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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antena de ranura esquelética: mitos y realidad. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas VHF A juzgar por la literatura extranjera de radioaficionados, la antena de esqueleto de ranura es popular en frecuencias superiores a 20 MHz. En el artículo publicado, se intentó responder a la pregunta: en qué medida su coeficiente de acción direccional, declarado en la literatura, corresponde a la realidad. En libros sobre antenas VHF, la llamada antena de ranura esquelética se ha descrito repetidamente, y todas las publicaciones sin excepción informaron sus parámetros muy altos, factor de directividad grande (CND), banda de frecuencia ancha y facilidad de sintonización. La idea de una antena fue propuesta por J. Ramsey allá por 1949 [1], su diseño se muestra en la Fig. 1, tomado de [2]. El elemento activo de la antena consiste en tres dipolos paralelos de media onda ubicados tres pisos uno encima del otro. Para reducir las dimensiones de la antena, los extremos de los dipolos superior e inferior se doblan en ángulo recto hacia el dipolo medio y se conectan a él. De él están emocionados. El dipolo central se divide y se conecta a una línea de dos hilos de cuarto de onda correspondiente, que sirve simultáneamente para montar el reflector. El reflector está realizado como un canal de ondas en forma de vibrador único, cuya longitud eléctrica es algo superior a media onda. Las dimensiones de la antena en longitudes de onda y los valores del coeficiente de acortamiento k, según el diámetro de los conductores (tubos) d, se muestran en la Fig. . 1. Al mover el punto de alimentación XX a lo largo de la línea de dos hilos, puede cambiar la impedancia de entrada de la antena de cero (cerca del reflector) a unos 400 ohmios (en el punto YY cerca del elemento activo).
La distribución actual en el elemento activo se muestra en la fig. 2. Se puede ver que los antinodos (máximos) de la corriente están ubicados justo en el medio de las partes horizontales del elemento, formando un sistema en fase de tres pisos. En las partes verticales del elemento activo, las corrientes son pequeñas y dirigidas entre sí. Además, hay cuatro nodos actuales, por lo que no hay radiación de las partes verticales en la zona lejana. Recuerde que en la zona lejana, el patrón de antena está casi completamente formado. La distancia a la zona lejana es de varias longitudes de onda. Cuanto mayor es, mayor es el factor de directividad de la antena.
El elemento activo de una antena de ranura de esqueleto también se puede considerar como dos cuadrados, combinados por un lado y puntos de alimentación. Sin embargo, en comparación con dos cuadrados de tamaño completo, el perímetro del elemento activo de la antena de esqueleto de ranura es algo más pequeño, probablemente debido al efecto de acortamiento de la capacitancia entre los conductores verticales del elemento. K. Kharchenko [3] propuso una antena similar, pero en ella dos cuadrados se alimentan desde las esquinas y se combinan con puntos de alimentación. Una antena de ranura de esqueleto simple tiene un reflector insuficientemente efectivo. Este inconveniente se puede eliminar haciendo que el reflector sea exactamente igual que el elemento activo (en la forma del mismo diseño de vibrador de tres pisos). Ya no se pueden colocar líneas de dos hilos entre los elementos, pero nadie se molesta en dibujarlas en el plano de cada elemento hasta un punto con potencial cero en el medio del vibrador horizontal inferior. El resultado después de esta modificación se muestra en la Fig. 3. Las dimensiones de los elementos en sí siguen siendo las mismas y la distancia entre el elemento activo y el reflector se reduce a 0,18. Esta antena tiene una ventaja más. Al mover los puentes de cortocircuito a lo largo de las líneas de dos hilos, los elementos logran ajustarla a la frecuencia deseada, y al mover el puente del reflector, es fácil sintonizar la antena al factor máximo de directividad o la radiación de adelante hacia atrás. relación.
¡Para una antena de dos elementos de este tipo, descrita en [2 y 4], se reporta una ganancia inusualmente alta de 14...16 dB! Si el segundo de estos libros no fue una publicación seria, aún podría agitar la mano y no tomar esta cifra en serio. Pero este libro en su conjunto es muy bueno y casi no contiene errores. Su autor, por supuesto, no pudo probar todas las muchas construcciones que se dan en él. Por lo tanto, si esto es un error, apareció antes, en algunas otras publicaciones, y ahora es difícil encontrar la fuente original. Está bastante claro que un sistema de vibradores en fase debería dar una mayor eficiencia que un solo vibrador, pero la pregunta es ¿cuánto? Aunque en [2] en la p. 100 y se afirma que la antena "... es en realidad una de tres pisos de seis elementos en fase", pero los vibradores están bastante cerca uno del otro y también acortados. Esto inevitablemente reducirá la eficiencia. Por lo tanto, hubo más preguntas que respuestas. Además, los radioaficionados familiarizados con el autor iban a construir una antena de este tipo para un alcance de 10 metros y ya estaban listos para gastar dinero en material, ¡pero ahora no es barato! Para obtener una respuesta clara y precisa a la pregunta de SOI, se realizó un experimento en la banda de 432 MHz. Los elementos se doblaron de acuerdo con la fig. 3 de piezas de alambre de cobre esmaltado con un diámetro de 1,5 mm, las conexiones se sueldan y los conductores de las líneas en los sitios de instalación de los puentes de cierre y la conexión del cable se quitan del aislamiento. Toda la estructura se montó sobre un marco de madera hecho de listones finos secos. El cable de alimentación iba desde los puntos de alimentación a lo largo del conductor de la línea de dos hilos a la que estaba conectada la trenza, verticalmente hacia abajo y conectado directamente a la salida del generador de señal estándar. Un dipolo de media onda con un detector y un microamperímetro sirvió como indicador de campo. Estaba ubicado en un trípode a una distancia de varios metros de la antena. La antena también se fijó en un soporte giratorio primitivo, lo que permitió cambiar su orientación. La antena se sintonizó con bastante facilidad y rapidez, justo a la máxima radiación en la dirección principal. Con las dimensiones indicadas a una frecuencia de 432 MHz, las distancias de los puentes de cierre desde la base de las líneas de dos hilos para la antena sintonizada resultaron ser las siguientes: para el reflector - 43 mm, para el elemento activo - 28 milímetro La distancia al punto de conexión del cable de 50 ohmios era de 70 mm. Cuando se ajusta a la máxima directividad, se detecta un pequeño lóbulo posterior. Ajustando el reflector, se puede suprimir casi por completo. No había radiación de lado, arriba y abajo. La ganancia de directividad, más precisamente, la ganancia de la antena, igual al producto de la directividad y la eficiencia, se determinó de la siguiente manera: el indicador marcó el nivel de señal generado por la antena en la dirección principal, luego, en lugar de la antena, la mitad -onda dipolo situada en el mismo punto del espacio se conectó al cable de alimentación. El nivel de la señal del generador aumentó lo suficiente como para obtener las mismas lecturas en el indicador. El cambio en el nivel de la señal contado por el atenuador del generador es numéricamente igual a la ganancia de la antena relativa al dipolo de media onda. Para esta antena, resultó ser de 7 dBd. En relación con un emisor isotrópico (omnidireccional), será 2,15 dB más y será de unos 9,2 dBi. Preste atención a las letras d e i en la designación de decibelios: en la literatura sobre antenas, se acostumbra indicar de esta manera, en relación con qué radiador se mide la directividad. El ancho del patrón de radiación a media potencia era de unos 60° en el plano horizontal (en acimut) y de unos 90° en el plano vertical (en elevación). Con estos datos, el factor de directividad se puede calcular de otra forma: el ángulo sólido en el que radia la antena es igual al producto de los ángulos lineales correspondientes al ancho del diagrama y expresado en radianes. Obtenemos un valor de alrededor de 1,5 estereorradianes. Al mismo tiempo, una antena isotrópica irradia en un ángulo sólido de 4π o 12,6 estereorradianes. La ganancia, por definición, es la relación de estos ángulos sólidos y es 12,6/1,5 = 8,4 o 9,2 dBi. Habiendo obtenido tan buena concordancia entre los valores de directividad determinados por los dos métodos, el autor decidió que no había nada más que medir y, con una ligera decepción, se convenció una vez más de que los milagros no ocurren en la tecnología de antenas. No obstante, la antena funciona muy bien y con unas dimensiones reducidas (330x120x120 mm en la banda de 432 MHz) proporciona una ganancia muy decente. Literatura
Autor: Vladimir Polyakov (RA3AAE)
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