Sintonização e teste de antenas VHF. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas. Medições, configuração e correspondência

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O alcance da radiocomunicação e a qualidade do seu trabalho dependem não apenas da escolha correta do tipo de antenas, mas também da configuração correta das mesmas. Isto é especialmente verdadeiro para o alcance de ondas ultracurtas, onde são usadas principalmente antenas altamente direcionais, que permitem aumentar significativamente o alcance e a imunidade ao ruído da recepção de rádio. O objetivo deste artigo é fornecer aos radioamadores as informações necessárias sobre como sintonizar e testar antenas VHF usando dispositivos simples feitos por eles mesmos. Em um artigo é impossível considerar todos os tipos de antenas usadas por amadores, então tentaremos falar apenas sobre antenas vibratórias, cuja instalação tem muito em comum com a instalação de outros tipos de antenas.

Parâmetros principais das antenas

Na prática amadora, ao testar sistemas de alimentação de antena, basta pegar o padrão da antena, medir seu ganho e verificar a correspondência do alimentador.

Um padrão de antena é uma representação gráfica da potência relativa ou intensidades de campo produzidas por uma antena em diferentes direções e a distâncias iguais. Os padrões de radiação dão uma ideia do padrão geral de radiação da antena.

Na fig. 1 mostra um exemplo de construção em coordenadas polares do padrão de radiação de uma antena vibratória, consistindo de um radiador, um diretor e um refletor. O diagrama foi feito no plano horizontal de uma antena localizada horizontalmente.

Figura.1

O ganho da antena e é um número que mostra quantas vezes a potência irradiada de uma determinada antena na direção de radiação máxima (PSmax) é maior que a potência máxima irradiada por um vibrador de meia onda (PSl/2) com a mesma potência de entrada em ambos os casos

Assume-se que o vibrador de meia onda está no espaço livre e a potência que irradia é igual à potência de entrada.

Figura.2

Uma condição necessária para o funcionamento normal de uma antena receptora ou transmissora é a igualdade de sua impedância de entrada com a impedância de onda da linha de alimentação e, consequentemente, com a impedância de entrada do receptor ou transmissor. Se a impedância da linha não for igual à impedância da carga (a linha não é correspondida), parte da energia é refletida de volta da carga, causando o "incidente" da onda combinada do transmissor para a antena, uma onda estacionária. Ao conectar um voltímetro de alta frequência à linha e movê-lo ao longo da linha, pode-se ver que as leituras do dispositivo mudam periodicamente de valor (Fig. 2). O coeficiente da onda viajante da linha KBV é determinado neste caso como a razão entre a leitura mínima do dispositivo e a máxima:

O valor deste coeficiente caracteriza a qualidade do alimentador. Se, por exemplo, a carga da linha de alimentação estiver em curto-circuito ou desconectada, o CBV é zero. Com total concordância, o KBV é igual a um.

Medindo instrumentos

Os indicadores mais simples de tensão e corrente em um alimentador ou antena são duas lâmpadas - incandescente e neon. Portanto, uma lâmpada de uma lanterna de bolso de 3,5 V e um neon MN-3 brilham quando a energia fornecida a eles é de 3 a 6 watts. Para aumentar a sensibilidade da lâmpada indicadora de tensão, às vezes um pequeno condutor é soldado à sua base.

Um dispositivo necessário para medições de antenas é um indicador de campo. Consiste em um vibrador, no intervalo do qual um diodo e um dispositivo estão conectados (Fig. 3).

Figura.3

Os indutores Dr1 e Dr2 são enrolados em resistências VS-2 (100 kΩ cada) e possuem 30 voltas de fio PE-0,5 enroladas com passo variável. Para frequências de 420-435 MHz, essas bobinas devem ter 5 voltas cada. Se a sensibilidade do dispositivo não for inferior a 200 μA (a resistência do quadro é de cerca de 750 Ohms) e o botão do potenciômetro estiver na posição de menor desvio do dispositivo, as leituras do indicador podem ser consideradas proporcionais à potência do campo.

Para um indicador de campo executado corretamente, o máximo de recepção coincide com a direção perpendicular ao seu meio. No processo de trabalho com o indicador de campo, a distância entre ele e a antena estudada é definida pelo menos (2,5-3) l. É aconselhável colocar a antena sintonizável e o indicador em uma área aberta, livre de edifícios, florestas, etc. (Fig. 4). Se o vibrador ativo da antena em teste for instalado horizontalmente, a antena indicadora também deve ser horizontal, e vice-versa, se o radiador da antena for vertical, a antena indicadora é colocada na vertical.

Figura.4

Uma ponte comum pode ser usada para medir o KBV. A linha medida está incluída em um de seus braços (Fig. 5).

Figura.5

Quando a linha é combinada, a impedância de entrada da linha é igual à resistência de R3, as resistências de R1 e R2 são as mesmas, a ponte será balanceada. O voltímetro da ponte mostrará zero. No entanto, se a linha não for correspondida, a ponte não será balanceada. Neste caso, a escala do voltímetro pode ser graduada diretamente em função do coeficiente da onda viajante. O diagrama esquemático da ponte é mostrado na fig. 6.

Figura.6

Na verdade, a ponte aqui é formada pelas resistências R1, R2, R3 e a resistência de entrada da linha, que é conectada ao conector "line". A tensão de alta frequência é conectada ao conector "entrada". Quando o voltímetro é conectado aos soquetes de "entrada", a tensão de entrada é medida, quando o voltímetro é conectado aos soquetes de "linha", a tensão na diagonal da ponte é medida. A graduação da ponte está no fato de que com a mesma tensão fornecida a ela, a agulha do voltímetro deve se desviar para a escala completa, tanto com o conector “linha” aberto quanto fechado. Se isso não funcionar, é necessário selecionar as resistências R1 e R2. Em seguida, conecte uma resistência ativa igual à resistência Rs ao conector "linha". As leituras de zero voltímetro (independentemente da frequência) indicarão a operação normal do dispositivo.

Com um voltímetro de alta resistência, a leitura da razão da onda viajante corresponderá ao gráfico mostrado na Fig. 7. O circuito de ponte pode ser usado para medir a impedância de entrada de uma linha combinada ou a impedância de entrada de uma antena em sua frequência de ressonância. Para isso, a resistência R3 deve ser variável e ter escala graduada. Seu valor é levado até 680 ohms, as resistências R1 e R2 têm cada uma 240 ohms. Quando a ponte estiver balanceada, a resistência medida será obviamente igual a R3. Ao medir a impedância de entrada de uma antena, para eliminar a influência das mãos, é necessário conectar a ponte à antena através de um pedaço de cabo de aproximadamente meia onda.

Figura.7

Afinação da antena

Independentemente do modo em que a antena será operada, ela pode ser sintonizada e testada tanto no modo de transmissão quanto no modo de recepção. Na prática, é mais conveniente fazer ajustes no modo de transmissão. Se para este propósito um gerador for conectado à alimentação da antena em vez do receptor, então para uma medição mais correta, o valor de sua resistência de saída deve ser o mesmo que a resistência de entrada do receptor desconectado. Se o alimentador da antena sintonizada estiver conectado diretamente ao estágio final do transmissor, deve-se ter em mente que, com uma conexão forte, o transmissor pode ser dessintonizado e a saída de energia do gerador durante a sintonia da antena será instável. Para evitar isso, é necessário realizar sintonia, se possível, com conexão mínima entre a antena e o gerador, que deve ter blindagem confiável.

Uma antena pode funcionar bem, mantendo suas características somente quando devidamente suprida com energia do transmissor. Portanto, antes de instalar antenas que requerem alimentação simétrica, é necessário determinar a simetria dos circuitos de potência da antena. Isso pode ser feito conectando lâmpadas incandescentes idênticas às extremidades do dipolo. O brilho desigual das lâmpadas indica assimetria, cuja causa geralmente é a execução incorreta do dispositivo de balanceamento (loop de quarto de onda, "U - joelho", etc.). As lâmpadas são pré-selecionadas para que, na mesma voltagem, seu brilho seja o mesmo.

A simetria total é caracterizada pela igualdade de tensão e uma fase diferente (oposta aos sinais) em qualquer seção dos fios. Após verificar a simetria e eliminar a assimetria, procede-se à afinação.

O ajuste do vibrador de meia onda da antena é reduzido ao ajuste do comprimento do vibrador. A um certo comprimento do vibrador, sua própria frequência ressonante torna-se igual à frequência do transmissor, devido ao qual a potência transmitida pela antena será máxima. Com a ajuda do indicador de campo, definido na direção de maior radiação do vibrador (perpendicular ao meio), encontre um comprimento no qual as leituras do dispositivo sejam máximas. Recomenda-se diminuir o comprimento do vibrador em 10% do que o calculado e, ao configurá-lo, ajustá-lo com mais precisão com a ajuda de tubos ou bicos que deslizam firmemente um no outro. Se o projeto do vibrador não fornecer ajuste, é aconselhável verificar sua frequência natural.

Depois de ajustar o vibrador, a correspondência do alimentador é verificada medindo o coeficiente da onda viajante. Para isso, uma ponte é conectada ao alimentador, na outra extremidade da qual está localizada a antena. O valor KBV para antenas de transmissão deve ser de pelo menos 0,5, para antenas de recepção pelo menos 0,6-0,8. No caso de um KBV baixo, é possível, por exemplo, conectar um transformador correspondente entre o cabo e a antena, que é um pedaço de cabo com comprimento de cerca de l/4 onde l é o comprimento de onda operacional. A impedância de onda deste segmento Wtr deve ser igual a

onde: W - impedância de onda do alimentador,

R_Аé a impedância de entrada da antena.

Depois disso, o alimentador é conectado ao receptor (ou ao transmissor), o KBV é medido novamente e, se necessário, é feita a correspondência (uma descrição dos vários dispositivos de correspondência pode ser encontrada no livro de Linde D.P. "Antenna -dispositivos de alimentação" M-L., Gosenergoizdat, 1953).

Após ajustar o alimentador, o vibrador, se necessário, é ajustado novamente.

Configurando uma antena de dois vibradores com um refletor (Fig. 8, a), comece a configurar o emissor.

Figura.8

O refletor deve ser removido ao ajustar o emissor. Após a configuração do emissor e do alimentador (o método de configuração está descrito acima), o refletor é instalado e configurado. Para fazer isso, o indicador de campo é instalado primeiro atrás da antena, contra o refletor. Movendo o refletor ao longo da antena ou alterando seu comprimento (ou ambos), a maior atenuação da radiação é alcançada nessa direção (para trás). Em seguida, o indicador é movido na direção da radiação principal à mesma distância do centro da antena como no caso anterior e o refletor é ajustado da mesma maneira para a radiação máxima (para frente). Repetindo esta operação várias vezes, esforça-se para obter a maior radiação para frente em comparação com a radiação para trás. Para antenas que funcionarão tanto para transmissão quanto para recepção, o refletor é fixado na posição intermediária entre os pontos correspondentes à configuração de radiação máxima para frente e radiação mínima para trás. Para antenas transmissoras, o refletor é deixado na posição de radiação máxima para frente, e para antenas receptoras, radiação mínima para trás. A experiência mostra que estas disposições diferem apenas ligeiramente. Quando ajustado para trás e para frente, a leitura do indicador pode cair ao mesmo tempo. Isso significa que a potência irradiada diminuiu devido à forte influência do refletor no emissor, que ao mesmo tempo viola o casamento do alimentador. Se for impossível ajustar a correspondência do alimentador, deve-se encontrar uma posição do refletor na qual o padrão de radiação ainda seja satisfatório e a queda na potência irradiada não seja particularmente perceptível. A combinação de um bom ganho na direção principal com uma grande atenuação da radiação de retorno é alcançada quando a distância entre o refletor e o emissor está dentro de 0,1-0,3l.

Como os elementos da antena têm uma grande influência mútua, após ajustar o refletor, você precisa reajustar o emissor e o alimentador.

É muito mais conveniente trabalhar com dois indicadores de campo. Tendo instalado um deles do lado do refletor e o outro do lado do emissor, eles determinam imediatamente a relação de avanço e retrocesso dividindo as leituras dos indicadores. Além disso, isso permite eliminar a influência de mudanças na potência do gerador durante as medições e determinar rapidamente a posição do refletor.

Ao configurar uma antena de três elementos com um refletor e um diretor (Fig. 8, b), o emissor também é ajustado primeiro. Durante o ajuste, seu refletor e diretor são removidos ou desligados com um jumper especial. Depois de ajustar o emissor e combinar o alimentador, eles começam a configurar o diretor, que, assim como o refletor, é ajustado para a radiação máxima para frente em comparação com a radiação para trás. Em contraste com o refletor, cujo comprimento aumenta com o ajuste em comparação com o comprimento do radiador, o diretor diminui com o ajuste. O diretor também pode ser ajustado selecionando a distância entre ele e o emissor. Esta distância encontra-se dentro de 0,1-0,2l. Em seguida, instale e configure o refletor.

Na fabricação de antenas, é útil fornecer dispositivos para desligar temporariamente os refletores e diretores. Para fazer isso, esses elementos são cortados no centro e são fornecidos com jumpers de curto-circuito. Os jumpers devem ter parafusos para prendê-los quando a configuração for concluída.

Sintonizar antenas com um grande número de vibradores (tipo "canal de onda") é semelhante a sintonizar uma antena de três elementos descrita acima. Depois de ajustar o emissor, ajusta-se o primeiro diretor localizado próximo a ele, depois o segundo (sem remover o primeiro), o terceiro e assim por diante. O refletor é ajustado por último, que deve ser desligado ou removido ao configurar o emissor e os diretores. Nesta sequência, essas operações são repetidas várias vezes. Deve-se notar que a configuração e ajuste de sistemas com muitos diretores (mais de três) é difícil. O padrão de radiação de tais antenas é muito crítico para alterar a localização e o comprimento de cada diretor.

A sintonia da antena no modo de recepção é realizada usando um gerador auxiliar com potência de cerca de 1 mW. O gerador é carregado em um vibrador, cuja fonte de alimentação simétrica é obtida executando o gerador de acordo com um circuito push-pull ou ligando um dispositivo de balanceamento. O receptor está conectado à antena em teste. O sinal no receptor é monitorado usando um microamperímetro conectado em série à carga do detector.

Durante as medições, o ganho do receptor não deve ser muito alto. Caso contrário, a amplitude do sinal será limitada e o máximo de sintonia não será encontrado.

A essência do método de ajuste no modo de recepção não difere do método descrito acima. Aqueles elementos de antena que são sintonizados no modo de transmissão para a radiação máxima, no modo de recepção são sintonizados com o máximo do sinal recebido. Ao ajustar o refletor ou diretor para a relação frente-trás mais favorável, a antena do gerador é colocada alternadamente atrás e na frente da antena em distâncias iguais.

Removendo padrões de antena

Está longe de ser sempre possível tirar todas as características da antena na faixa de 0 a 360°. Um julgamento sobre a correção da configuração já pode fornecer uma parte do diagrama dentro de 30-40 ° para cada lado do feixe principal. O padrão de radiação no plano horizontal pode ser obtido girando a antena em estudo com um indicador de campo fixo ou caminhando ao redor da antena com o indicador. Neste último caso, o indicador é movido exatamente ao longo do círculo, no centro do qual está localizada a antena sintonizada. Para facilitar a referência, o círculo é dividido por pinos a cada 10°. Durante o mapeamento, deve-se tomar cuidado para garantir que a potência do transmissor permaneça constante. É muito conveniente realizar esse controle com a ajuda do segundo indicador de campo, ajustado na direção do máximo de radiação. As leituras do indicador estacionário são registradas simultaneamente com as leituras do portátil, e então as leituras do último (indicador portátil) são divididas pelas leituras correspondentes do primeiro (fixo) para cada ângulo de direção e um diagrama é construído de acordo aos dados obtidos. A incompatibilidade do máximo de radiação com o eixo geométrico da antena indica assimetria, e uma distorção perceptível do diagrama é muitas vezes devido a reflexões de objetos estranhos. Para um padrão de radiação que caracteriza o campo em termos de potência, a largura do padrão é medida (em graus) a um nível de 0,5 a partir do máximo (Fig. 1).

Medição de ganho

A antena em teste e o indicador de campo são posicionados da mesma forma que no processo de configuração (Fig. 4). A potência do transmissor é definida para um valor tal que a agulha do indicador de campo se desvie para a escala completa a_Max. Depois disso, o transmissor é desligado e um vibrador de semi-onda é colocado no lugar da antena medida e conectado. Em seguida, ligue o transmissor novamente e observe o instrumento lendo um_min. Calcule o ganho l da antena pela fórmula

Medições mais precisas podem ser feitas usando um gerador que tenha uma saída calibrada. Ao conectar o gerador por sua vez à antena em teste e ao vibrador, o indicador é feito para dar a mesma leitura em ambos os casos.

Depois

e=Pmax/Pmin, (5)

onde Pmax é a potência do gerador que excita o vibrador de meia onda, Pmin é a potência do gerador que excita a antena medida.

Assim, por exemplo, uma antena de três elementos com um diretor e um refletor tem

e=4-6.

Autor: A. Shur; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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