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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antenas de alto rendimiento a 430 MHz. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas VHF En el rango de onda decimétrica (DCW), se recomienda utilizar antenas de alto rendimiento con un patrón de radiación nítido por las siguientes razones. La alta directividad de las antenas aumenta significativamente el potencial energético de la línea de comunicación, lo que permite aumentar el alcance de la comunicación o reducir la potencia del transmisor. Esto último es beneficioso no solo económicamente, sino también porque es difícil obtener altas potencias de transmisión en el rango DCV. Además, con una alta directividad de las antenas, se reduce la posibilidad de exposición al dispositivo receptor de interferencias extrañas. Finalmente, las antenas altamente direccionales permiten reducir la influencia mutua de varios sistemas de comunicación muy próximos que operan en la misma banda de frecuencia. Ganancia de antena directamente relacionada con sus propiedades direccionales, c. hasta cierto punto compensa la pérdida de energía RF durante la propagación a lo largo de la línea de comunicación. A medida que aumenta la distancia entre los corresponsales, el nivel de la señal transmitida disminuye y se hace necesario utilizar cada vez más antenas direccionales. Tales antenas se pueden construir combinando varias antenas con directividad relativamente débil en un sistema (matriz). Las antenas individuales incluidas en el conjunto deben ubicarse entre sí a distancias óptimas, teniendo en cuenta sus propiedades direccionales. A distancias inferiores a las óptimas, las antenas del conjunto estarán infrautilizadas y el factor de directividad (DRC) del conjunto será menor de lo posible. Las distancias mayores que las óptimas no son prácticas, ya que en este caso las dimensiones del dispositivo de antena en su conjunto aumentan irrazonablemente y su característica de directividad empeora (el lóbulo principal se estrecha y el lóbulo lateral crece). Elija aproximadamente la distancia entre los conjuntos de antenas individuales, utilizando el concepto de la superficie efectiva Seff de una sola antena con directividad = Do. Seff=(Dol2)/4p; donde l es la longitud de onda. Representando condicionalmente esta superficie como un cuadrado de lado a=l/2Sqr(Do/p), es posible colocar los centros eléctricos de las antenas en el arreglo a lo largo de los vértices del cuadrado de lado "a". En este caso, la superficie efectiva SpEl conjunto de antenas eff será aproximadamente igual a n * Seff, donde n es el número de antenas incluidas en el conjunto. Es obvio que el valor de la ganancia de un conjunto de antenas depende tanto del valor de Do (la ganancia de cada antena individual) como del número de antenas individuales que forman el conjunto. Con un aumento en este número, aumentan las dificultades técnicas en la fuente de alimentación de modo común de las antenas agrupadas y en su adaptación al alimentador. Reducir la longitud de onda operativa exacerba estas dificultades, y en el rango de frecuencia considerado ya son bastante notables. Un punto esencial en la construcción de un conjunto de antenas de elementos múltiples es la elección de su elemento: una sola antena. Este elemento debe ser estructuralmente simple y tener propiedades aperiódicas. Esta última cualidad es especialmente necesaria cuando se hace un conjunto de antenas en condiciones de aficionados, cuando es difícil hacer un gran número de antenas individuales con alta identidad. La ausencia de propiedades resonantes pronunciadas en una sola antena hace posible, sin mucho daño a la matriz como un todo, permitir desviaciones de las dimensiones especificadas cuando se fabrican las partes de la antena. Un emisor en zigzag que se muestra en la Fig. 1 puede usarse como tal elemento. Esta figura muestra las dimensiones del radiador para el rango de frecuencia 430-440 MHz.
El emisor está hecho de ocho placas de metal idénticas sólidas unidas entre sí de cualquier manera (soldadura, pernos o remaches). Al sujetar con pernos o remaches en los puntos de alimentación de la antena a - a, es necesario instalar pétalos de latón estañado para soldar el alimentador. Con este diseño del emisor, en sus puntos b-b habrá antinodos de corriente y, en consecuencia, voltajes cero. Debido a esto, el emisor se puede fijar con bastidores metálicos al reflector por los puntos b-b, y se puede pasar un alimentador de distribución por uno de estos puntos sin violar la simetría eléctrica de la antena. Por lo tanto, no hay necesidad de fabricar y utilizar ningún dispositivo de equilibrio especial. El alimentador de distribución del punto "b", que tiene potencial cero, se coloca a lo largo de dos placas del emisor a sus puntos de potencia, donde se suelda. Para fortalecer el emisor, se puede colocar una placa dieléctrica entre los puntos a-a. El diseño simple del emisor permite su producción múltiple con alta identidad. El factor de directividad y el TWV (coeficiente de onda viajera) de este radiador dependen débilmente de la frecuencia, y prácticamente no cambian en el rango de longitud de onda operativo. Por lo tanto, el diseño del radiador y sus propiedades aperiódicas satisfacen los requisitos para un elemento de matriz de antenas. El siguiente paso en la construcción de un conjunto de antenas es la ubicación de los elementos en el conjunto y la elección de las distancias entre ellos. Los patrones de radiación en los planos de polarización E y H de un radiador en zigzag con un reflector en un rango de onda dado son casi los mismos. Esto permite colocar los elementos de la red a lo largo de los vértices de un cuadrado con un lado aproximadamente igual a 0.9l. Para que el conjunto de antenas funcione con éxito, es necesario alimentarlo correctamente y coordinar los elementos del conjunto con el alimentador principal. En este caso, es deseable que el sistema de alimentación asegure la radiación en fase de los elementos del arreglo y la igualdad de las potencias que se les suministran. El principio de funcionamiento del sistema de suministro de energía utilizado en el conjunto de antenas descrito puede entenderse a partir de la Fig.2.
Esta figura muestra cuatro radiadores en zigzag, cuyos conductores están excitados en fase desde los puntos de alimentación in-in. En este caso, los alimentadores de distribución 1 y 2, 3 y 4 están conectados en pares en paralelo, y los pares mismos en los puntos de entrada están conectados en serie. Esto permite, en una primera aproximación, en los puntos c-c restablecer los valores de las resistencias de entrada disponibles en la entrada de cada alimentador de distribución individual y así asegurar el mismo grado de coincidencia del alimentador que alimenta a cuatro emisores que el alimentador que alimenta a un emisor. (KBV ~ 0,6 -0,7). Las fases de la tensión suministrada a los puntos de alimentación de I-V se desplazan entre sí en 180 °, por lo tanto, para la correcta sincronización de los emisores, es necesario crear artificialmente un cambio de fase adicional de 180 °. Este cambio se puede realizar colocando, por ejemplo, los alimentadores de distribución 1 y 3 en los lados derechos de los radiadores, y los alimentadores 3 y 4, respectivamente, en el lado izquierdo. Naturalmente, las longitudes eléctricas de los cables de distribución desde los puntos de alimentación in-c hasta los puntos de alimentación de los emisores aa deben ser iguales. En la fig. La figura 3a muestra la implementación estructural de la instalación de cables coaxiales de cuatro alimentadores de distribución en el nodo A.
Las conexiones de cables en el nodo A son muy sencillas y no necesitan mayor explicación. Solo debe tenerse en cuenta que las longitudes de los conductores de conexión deben ser lo más pequeñas posible y los puntos de soldadura deben ser extremadamente precisos. El nodo A está montado en un tablero dieléctrico, que debe alejarse 40-50 mm del mástil. Como alimentador principal para los cuatro emisores, puede tomar un cable coaxial de 75 ohmios (preferiblemente RK-3) o una línea de dos hilos de 300 ohmios. En el primer caso, el cable debe conectarse a los puntos de alimentación c - c a través de un dispositivo de equilibrio, cuya vista general se muestra en la Fig. 3,b.
Este dispositivo consta de dos conductores de igual diámetro, en cortocircuito entre sí a una distancia de 173 mm desde el punto de conexión del conductor central del cable. El papel de uno de los conductores del dispositivo de equilibrio lo realiza la trenza de protección del alimentador principal, y el otro se utiliza un tubo de latón. Con los puntos g-g, el dispositivo de equilibrio se conecta a los puntos v-v del nodo A. Los conductores del dispositivo de equilibrio deben fijarse al tablero de potencia dieléctrica del nodo A para que las fuerzas mecánicas del alimentador no se transmitan a los puntos de excitación v-v y no rompa el contacto en ellos. Cuando se utiliza una línea de dos hilos con una impedancia de onda de 300 ohmios como alimentador principal, se conecta otro codo en U al dispositivo de equilibrio (en la Fig. 3, b a continuación). Con un alimentador de cable RK-3 o RK-1, no es necesario encender el codo en U. El codo en U cuadruplica los valores de resistencia, proporcionando tanto la transformación de resistencia necesaria como el equilibrio, que es necesario en el caso de una línea de dos hilos. Una línea de dos hilos con una impedancia de onda de 300 ohmios puede estar hecha de hilo de cobre. Para fijar los cables de la línea, se deben fijar postes sobre ellos, cortar el aislamiento de polietileno del cable PK-3 en trozos pequeños de unos 10 mm de largo. Las piezas de aislamiento colocadas en los cables de la línea se unen en pares con una cinta aislante (Fig. 4).
Antes de ingresar a la casa, el extremo de la línea de dos hilos debe conectarse en los puntos e-d a otro codo ET, como se muestra en la Fig. 4. El dispositivo y las dimensiones del conjunto de antenas de cuatro radiadores, cuyo esquema se muestra en la Fig. 2, se muestran en la Fig. 5.
El coeficiente de directividad de esta rejilla es de aproximadamente 40. El diseño del marco en el que se ubican los emisores se muestra en la Fig.6. Consta de cuatro raíles horizontales y dos verticales montados en el mástil.
Si los emisores están hechos de materiales suficientemente rígidos, se pueden omitir las lamas verticales. Para aumentar la directividad del conjunto de antenas, se recomienda utilizar un reflector. Una de las opciones de reflectores se muestra en la Fig.7.
Consiste en dos rieles horizontales, a lo largo de los bordes de los cuales se fijan dos segmentos de un cable de antena o un cable de cobre desnudo con un diámetro de 2-3 mm. Los conductores transversales con un diámetro de 0,5-1 mm se unen a los cables (o cables) de la antena, que forman la pared del reflector. El reflector se monta en el mástil mediante dos soportes (Fig. 7). Debe ser lo más ligero posible. En la Fig. 8 se muestra una vista general del arreglo de cuatro emisores con un reflector.
Al instalar la rejilla, debe dirigirla con precisión al corresponsal. Los cables de sujeción del mástil no deben cruzarse y mucho menos tocar los conductores de los radiadores del conjunto de antenas. Si los muchachos corren frente a la red de la antena, entonces deben constar de varias partes con aisladores entre ellas. La distancia entre los aisladores debe ser de unos 150 mm. Los hilos de la línea de dos hilos pueden correr paralelos al mástil, pero no deben tocarlo. En lugares de flexión, se pueden fijar en aisladores. Sin embargo, es necesario esforzarse para garantizar que los conductores de una línea de dos hilos durante la fijación y la flexión (preferiblemente más suaves) no se deformen mucho. Así, por ejemplo, no se pueden enrollar alrededor de aisladores, como se hace con los cables de la red de alumbrado. Como puede verse en las figuras, las dimensiones del conjunto de antenas de cuatro emisores son relativamente pequeñas. Es posible aumentar el factor de directividad de la red hasta alrededor de 150-160 cuadruplicándolo aún más. El esquema de suministro de energía seleccionado para los elementos de celosía permite que esto se haga sin mucha dificultad. La figura 9 muestra el esquema de alimentación de un arreglo de antenas de 16 elementos. Es similar al diagrama de la Fig. 2, si consideramos cada cuatro emisores como un solo elemento. Todos los nodos en la Fig. 9 con puntos de alimentación in-in y in'-in' se realizan como se muestra en la carrera 3. Tanto un cable coaxial de 75 ohmios con un balun como una línea de dos hilos de 300 ohmios usando un codo ST se pueden conectar a los puntos B'-B' como el alimentador principal. La instalación de líneas eléctricas requiere especial atención, ya que la conexión incorrecta de los extremos del dispositivo de equilibrio en cualquiera de los nodos de potencia provocará que todo el conjunto de antenas quede desfasado. La disposición de los cables de distribución a los puntos de alimentación de los propios radiadores en zigzag en cuadruplicados también se muestra en la Fig. 9.
Puede montar una rejilla de 16 emisores en el marco como se muestra en la Fig.10. Aquí tampoco siempre se necesitan lamas verticales. El reflector de antena está hecho de la manera descrita anteriormente.
Los requisitos para la implementación del sistema de alimentación se conservan en su totalidad. Los requisitos para la minuciosidad del ajuste del sistema y su rigidez mecánica son cada vez mayores. La antena tiene una directividad relativamente alta. El ángulo de apertura de sus patrones de radiación a la mitad del nivel de potencia es de unos 16°. En consecuencia, las desviaciones de la dirección a la correspondiente y en elevación que excedan ±4° son indeseables. Autor: K. Kharchenko; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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