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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sobre la antena Lambda de cinco octavos. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas VHF Una afirmación correcta puede estar equivocada. Esto no es un juego de palabras, sino una declaración de un hecho. Una afirmación correcta sacada de contexto puede resultar engañosa si, por ejemplo, no se especifican las restricciones bajo las cuales es válida. Algo parecido, según el autor de este artículo, ocurrió con las características de la popular antena 6λ/8. Una antena vertical con una longitud de 5λ/8 es popular entre los operadores de onda corta y ultracorta, así como entre los propietarios de estaciones de radio CB. Es bien conocido por la literatura y la publicidad de radioaficionados que un emisor vertical con una longitud de 5λ/8 produce un lóbulo del patrón de radiación que está presionado al máximo contra el suelo en el plano vertical (en el horizontal el patrón es circular) y por lo tanto tiene la máxima eficiencia. La versión más simple de la antena se muestra en la Fig. 1, a. La longitud del emisor 5λ/8 no es resonante, por lo que se lleva a 4λ/8 introduciendo un elemento inductivo en la lámina del emisor: una bobina L o un segmento de línea cerrada con una longitud eléctrica λ/XNUMX. La corriente "inversa" de la trenza del cable se propaga sobre los contrapesos de un cuarto de onda. No participan en la radiación, ya que las corrientes que contienen se dirigen en direcciones opuestas. Es imposible doblar los contrapesos hacia abajo, ya que en este caso la longitud eléctrica de la antena aumentará debido a la componente vertical de la corriente del contrapeso, lo que tendrá un efecto perjudicial sobre el patrón de radiación. A menudo, el terminal inferior del inductor de la figura está conectado a contrapesos. La trenza se conecta al mismo punto y el conductor central del cable se conecta a la salida de la bobina. En el rango de 27 MHz, los contrapesos suelen ser más cortos que λ/4, lo que aumenta correspondientemente la inductancia para sintonizar la antena en resonancia. La distribución de corriente en la antena se muestra en la Fig. 1, b. Puede considerarse sinusoidal con buena precisión. El patrón de radiación (Fig. 1c) tiene un "cero" en ángulo con el horizonte y un lóbulo lateral innecesario en un ángulo aún mayor. Este pétalo es el pago del lóbulo principal presionado hacia el horizonte y de la mencionada directividad máxima. Probablemente eso sea todo lo que hay que hacer. lo que el autor (así como otros radioaficionados) sabía sobre esta antena, y... causó cierto desconcierto.
Me persiguió la sección inferior del emisor, donde la corriente se dirige en dirección opuesta a la corriente en la parte superior, de media onda. Después de todo, se sabe que el patrón de radiación se forma de la siguiente manera: los campos de cada pequeño segmento del emisor se suman en cualquier dirección, teniendo en cuenta sus amplitudes y fases. En dirección al horizonte, las longitudes de las trayectorias de propagación de las ondas de todos los segmentos son las mismas y no hay ningún cambio de fase adicional. Los campos de las secciones de la parte superior de media onda de la antena están en fase y se suman en amplitud, y los campos de la parte inferior (donde la dirección de la corriente es opuesta) están en antifase y... ¡se restan! A partir de estas consideraciones, resultó que un emisor vertical de media onda más corto debería funcionar mejor que un vibrador con una longitud de 5λ/8. Y si la dirección de la corriente en la sección inferior del emisor con una longitud de 5λ/8 se cambia de alguna manera al opuesto, entonces será más eficiente. Para demostrar esta conclusión, fue posible calcular la eficiencia teóricamente o realizar un experimento apropiado. Pero sospechando que todo esto se había hecho hace mucho tiempo, el autor optó por estudiar fuentes literarias antiguas. ¿Y que pasó? Una antena de mástil vertical con una longitud de 5λ/8 fue descrita por primera vez por S. Ballantyne en 1924 [1]. Fue desarrollado como una antena anti-desvanecimiento de radiodifusión de onda media. Una ventaja adicional de esta antena, que inmediatamente se hizo muy popular, fue que en realidad crea la máxima intensidad de campo hacia el horizonte, pero solo en la clase de antenas con una distribución de corriente natural (sinusoidal) a lo largo del vibrador ubicado directamente encima de una antena idealmente conductora. superficie. Mucha gente recuerda bien la primera parte de la declaración, pero los autores de artículos en la literatura de radioaficionados, aparentemente, se han olvidado un poco de la segunda parte. El profesional informa [2]: “Si se toman medios especiales para evitar una inversión de las corrientes por debajo de la mitad superior de la longitud de onda del radiador, se puede obtener una mayor ganancia horizontal…”. En otras palabras, si inviertes la dirección de la corriente en la parte inferior de la antena, obtendrás una ganancia adicional de radiación hacia el horizonte. Al mismo tiempo, es posible aumentar aún más la longitud de la antena para aumentar la ganancia. Recordemos que para una antena clásica con una longitud de 5λ/8 ya no es posible aumentar la longitud, ya que el lóbulo lateral del diagrama aumenta bruscamente y el principal disminuye. Habiendo invertido la corriente en la parte inferior de la antena, es aconsejable aumentar su longitud otros λ/8 para eliminar la bobina de adaptación. El resultado será la conocida antena colineal en fase, propuesta en 1911 por el ingeniero Marconi Franklin. La antena Franklin es un cable vertical dividido en secciones de media onda, entre las cuales se conectan bobinas (Fig. 2,a) o líneas de un cuarto de onda (Fig. 2,6). En estos elementos están “escondidas” las medias ondas inversas de la corriente. Las corrientes en las secciones radiantes resultan estar en fase (Fig. 2, c), lo que estrecha el diagrama y reduce significativamente el lóbulo lateral (Fig. 2, d). El ancho de banda de dicha antena es de varios por ciento.
La dinámica de los cambios en el patrón de radiación al aumentar la altura de la antena y el número de "pisos" (según Franklin) se ilustra en la Fig. 3, tomado de (2).
Los diagramas se muestran nuevamente para el caso de una tierra perfectamente conductora. El suelo debajo de la antena se puede clasificar como conductor o dieléctrico calculando la tangente de pérdida (la relación entre las corrientes de conducción y las corrientes de desplazamiento): tgδ = jnp/jcm = δ/ωεε0. Para los conductores es mucho mayor que la unidad y para los dieléctricos es mucho menor. La tangente de pérdida depende de la frecuencia. El mismo suelo estará cerca de un conductor cuando se trabaje en ondas medias, pero en las bandas de alta frecuencia HF y VHF (¡el rango de frecuencia que nos interesa!) resultará ser un dieléctrico. Y esto cambiará la fase de reflexión del suelo a la opuesta, y en dirección hacia el horizonte ya no habrá un máximo del patrón de radiación, sino un mínimo. En este caso, el lóbulo principal del patrón de radiación se arranca de la superficie y se dirige en un cierto ángulo hacia ella (cuanto más pequeño, más alta está instalada la antena sobre el suelo). En otras palabras, cuando se opera sobre tierra conductora, la antena 5λ/8 en realidad supera al dipolo de media onda. Esto puede explicarse por el estrechamiento del patrón de radiación debido al hecho de que la parte radiante principal se encuentra más arriba de la superficie, lo que compensa la disminución del campo debido a la radiación de la parte inferior. Si la antena 5λ/8 está ubicada en un espacio abierto, dicha compensación no se producirá y su ventaja sobre el dipolo de media onda desaparece. Lo anterior se aplica en menor medida a los sistemas de antenas de varios pisos compuestos por antenas VHF de 5λ/8 de longitud. La separación de las secciones principales que emiten media onda a una distancia mayor, como en el caso de una tierra conductora, estrecha el diagrama y compensa las pérdidas por radiación de las secciones con corriente inversa. Pero incluso en este caso, excluir las secciones "inversas" debería dar una ganancia. No se sabe si hubo algún debate entre Ballantyne y Franklin sobre los méritos de sus antenas. Lo más probable es que no. ya que las antenas fueron creadas para propósitos completamente diferentes. Pero entre los radioaficionados tales disputas surgen repetidamente. Espero que los argumentos presentados en el artículo ayuden a los partidarios de las antenas de modo común en estos debates. Y la conclusión práctica a la que llegó el autor de estas líneas es la siguiente. Si decide hacer una antena omnidireccional vertical y al mismo tiempo tiene la oportunidad de hacerla con una altura mayor que λ/2, pero menor que λ, entonces obtendrá el mayor efecto positivo no con los “cinco octavos lambda ”, pero con la antena Franklin (ver Fig. 2). Literatura
Autor: V.Polyakov (RA3AAE)
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