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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antena VHF acortada. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas VHF El libro "Antenas de aficionados de ondas cortas y ultracortas" de Z. Benkovsky y E. Lipinsky [1] es un libro de referencia de escritorio para muchos radioaficionados. En la sección de antenas VHF dipolo, sus autores distinguen tres grupos principales: antenas acortadas del tipo Uda-Yagi, antenas alargadas del tipo Uda-Yagi y sistemas de antenas, cuyos elementos están hechos de antenas dipolo. Refiriéndose a la práctica, los autores se adhieren a la regla de que si se requieren antenas con una ganancia de 6 ... 8 dB, es recomendable utilizar antenas acortadas, cuya longitud es (l) es menor que la longitud de onda (λ). Tales antenas pueden contener de dos a cinco elementos. Las antenas de dos elementos correctamente hechas tienen una ganancia de 3 ... 4 dB, tres elementos - 4 ... 6 dB, cinco elementos - 6 ... 8 dB. En la práctica, a menudo son los diseños de compromiso los que dan los máximos resultados, que es el tipo de antenas directoras "canal de onda" (las ya mencionadas antenas Uda-Yaga). Estas antenas no tienen líneas colectoras especiales, sino que son un conjunto de elementos: vibradores activos y pasivos: un reflector y uno o más directores, que se instalan en una base común que pasa por los puntos de potencial cero de los elementos constituyentes. Las antenas de este tipo son bastante compactas y proporcionan una ganancia relativamente alta y otros parámetros aceptables con dimensiones relativamente pequeñas. Las descripciones de la mayoría de las variantes de tales antenas con un número diferente de combinaciones de elementos y su disposición se publican en la literatura. De todos los tipos de antenas, resultaron ser las más accesibles para una implementación integral a nivel industrial y "productos caseros" altamente efectivos para radioaficionados. A su vez, no solo el vibrador Hertz se usa como elementos individuales, sino también elementos de inventores rusos: el dipolo Nadenenko y el vibrador de bucle Pistol-Korsa o antenas de bucle y sus interpretaciones. Los autores del artículo llaman la atención de los radioaficionados sobre una solución técnica no estándar más efectiva, pero aún no presentada adecuadamente, para un dispositivo de antena con una desviación de la práctica de usar elementos activos homogéneos. Los compromisos pueden ser no solo sistemas de antenas complejamente sintetizados a partir de vibradores clásicos, sino también los vibradores que los componen. Esto es exactamente lo que es el dispositivo propuesto: una antena de bucle triangular (TLA). Está diseñado para usarse como antena independiente y como parte de dispositivos de antena complejos. Está hecho en forma de una combinación de vibradores diferentes de bucle. En este caso, dependiendo del rango de frecuencias utilizado, la antena puede ser un cable o una estructura rígida o estar hecha en una placa de circuito impreso. La solución técnica propuesta es universal y puede ser utilizada no solo por radioaficionados, sino también en dispositivos de equipos de antenas profesionales para operar hasta el rango centimétrico tanto en comunicaciones de radio como en redes inalámbricas de oficina y domésticas generalizadas y otros sistemas de radio donde las antenas con Se requiere radiación unidireccional. El punto de partida para estudios comparativos sobre las posibilidades de sintetizar una nueva antena puede ser el conocido simétrico en forma de dos conductores lineales paralelos que se encuentran en el mismo plano y que tienen los extremos unidos, el bucle vibrador de Pistohlkors [2]. Los conductores paralelos forman medios bucles simétricos: los hombros del vibrador en relación con el eje de simetría que pasa por el medio de los conductores lineales. Su longitud total es proporcional a la longitud de onda (λesclavo), y la longitud de los hombros es aproximadamente su cuarto (0,25λesclavo). El nodo de potencia del vibrador de bucle son los extremos de los conductores en la sección de la parte media de uno de los conductores lineales, y el punto de potencial cero en el medio del segundo conductor proporciona la sujeción del dispositivo sin el uso de un aislante. El vibrador de bucle con todas las características positivas tiene una ganancia igual a la unidad y un patrón de radiación isótropo en un plano perpendicular a los conductores paralelos. Transformación conocida del vibrador de bucle en un cuadrado u otras formas de marcos con un perímetro igual a la longitud de onda (λesclavo), con una impedancia de entrada más baja y una ganancia más alta en comparación con el vibrador de bucle. Esto se confirma con los datos de la tabla "Parámetros de marcos de varias formas", donde en el caso de una forma redonda, la ganancia es igual a 3,49 dB [3]. Las antenas de bucle de diseños similares, en contraste con el vibrador de bucle, proporcionan directividad bidireccional de radiación axial, perpendicular al plano del bucle. Tienen una mayor ganancia debido a la mayor apertura: el "área de captura" del espacio por el diseño de la red de antena. Al mismo tiempo, se conocen dispositivos de antena más complejos en combinación con varios vibradores activos de marco homogéneo. Los diseños de antenas en zigzag (antenas Z) de Kharchenko, por ejemplo, a partir de dos marcos triangulares o en forma de diamante, han aumentado la eficiencia. Los conductores de los brazos de estas antenas tienen una longitud proporcional a 0,25λesclavo, y su longitud total es comparable con λesclavo. Al mismo tiempo, en el caso de conjuntos de vibradores en fase convencionales, en los que el número de pares de puntos de alimentación es igual al número de vibradores incluidos en el conjunto, surgen dificultades en su coordinación con el alimentador de suministro. La antena Z tiene un par de puntos de alimentación, a los que se conecta directamente el alimentador [4]. A diferencia de los arreglos de antenas vibratorias clásicas convencionales, un espacio espacial especial de los conductores de una red de antenas en zigzag alimentada por un solo nodo de potencia integrado, al cual el alimentador está conectado directamente, forma una especie de arreglo plano en fase y una excitación especial de corrientes. en sus conductores. La excitación de corrientes en los conductores característicos de una antena en zigzag asegura el funcionamiento de la antena con un tipo pronunciado de polarización y una banda de frecuencia operativa extendida. La mayor apertura de la antena plana proporciona una alta ganancia con directividad bidireccional de radiación a lo largo de su eje, perpendicular al plano de los marcos, y la conexión paralela de vibradores, cuyo perímetro es igual a λesclavo, al nodo de potencia reduce la impedancia de entrada de la antena a valores acordes con las impedancias de onda de los cables coaxiales de potencia RF utilizados. Mostrado en la fig. 1 combinación no estándar de vibradores de bucle y marco proporciona la implementación de una nueva antena de bucle triangular, pero ya radiación unilateral. Al mismo tiempo, otras características de la solución técnica innovadora propuesta merecen especial atención.
En comparación con las antenas dipolo acortadas, el ROV tiene dimensiones más pequeñas a lo largo del eje longitudinal y una mayor ganancia. El diseño proporciona trabajo sobre la radiación de todos los conductores del dispositivo de antena. El primer bucle vibrador del lado de la dirección de recepción y transmisión del ROV está hecho en forma de triángulo isósceles con puntos de alimentación en la parte superior, con una base de 0,4λ de largo.esclavo y con lados 0,3λesclavo cada. El segundo vibrador de bucle tiene la forma de un vibrador de bucle de Pistohlkors con una longitud de conductores lineales proporcional a λesclavo. Los vibradores de bucle se colocan en el mismo plano, y la conexión al nodo de potencia de los conductores de los lados del vibrador triangular se realiza con su cruce, es decir, desfasado. Un cable de alimentación coaxial con una estructura rígida, por ejemplo, en una versión tubular de los conductores, se coloca con una entrada a través del punto de potencial cero, es decir, el medio del conductor lineal sin cortar del vibrador de bucle Pistohlkors. En el nodo de potencia, la malla del cable se conecta en una sección al extremo de un conductor y el núcleo central al extremo del otro. La antena funciona de la siguiente manera. Cuando se conecta un generador de alta frecuencia (ver Fig. 1) a los puntos de potencia "a" y "b" de la unidad de potencia 7, las corrientes fluyen de manera inversamente proporcional a la resistencia del circuito. En el conductor 2, fluirá una corriente mayor en relación con los conductores 3 y 1 debido a la menor resistencia de entrada del vibrador de marco 5 que el vibrador de bucle 6, pero la radiación de este último aumentará debido a dos conductores 4 y 2 muy próximos entre sí. Al mismo tiempo, debido al hecho de que en el vibrador de bucle 5, los conductores 6 y 1 están ubicados muy cerca uno del otro, y en un triángulo isósceles 4, el conductor 5 está conectado entre los conductores de los lados cruzados 6 , entonces las corrientes en los conductores 4 y 5 estarán en fase con una diferencia de fase relativa al conductor 6. Esto asegura con conmutación cruzada, aproximación de fase a las corrientes, similar a las corrientes en un reflector y un vibrador activo o en un vibrador activo y el primer director de antenas Uda-Yagi, pero completamente debido a las corrientes de conducción, en contraste con las corrientes inducidas, es decir, más débiles en los vibradores de antena pasiva Uda Yagi. Teniendo en cuenta el hecho de que los conductores del bucle vibrador 1 y 2 están separados en el espacio por una distancia proporcional a 3λesclavo, desde el conductor 2 hasta la altura de un triángulo isósceles y son paralelos, entonces el sistema espacial formado de conductores radiantes del conjunto de antenas crea una radiación dirigida del campo electromagnético a lo largo del eje 8, perpendicular a la ubicación de estos conductores. Además de esto, las corrientes en los conductores 3, ubicados simétricamente, pero en ángulo con este eje, también irradian un campo electromagnético al espacio, pero con compensación mutua de componentes longitudinales opuestos y componentes transversales dirigidos unilateralmente que se integran en el campo electromagnético radiado total. Así, a diferencia de los sistemas radiantes con líneas de conexión, en la solución técnica propuesta, todos los conductores 2, 3, 5 y 6 participan en la radiación de un campo electromagnético, proporcionando un aumento total en el coeficiente direccional del sistema y la eficiencia de su funcionamiento. El funcionamiento de la antena propuesta se simuló en el programa MMANA (Fig. 2 y Fig. 3) a una frecuencia de 300 MHz (longitud de onda - 1 metro) por simplicidad y claridad durante el modelado y posterior normalización del tamaño. Máquina de moldeo por inyección con una longitud proporcional a 0,2 λesclavo, tiene una directividad sectorial con un ancho diferente del patrón de radiación en el plano de los conductores de los vibradores y en el plano perpendicular a él, con una ganancia aumentada. La relación entre la radiación hacia adelante y hacia atrás caracteriza la selectividad espacial mejorada correspondiente a las antenas Uda-Yaga de seis elementos con el doble de la longitud de la travesía. Los puntos de potencial cero de ambos vibradores se pueden conectar a una barra portadora de metal con conexión a tierra que proporciona protección ESD y protección contra rayos.
Para el uso de antenas en las bandas de radioaficionados de 144 y 432 MHz, una comparación visual de las configuraciones y la relación de los tamaños de la antena de dos elementos acortada considerada por los autores del libro [1] (Fig. 4) con las versiones de ROV propuesto (Fig. 5) y ROV con director instalado internamente (Fig. 6). Los valores numéricos de los parámetros de estas antenas se resumen en la tabla, y gráficamente, más claramente, las características eléctricas se muestran en forma de patrones de radiación (respectivamente, Fig. 7-9).
La implementación práctica del diseño en forma de antena independiente es similar al "canal de onda" de antena de dos elementos descrito repetidamente, solo que con un vibrador de bucle desplegado en el plano de los dispositivos vibradores. Таблица
La fabricación de la versión de antena con el director también se realiza de manera similar a la descrita. Se coloca un conductor adicional entre el bucle y los vibradores lineales con estricta observancia de su sección transversal, ubicación de instalación y longitud. En los casos en que se utilicen otros materiales, se debe simular una verificación preliminar de las capacidades de la antena en el programa MMANA. Los archivos del programa MMANA para las antenas que se muestran en la tabla se pueden descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/07/maa.zip. Literatura
Autores: V. Milkin, N. Kalitenkov, V. Lebedev, A. Shulzhenko
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