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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Otra opción para una antena direccional vertical. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas VHF En un artículo anterior del autor (V. Polyakov. Antena direccional vertical. "Revista KB", No. 5, 1998, p. 27-31) Se describió en detalle una antena direccional de dos elementos que consiste en dos vibradores verticales activos. En el proceso de experimentación con él, se inventó otra forma de alimentar vibradores verticales, sin el uso de una línea de dos hilos de cuarto de onda. Tal vez esto sea en cierta medida un regreso a lo antiguo y conocido, sin embargo, la antena funcionó, se sintonizó fácilmente, mostró buenos resultados y se usó en la práctica. Ofrecemos esta construcción para el juicio de los lectores. De acuerdo con la ideología, esta antena sigue siendo un haz ZL con dos vibradores verticales de media onda estrechamente espaciados alimentados casi en antifase (el cambio de fase de las corrientes en los vibradores es de aproximadamente 215°). Los cambios se relacionan con la forma en que se accionan los vibradores. Pasemos a la fig. 1, que muestra un vibrador continuo de media onda y la distribución de corriente I y voltaje U en él.
Los gráficos de estas distribuciones corresponden casi exactamente a segmentos de sinusoides. En el punto X, desplazado a cierta distancia del centro del vibrador, su resistencia, en total acuerdo con la ley de Ohm, está determinada por la relación entre voltaje y corriente, R = U/I. Es igual a cero en el medio del vibrador (ya que el voltaje se anula aquí) y aumenta proporcionalmente a tg(2nX/L,) cuando el punto de alimentación se desplaza una distancia X desde el medio del vibrador. De esta forma, por cierto, la antena Windom se alimenta de un alimentador de un solo hilo con una resistencia de unos 600 ohmios. Necesitaremos una resistencia de unos 25 ohmios, por lo que el desplazamiento del punto de alimentación del centro de los vibradores será muy pequeño. El circuito eléctrico de la antena propuesta con dimensiones aproximadas dadas en longitudes de onda se muestra en la Fig.2.
Un cable de alimentación con una impedancia de onda de 50 ohmios se conecta a los puntos YY, proporcionando su excitación en antifase. Estos puntos están conectados por segmentos cortos "gruesos" de conductores a los puntos de alimentación de los vibradores X-X. Aquí se necesitan conductores "gruesos" para reducir su resistencia inductiva, que, sin embargo, se compensará al sintonizar la antena y, como se vio después, no tiene un efecto significativo. Para el alimentador de suministro, las impedancias de entrada de los vibradores están conectadas en serie, por lo que la impedancia de entrada de los vibradores en los puntos X-X debe ser de unos 25 ohmios. Con el mismo éxito, la antena se puede combinar con un cable de 75 ohmios, solo que la distancia desde la mitad de los vibradores hasta los puntos X-X será un poco más. Si los vibradores fueran iguales, dispararían exactamente fuera de fase y la antena radiaría mal, con un patrón de radiación de dos lóbulos idénticos de un lado a otro. Para el ajuste de fase necesario, el vibrador delantero se hace algo más corto que el de media onda, y el trasero es algo más largo (como debería ser un reflector). Las longitudes eléctricas de los vibradores de la Fig. 2 se dan teniendo en cuenta el acortamiento "natural" de los vibradores que tienen un espesor finito. Acortar el vibrador delantero da como resultado un cambio de fase de aproximadamente 16° (0.045 L) en la dirección de avance, mientras que alargar el vibrador trasero da como resultado el mismo cambio de fase en la dirección de retraso. La distancia entre los vibradores es de 0,09 L, por lo que la onda radiada por el vibrador delantero está exactamente desfasada con la onda radiada por el vibrador trasero, y ambas ondas están compensadas. Por lo tanto, no hay radiación hacia atrás. La diferencia de fase entre las ondas radiadas hacia adelante por ambos vibradores es superior a 60°, y estas ondas no se compensan, formando una radiación direccional. La antena descrita se modeló en el rango de 430 MHz de la siguiente manera: sobre una placa de fibra de vidrio recubierta con lámina de dimensiones 7x80 mm, se cortó la lámina por la mitad y se soldó allí un cable (puntos YY), con una trenza hacia el reflector (es más conveniente llamar al vibrador trasero, más largo). Los vibradores estaban hechos de alambre de cobre con un diámetro de 1,8 mm y estaban sujetos a la tira de vidrio-textolita con soportes de resorte (puntos X-X), de modo que los vibradores pudieran moverse verticalmente. Mediante tal movimiento, o cambiando los puntos X-X, fue posible lograr SWR == 1 en la frecuencia de operación. La supresión de la radiación inversa se logró seleccionando las longitudes de los vibradores. Esto es lo que sucedió después de la sintonización: la ganancia de la antena en comparación con un solo vibrador de media onda fue de 5 dB. Los patrones direccionales en los planos vertical y horizontal se muestran en la Fig.3.
Son muy típicos de una antena de dos elementos y no tienen ninguna característica. El ángulo de apertura del diagrama a media potencia es de 110° en el plano horizontal (en acimut) y de 90° en el plano vertical (en elevación). En este último caso, entran en juego las propiedades direccionales de los propios vibradores, que se suman a las propiedades direccionales del sistema emisor. Una estimación de la ganancia del haz da un valor de 6,5 dB con respecto a un radiador isotrópico, que se corresponde bastante bien con la cifra anterior. Habiendo recibido estos resultados, se decidió construir una antena plegable portátil para operación de campo en la banda de 10 m, cuyo esquema se muestra en la Fig. 4. La antena se levantó sobre un mástil telescópico de 6,5 m de altura, fabricado con piezas de tubos de duraluminio con un diámetro de 24 a 35 mm. Para que el mástil no sea excitado por el campo de radiación de la antena, su longitud no debe ser un múltiplo de un cuarto de longitud de onda. Aunque esta disposición no se ha verificado experimentalmente, no se ha observado ningún efecto notable del mástil de la altura indicada en el funcionamiento de la antena. También se pueden utilizar mástiles dieléctricos de cualquier altura. El mástil estaba fijado en posición vertical con estrías de una cuerda de pesca de poliamida. En el extremo superior del mástil, se fijó una placa de vidrio orgánico (aislante) de espesor (15 mm), a la que se atornillaron las partes horizontales de la línea de suministro. Estaban fabricados con un perfil en forma de U de duraluminio de sección 35x20 mm. Las dimensiones del perfil no son críticas, siempre que proporcione la suficiente rigidez mecánica para el montaje de los vibradores. Los pétalos se colocaron debajo de los pernos del perfil del aislador, al que se soldó el cable. Para reducir el flujo de corrientes en la cubierta del cable, se colocaron dos anillos de ferrita. El cable no tenía contacto eléctrico con el mástil.
Los vibradores estaban hechos de dos tubos de duraluminio de 14 mm de diámetro y 3000 mm de largo. En ambos extremos, los vibradores estaban unidos con mástiles de un tubo más delgado y muy ligero. Los mástiles superiores se podían mover y fijar con tornillos ajustando la longitud de los vibradores. A los extremos de los perfiles (en los puntos Х-Х), los vibradores se sujetaron con rizos hechos de duraluminio suave y tornillos con orificios roscados en el perfil. Mientras los tornillos no estén apretados, los vibradores podrían moverse verticalmente con un poco de esfuerzo, sujetando el mástil superior inferior. La puesta a punto de la antena se reducía a la selección de las longitudes de los vibradores extendiendo y retrayendo los mástiles inferiores. En este caso se controló el diagrama de directividad. En la práctica, esto es conveniente cuando se recibe una estación de radio, cuya señal es estable y viene en una onda terrestre. Girando el mástil, observe el patrón de radiación. El autor, experimentando en una parcela de jardín a 60 km de Moscú, recibió la estación de radio del "Servicio de Rescate" de Moscú en el rango de MW de 27 MHz, y recibió una diferencia en la recepción "delantera" y "trasera" de 4 ... 5 puntos (hasta 30 dB). Luego, los vibradores se acortaron en un 4% para sintonizar 28 MHz. Habiendo recibido un diagrama aceptable, mueva los vibradores verticalmente hasta obtener una buena SWR en el alimentador de suministro. En este caso, los vibradores están un poco molestos, pero, sin embargo, es mejor repetir las operaciones para formar el diagrama y emparejar varias veces seguidas. Esto se puede hacer en la posición de trabajo de la antena, tal vez bajando el mástil a una rodilla, ya que solo es necesario llegar al mástil inferior de ambos vibradores para su ajuste. En ningún caso se debe tocar el mastelero con la emisora encendida, ya que en los extremos de los vibradores hay antinodos (máximos) de tensión y se pueden producir quemaduras de alta frecuencia. Además, la antena se trastorna incluso cuando se llevan las manos a los extremos de los vibradores. Después del ajuste, la antena se baja, todos los tornillos de fijación se aprietan y se elevan nuevamente a la posición de trabajo. Las dimensiones que se muestran en la Fig. 4 se obtuvieron después de sintonizar la antena. Para comprobar la repetibilidad de los resultados, en otra ocasión se montó la antena en el suelo según las dimensiones dadas y se levantó sin sintonizar. La relación de radiación adelante/atrás resultó ser de unos 25 dB, y la SWR fue inferior a 2. Solo se requirió un ligero ajuste de la SWR moviendo los vibradores verticalmente en sus monturas. Con esta antena se realizó un experimento para recibir señales de los faros escandinavos en uno de los días que no había transmisión en la banda de 10 metros. Habiendo sintonizado el receptor a 28,268 MHz y dirigido la antena hacia el noroeste, el autor escuchó pacientemente el ruido más puro del éter durante una hora y media. Debo decir que el experimento se llevó a cabo en un lugar bastante "tranquilo", donde el ruido del aire, reducido a la entrada de 50 ohmios del receptor, era de 0,08 ... 0,1 μV en la banda SSB de 2,4 kHz. La paciencia fue recompensada con tres "ráfagas" de la señal del faro finlandés OH9TEN, una fuerte y dos más débiles, que emitían una antena omnidireccional vertical de 20 vatios. Los "destellos" duraron de uno a cuatro segundos, y no hay duda de que se trataba de reflejos de señales de rastros de meteoritos esporádicos. Los cálculos posteriores dieron valores de atenuación de la señal del meteoro en este camino del orden de 170...180 dB, es decir valor que puede cubrirse completamente utilizando una potencia radiada de varias decenas de vatios, receptores sensibles y las más sencillas antenas direccionales como la descrita. ¡Por lo tanto, la comunicación de meteoritos en los "diez primeros" es bastante posible! Autor: Vladimir Polyakov (RA3AAE), Moscú; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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