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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cálculo de una antena vertical de cuarto de onda. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas de alta frecuencia Una de las principales formas de reducir la interferencia en la recepción de televisión de los transmisores de aficionados es el uso de antenas transmisoras con polarización vertical. La más común entre las ondas cortas es una antena vertical de cuarto de onda ("Plano de tierra"). Esta antena consta de una varilla vertical, cuya longitud suele ser algo inferior a la cuarta parte de la longitud de onda de funcionamiento emitida por el transmisor, y un contrapeso. Está formado por varios haces horizontales de cuarto de onda conectados a la funda de un cable coaxial, a través del cual se suministra energía de alta frecuencia desde el transmisor. La resistencia a la radiación de una antena de cuarto de onda de este tipo es de 28 a 32 ohmios (dependiendo del diámetro exterior de los tubos metálicos a partir de los cuales está construida). Por lo tanto, conectar la antena a un cable coaxial de 50 ohm o 75 ohm introducirá ondas estacionarias en el cable y desperdiciará energía. Para hacer coincidir el pin vertical con el cable, es necesario usar elementos adicionales: inductores, condensadores o secciones de cable con ciertos parámetros. A continuación se describe un método de cálculo simplificado para una antena de "plano de tierra" con un contrapeso horizontal y una sección de cable correspondiente. Las antenas construidas de acuerdo con este cálculo funcionan bien en una banda de aficionados (por ejemplo, 14 MHz) y, al mismo tiempo, irradian bastante satisfactoriamente en dos bandas adyacentes (21 y 7 MHz). Daremos el cálculo en un ejemplo numérico para la banda de 14 MHz. La conexión del pin con el cable que lo alimenta y la sección de cable correspondiente y las designaciones de sus tamaños se muestran en la fig. una.
Para el cálculo, es necesario conocer el diámetro de los tubos o cables metálicos a partir de los cuales se fabricarán el pasador de la antena y las vigas de contrapeso. Pongamos que vamos a utilizar un tubo de 30 mm de diámetro exterior para la fabricación de una antena, y haremos el contrapeso a partir de un alambre con un diámetro de 2 mm. Determinamos el coeficiente M, que caracteriza la relación entre la longitud del dipolo de media onda alejado del suelo y el diámetro de la antena. Aplicamos la fórmula: M=150000/(f(Megahercio)D(Mm)) Aquí: f es la frecuencia media del rango, D es el diámetro de los tubos. Con f=14,2 MHz y D=30 mm obtenemos: M=150000/(14,2*30)=352 Usando el coeficiente M, determinamos, usando el gráfico (Fig. 2), la resistencia a la radiación de una antena de cuarto de onda R rad (para la frecuencia de resonancia): R rad \u30,8d XNUMX ohm.
Ahora es necesario calcular la verdadera resistencia a la radiación Ry de la antena acortada que construiremos; debido a la influencia de la tierra y el contrapeso, se diferencia de Rizl y es igual a: Ry=Rizl-Z/4Rizl Aquí Z es la impedancia de onda del cable coaxial del que está hecho el alimentador. En nuestro ejemplo, tomémoslo igual a 75 ohmios. Después: Ry=30,8-75/4*30,8=30,2 Ом. Para calcular la longitud del pasador vertical L, necesita según el gráfico en la Fig. 3 para determinar dos coeficientes auxiliares más: Kc, que caracteriza el cambio en la resistencia de la antena con un cambio en su longitud, y Kz, que tiene en cuenta la influencia del contrapeso y la superficie terrestre. Obtenemos: Kc=535, Kz=0,97.
El gráfico para determinar el coeficiente K solo se puede utilizar si la longitud de la antena no cambia más del 10 %. Si la antena es más larga que la resonante, entonces su impedancia es de naturaleza inductiva, si es más corta, es capacitiva. La longitud del pasador (en mm) está determinada por la fórmula:
Tenemos;
Para determinar la longitud de las vigas del contrapeso Lnp, hecho de un alambre con un diámetro de 2 mm, calculamos M: M=150000/14,2*2=5280 y según el gráfico de la fig. 3 encontramos Ky=0,978. Después
Una antena acortada tiene, además de activa, también una reactancia capacitiva. Para compensarlo, un segmento de cable cortocircuitado al final se conecta paralelo a la antena; su longitud se elige de modo que su reactancia tenga la naturaleza inductiva del valor requerido. Definimos esta reactancia inductiva: Xc=Z/S=75/1,22=61,5 ohmios Usando una regla de cálculo o una tabla de tangentes, encontramos el ángulo a, cuya tangente es numéricamente igual a la relación entre el valor obtenido Xc y la impedancia de onda Zc del cable a partir del cual se realizará el segmento correspondiente. A Zc=75 ohmios: Xc/Z=61,5/75=0,82 y a=39,4° La longitud del segmento acortado es: Lc=(833ab)/f, mm En esta fórmula, b es un coeficiente que caracteriza la velocidad de propagación de la energía a lo largo del cable. Para cables comunes con relleno sólido (RK-1, RK-3) b=0,67. Por consiguiente, la Lc=(833*38,4*0,67)/114,2=154,9 мм El cálculo descrito anteriormente tiene en cuenta que las vigas del contrapeso están ubicadas horizontalmente; sin embargo, incluso con su disposición inclinada (en un ángulo de 30-40 ° con respecto al suelo), el desajuste es insignificante. La relación de onda estacionaria (SWR) en el alimentador se puede medir ensamblando un indicador SWR de tipo puente simple, cuyo circuito se muestra en la fig. 4. Aquí las resistencias R1, R2, R3 y la resistencia a la radiación de la antena forman un puente. Una de sus diagonales recibe energía de alta frecuencia del transmisor (Por conector). El diodo D1 de tipo D2E está incluido en la segunda diagonal.
La resistencia R4 sirve para reducir la resistencia de salida de la fuente de energía (transmisor). El inductor (Dr1) cierra el circuito de la componente directa de la corriente rectificada; es necesario si el circuito de la antena no tiene conductividad galvánica. Cuando el equilibrio del puente, la flecha del dispositivo no se desvía. La falta de coincidencia de la antena y el cable provoca la apariencia de voluntad permanente, que se indica mediante la desviación de la flecha. El procedimiento para medir la ROE es el siguiente: 1. Sintonice el transmisor con la antena a plena potencia radiada. 2. Reduzca la potencia a cero bloqueando, por ejemplo, una de las lámparas previas a la etapa con una polarización negativa y desconecte la antena. 3. Conecte la entrada del transmisor y el conector Per con un trozo de cable. en el índice SW. 4. Poco a poco, muy suavemente, para no quemar la resistencia R4, aumente la potencia de la energía suministrada al indicador SWR hasta que la flecha del instrumento se desvíe al final de la escala. 5. Para comprobar el equilibrio del puente, adjunte temporalmente una resistencia de 75 ohmios al conector Ant; la aguja del miliamperímetro debe entonces ir a cero. 6. Conectándose al Ant. el cable coaxial que alimenta la antena, marque la corriente en la escala y determine la ROE a partir de la curva que se muestra en la fig. 5.
Si el alimentador de antena no presenta pérdidas significativas, por ejemplo, está hecho de un cable RK-1 o RK-3 y tiene una longitud de no más de 15-20 m, entonces una SWR de 2 e incluso 2,5 es bastante aceptable. . Las pérdidas totales (la suma de las pérdidas en el alimentador y las pérdidas por desajuste) en este caso no superarán los 0,5 dB. Tal disminución de potencia en la estación receptora no se notará de oído. Se puede observar una caída notable en el volumen de recepción (de 1 a 2 puntos) solo con una ROE del orden de 5 a 8. En el caso de que la antena construida tenga una ROE excesiva o sus dimensiones se elijan más grandes o más pequeñas de lo que debería ser, es necesario, utilizando el indicador de ROE, ajustar la antena empíricamente. Una antena más larga de lo necesario puede acortarse eléctricamente mediante un condensador conectado en serie con la parte vertical (Fig. 6a). Una antena que es demasiado corta puede extenderse eléctricamente añadiéndole una inductancia (Fig. 6b). En este caso, la antena se sintoniza alternativamente, seleccionando la posición de ambos pinches en la bobina. Aquí, la parte de la bobina entre los pinches 1 y 2 se usa para extender la parte vertical de la antena, y la parte inferior (2-3) reemplaza el cable en cortocircuito correspondiente (Fig. 1).
En conclusión, notamos que las cargas de electricidad estática se acumulan en la antena del tipo descrito, especialmente durante una tormenta eléctrica cercana. Por lo tanto, se recomienda utilizar antenas con secciones de cable en cortocircuito (Fig. 1) o derivación de inductancia del cable (Fig. 6 b) y conectar a tierra de manera confiable la cubierta del cable. Autor: Yu. Prozorovsky (UA3AW); Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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