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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Ajuste e coordenação de dispositivos alimentadores de antenas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / antenas de alta frequência Correspondência de antena No prefácio de seu livro "Antenas", Rothhammel logo na primeira linha repetiu a conhecida verdade: uma boa antena é o melhor amplificador de alta frequência. No entanto, muitos radioamadores às vezes esquecem que construir um bom sistema de antena custa tanto quanto um bom transceptor e configurar um dispositivo alimentador de antena requer a mesma abordagem séria da configuração de um transceptor. Tendo construído uma antena de acordo com uma descrição tirada de algum lugar, os radioamadores costumam ajustá-la usando um medidor de ROE ou geralmente confiam no acaso e não fazem nenhuma medição. Portanto, em muitos casos, você pode ouvir críticas negativas sobre boas antenas ou que elas não têm energia suficiente para as comunicações diárias. Aqui é feita uma tentativa resumida de revisar métodos simples de correspondência e medições em AFS (sistemas de alimentação de antena) na forma de um guia para livros (doravante referidos como referências por números):
bem como alguns conselhos práticos. Então... Por que é impossível levar a sério o ajuste de dispositivos de alimentação de antena recém-criados usando um medidor de ROE? O medidor SWR mostra a relação (Urect + Uref) para (Urect-Uref) ou em outras palavras, quantas vezes a impedância do caminho do alimentador da antena difere da impedância de onda do dispositivo (saída do transmissor, por exemplo). De acordo com as leituras do medidor SWR, é impossível entender o que significa SWR \u3d 50 com uma resistência do estágio de saída de 150 ohms. A impedância do caminho do alimentador da antena neste caso pode ser puramente ativa (na frequência de ressonância) e pode ser igual a 17 ohms ou XNUMX ohms (ambos são igualmente prováveis!). Não na frequência de ressonância, a resistência conterá ativo e reativo (capacitivo ou indutivo) em uma variedade de proporções, e então é completamente incompreensível o que precisa ser feito - compensar a reatividade ou coordenar a resistência da onda. Para corresponder com precisão o AFU, você precisa saber:
O objetivo da correspondência de antena é a tarefa de cumprir duas condições para conectar a antena ao transceptor:
Se essas condições forem atendidas no local onde a antena é alimentada (o ponto de conexão da antena com o alimentador), o alimentador opera no modo de onda progressiva. Se as condições correspondentes forem atendidas na junção do alimentador com o transceptor e a impedância da antena for diferente da impedância de onda do alimentador, então o alimentador operará no modo de onda estacionária. No entanto, a operação do alimentador no modo de onda estacionária pode levar à distorção do padrão de radiação em antenas direcionais (devido à radiação nociva do alimentador) e, em alguns casos, pode levar à interferência com o equipamento transceptor ao redor. Além disso, se a antena for usada para recepção, emissões indesejadas (por exemplo, interferência de seu computador de mesa) serão recebidas na trança do alimentador. Portanto, é preferível usar a alimentação da antena através do alimentador no modo de onda progressiva. Antes de compartilhar a experiência prática de casamento de antenas, algumas palavras sobre os principais métodos de medição. 1. Medição de frequência ressonante da antena 1.1. A maneira mais fácil de medir a frequência de ressonância de uma antena é com um indicador de ressonância heteródino (HIR). No entanto, em sistemas de antenas com vários elementos, pode ser difícil ou completamente impossível realizar medições GIR devido à influência mútua dos elementos da antena, cada um dos quais pode ter sua própria frequência de ressonância. 1.2. Método de medição usando uma antena de medição e um receptor de controle. Um gerador é conectado à antena medida, a uma distância de 10-20l da antena medida, um receptor de controle é instalado com uma antena que não possui ressonâncias nessas frequências (por exemplo, menor l/10). O gerador é ajustado na seção selecionada da faixa, usando o S-meter do receptor de controle, a intensidade do campo é medida e a dependência da intensidade do campo na frequência é plotada. O máximo corresponde à frequência de ressonância. Este método é especialmente aplicável para antenas multielementos, neste caso, o receptor de medição deve ser colocado no lóbulo principal da antena a ser medida. Uma variante desse método de medição é o uso como gerador, um transmissor com potência de vários watts e um simples medidor de intensidade de campo (por exemplo [1], Fig. 14-20.). No entanto, deve-se levar em consideração que, durante as medições, você interferirá nos outros. Uma dica prática ao medir na faixa de 144-430 MHz é não segurar o medidor de intensidade de campo nas mãos durante a medição, a fim de enfraquecer a influência do corpo nas leituras do dispositivo. Fixe o dispositivo acima do chão a uma altura de 1-2 metros em um suporte dielétrico (por exemplo, uma árvore, uma cadeira) e faça leituras a uma distância de 2-4 metros, sem cair na zona entre o dispositivo e o antena medida. 1.3. Medição usando um gerador e um antenascópio (por exemplo, [1], Fig. 14-16). Este método é aplicável principalmente em HF e não fornece resultados precisos, mas permite avaliar simultaneamente a impedância da antena. A essência das medições é a seguinte. Como você sabe, o antenoscópio permite medir a resistência total (ativa + reativa). Porque as antenas são geralmente alimentadas no antinodo atual (resistência mínima de entrada) e não há reatividade na frequência de ressonância, então na frequência de ressonância o antenascópio mostrará a resistência mínima e em todas as outras frequências será mais frequentemente maior. Daí a sequência de medições - ao reconstruir o gerador, eles medem a impedância de entrada da antena. A resistência mínima corresponde à frequência de ressonância.Um MAS - o antenascópio deve ser conectado diretamente ao ponto de alimentação da antena, e não através do cabo! E uma observação prática - se houver uma fonte poderosa de emissão de rádio perto de você (uma TV ou uma estação de rádio), devido a captadores, o antenascópio nunca se equilibrará "a zero" e torna-se quase impossível fazer medições. 1.4. É muito conveniente determinar a frequência de ressonância dos vibradores usando um medidor de resposta de frequência. Ao conectar a saída do medidor de resposta de frequência e a cabeça do detector à antena, são determinadas as frequências nas quais as quedas na resposta de frequência são visíveis. Nessas frequências, a antena ressoa e a energia é retirada da saída do dispositivo, que é claramente visível na tela do dispositivo. Quase todos os medidores de resposta de frequência são adequados para medições (X1-47, X1-50, X1-42, SK4-59). Opção de medição - usando um analisador de espectro (SK4-60) em um modo com longo arrebol e um gerador externo. Como gerador externo, você pode usar um gerador harmônico: para HF - com passo de 10 kHz, para 144 MHz - com passo de 100 kHz, para 430 MHz - com passo de 1 MHz. Em frequências de até 160 MHz, o espectro mais uniforme com alta intensidade harmônica é fornecido pelo circuito gerador de harmônicos no circuito integrado 155IE1. Na faixa de 430 MHz, um nível suficiente de harmônicos pode ser obtido em um circuito com um diodo de armazenamento 2A609B (circuito calibrador de 50 MHz de SK4-60). 2. Medição de resistência em dispositivos de alimentação de antena 2.1. O dispositivo produzido em massa mais simples (ainda acessível) para medir a resistência ativa e a fase do sinal (e, portanto, o componente reativo) é uma ponte de medição. Existem várias modificações desses dispositivos para uso com caminhos de 50 e 75 ohm e para várias faixas de frequência de até 1000 MHz - são as pontes de medição R2-33 ... R2-35. 2.2 Na prática do rádio amador, uma versão mais simples da ponte de medição é mais usada, projetada para medições de impedância (antenoscópio). A sua concepção, ao contrário das pontes P2-33... é muito simples e facilmente reproduzível em casa ([1], pp. 308-309). 2.3 É útil ter em mente algumas observações sobre resistências em APS. 2.3.1. Linha longa com impedância de onda Ztr e comprimento elétrico l/4, 3x l/4 etc transforma a resistência, que pode ser calculada a partir da fórmula Ztr=Sqr(Zin Zout) ou de acordo com a Fig. 2.39 [2]. Em um caso particular, se uma extremidade l/4 segmento aberto, então a resistência infinita nesta extremidade do segmento é transformada em zero na extremidade oposta (curto-circuito) e tais dispositivos são usados para transformar grandes resistências em pequenas. Atenção! Esses tipos de transformadores funcionam efetivamente apenas em uma faixa de frequência estreita, limitada a frações de um por cento da frequência operacional. Linha longa com comprimento elétrico múltiplo l/2, independentemente da impedância de onda desta linha, transforma a impedância de entrada em uma impedância de saída com uma relação de 1: 1 e são usados para transferir resistências para a distância necessária sem transformação de impedância ou para inverter a fase em 180 ° . Diferente l/4 linhas, linhas l/2 tem mais largura de banda. 2.3.2. Se a antena for mais curta do que você precisa, então, na sua frequência, a impedância da antena tem um componente capacitivo reativo. Caso a antena seja mais longa, na sua frequência a antena tem uma reatividade indutiva. Obviamente, na sua frequência, a reatividade indesejável pode ser compensada pela introdução de reatividade adicional de sinal oposto. Por exemplo, se a antena for mais longa do que o necessário, o componente indutivo pode ser compensado conectando uma capacitância em série com a alimentação da antena. O valor do capacitor requerido pode ser calculado para a frequência desejada, conhecendo o valor da componente indutiva (ver Figura 2.38 [2]), ou selecionado experimentalmente, conforme descrito no parágrafo 5. 2.3.3. A introdução de elementos passivos adicionais geralmente reduz a impedância de entrada da antena (por exemplo, para um quadrado: de 110-120 ohms para 45-75 ohms). 2.3.4. Abaixo estão os valores teóricos dos vibradores mais comuns (os vibradores estão localizados em um espaço livre de objetos ao redor), antenas e alimentadores:
3. Medindo o grau de concordância É desejável fazer essas medições após o pareamento descrito no parágrafo 5 para avaliar a qualidade do pareamento. 3.1. Dispositivos para determinar o grau de correspondência de linhas abertas de dois fios com uma antena: 3.1.1. Lâmpada de néon comum ou GIR. Ao mover a lâmpada ao longo da linha de transmissão, o brilho da lâmpada não deve mudar (modo de onda viajante). A opção de medição é um dispositivo que consiste em um loop de comunicação, um detector e um indicador de ponteiro (consulte a Fig. 14.8 [1]). 3.1.2. Indicador de duas lâmpadas (ver Fig. 14.7 [1]). A configuração é feita para que a lâmpada conectada ao braço próximo à antena não brilhe, e no braço oposto o brilho seja máximo. Em níveis de baixa potência, você pode usar um detector e um relógio comparador em vez de uma lâmpada. 3.2. Dispositivos para determinar o grau de correspondência em caminhos coaxiais: 3.2.1. Linha de medição - um dispositivo aplicável para medir o grau de correspondência em linhas coaxiais e de guia de onda de VHF a comprimentos de onda centimétricos. Seu design é simples - um cabo coaxial rígido (guia de onda) com uma ranhura longitudinal no condutor externo, ao longo da qual a cabeça de medição se move com a sonda de medição abaixada na ranhura. Ao mover a cabeça de medição ao longo do caminho, os máximos e mínimos das leituras são determinados, cuja proporção é usada para julgar o grau de concordância (modo de onda viajante - as leituras não mudam ao longo de todo o comprimento da linha de medição) . 3.2.2. Ponte de medição (Fig.14.18 [1]). Permite medir ROE em linhas de transmissão de até 100 ohms em HF e VHF com uma potência de entrada de cerca de centenas de miliwatts. Design muito fácil de fabricar, não contém travas de bobina, unidades estruturais que são críticas para a precisão da fabricação. 3.2.3. Medidores de ROE baseados em refletômetros. Muitos projetos desses dispositivos são descritos (por exemplo, Fig. 14-14 [1]. Eles permitem que você monitore o estado do AFS durante a operação no ar. 3.2.4. Medidores de SWR baseados em medidores de resposta de frequência. Muito conveniente para estudar a qualidade do casamento em qualquer frequência, até até 40 GHz Princípio de medição - o conjunto de instrumentos de medição consiste em um medidor de resposta em frequência e um acoplador direcional, conectados no seguinte circuito:
onde 1 - medidor de resposta em frequência (X1-47); 2 - cabeça detectora de baixa resistência do kit X1-47; 3 - acoplador direcional, por exemplo, NO 144-991 do kit para o dispositivo SK03-4 é adequado para a banda de 60 MHz; 4 - antena medida. O sinal de alta frequência da saída X1-47 vai para o pino 3 do acoplador direcional e depois vai somente para o pino 2 do acoplador direcional. O sinal é então transmitido para a antena medida. Nas frequências em que a antena possui ROE alta, a energia é refletida e retornada ao pino 2 do acoplador direcional. Nesta direção de sinal, a energia é transmitida apenas do pino 2 para o pino 1, detectada pelo cabeçote do detector, e o nível do sinal refletido é exibido na tela X1-47, dependendo da frequência. Antes de iniciar as medições, você precisa calibrar o circuito. Para fazer isso, em vez da antena medida, um equivalente não indutivo de uma antena com resistência de 50 Ohms é conectado e assegurado que não haja sinal refletido (SWR = 1). Além disso, desencaixando o equivalente, o nível do sinal para SWR = infinito é anotado. Todos os valores intermediários de SWR serão exibidos na tela do dispositivo com uma posição entre 0 e o valor máximo. Ao conectar equivalentes de antena com resistência de 75 ohms, 100 ohms, 150 ohms, os valores SWR são marcados na tela do dispositivo, respectivamente, 1.5, 2, 3. Como medidor de resposta de frequência, você pode usar o analisador de espectro SK4-60 e um gerador externo, dependendo da faixa de comprimento de onda em que as medições são feitas (G4-151 até 500 MHz, G4-76 até 1.3 GHz, G4-82 5.6 GHz, G4-84 10 GHz). Em frequências de até 500 MHz, os geradores harmônicos descritos na Seção 1.4 podem ser usados como gerador externo. Dois pontos:
4. Alguns métodos de medição úteis 4.1. Medições com um antenoscópio (dado em [1] pp. 308-312). 4.1.1. Determinando o comprimento elétrico exato l/4 linhas: para fazer isso, a linha é conectada em uma extremidade ao antenascópio e a outra é deixada aberta. Além disso, alterando a frequência do gerador, é determinada a frequência mais baixa, na qual o equilíbrio da ponte é alcançado com resistência zero. Para esta frequência, o comprimento elétrico da linha é exatamente l/ 4. 4.1.2. Medição da impedância da linha Ztr: depois de concluídas as medições de acordo com a cláusula 4.1.1., conecte um resistor de 100 Ohm na extremidade livre da linha e meça a resistência Zmeas na outra extremidade da linha com um antenascópio. A impedância de onda da linha é calculada usando a fórmula Ztr=Sqr(100хZmeas) 4.1.3. Verificação de precisão dimensional l/2 linhas de transformação:
4.1.4. Determinação do coeficiente de encurtamento da linha de transmissão: para medições, é utilizado um segmento de linha com um comprimento de vários metros (comprimento X).
Por exemplo, se o comprimento da linha X=3.3 metros e o balanceamento ocorreu na frequência F=30 MHz, então L=5 metros e K=0.66. Os valores usuais dos coeficientes de encurtamento para linhas coaxiais são 0.66, para cabos planos - 0.82, para linhas abertas de dois fios - 0.95. 4.2. Medições com um medidor de resposta de frequência são realizadas de acordo com o esquema dado na cláusula 3.2.4. 4.2.1. Localização de inomogeneidades no alimentador. Se for necessário determinar a distância até a não homogeneidade no alimentador (curto-circuito ou circuito aberto) sem desmontar o alimentador, isso pode ser feito da seguinte maneira. Em caso de quebra ou curto-circuito no alimentador, a ROE máxima será observada nas frequências em que a linha atua como um transformador l/2, bem como em múltiplas frequências, independentemente da faixa selecionada para medições. O alimentador é desencaixado do transceptor e conectado ao terminal 2 do acoplador direcional. A banda de oscilação é ajustada de modo que seja conveniente medir o período ROE. O período medido em megahertz corresponde à frequência na qual a linha opera como lsegmento /2, tendo em conta o encurtamento. Suponha que o intervalo de frequência entre os máximos ROE seja de 3 MHz, o que significa que a frequência na qual a linha está operando agora como um transformador l/2 é igual a 6 MHz e isso corresponde a um comprimento de onda de 50 metros (ou seja, até uma inomogeneidade de 50 metros sem levar em conta o fator de encurtamento da linha). Conhecendo o coeficiente de encurtamento da linha, pode-se dizer com precisão a distância real para a não homogeneidade. Por exemplo, se a linha for feita com um cabo coaxial com um coeficiente. encurtando 0.66, então no nosso caso a distância do transmissor até a quebra (curto-circuito) no cabo coaxial é de 33 metros. 4.2.2. Medição do fator de encurtamento do cabo. As medições são feitas da mesma forma que no parágrafo 4.2.1., mas um cabo medido de vários metros de comprimento é conectado ao terminal 2 do acoplador direcional. Suponha que medimos o coeficiente de encurtamento de um cabo de 33 metros de comprimento. O comprimento elétrico medido do cabo é de 50 metros, então o fator de encurtamento é 33/50=0.66. 4.2.3. Verificando o cabo de 50 ohms quanto a não homogeneidades. O cabo testado é conectado à saída 2 NO, na outra extremidade da qual é conectada uma carga correspondente de 50 Ohm. Deve-se observar uma linha reta na tela do aparelho caso não haja inomogeneidades no cabo. 5. Procedimento de sintonia da antena Como exemplo, algumas palavras sobre como sintonizar uma antena delta para a faixa de 80 metros, usando os métodos de medição fornecidos acima. É necessário casar o estágio de saída do transmissor (50 ohms) com a antena através de um cabo de 50 ohms. Se não for possível medir a resistência da antena e encontrar a frequência de ressonância da antena conectando diretamente no ponto de energia, conectamos a linha transformadora l/2 entre instrumentos e antena. Assim, usando as propriedades transformadoras da linha (1:1), é possível realizar medições não diretamente na antena, mas na outra ponta da linha. Um dos métodos descritos, medimos a resistência da antena e a frequência de ressonância. Se a frequência de ressonância da antena for ligeiramente deslocada, alterando as dimensões geométricas da antena, a ressonância é alcançada na frequência desejada. Normalmente, a impedância da antena delta é de 120 ohms e um transformador de 1:2.4 deve ser usado para combinar a antena com o cabo. Este transformador pode ser feito usando um ShPTL de três fios com uma proporção de Rout / Rin \u4d 9/120 (Bunin, Yaylenko "Manual de um rádio amador de ondas curtas" Kiev, Técnica). Após a fabricação do transformador, um resistor com resistência de 130-14 Ohms é conectado à entrada de alta resistência do transformador e, conectando um antenascópio a outra entrada do transformador, sua resistência de entrada e taxa de transformação são medidas. Conectando um transformador entre PA e a linha de energia, verifique a corrente na antena usando um amperímetro de RF (Fig. 2-1 [10]). É melhor medir a corrente após PA com um amperímetro de RF calibrado e calcular a potência absorvida. Se após o cálculo resultar que P=RII é menor do que no equivalente da antena, o dispositivo correspondente introduz reatividade e deve ser compensado. Para fazer isso, um capacitor variável (500-XNUMX pF) é ligado em série com o amperímetro de RF e alterando seu valor, um máximo é alcançado nas leituras do amperímetro de RF. Se não for possível aumentar a corrente na antena com a ajuda de um capacitor, é necessário substituir o capacitor por um variômetro e selecionar uma indutância de compensação. Depois de selecionar a reatividade de compensação, seu valor é medido e substituído por um elemento com valor constante. Depois de configurar o dispositivo correspondente, ele é colocado em uma caixa lacrada e transferido para o ponto de alimentação da antena do cabo. Em conclusão, a concordância é verificada novamente usando um dos métodos de medição de SWR. Dicas de conexão do computador Muitos reclamam que seu computador de mesa interfere muito na recepção. A razão para isso na maioria dos casos é a má correspondência da antena. Nesse caso, a trança do cabo de alimentação da antena recebe a radiação do computador e entra na entrada do receptor na forma de interferência. É fácil verificar essa suposição - desconecte o cabo da entrada do receptor, se a interferência desaparecer, a principal maneira pela qual a interferência do computador entra na entrada do receptor é através da trança do cabo. Depois de combinar cuidadosamente a antena usando os métodos abaixo, você pode se livrar amplamente da interferência na recepção e operação instável de nós digitais durante a transmissão. A segunda condição necessária para a conveniência de trabalhar com um computador é o aterramento cuidadoso de todos os dispositivos. Aterramento no tubo de aquecimento - não é bom! A terceira maneira é colocar todos os cabos vindos do computador em uma tela e é muito desejável passar cada um deles por um anel de ferrite de 2000 NM (algumas voltas). Você também pode passar o cabo da antena pelo anel (para balanceamento adicional do cabo e eliminar a propagação de sinais de RF ao longo do revestimento do cabo). Às vezes, a fonte de interferência é o monitor e os cabos que vão até ele. Tente ligar e desligar o monitor da rede enquanto o computador estiver em execução e inicializado. Se o nível de ruído mudar, é recomendável aterrar o chassi do monitor separadamente e o ponto de aterramento do chassi deve ser selecionado experimentalmente para minimizar a interferência. Autor: Alexander Doshchich, UY0LL, uy0ll@buscom.kharkov.ua; Publicação: cxem.net
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Comentários sobre o artigo: en3ii De Deus, homem, agora existem poucas pessoas tão alfabetizadas. Tudo é curto e claro. Obrigado e [up] saúde! 73 Sergey Alekseev Obrigado!
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