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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antenas VHF de alta eficiencia. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas VHF El desarrollo intensivo de las bandas VHF por parte de los radioaficionados durante las últimas dos décadas ha llevado a la aparición de muchas antenas de varios diseños. En los últimos años, las antenas con un recorrido alargado han recibido una distribución especial. La longitud del recorrido de dicha antena es de varias longitudes de onda, y el número de elementos pasivos alcanza dos docenas o incluso más. Son ellos los que a menudo utilizan las ondas ultracortas cuando se realizan comunicaciones de largo y ultralargo alcance en VHF a través de la "aurora", las lluvias de meteoritos, IC3 y la superficie lunar. El interés por las antenas con un recorrido alargado puede explicarse por el hecho de que, en primer lugar, con casi los mismos costes de material que para la construcción de un "canal de ondas" convencional, su ganancia es notablemente mayor; en segundo lugar, el diseño de tales antenas es simple, ya que todos los elementos están montados en un haz portador; en tercer lugar, la relativa simplicidad de hacer coincidir la antena con el alimentador cautiva, porque la energía de RF se suministra a un solo elemento activo. Pero estas antenas también tienen algunas desventajas: supresión de la radiación trasera baja y un estrechamiento significativo de la banda operativa con un aumento en el número de elementos. El famoso francés de onda ultracorta F. Tonna (F9FT) desarrolló varios diseños interesantes de antenas VHF con un recorrido extendido. Antenas F9FT tienen una eficiencia suficientemente alta, tamaño y peso relativamente pequeños, no tienen elementos correspondientes. Pero tal vez ellos principal ventaja - fácil repetibilidad, obteniendo parámetros idénticos de cada antena individual (con estricta observancia de todas las dimensiones de los elementos). Este último permite, mediante la disposición de varias antenas del mismo tipo, crear un sistema de antena complejo con una alta ganancia. Los principales parámetros de la antena F9FT se muestran en la tabla. Las ganancias de antena dadas son relativas a un dipolo de media onda. En la fig. 1, se muestra un dibujo de una antena de 16 elementos para un alcance de 2 metros. Su travesaño está hecho de perfiles cuadrados laminados con un lado de 20 mm, espesor de pared: 1,5 ... 2 mm, o tuberías con un diámetro de 20 mm. La parte de la poligonal, donde se fijan los reflectores y el vibrador activo, tiene forma de "cola de milano" (Fig. 1, b). Los elementos pasivos están hechos de alambre de aluminio con un diámetro de 4 mm. El uso de otros materiales (cobre, latón, aleaciones de aluminio, bimetal) no provoca un deterioro apreciable de los parámetros de la antena, a excepción de su masa. Una de las posibles opciones de montaje para reflectores y directores se muestra en la fig. 1.c.
Un vibrador activo con una resistencia de onda de 75 ohmios (Fig. 2, a) está hecho de alambre de aluminio con un diámetro de 5 mm y con una resistencia de onda de 50 ohmios (Fig. 2, b) - de dos tubos de aluminio con un diámetro de 12 mm, conectados por un arco a juego de aluminio hecho de alambre con un diámetro de 5 mm.
Principales parámetros de las antenas
El vibrador activo debe estar aislado de forma segura del travesaño. Como material aislante se puede utilizar fibra de vidrio, teflón, vidrio orgánico, etc. En la fig. 3a y 3b muestran esquemáticamente antenas de 9 y 13 elementos para la banda de 2 metros. El diseño de vibradores activos con diferente impedancia de onda para estas antenas se muestra en la fig. 3, en (75 ohmios) y 3, d (50 ohmios).
Cierta diferencia en el tamaño de estos vibradores activos de los utilizados en la antena de 16 elementos se debe al deseo de adaptar mejor estas antenas al alimentador. La sección transversal del recorrido de la portadora para estas antenas es la misma que para las de 16 elementos (20x20 mm). Estructuralmente, una antena de 9 y 13 elementos se realiza de la misma manera que una de 16 elementos. La figura 4a muestra un dibujo esquemático de una antena de 21 elementos para un alcance de 70 cm, las distancias entre los elementos indicadas en la figura se refieren al caso de utilizar un alimentador con una impedancia característica de 75 ohmios. Al alimentar la antena con un cable de 50 ohmios, las distancias deben ser las siguientes: reflector - vibrador activo - 139 mm, vibrador activo - director 1 - 48 mm, director 1 - director 2-68 mm, director 2 - director 3 - 182 mm. Los directores restantes se ubican a la distancia indicada en la figura. Para el travesaño, se usa un perfil cuadrado con un lado de 16,5 mm (se puede usar un tubo con un diámetro de 16 ... 17 mm). Todos los elementos pasivos están hechos de alambre de aluminio con un diámetro de 4 mm y se fijan directamente en el travesaño (ver Fig. 1, c). Un vibrador activo (Fig. 4b) está hecho de alambre de aluminio con un diámetro de 5 mm. En el punto de unión a la poligonal, debe estar aislado de ella.
A simple vista puede parecer que la alimentación directa de un vibrador balanceado con un cable coaxial no balanceado no puede dar buenos resultados, ya que en este caso la relación de voltaje en sus extremos es de aproximadamente 2:3. Y esto conducirá inevitablemente a la formación de radiación con polarización vertical, deteriorando así la ganancia de la antena y su patrón de radiación. Sin embargo, los experimentos muestran que es posible alimentar la antena de esta manera, pero la impedancia de entrada del vibrador activo debe ser consistente con la impedancia de onda del alimentador de suministro, y el elemento activo está aislado de manera confiable de la poligonal. En este caso, el vibrador activo irradia casi toda la energía de RF suministrada al espacio circundante, y una gran cantidad de elementos pasivos forman bastante bien el lóbulo principal del diagrama de radiación de la antena estrictamente a lo largo de su eje. En la fig. 5 y 6 muestran los diagramas de radiación horizontal y vertical de una antena F16FT de 9 elementos para la banda de 2 metros.
Para obtener más potencia. antenas del mismo tipo se combinan en un sistema. Al duplicar el número de antenas del mismo tipo, la ganancia del sistema puede aumentar en 2.5 dB. El valor máximo se logra solo bajo la condición de la distancia óptima entre las antenas y la estricta fase de este último. La distancia óptima para antenas de 16 metros de 2 elementos y para una antena de 21 cm de 70 elementos es de 2l. La Figura 7 muestra las opciones de diseño para los sistemas de antena.
Si por ejemplo se requiere coordinar con un alimentador que tiene una impedancia característica de 75 ohms, un sistema de antena de dos antenas con un elemento activo con una impedancia de 75 ohms, se debe hacer lo siguiente. Los vibradores de ambas antenas están conectados a través de una T con segmentos de un cable coaxial (su impedancia es de 75 ohmios) con una longitud que es un múltiplo de l / 2 (l1 \u2d l2 \u1,2,3d cpl / 50, donde n \u4d XNUMX ,XNUMX, .... s es el factor de acortamiento del cable), con un transformador de cuarto de onda. Este último está formado por un cable coaxial con una impedancia característica de XNUMX ohmios con una longitud de cl/XNUMX. Para una correcta fase del sistema de antena, los conductores centrales de los segmentos del cable coaxial se conectan al punto A (ver Fig. 7). Es muy fácil combinar cuatro antenas del mismo tipo (ver Fig. 7, c). En este caso se utiliza un segmento de cables con la misma impedancia de onda (50 o 75 Ohm) de longitud l1=l2=l3=l4=spl/2, l5=l6=cl/4. La figura 7d muestra una variante de combinar dos antenas, lo que da como resultado un patrón de radiación con polarización circular. Es conveniente utilizar dichos sistemas cuando se trabaja a través de satélites de radioaficionados de la Tierra, así como cuando se reciben señales reflejadas desde la superficie lunar. Ambas antenas están montadas mutuamente perpendiculares en el mismo travesaño, los vibradores del mismo nombre se fijan lo más cerca posible entre sí. Para emparejar utilice segmentos de un cable coaxial con una impedancia característica de 75 ohmios (l1=sp1l/4, l2=sp2l/2, donde n1=1, 3, 5,...; n2=1,2, 3,... ;l2 -l1=l/4) y 50 ohmios (l3=cl/4). Este sistema de antena con polarización circular tiene la misma ganancia que una sola antena. Por último, algunos consejos prácticos. Para mayor comodidad y rapidez en el montaje de los sistemas de antena, se recomienda suministrar tramos de cables coincidentes con conectores de alta frecuencia de los tipos SR-75 y SR-50, y utilizar tes HF para conectarlos. Dichos nodos son fáciles de proteger de la influencia de la precipitación. Si los conectores especificados no están disponibles, los segmentos del cable se pueden soldar cuidadosamente y las uniones se pueden cubrir con poliestireno o resina epoxi. Es aconsejable instalar todos los tornillos de fijación en la parte inferior del travesaño y pintar sobre ellos.Los tubos de los elementos se cierran desde los extremos con tapas de nylon o tapones de goma. Es recomendable colocar los puntos de conexión de los cables a los vibradores en copas de nylon. Para evitar que los travesaños largos se doblen, se pueden apoyar de la forma habitual con barras diagonales. Este último debe tener la misma longitud para todas las antenas dispuestas en el sistema. Literatura
Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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