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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Como alimentar uma antena de loop encurtada. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas VHF Recentemente, o interesse em antenas de loop aumentou. Se antes essas antenas eram usadas relativamente raramente, agora elas são usadas como antenas para sistemas de comunicação móvel, sistemas de alarme contra roubo, etc. A principal vantagem de tais antenas é a influência significativamente menor do ambiente nos parâmetros da antena de quadro, o que em alguns casos é decisivo na escolha de uma antena. No entanto, é muito difícil usar tais antenas com dimensões compatíveis com o comprimento de onda L na banda KB. Portanto, é de particular interesse usar antenas de quadro com um perímetro S menor que o comprimento de onda L. Tais antenas também podem ser usadas como adicionais, conciliadas com sua diretividade unidirecional e instaladas em janelas, galerias, varandas, bem como como parte de antenas direcionais complexas em bandas de HF de baixa frequência. O elemento principal de tais antenas é um quadro com um perímetro S menor que o comprimento de onda. Para colocação em janelas, varandas, a forma de moldura mais conveniente é retangular. Considere tal quadro com um perímetro S igual ao comprimento de onda L, localizado no plano vertical [I]. Quando tal antena é alimentada do lado de elementos verticais, ambos os elementos são excitados em fase, e antinós de corrente e nós de tensão estão localizados neles. Elementos horizontais com antinodos de tensão, por sua vez, são excitados fora de fase. Elementos verticais podem ser representados como dois vibradores paralelos com extremidades curvas, colocados a uma distância de L/4 e excitados na mesma fase. Devido à soma dos campos desses vibradores, excitados em fase, a intensidade máxima do campo no plano horizontal está nas direções do eixo do quadro, localizadas perpendicularmente ao plano da antena de loop. Tal padrão de distribuição de correntes e tensões ao longo do loop, considerado para o caso S=L, é preservado mesmo com uma ligeira diminuição em S em comparação com L. Com uma diminuição adicional no tamanho da antena loop, a distribuição de corrente ao longo do o perímetro do loop muda, e com uma redução significativa no tamanho em relação a L ( S/L<0,25), em vez de nós e antinós de corrente, aparece uma distribuição de corrente uniforme (a corrente quase não muda ao longo do loop). A corrente, neste caso, flui em uma direção a cada momento do tempo, portanto, está em fase e, portanto, a radiação de quaisquer elementos opostos do quadro é adicionada no espaço em antifase, conduzindo, ao contrário de um quadro de tamanho normal , a uma intensidade mínima na direção do eixo do quadro. Assim, em termos de suas propriedades de radiação, tal quadro acaba sendo semelhante a um indutor comum, que pode ser feito para irradiar apenas aumentando significativamente seu fator de qualidade Q e aumentando a corrente. No entanto, a eficiência de tal antena radiante será muito baixa devido à baixa resistência à radiação R e, consequentemente, a potência irradiada pela antena Rizl também é baixa [2]. Portanto, é mais adequado usar antenas com fator de velocidade de 0,25<K<1 (K=S/L), que, apesar da diminuição da eficiência em relação a um quadro de tamanho normal, irradiam bem e têm radiação máxima em a direção do eixo do quadro. Uma forma de reduzir a frequência de ressonância de uma antena loop é incluir capacitância nos pontos da antena que possuem a máxima tensão antifase [4]. Neste caso, é possível uma redução significativa na frequência de ressonância. Ao mesmo tempo, tal diminuição na frequência do loop, que possibilita seu uso em frequências mais baixas, leva a uma diminuição na relação S para L e, consequentemente, a uma diminuição significativa na resistência à radiação Rizl , determinado [197] pela razão Kizl=4(S/L)1,3 . Nesse caso, não é possível conectar o cabo diretamente ao quadro para alimentá-lo, como costuma ser feito ao usar quadros de tamanho normal. Para combinar o quadro com o cabo em um pequeno Kizl, y ou O-matching é usado [1]. O diagrama de uma antena de loop com uma capacitância de encurtamento e correspondência y é mostrado na Fig. XNUMX.
Na variante considerada de excitação dos elementos verticais, os pontos nos pontos médios dos elementos horizontais A e B têm uma tensão antifase mínima. Isso também significa que a resistência entre esses pontos é muito significativa (da ordem de vários quilo-ohms). A antena pode ser alimentada incluindo um circuito ressonante nestes pontos, que também possui uma grande resistência na frequência ressonante. Nesse caso, a correspondência da antena com o alimentador é realizada selecionando a taxa de transformação ao conectar o cabo a parte das voltas do circuito ressonante. Além do autotransformador, a conexão do transformador do cabo e do circuito é possível com a ajuda de uma bobina de acoplamento. Junto com a possibilidade de excitação e casamento, a inclusão do circuito nos pontos A e B também permite reduzir a frequência natural de ressonância da antena de loop devido à capacitância que faz parte do circuito ressonante paralelo. Nesse caso, o valor da capacitância do circuito ressonante na antena sintonizada acaba sendo um pouco maior do que no caso de um único circuito sintonizado na mesma frequência. Um circuito de antena com um circuito ressonante é mostrado na Fig. 2.
Para testar a eficácia do casamento e encurtamento das antenas usando um circuito ressonante, foram feitas duas antenas circulares retangulares com perímetros S = 5,6 m e S = 12,8 m. Ambas as antenas foram feitas de fio de cobre com diâmetro de 2 mm e instaladas em a abertura da janela e na varanda prédio de nove andares. As antenas foram sintonizadas e combinadas com o cabo de 50 ohms de duas maneiras: com um capacitor de encurtamento com um y-match e com o auxílio de um circuito ressonante. As frequências ressonantes calculadas desses quadros são 53 e 23 MHz, e as experimentais são 38 e 21,2 MHz, respectivamente. A mudança da frequência de ressonância em comparação com o valor calculado é explicada pela capacitância significativa entre os elementos da estrutura e os elementos metálicos: acessórios, ralos, grades de varanda, etc. A determinação experimental da frequência de ressonância dos loops foi realizada por um gerador G4-18 e um indicador de campo (para operação em frequências acima de 35 MHz, um diodo é ligado em paralelo com a saída do gerador de 0,1 ... 1 V , e a antena é sintonizada usando o 2º harmônico da frequência do sinal). O circuito ressonante da 1ª antena é composto por um indutor com diâmetro de 35 mm, contendo 5 voltas de fio com d=2 mm (comprimento do enrolamento -20 mm), e um capacitor variável 12...495 pF. A conexão do transformador foi realizada por uma bobina de acoplamento composta por 1 volta e com uma frequência de 14 MHz - de 2 voltas localizadas na superfície da bobina do circuito ressonante. A indutância da bobina de acoplamento é compensada pela capacitância C2. O circuito ressonante incluído na segunda antena consistia em um indutor com diâmetro de 35 mm, contendo 29 voltas de fio d=l mm (comprimento do enrolamento - 65 mm) e um capacitor. A bobina de comunicação tinha 3 voltas de fio d=l mm. As frequências de ressonância das antenas, as dimensões e os parâmetros dos elementos correspondentes são fornecidos na tabela.
Verificou-se que ao usar sistemas de ajuste e correspondência, um valor de ROE relativamente baixo é alcançado (aproximadamente o mesmo para diferentes métodos de correspondência), mas o processo de correspondência e ajuste é muito diferente. Ao usar uma capacitância de encurtamento e y-matching, esse processo parece bastante complicado e consiste em vários estágios: sintonizar o quadro na frequência de ressonância necessária e, em seguida, alterar sequencialmente o comprimento do loop, a distância em que ele está localizado e o capacitância, compensando a indutância do loop, acompanhada de sintonia de frequência ressonante e controle SWR. Tal processo de coordenação e ajuste causa dificuldades significativas, especialmente na ausência de experiência suficiente. A correspondência com um circuito ressonante é muito mais simples: a antena é sintonizada alterando a capacitância do circuito ressonante e, em seguida, alterando a taxa de transformação, o valor mínimo de ROE é definido (às vezes é necessário ligar a capacitância C2, que compensa para a indutância L2.) menor SWR, a eficiência da antena como um sistema de radiação é determinada principalmente pela eficiência. Se a maioria das antenas de tamanho normal tem este parâmetro, que determina Rizl Rizl
é próximo de 1, então para antenas encurtadas com uma resistência à radiação Rred comparável a Rpot, a eficiência acaba sendo significativamente reduzida. Portanto, deve-se sempre lembrar que antenas fortemente encurtadas, ao invés de radiação, convertem a energia de entrada em energia térmica. Independentemente do método de correspondência e ajuste, as antenas encurtadas acabam sendo de banda estreita e requerem ajuste quando a frequência muda. E se para uma antena com correspondência y e uma capacitância de encurtamento, o processo de ajuste requer a repetição de quase todas as etapas acima com uma mudança de frequência, então, para uma antena com um circuito ressonante, o processo de ajuste é reduzido a uma pequena mudança em a capacitância do circuito ressonante. Isso torna essas antenas muito convenientes, especialmente quando um elemento de ajuste está disponível. Literatura 1. Rothammel K. Antenas. - M.: Energia, 1969
Autores: M. Anisimov (UA3POC), M. Anisimov (UA3PML), Tula; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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