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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antena cuadrada pequeña. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas de alta frecuencia Entre los problemas a los que se tienen que enfrentar los radioaficionados de onda corta, el principal, quizás, es el problema de fabricar una antena suficientemente eficaz y al mismo tiempo no muy complicada en términos de diseño. No hay duda de que una antena direccional giratoria puede proporcionar los mejores resultados. Sin embargo, casi todas las antenas del tipo final son bastante voluminosas y estructuralmente complejas, lo que dificulta su uso para muchos aficionados. En el artículo que se publica a continuación, se propone un método para reducir significativamente las dimensiones geométricas manteniendo una eficiencia suficientemente alta de las antenas, que sin duda será de interés para los trabajadores de onda corta. El autor deliberadamente no da un diseño específico de la antena, ya que espera que una amplia gama de ondas cortas pruebe el método descrito en antenas con diferentes grados de reducción, diseñadas para diferentes rangos y con un diseño diferente. En los últimos años, han aparecido en las páginas de la prensa de radioaficionados numerosas descripciones de diversas antenas de pequeño tamaño y onda corta, en las que la extensión eléctrica a una longitud resonante se logra utilizando elementos reactivos (inductancias, capacitancias, segmentos de línea). Al reducir las dimensiones geométricas, se facilita la instalación de la antena y se simplifica el diseño de los dispositivos de soporte. Algunos radioaficionados tratan este tipo de antenas con cierto escepticismo, explicando que cualquier antena reducida geométricamente funciona peor que una de tamaño completo. Uno no puede sino estar de acuerdo con esto. De hecho, con cualquier tipo de acortamiento del vibrador, el área limitada por el diagrama de distribución de la corriente que lo atraviesa (en lo sucesivo, "área de corriente") y, en consecuencia, la eficiencia de la antena disminuye. Sin embargo, el grado de reducción de la eficiencia depende no solo del grado de reducción geométrica, sino también del método de extensión eléctrica de la antena. Además, a veces resulta que una antena reducida en condiciones reales funciona incluso mejor que una de tamaño completo debido a la redistribución de las pérdidas de energía y la radiación, por ejemplo, al instalar una antena reducida a una altura mucho mayor sobre el área circundante. . Las antenas pequeñas, obviamente, también pueden atraer la atención de los radioaficionados que, por la razón que sea, no tienen la oportunidad de instalar una antena de tamaño completo. La figura 1a muestra un vibrador de media onda de tamaño completo; 1c - vibrador, cuyo alargamiento eléctrico se logra debido a la carga capacitiva en los extremos. Para cada vibrador, se muestra la distribución de corriente a lo largo del mismo. Como puede verse en las figuras, el área de corriente máxima se observa para un vibrador de tamaño completo.
Para los otros dos vibradores, vemos que con un grado importante de elongación eléctrica, el área de la corriente tiende a un rectángulo de altura Imax en el caso de encender la capacitancia, y en el segundo caso, a un triángulo de altura I La figura 2a muestra un vibrador cuadrado con una de sus esquinas hacia abajo. Con una alimentación simétrica de la antena en el punto A o B, el antinodo de tensión estará en los puntos C y D, y el antinodo de corriente en los puntos A y B. El vibrador puede extenderse eléctricamente, incluyendo la inductancia en la rotura del hilo en punto A o B, o la capacitancia entre los puntos C y D. Este último método también es más ventajoso en este caso. Como resultado, obtenemos un vibrador de la forma que se muestra en la Fig. 2b con dimensiones geométricas más pequeñas que las del cuadrado de la Fig. 2a, pero con la misma frecuencia de resonancia.
Con el propósito de verificar en la práctica la viabilidad de la extensión eléctrica de una antena cuadrada con la ayuda de una capacitancia, se realizó un experimento en un modelo reducido a una frecuencia de aproximadamente 100 MHz. El cuadrado está hecho de alambre con un diámetro de 1,2 mm. El tamaño del lado del cuadrado es de 76 cm Los resultados del experimento se muestran en la Tabla 1. Tabla 1
Como se puede ver en la tabla, con un aumento en la longitud del cable a (Fig. 2, b), la frecuencia de resonancia del cuadrado disminuye, aunque la capacitancia C aún no está conectada. Esto se debe al hecho de que los propios cables horizontales alargan eléctricamente la antena debido a la capacitancia adicional que forman. Al conectar la capacitancia C, igual a 20 pF, la frecuencia de resonancia del vibrador se redujo a la mitad en comparación con el original. Los valores de eficiencia estimados, en función de la relación entre las dimensiones de una antena de pequeño tamaño y las dimensiones de una convencional, sin tener en cuenta las pérdidas en los aisladores, se muestran en la Tabla 2. Tabla 2
Los vibradores alargados eléctricamente son elementos a partir de los cuales se puede ensamblar una antena de múltiples elementos. A continuación, consideramos la construcción de un "doble cuadrado" hecho de elementos eléctricamente alargados con la ayuda de una capacitancia. Si el punto de alimentación de la antena se elige en el vértice A, entonces en el caso de simetría eléctrica de la antena, el voltaje en el punto B será 0. El voltaje en el punto A dependerá del circuito de alimentación de la antena. Asi que. cuando se usa el esquema g-matching, que está muy extendido entre los radioaficionados, el voltaje en el punto A también será cercano a cero. En términos generales, esto permite el uso de una tubería de metal como una varilla vertical que no está aislada de los cables vibradores. Sin embargo, con una ligera violación de la simetría, aparecerá una corriente en la barra vertical, lo que interrumpirá el funcionamiento normal de la antena. El papel de la parte horizontal del vibrador puede ser realizado por una barra de metal de soporte, pero debe romperse en el medio y aislarse de la barra vertical. Un capacitor de sintonización de capacitancia variable está conectado al mismo punto en la barra horizontal. En la Fig. 3a se muestra un boceto de dicho diseño.
La figura 3b muestra un diseño en el que se utilizan dos condensadores (C1 y C2), el marco es alimentado por un cable sin dispositivo de adaptación. Los rotores de los condensadores tienen un potencial pequeño cercano a cero cuando la antena es simétrica. Cambiando la relación entre las capacidades C1 y C2, es posible simétricar la antena. Si no existe tal necesidad, entonces se puede usar un bloque doble como capacitores variables. El valor de la capacitancia de los capacitores depende del rango para el cual está diseñada la antena y del grado de su extensión eléctrica. Para todos los casos prácticos, un valor de capacitancia máximo de 50 pF es suficiente. Se debe prestar especial atención a los aisladores, ya que están incluidos en los antinodos de tensión y determinan principalmente la cantidad de pérdidas de energía de alta frecuencia.Se deben utilizar aisladores fabricados con materiales de baja pérdida (porcelana, poliestireno, fluoroplasto, etc.). El elemento pasivo de la antena se realiza de manera similar. El espacio entre los vibradores sigue siendo el mismo que para las antenas de tamaño completo. En la Fig.4 se muestra una vista general de una antena de dos elementos.
No se dan las dimensiones específicas de la antena para una banda de radioaficionados en particular, ya que dependen del grado deseado de reducción en las dimensiones geométricas y de las dimensiones de los detalles estructurales de soporte. Un posible error al marcar la longitud del cable se compensa fácilmente al sintonizar la antena con el condensador C. Autor: Inzh.S. Bunimovich (UB5UN); Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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