradas" com características ótimas para a banda de 14 MHz. Como você pode ver, o crescimento de ambos os parâmetros diminui à medida que o número de elementos aumenta, e isso se torna especialmente perceptível para n>3. Dadas as dificuldades associadas à fabricação e ajuste de antenas multielementos, os autores acreditam que na maioria dos casos é aconselhável limitar o número de elementos a três. Na opinião de alguns radioamadores estrangeiros, uma antena de quatro elementos é estruturalmente mais conveniente devido ao arranjo simétrico (em relação ao eixo vertical que passa pelo centro de massa) dos elementos. Deixamos a decisão final para o leitor. Para selecionar as distâncias ótimas entre os elementos, consideramos a dependência da amplificação A da distância S, expressa em frações do comprimento de onda L (Fig. 3). O diagrama mostra em preto a dependência da amplificação da distância entre o seletor e o refletor de um "quadrado" de dois elementos. Na área sombreada correspondente ao ganho máximo (S = 0,175-0,225L), praticamente não muda, portanto, neste caso, a escolha da distância dentro dos limites especificados não é crítica. Para antenas com mais de dois elementos, o problema torna-se mais complicado devido à introdução de variáveis independentes adicionais (duas para uma antena de três elementos, três para uma antena de quatro elementos, etc.). Portanto, é aconselhável definir uma das distâncias (por exemplo, entre o vibrador e o refletor) e escolher outras distâncias como ótimas. Então, se tomarmos a distância vibrador-refletor para uma antena de três elementos igual a 0,2L, podemos determinar a distância ideal vibrador-diretor usando a curva mostrada na Fig. 3. Obviamente, este "quadrado" terá o maior ganho a uma distância entre o vibrador e o diretor igual a 0,175L, e neste caso, quando as distâncias mudam de 0,14 para 0,21L, o ganho permanece praticamente constante, embora, como esperado, devido à diminuição da largura de banda da antena, a dependência do ganho em S torna-se mais acentuada.
Para ilustrar o que foi dito, podemos citar um gráfico levemente transformado para "quadrados" em 14 MHz da mesma revista "QST". Com base no estudo de um grande número de antenas, foi determinada a dependência do ganho do comprimento L da travessa para fixação dos elementos (Fig. 4). As áreas sombreadas no gráfico são os limites praticamente possíveis para alterar o comprimento da travessia de uma antena com um determinado número de elementos. Segue-se do gráfico que as antenas com uma travessia reduzida são inferiores em ganho (dois e três elementos - em cerca de 2 dB) às antenas com distâncias entre os elementos de cerca de 0,2 L. O comprimento da estrutura do vibrador lv pode ser calculado pela fórmula:
onde Ky é o fator de alongamento, dependendo do número de elementos e da relação entre o comprimento do quadro e o diâmetro do fio; Lp é o comprimento de onda para o qual a antena foi projetada. Para determinar o comprimento de um vibrador "quadrado" de dois elementos, o fator de alongamento é considerado igual a 1,01, com três ou mais elementos é igual a 1,015-1,02. O comprimento do refletor do "quadrado" de dois elementos é escolhido em 5-6% a mais que o comprimento do vibrador. Para um "quadrado" de três elementos, o comprimento do refletor deve ser 3-4% maior, diretor - 2,5-3% menor que o comprimento do vibrador; para um "quadrado" de quatro elementos, o comprimento do refletor deve ser 2,5-3% maior, o comprimento dos diretores - 2% menor. Na prática, o refletor e o diretor são feitos um pouco mais curtos do que o determinado pelo cálculo, para que possam ser ajustados usando loops em curto-circuito. Sistemas multi-faixa Tudo o que foi dito anteriormente se referia a "quadrados" de faixa única. Na prática, muitas vezes é necessário recorrer à criação de um sistema multi-range. Deve-se notar, no entanto, que qualquer combinação no plano vertical de elementos sintonizados em diferentes frequências, especialmente múltiplos de dois (ou seja, 14 e 28, 7 e 14 MHz, etc.), leva a uma deterioração das características principais da antena. Vamos dar dois exemplos. Um "quadrado" de dois elementos em 14, 21 e 28 MHz com quadros em planos diferentes (o chamado design "ouriço") tem um ganho de até 9 dB e uma relação de emissão direta / reversa de até 24 dB; as mesmas características de um "quadrado" semelhante feito em uma travessia não excedem 8 e 22 dB, respectivamente. O "quadrado" de três elementos para duas bandas (14 e 21 MHz) com refletores espaçados fornece amplificação de até 13 dB e a relação de emissões para frente / trás - até 30 dB; para um "quadrado" de três bandas de três elementos (uma faixa de 28 MHz é adicionada e os quadros estão localizados um dentro do outro), essas características se deterioram para 11,5 e 27 dB, respectivamente. Para reduzir o efeito de elementos localizados no mesmo plano e operando em múltiplas frequências, pode-se, conectando o alimentador de forma adequada, aplicar seu desacoplamento de polarização (polarização horizontal para uma e polarização vertical para outra faixa). O desacoplamento dos elementos das faixas de 14-28 MHz em um "quadrado" de três elementos determinado pelo cálculo atinge 20 dB. Para obter o melhor desempenho de um sistema multifaixa, é desejável manter os espaçamentos ideais dos elementos para cada faixa. No entanto, aqui, devido a dificuldades de design, os rádios amadores são frequentemente forçados a fazer concessões. Um exemplo de tal compromisso para um "quadrado" de três elementos em 14, 21 e 28 MHz pode alcançar um desempenho quase ideal nas duas primeiras bandas e um desempenho pior na terceira. A nosso ver, tal decisão é bastante justificada devido às peculiaridades da passagem e à carga horária diferenciada dessas bandas. Dependendo dos requisitos específicos da antena, o radioamador pode escolher outra opção. Literatura
Publicação: cxem.net
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Comentários sobre o artigo: jurássico muito obrigado no começo eu li eu tentei a conclusão do yagi resto faça isso pessoal não seja preguiçoso bom agora há outra coisa a fazer os resultados não vão te deixar esperando
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