Antenas do transceptor KB. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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 Comentários do artigo

Sobre a altura de instalação da antena

Ao escolher o projeto de uma antena receptora-transmissora para sua estação de rádio amador, um operador de ondas curtas deve levar em consideração muitos fatores, procurar soluções de compromisso para muitos problemas técnicos. Um deles é a altura da instalação da antena. As possibilidades de um radioamador nesta área (independente de onde more - em uma cidade ou em um vilarejo) são muito, muito limitadas. Existem soluções ótimas aqui? Até certo ponto, o experimento conduzido por DJ2NN[1] fornece uma resposta a essa pergunta.

Deve-se enfatizar que não é fácil medir a dependência da eficiência da antena com a altura de sua instalação em ondas curtas. De maior interesse, é claro, são esses dados para caminhos longos (ou seja, para links DX), o que significa que os resultados da medição são significativamente afetados pela propagação de ondas de rádio na ionosfera (especialmente flutuações de propagação rápida). Além disso, no caso geral, essas dependências podem ter um caráter diferente para caminhos com diferentes comprimentos e direções de azimute. A confiabilidade dos resultados pode ser aumentada apenas por múltiplas medições repetidas, um conjunto de dados estatísticos.

Arroz. Fig. 1. Dependências da eficácia de uma antena direcional de HF em relação à altura de sua instalação (1 - estações DX, 2 - zona "próxima"): a - banda de 14 MHz; banda b 28 MHz

DJ2NN mediu a dependência da eficiência da antena na altura de sua instalação nas bandas amadoras 14 e 21 MHz no modo de recepção de sinais de estações DX (o comprimento da rota é de pelo menos 28 km). Além disso, dependências semelhantes foram medidas a partir dos sinais de estações localizadas na zona "próxima", onde a conexão é devido à onda de superfície. Nesses experimentos, DJ5000NN usou antenas de "canal de onda", cuja altura de instalação pode ser alterada muito rapidamente em 2 ... 2,5 m. Ele tomou medidas especiais que eliminariam erros de medição devido ao desafinamento da antena em baixas alturas de instalação (devido a a influência da "terra"). Os resultados desses experimentos para as bandas de 25 e 14 MHz são mostrados nas Figs. 28a e 1b. O curso geral de dependências semelhantes para a banda de 1 MHz é muito próximo dos dados mostrados na Fig. 21, a. As curvas marcadas com o número 1 referem-se a medições baseadas nos sinais das estações DX, e as marcadas com o número 1 referem-se a medições de estações localizadas na zona "perto".A análise destas curvas permite-nos tirar várias conclusões.

Primeiro, medir os parâmetros de uma antena de ondas curtas e calcular seu padrão de radiação pela força do campo na zona "próxima" nem sempre pode fornecer informações objetivas sobre sua eficácia ao fazer comunicações DX. Em outras palavras, as medições na zona "próxima" são necessárias, mas às vezes insuficientes para estabelecer uma antena KB direcional. Em segundo lugar, na faixa de altura de 2,5 ... 15 m, a eficiência de tal antena nas bandas de 14 e 21 MHz muda muito. Pode surgir uma situação em que uma antena de dois elementos mais simples e leve, elevada a uma altura de 10 ... 12 m, será mais eficaz do que, digamos, uma antena de três elementos, que um rádio amador não pode elevar acima de 5 .. 7 m (devido a mais massa, dispositivo rotativo mais volumoso e pesado, etc.).

Arroz. Fig. 2. Dependências da eficácia de uma antena VHF direcional na altura de sua instalação: 1 banda 432 MHz; 2' - banda 144 MHz

E em terceiro lugar, não se justifica aumentar a altura da instalação da antena acima de cerca de 17 m. Os ganhos de eficiência são marginais e os custos de fabricação e complexidades técnicas associados à instalação e operação da antena são multiplicados muitas vezes.
Arroz. 2 ilustra o efeito da altura de instalação de uma antena VHF em sua eficiência para as bandas de 144 (curva 2) e 432 (curva 1) MHz. Essas medições foram realizadas pelo DJ2NN para uma fonte de sinal a 20 km de distância. É interessante notar que neste caso as dependências praticamente não tendem a saturar em grandes altitudes.

Antenas Omnidirecionais

A maioria das ondas curtas é forçada a se limitar a instalar apenas uma antena, que, é claro, eles estão tentando tornar multibanda e omnidirecional. Existem muitos projetos de tais antenas nos quais esses requisitos são atendidos em maior ou menor grau. Uma dessas antenas - "G5RV" (de acordo com o indicativo do rádio amador que a propôs [2] - é projetada para operar em bandas amadoras de 3,5 ... 28 MHz.

As dimensões da antena e da linha de correspondência de dois fios são mostradas na fig. 3.a, a antena é alimentada por um cabo coaxial com impedância característica de 75 ohms. A altura de instalação recomendada da antena acima do solo ou acima do telhado é de cerca de 10 m. Se o vão em que a antena for instalada for inferior a 32 m, as seções finais da teia da antena de até 3 m de comprimento podem ser deixadas pendurado (ou seja, para instalar a antena, neste caso, um vão de aproximadamente 26 m é adequado). A antena "G5RV" permite a princípio a instalação utilizando apenas um mastro em forma de "V INVERTIDO", mas para não degradar notavelmente seu desempenho, o ângulo do ápice deve ser de no mínimo 120°.

Arroz. Fig. 3. Multibanda KB "G5RV": a - projeto de antena simplificado. b - isolante; c - dispositivo de linha de dois fios: d - bobina de alta frequência.

Uma linha de correspondência de dois fios feita por você é formada por dois fios, a distância entre os quais é mantida por isoladores constantes (Fig. 3, b) feitos de um bom dielétrico não higroscópico (plexiglass, textolite, etc.) Após apropriado impregnação, você também pode usar madeira ou compensado. Os fios da linha são colocados em recortes em V nas extremidades dos isoladores e fixados com pequenos pedaços de fios (Fig. 3. 0) passados ​​pelos furos dos isoladores. A linha correspondente deve correr perpendicularmente à teia da antena por pelo menos 6 m.

Para operação efetiva da antena G5RV em todas as bandas, seu alimentador deve ser conectado ao transmissor por meio de um dispositivo correspondente. Como essa antena no alimentador quase sempre tem uma onda estacionária em um grau ou outro, não faz sentido usar um dispositivo de balanceamento (BALUN) para passar de uma linha correspondente a um cabo coaxial. No entanto, para reduzir a radiação da trança externa do cabo (isso, em particular, pode causar interferência na televisão), é aconselhável [3] fazer uma bobina de alta frequência na parte superior do alimentador (Fig. 3. d). O número de voltas é 8 .. 10, o diâmetro do enrolamento é de cerca de 180 mm, as voltas são fixadas em três locais com fita adesiva.

Arroz. 4. Versão da antena multibanda baseada em "G5RW: a - projeto da antena: b - isolador central e conexão do alimentador.

Outra versão da antena KB multibanda baseada em "G5RV" [4] é mostrada na fig. 4. a. No mastro central 1, com cerca de 12 m de altura, em um ângulo de cerca de 30° entre si, estão suspensas duas placas de antena "G5RV". As extremidades dessas telas são fixadas por meio de isoladores 4 a quatro mastros auxiliares 3 com cerca de 6 m de altura. No centro, as antenas da tela são conectadas em pares a uma linha comum de dois fios 5 (ver Fig. 4.b), que é o mesmo que no usual "G5RV" , feito de ar nos isoladores 6. Para prender as pontas dos panos no mastro 1, serve o isolador central 2. Deve-se notar que as dimensões fornecidas não são críticas. Eles podem variar dentro de uma faixa bastante ampla, com foco nas capacidades do rádio amador e no local disponível para a instalação da antena.

Na literatura amadora, muitas vezes há descrições de antenas horizontais multibanda, que são radiadores conectados em paralelo (por exemplo, dipolos de meia onda) para bandas KB separadas. Este princípio também pode ser aplicado para criar antenas com polarização vertical. O projeto de tal antena KB de três bandas [5] é mostrado na Fig. 5. Um mastro de metal 3, que serve como radiador na faixa de 14 MHz, é montado em um isolador de suporte 2. Em sua parte superior, a uma distância de cerca de 350 cm do isolador de suporte, um espaçador dielétrico 9 é fixado. Os emissores de fio 4 são fixados na base do mastro (e conectados a ele eletricamente) nas bandas de 21 e 28 MHz. A tensão dos emissores é fornecida por extensões de nylon 5, que são conectadas a eles por meio de isoladores 6. A antena é alimentada por um cabo coaxial 8 com impedância de onda de 50 Ohm, cujo núcleo central é conectado ao mastro 3, e a trança ao sistema de contrapesos 7. Os comprimentos de todos os emissores diferem do valor */4 para a faixa correspondente, devido à influência mútua dos emissores. Mostrado na fig. 5, as dimensões dos radiadores foram selecionadas experimentalmente de acordo com os valores mínimos de ROE nas faixas de operação.

Fig. 5.

Uma variante de uma antena de banda larga [b], operando em todas as bandas KB, incluindo 160 m, é mostrada na fig. 6. A antena é um emissor de fio de 22,6 m de comprimento, a uma distância de um terço da extremidade da qual é conectado um circuito LR, expandindo a faixa de frequência de operação.

Arroz. 6. Antena KB para bandas 10..J60 m: a - visão geral: b - cadeia LR; c - transformador correspondente.

Este circuito (Fig. 6, b) é formado por um resistor R com resistência de 370 Ohm (6 resistores com resistência de 2,2 kOhm e potência máxima de dissipação de 1 W) e uma bobina L (55 voltas de fio 1 mm de diâmetro, enrolamento contínuo comum em uma moldura com diâmetro de aproximadamente 50 mm).

A antena é conectada ao alimentador (impedância 50 Ohm) por meio de um transformador correspondente (Fig. 6, c). É feito em um anel de ferrite com diâmetro de cerca de 50 mm com permeabilidade magnética inicial de cerca de 20. Cada um dos enrolamentos possui 24 voltas de fio com diâmetro de 1 mm. A antena é conectada à derivação a partir da 18ª volta do enrolamento secundário. O ponto de conexão é selecionado experimentalmente ao configurar a antena.

A antena é sintonizada selecionando, em primeiro lugar, a indutância da bobina L e o ponto de conexão da antena ao transformador correspondente. O critério é a ROE mínima dentro das bandas amadoras. Embora o artigo indique a possibilidade de operação da antena mesmo na faixa de 160 m, na realidade, aparentemente, é possível obter características satisfatórias apenas em frequências de 7 MHz e superiores.

A influência da "terra"

A antena descrita acima, assim como muitas outras antenas de "fio" e chicote, requer um bom "aterramento eletrônico" para sua operação normal (efetiva). Em condições urbanas (e não apenas urbanas), geralmente é fornecido conectando um equivalente - contrapesos. Quantos contrapesos e quanto tempo podem criar uma boa "terra rádio-técnica"? As medições mostram [7] que seu número deve exceder 20 ... 30. Com várias balanças (um caso muito típico na prática de rádio amador), a resistência à perda é de aproximadamente 30 ohms. Isso significa que cerca de 50% da potência do transmissor é perdida. Em outras palavras, vale a pena considerar: o que é mais fácil - entrar em conflito com a Inspetoria Estadual de Telecomunicações, aumentando a potência do transmissor além dos limites permitidos, ou adicionar várias dezenas de saldos à antena e obter a mesma eficiência da estação de rádio que um todo.

Arroz. Fig. 7. Dependências da impedância de entrada do pino no número de contrapesos

As dependências típicas da resistência de entrada de um pino de quarto de onda (valor teórico 37 Ohm) no número de equilíbrios de quarto de onda para várias condições (1 - solo seco, 2 úmido, 3 - valor teórico) são mostradas na Fig. 7. Dadas essas dependências, não deve ser surpreendente que um GP com três contrapesos forneça uma ROE de ~ 1 quando alimentado por um cabo coaxial de 75 ohm (valor teórico de ROE de ~ 2). Torna-se clara e eficiente a operação de algumas antenas verticais em uma ampla banda de frequência - as perdas no "solo" a expandem significativamente.

Circuitos Notch para antenas KB

Antenas com circuitos notch ("W3DZZ" e similares) são amplamente utilizadas na prática de rádio amador. Eles têm características bastante aceitáveis, mas do ponto de vista construtivo, não são muito convenientes. Dificuldades particulares (na fabricação ou compra) são causadas por um capacitor incluído no circuito do rejeitor LC. Deve ter uma classificação bem definida e parâmetros elétricos muito altos, trabalhando em condições de exposição a uma atmosfera úmida.

O circuito de entalhe para antenas do tipo "W3DZZ" pode ser feito de um pedaço de cabo coaxial, cuja trança formará a indutância necessária, e a "trança central central" criará a capacitância necessária | 8].

Arroz. 8. O projeto do circuito notch baseado em um cabo coaxial

O projeto de tal circuito rejeitador é mostrado na Fig. 8. Um cabo coaxial 1 é enrolado na estrutura dielétrica 2. As extremidades do cabo 3 são passadas nos orifícios da estrutura e soldadas (5) de acordo com a figura. Os suportes 4 são usados ​​para conectar as placas de antena 6.

Para antenas simples com circuitos de rejeição, a escolha dos parâmetros da bobina é bastante arbitrária (só é necessário fornecer a frequência de rejeição necessária). Na antena "W3DZZ". além disso, é necessário ter uma relação bem definida entre a indutância da bobina L e a capacitância do capacitor C - sem isso é impossível realizar as propriedades multifaixas da antena.

Antenas direcionais

Uma antena KB rotativa direcional é o sonho de todos os surfistas de ondas curtas. No entanto, muitos radioamadores não podem se dar ao luxo de fazer uma antena de tamanho normal ("canal de onda", "quadrado duplo" etc.) Uma das razões para isso é a área muito limitada no telhado de um prédio residencial que uma onda curta pode usar para instalar uma antena (especialmente torres). É por isso que, em revistas de rádio amador, muitas vezes há descrições de várias opções para antenas KB de banda única ou multibanda de tamanho pequeno.

Arroz. 9. Antena direcional "DUPLO-D"

A antena, cujo esboço é mostrado na fig. 9, foi chamado de "DOUBLE-D" ("duplo delta") [9]. Pequeno em tamanho, leve, pode muito bem ser o primeiro projeto de um shortwaver que deseja aumentar a eficiência de seu rádio amador instalando uma antena direcional rotativa.

No mastro 1, a uma distância D do seu topo, encontram-se quatro espaçadores 2 feitos de bambu ou madeira impregnados com compostos à prova de umidade. As almas do elemento ativo 5 e do refletor 3 são fixadas nas extremidades desses espaçadores e através das extensões 4. Ambas as almas são feitas de fio de cobre ou cordão de antena, e as extensões são feitas de fio de nylon. A configuração do elemento ativo e do refletor lembra a letra latina D, daí o nome da antena. A antena é alimentada através de um cabo coaxial 6 com uma impedância de onda de 50 ohms.

O comprimento dos elementos do fio da antena em metros é calculado usando as seguintes fórmulas (f é a frequência de operação em MHz):

A = B = 85,1/f

C = 60,2/f

D=17,8/f

E = 34/f

O valor da frequência f é escolhido no meio da faixa amadora correspondente ou no meio de sua seção, que é de maior interesse para as ondas curtas (por exemplo, no meio da seção do telégrafo).

Com base nos dados [9], a antena "DOUBLE-D" praticamente não é inferior à antena "canal de onda" de dois elementos em termos de diretividade e taxa de radiação de frente para trás. No entanto, possui uma largura de banda menor, conforme mostrado na Fig. 10, que mostra a SWR versus frequência (banda de 28 MHz) para a antena "DOUBLE-D" (curva 1) e o "canal de onda" de tamanho normal (curva 2).

Arroz. Fig. 10. Dependências da relação de onda estacionária na frequência na faixa de 10 m para as antenas "DOUBLE-D:" e "canal de onda" de dois elementos

Esta antena é sintonizada selecionando o comprimento do elemento ativo e do refletor. Na frequência ressonante, sua impedância de entrada é puramente ativa e é de aproximadamente 40 ohms.

Usando este princípio de construção de uma antena, é possível fabricar um projeto multibanda. Nesse caso, é desejável alimentar cada um dos elementos ativos com um cabo coaxial separado. Experimentos com uma antena de banda dupla (14 e 21 MHz) mostraram que definir os elementos para a segunda faixa no mesmo projeto não altera os padrões da antena. Quando ambos os elementos ativos foram alimentados, mesmo através de um cabo coaxial, a ROE não excedeu 2 em ambas as bandas amadoras.

Foi proposto um "duplo quadrado" tri-banda compacto (14, 21 e 28 MHz) (Fig. 11). 9H1GL [10]. Em termos de dimensões, não excede o "quadrado duplo" de duas bandas em 21 e 28 MHz. Esta antena consiste essencialmente em dois "quadrados duplos" de tamanho normal para as bandas de 21 e 28 MHz, e a terceira banda, 14 MHz, é obtida conectando capacitâncias de carga aos elementos da banda de 21 MHz.

Arroz. Fig. 11. Esquadro duplo de três faixas de tamanho pequeno: a - vista frontal; b - vista lateral; c - configuração dos elementos da antena

No mastro 1 é fixada uma viga de sustentação curta 2, à qual, por sua vez, são fixados os suportes 3 "ouriços". O uso de uma combinação de "transporte de rolamento" - "ouriços" (cada um deles separadamente é amplamente utilizado em "quadrados duplos") possibilitou a obtenção de um ponto de fixação muito alto para cabos de sustentação 6. A antena gira junto com o mastro 1 (um motor com caixa de engrenagens é instalado em sua base), portanto os caras são fixados no mancal intermediário 5. A altura do mastro é de aproximadamente 5,5 m, o mancal é instalado 0,8 ... 1 m abaixo do ponto de fixação do transportador feixe. Neste caso, com o ângulo máximo permitido entre o mastro e os tirantes de 30°, os pontos de fixação dos tirantes ao telhado estarão a aproximadamente 2.7 m da base do mastro.

A configuração dos elementos "ouriços" 3 (são feitos de uma cantoneira de aço) é mostrada na Fig. 11. c. Os espaçadores de bambu 4 são fixados às partes dobradas desses elementos com parafusos em U ou clipes. O comprimento dos espaçadores é de cerca de 2,4 M. O comprimento de cada lado do quadro para a banda de 21 MHz é de 3,6 m e para a banda de 28 MHz é de 2,75 m.

Os elementos de capacitância de carga que garantem a operação da antena na banda de 14 MHz estão localizados dentro dos quadros da banda de 21 MHz (um pouco mais próximos do mastro do que esses quadros). Eles são "desligados" por quatro circuitos de entalhe - dois para cada quadro. A frequência de ressonância dos circuitos de entalhe (antes de conectar à antena) é de -20,2 MHz. Estruturalmente, eles são feitos de cabo coaxial da mesma forma descrita na seção anterior da revisão. Os circuitos são conectados entre a carcaça e as cargas capacitivas nos pontos indicados na fig. onze.

O método de ajuste dos elementos da antena nas bandas 28 e 21, MHz não difere do padrão. Na banda de 14 MHz, a antena é sintonizada selecionando o comprimento dos elementos - cargas capacitivas. Se a alteração do comprimento desses elementos afetar significativamente os parâmetros da antena na banda de 21 MHz, isso indica que os circuitos de entalhe não estão sintonizados com precisão (ou seja, eles não “desligam” completamente a carga capacitiva ao operar na 21 banda MHz).

Ao alimentar a antena com um cabo coaxial de 50 ohms, a ROE não ultrapassou 2 nas três bandas.

Literatura

1. Tópicos Hawker P. Technica I. - Radiocomunicação, 1985, n.º 4, p. 274-275. 
2. Antena multibanda Yarncy L. G5RV atualizada. - Comunicação via rádio. 1984. No. "6, p. 572-575.
3. Hawker P. Tópicos técnicos. - Radiocomunicação, 1982, n.º 2, p. 142-143.
4. Dob'ns RG QRP. - Radiocomunicação, 1985, n.º 3, p. 206.
5. Doncei D. Antena "sisargas" vertical para 10, 15 a 20 m. - URE, 1984, nº 10, n 572.
6. Johansson F. VK fi - antennen mliltihandantennen. - QIC, 1984, n.º 12, s. 428.
7. Servik J. Sistemas radiais curtos para verticais curtas. -QST, 1978, nº 4, p. 30-33.
8. Sommer R. Otimizando armadilhas de cabo coaxial.-QST, 1984, No. 12, p. 37-42.
9. Dodd P. Antenas de feixe de arame e a evolução do "Double-D". -QST, 1984, L" 10, p. 21-23.
10. Hawkes JM Uma antena quad clement 14, 21 e 28 MHZ para espaço restrito. - Comunicação via rádio. 984, nº 4, p. 300 - 103.

Autor: B. Stepanov (RU3AX); Publicação: cxem.net

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