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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antenas receptoras direccionales de baja frecuencia. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas de alta frecuencia Los operadores de las bandas de baja frecuencia de 160 y 80 metros se esfuerzan constantemente por mejorar la recepción en sus estaciones. El problema es que las antenas que son eficientes en la transmisión (por ejemplo, un mástil vertical alto) captan demasiada interferencia durante la recepción. La eficiencia de la antena receptora no es crítica, ya que el nivel tanto de señales como de interferencias en los rangos de baja frecuencia es muy alto y, además, no es difícil utilizar un preamplificador de transistor de bajo ruido. La antena magnética de ferrita no es muy buena en este sentido, aunque sí tiene cierta direccionalidad, teniendo dos ceros en su patrón de radiación (DP) en forma de lemniscata (similar a un ocho). La antena de ferrita debe colocarse en interiores, donde el nivel de interferencias es alto. Una antena de cuadro externa es algo mejor en este sentido, pero su patrón es el mismo y, en el mejor de los casos, sólo puede debilitar la interferencia de una fuente remota localizada apuntando hacia ella el patrón nulo. Una antena receptora de baja frecuencia verdaderamente direccional es la antena de onda viajera para bebidas (TWA), que es un cable de múltiples longitudes de onda ubicado cerca del suelo. Sin embargo, pocos radioaficionados pueden darse el lujo de construir varias antenas de medio kilómetro de largo, extendidas en diferentes direcciones. Las cuestiones de la creación de antenas receptoras direccionales antiinterferencias para las bandas VLF y LW se discutieron en el trabajo fundamental [1]. En particular, se demostró que la combinación de antenas de bucle y “estáticas” (omnidireccionales verticales) produce un patrón con forma cardioide. Debido al debilitamiento de la recepción desde algunas direcciones, se observó una reducción significativa en el nivel de interferencia. Antena EWE. En relación con lo anterior, despertó gran interés la publicación de WA2WVL sobre una antena denominada EWE [2]. Aunque tiene un tamaño y una altura pequeños, tiene un patrón muy bueno, cercano a un cardioide. En el transcurso de aproximadamente un año, muchos operadores de onda corta construyeron la antena EWE, se recibió buena respuesta y WB2P propuso usar cuatro de estas antenas combinadas en el punto de alimentación para cambiar los patrones en diferentes direcciones. En una publicación posterior [3], WA2WVL utilizó esta idea construyendo la antena que se muestra en la Fig. 1.
El receptor se conecta a la antena con un cable coaxial de 50 ohmios a través de un transformador de adaptación T1 con una relación de transformación de 3, por lo tanto, la impedancia de entrada del alimentador en el lado de la antena aumenta 9 veces, a 450 ohmios. Mediante cuatro relés, cuyos contactos normalmente abiertos se muestran en la figura, se conecta al transformador una de las cuatro antenas, orientada en la dirección deseada. Cada una de las antenas es un rectángulo de 3 m de alto y 15 m de largo, con un transformador conectado a uno de los lados verticales y una resistencia al otro. Los segundos terminales del transformador y la resistencia están conectados a tierra. El diseño es muy similar a una copia más pequeña de la antena Beverage, con la única diferencia de que las dimensiones de la antena son significativamente más pequeñas que la longitud de onda. Además, la recepción máxima proviene del transformador, no de la resistencia. El diagrama de radiación de la antena calculado teniendo en cuenta la presencia de otras tres antenas desconectadas se muestra en la Fig. 2: a - en el plano vertical; b - en horizontal. Este patrón es típico de todas las antenas similares, incluidas las que se describen a continuación. La máxima supresión de la recepción desde la parte trasera, desde el lado de la resistencia, se logra mediante su selección precisa. La resistencia de la resistencia puede variar desde 400 ohmios hasta varios kiloohmios. La antena es de banda muy ancha, su patrón e impedancia de entrada se mantienen en más de cuatro veces la banda de frecuencia. La antena no funciona bien para la transmisión debido a su baja eficiencia.
En la versión del autor, la antena se instaló sobre cinco postes de madera, para la conexión a tierra se utilizaron tubos metálicos enterrados en el suelo de aproximadamente 1,2 m. El autor afirma que debido a la alta impedancia de la antena, la resistencia a tierra prácticamente no afecta su funcionamiento. . El transformador T1 estaba enrollado en un anillo con un diámetro de aproximadamente 12,5 mm hecho de ferrita con una permeabilidad magnética de 850. El devanado contenía 11 vueltas de alambre doblado en tres. Los tres devanados resultantes se conectaron en serie, como se muestra en la Fig. 1, y al primero de los grifos se conectó el conector coaxial del alimentador XW1. Un poco más tarde, el autor construyó otro sistema de antena similar a unos 60 metros del primero y los incluyó como un conjunto de antenas en fase, obteniendo un coeficiente de directividad (DAC) aún mayor, en el rango de 160 metros. Esto se describe con más detalle en [3]. Marcos K9AY. Experimentando con antenas receptoras direccionales para bandas de aficionados de baja frecuencia y simulando antenas en una computadora, Gary Breed (K9AY) propuso un diseño muy compacto de dos marcos cargados elevados sobre un solo mástil [4]. Utilizando relés instalados en la base del mástil, es posible cambiar el patrón cardioide en cuatro direcciones diferentes. En la Fig. 12 se muestran las dimensiones comparativas del sistema de antena de cuatro EWE con longitudes de haz de 9 my marcos K3AY. XNUMX. Los propios marcos tienen forma de delta, aunque, como informa el autor, la forma y el tamaño no son demasiado críticos. En la base del mástil, los marcos están conectados a tierra, lo que proporciona protección contra rayos y reduce el nivel de interferencia. La varilla de puesta a tierra sirve con éxito como base del mástil, pero es preferible fabricarla con un material aislante.
En la figura se muestra un boceto de un marco. 4, la altura del punto superior es de 7,5 m, los lados se extienden 4,5 m y las esquinas están a una altura de 1,5 m. Como se muestra en la figura, puede prescindir completamente del mástil colgando el punto superior de el sistema de antena de una rama de madera, por ejemplo, mediante una cuerda. Es conveniente utilizar aisladores de nogal con agujeros en las esquinas del marco. Los extremos inferiores de los cables del marco se tiran a la varilla de conexión a tierra también usando aisladores de tuerca; los extremos de los cables que quedan después de colocar los aisladores se dirigen a una caja impermeable con un relé y un transformador correspondiente, similar a la descrita anteriormente. Al explicar el principio de funcionamiento de la antena, el autor señala su similitud con los acopladores direccionales muy utilizados en la tecnología de RF y microondas, en particular, en los medidores de ROE. Si la antena EWE es de medio marco, cuyo cable de retorno está conectado a tierra, entonces el bucle K9AY es un marco completo, pero su principio de funcionamiento es muy similar. Las antenas responden tanto a los componentes eléctricos E como a los magnéticos H del campo electromagnético entrante. Para el componente eléctrico del campo, las antenas se comportan como antenas verticales cortas, creando algo de voltaje en el punto de conexión del alimentador. Como cabría esperar de una antena vertical, el patrón del campo E es omnidireccional. La situación es diferente con el componente magnético del campo H: al cruzar el plano de la antena, se crea una corriente que circula por el perímetro del marco. Esta corriente, que pasa a través de la resistencia de carga, también crea algo de voltaje, que se suma al voltaje del campo E. Si la onda proviene del punto de conexión del alimentador, ambos voltajes se suman. Si la onda proviene del lado de la resistencia de carga, los voltajes se restan, ya que la dirección del campo H que pasa a través del marco se invierte. Al cambiar la resistencia de la resistencia de carga, es posible equilibrar ambos voltajes para que sean iguales. El patrón en este caso toma la forma de un cardioide con un solo cero. La atenuación de las señales provenientes de la resistencia de carga puede exceder los 40 dB, ¡lo que es más de 6 unidades S en la escala de intensidad de la señal! El patrón nulo no se encuentra en el plano de la Tierra, sino que, como muestra el modelado por ordenador, está elevado en un ángulo de 20 a 55°, dependiendo de la configuración de la antena y de las propiedades del suelo. Un bucle corto y alto proporciona una línea de fondo cero en un ángulo de elevación de 30...40°. Esto tiende a debilitar el QRM de las estaciones locales. Una parte esencial y necesaria de la antena K9AY es la conexión a tierra. Dependiendo de los parámetros del suelo, puede ser necesario un ligero ajuste de la resistencia de carga. La conexión a tierra no tiene por qué tener necesariamente pérdidas, como es el caso de la antena de bebidas. El marco es direccional incluso sobre tierra perfectamente conductora. Esto significa que la antena funciona en casi cualquier condición del suelo. En los comentarios posteriores a la publicación del artículo [3], W6FA informó que el progenitor de todas las antenas de cuadro cargadas debería considerarse el mismo Harold Beverage, quien patentó una antena similar en 1938, mucho más tarde que su famosa "antena de ondas", o, como se llama ahora, antenas de ondas viajeras. La patente de Beverage describe una antena de cuadro completo que no requiere tierra para su funcionamiento y tiene una resistencia de carga de aproximadamente 700 ohmios colocada en un punto opuesto al punto de alimentación. Esta antena de banda ancha ya estaba pensada para ser utilizada para la recepción de televisión. Antenas Bandera, Banderín, etc.. El modelado intensivo de antenas por parte de radioaficionados mediante programas informáticos ha dado lugar a la aparición de varias antenas [5] similares a la descrita. Las antenas son un marco triangular, cuadrado, rectangular o rómbico ubicado en un plano vertical. Las posibles configuraciones de estas antenas de cuadro se muestran en la Fig. 5. El círculo claro indica la fuente (receptor), el círculo oscuro indica una resistencia de carga con una resistencia de 400 ohmios y superior, generalmente alrededor de 900 ohmios. La impedancia de entrada de la antena es aproximadamente la misma. El patrón de radiación es cardioide y la dirección de recepción es desde el lado de la fuente.
Para operar en el rango de 160 metros, las antenas tipo Flag, tanto en la versión Pennant como en Diamond, miden 4,3 m de altura y 8,8 m de longitud. La antena Delta tiene una altura de 5,2 y una longitud de 8,4 m. En comparación con EWE y el bucle K9AY, estas antenas tienen una diferencia significativa: no requieren conexión a tierra, aunque están ubicadas relativamente bajas, a una altura de aproximadamente 2 m sobre el suelo. Reducir la altura a 0,3 m tiene prácticamente poco efecto sobre las características de la antena. Las antenas se fabricaron en diferentes versiones y tamaños, por ejemplo JF1DMQ redujo las dimensiones a 1 x 5 m. Las antenas también funcionan bien en las bandas de 80 y 40 metros. Los radioaficionados destacan especialmente el bajo nivel de ruido de estas antenas. Como ejemplo, considérese el "delta" triangular utilizado por FO0AAA para la recepción en la banda de 160 m [6]. El cable horizontal inferior tenía una longitud de 8,54 my estaba ubicado a una altura de 0,9 m sobre el suelo. La altura del marco triangular fue de 5,2 m, contando desde el cable inferior (a 6,1 m del suelo). En total se necesitaron unos 22 m de alambre con un diámetro de 1,63 mm. Se incluyeron una resistencia de carga de 950 ohmios y un transformador de potencia en las esquinas inferiores del marco para convertir la resistencia del alimentador de 50 ohmios a 950 ohmios. A una frecuencia de 1830 kHz, la relación de radiación hacia adelante/hacia atrás resultó ser mejor que 40 dB, mientras que la ganancia de la antena en comparación con un radiador isotrópico fue de sólo -34,5 dB, lo que indica una baja eficiencia y la necesidad de utilizar un bajo -preamplificador de ruido en conjunto con esta antena. El marco se instaló sobre un mástil dieléctrico, los extremos inferiores del "delta" se tensaron sobre estacas de tienda. La antena se orientó de forma muy sencilla: reorganizando las clavijas. Concluyendo la revisión, podemos afirmar que los radioaficionados ahora tienen a su disposición una nueva clase de antenas receptoras direccionales de banda ancha con bajos niveles de ruido y pequeñas dimensiones. Literatura
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