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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA ¿Cuántos contrapesos necesitas? Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas de alta frecuencia Las antenas verticales, que requieren un área de instalación pequeña, son muy populares entre las de onda corta. Sin embargo, su eficacia depende esencialmente de la "tierra" artificial: los contrapesos. La recomendación general "cuanto más, mejor" no siempre es aceptable. Cabe señalar que en relación con los contrapesos, hay dos situaciones fundamentalmente diferentes. Uno de ellos surge cuando es posible levantar la antena lo suficientemente alto y se quitan los contrapesos del "suelo" (el techo de un edificio, etc.). Esto es típico para las bandas de VHF. Aquí el número de contrapesos, en esencia, no es importante: de uno a tres o cuatro. En el primer caso (con un contrapeso vertical), se obtiene un dipolo vertical simple. En el segundo, los contrapesos se instalan en cierto ángulo con respecto al emisor, colocándolos uniformemente alrededor de la circunferencia para proporcionar un patrón de radiación circular. Pero ambas opciones están unidas por el hecho de que la influencia del "suelo" en el funcionamiento de los contrapesos es insignificante. Otra cosa es si hay que poner los contrapesos muy cerca del "suelo". Esta es una situación común en las bandas de HF, cuando los balances son del "suelo" a una distancia significativamente menor que la longitud de onda. Un número insuficiente de ellos conducirá a pérdidas significativas en "tierra" poco conductora (suelo, techos de edificios, etc.) y, en consecuencia, a una disminución notable en la eficiencia de la antena. Un análisis del número de contrapesos necesarios en este caso fue realizado en su momento por W2FMI (Jerry Sevick. Short Ground-Radial System for Short Verticals. - QST, 1978, abril, p. 18). Dos conclusiones se derivan de los resultados del análisis. En primer lugar, para un número dado de contrapesos, existe un límite de longitud, cuya superación ya no conduce a un aumento de la eficacia de los contrapesos. En segundo lugar, con una longitud dada de contrapesos, existe un límite para su número, cuyo exceso tampoco contribuye a un aumento de la eficiencia. El concepto de "límite", que aparece en estas conclusiones, es bastante vago: la eficiencia varía suavemente según el número de contrapesos y su longitud. Ampliando los puntos anteriores derivados del trabajo de W2FMI, G3SEK propuso (John White. In Practice. - RadCom. 1999, February, p. 45) un criterio práctico simple para determinar la longitud y el número de contrapesos, que combina ambas conclusiones de W2FMI en una proporción. Según sus estimaciones, la longitud de los contrapesos y su número debe ser tal que la distancia entre los extremos de los contrapesos (ver figura) sea kl, y el valor de k puede estar entre 0,02 ... 0,05. Si k es mayor que 0,05, la pérdida será significativa. Reducir k a 0,02 realmente mejora la eficiencia de la antena. Sin embargo, una disminución adicional de k ya no produce un efecto perceptible.
En las descripciones de muchas antenas, aparecen contrapesos "resonantes" con una longitud de l / 4, ubicados a una pequeña altura sobre el techo. Con base en el criterio G3SEK, se puede argumentar que dichos contrapesos serán efectivos si su número es de al menos 30. Todas las relaciones anteriores son válidas para contrapesos que tengan la misma longitud. Las proporciones discutidas en este material definen límites razonables para la combinación "número de contrapesos - longitud de contrapesos". Obviamente, bajo la condición de que se cumplan estas relaciones, el mejor de los dos sistemas para una antena determinada seguirá siendo el que tenga una gran longitud de contrapesos. Esta publicación ("Radio", 1999, No. 6) despertó el interés de los lectores de la revista, ya que la antena GP siempre es popular entre los de onda corta. A continuación se ofrece información más detallada sobre los resultados obtenidos por W2FMI (Jerry Sevick. Short Ground-Radial System for Short Verticals. - QST, 1978, April, p. 30-33) en el estudio de la influencia del número de contrapesos y su longitud de la eficiencia de la antena. Hablamos de una antena HF instalada cerca del suelo (prácticamente sin mástil). En estos experimentos, el suelo debajo de la antena según las mediciones de W2FMI era "promedio", es decir, tenía una conductividad de 15...30 mS/m (los valores más altos se refieren al suelo después de la lluvia, los valores más bajos se secan). suelo). "Malo" para antenas después de la lluvia, más pequeño - para secar). "Malo" para las antenas es un suelo que tiene una conductividad de menos de 5 mS / m (pedregoso, arena) y "muy bueno": alrededor de 100. El techo de hormigón armado de un edificio moderno, desafortunadamente, probablemente se refiere a "malo suelo". La figura 1 muestra la dependencia de la impedancia de entrada de la antena a la frecuencia resonante del número de contrapesos obtenidos por W2FMI. Incluye la resistencia a la radiación (parte útil) y la resistencia a la pérdida. El valor calculado de la impedancia de entrada para el diámetro del controlador W2FMI usado y la tierra ideal (sin pérdidas) fue de 35 ohmios.
Como puede verse en la fig. 1, solo se logra un valor cercano a este valor de la resistencia de entrada cuando el número de balances es superior a 50. En otras palabras, con un pequeño número de balances, una parte significativa de la potencia del transmisor no es emitida por la antena, pero literalmente entra en el "suelo". Para la versión GP más común con tres o cuatro contrapesos, la impedancia de entrada será de aproximadamente 70 ohmios y, en consecuencia, la eficiencia de la antena será de alrededor del 50%. A partir de los datos mostrados en la fig. 1, también se deduce que la longitud de los contrapesos no afecta mucho a la eficiencia de la antena. Este problema ha sido investigado en detalle por W2FMI. Los resultados de la medición se muestran en la fig. 2, que muestra la dependencia de la eficiencia de la antena en el número de contrapesos para tres opciones de longitud: l/4, l/8 y l/16. Un análisis de estas curvas nos permite sacar varias conclusiones.
Primero, cuanto más largos son los contrapesos, más efectivos son, en términos generales. En segundo lugar, con una pequeña cantidad de contrapesos, su longitud tiene poco efecto sobre la eficiencia, por lo que los esfuerzos y los fondos gastados en la fabricación de contrapesos largos pueden no dar un resultado notable en este caso. En tercer lugar, bajo ciertas condiciones, los contrapesos cortos (menos de 4/XNUMX) pueden proporcionar la misma eficiencia de antena que los largos. Expliquemos esto último con más detalle. De la fig. 2 se puede observar que la misma eficacia la proporcionan cuatro contrapesos de l/4 de longitud, cinco o seis contrapesos de l/8 de longitud y siete contrapesos de l/16 de longitud. Además, veinte contrapesos de l/16 de longitud proporcionan la misma eficiencia que ocho contrapesos de l/4 de longitud. Y las ventajas de diseño proporcionadas por el uso de contrapesos cortos (especialmente en los rangos de baja frecuencia) son obvias. Autor: Jerry Sevick
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