|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antenas LW transmisoras de aficionados. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas de alta frecuencia En varios países (incluida Rusia), además de las bandas HF y VHF, a los radioaficionados también se les asigna una pequeña sección en la banda LW (135,7 ... 137,8 kHz). Después de los experimentos en este rango, realizados por el equipo RU6LWZ (la revista habló de ellos en la edición de junio de este año), el interés por kDV entre los radioaficionados rusos ha aumentado notablemente. A muchas personas les gustaría comenzar a experimentar con esta banda, pero su desarrollo se ve obstaculizado en gran medida por la falta de información ampliamente disponible sobre qué técnica se necesita para esto. El artículo propuesto está dedicado, quizás, al aspecto principal de la tecnología DW: las antenas transmisoras. En la actualidad, la tarea principal que debe resolverse para el amplio desarrollo del Lejano Oriente por parte de los radioaficionados rusos es aumentar el número de estaciones de transmisión de aficionados del Lejano Oriente. En efecto, antes de recibir señales, es necesario que existan. Si en HF las señales de las estaciones de radioaficionados son muy fuertes incluso a grandes distancias del transmisor, para iniciar experimentos en LW es muy conveniente que la fuente de la señal esté relativamente cerca. Este problema es especialmente agudo para los radioaficionados en la parte asiática de nuestro vasto país. Es algo más fácil para los radioaficionados que viven en la parte europea de Rusia. En Europa occidental, hay bastantes radioaficionados que transmiten en ondas largas, cuyas señales pueden recibirse a distancias de hasta mil o dos mil kilómetros cuando se trabaja con un telégrafo convencional y hasta varios miles de kilómetros cuando se usa QRSS (telégrafo lento con procesamiento de señales en una computadora). El principal problema que debe resolver cualquier radioaficionado que comience a trabajar en el rango LW es la construcción de una antena transmisora. Todos saben que en KB la antena afecta en gran medida el éxito en el trabajo, pero en LW, tal vez, esta influencia sea aún mayor. Un transmisor para frecuencias del orden de 136 kHz es relativamente fácil de fabricar. No es muy diferente de un transmisor KB. ¡Pero la antena es un asunto completamente diferente! Las propiedades de la antena dependen fundamentalmente de la relación entre la longitud de onda y las dimensiones de la antena, y la longitud de onda correspondiente a la banda amateur de 136 kHz es de unos 2,2 km, que es más de diez veces la longitud de onda máxima utilizada anteriormente por los radioaficionados. Las antenas LW son significativamente diferentes de las que se usan comúnmente en HF. La copia directa de antenas KB en LW es imposible, ya que se obtendrán antenas de tamaños completamente inaccesibles para los radioaficionados. Además, en LW normalmente no es posible ofrecer un diseño específico de radioaficionado de la antena transmisora. Está determinado en gran medida por las condiciones locales y, por regla general, el radioaficionado tiene que diseñar la antena él mismo. Aunque esto no es difícil, ya que el LW no tiene la variedad de tipos de antena que se observa en el KB, sin embargo, diseñar una antena LW requiere cierta comprensión de cuáles son sus parámetros, cómo afectan el funcionamiento de la antena, de qué dependen y cómo mejorar el funcionamiento de todo el complejo transmisor, que consta de un transmisor y una antena. Todo esto impulsó al autor a escribir este artículo, que analiza los principios básicos para crear antenas de transmisión LW para aficionados. Por supuesto, la mayor parte del material presentado en el artículo se puede encontrar en la literatura profesional, pero aún no ha habido una presentación específica para radioaficionados. Esto no es sorprendente, ya que la banda LW ha estado disponible para los radioaficionados recientemente. El autor trató de evitar una teoría compleja, limitándose solo a una presentación cualitativa y las fórmulas más simples, que sin embargo son necesarias para un diseño significativo de una antena. En este caso, se prestó la atención principal a la diferencia fundamental en el diseño de las antenas HF y LW. El éxito de esto es para que los lectores lo juzguen. Un rasgo característico de las antenas LW es su tamaño, que es mucho más pequeño que un cuarto de la longitud de onda. Esto es cierto incluso para las estaciones de LW profesionales, y más aún para las de aficionados. De hecho, el pin de cuarto de onda para el rango de 136 kHz, familiar para KB, debería tener una altura de más de 500 m, ¡como el de la torre de televisión Ostankino! El segundo punto importante que se debe tener en cuenta a la hora de diseñar y fabricar una antena transmisora de LW es que la polarización de las ondas emitidas por la antena debe ser exclusivamente vertical. Esto se debe a las propiedades de la tierra: a frecuencias tan bajas, está cerca de un conductor ideal y la altura de cualquier antena LW real es mucho menor que la longitud de onda. No será posible irradiar efectivamente un campo eléctrico horizontal por la simple razón de que la tierra simplemente "cortará" este campo. Hablando más estrictamente, la razón es que, como se sabe en electrodinámica, el vector de campo eléctrico en la superficie de un conductor ideal siempre es perpendicular a la superficie. Por supuesto, la tierra todavía no es un conductor perfecto y la altura de la antena, aunque pequeña, no es cero. Por lo tanto, el uso de antenas transmisoras bajas (en comparación con la longitud de onda) con polarización horizontal (por ejemplo, un dipolo horizontal) en LW es extremadamente interesante y requiere experimentos. Pero es imposible recomendar tales antenas transmisoras a un radioaficionado que recién comienza a trabajar en el Lejano Oriente. Los experimentos relevantes requieren una experiencia sólida, y es necesario comparar la antena experimental con algo conocido. Debido al hecho de que las dimensiones de cualquier antena LW real son mucho menores que un cuarto de longitud de onda, las antenas transmisoras LW se pueden dividir en dos grandes clases: eléctricas y magnéticas. Las antenas magnéticas son marcos cerrados, la mayoría de las veces de forma rectangular, ubicados necesariamente en un plano vertical (¡polarización vertical!) Y con dimensiones de al menos decenas de metros. Algunos radioaficionados de Europa Occidental y los Estados Unidos han experimentado con este tipo de antenas transmisoras y han podido irradiar una potencia no mucho menor que las antenas eléctricas de tamaño comparable. Pero aún así, esta es todavía una clase experimental de antenas transmisoras. El tipo principal de antena transmisora en el LW es un radiador vertical muy acortado alimentado en relación con el suelo. Esto último significa que el segundo polo para conectar el generador está conectado a tierra. Muchas de estas antenas tienen una masa de cables dispuestos horizontalmente. Pero enfatizamos que solo la parte vertical de la antena es el radiador en sí, y todos los conductores horizontales sirven únicamente para crear la corriente más grande posible y distribuida uniformemente en el cable vertical. Algunos tipos de antenas transmisoras de LW se muestran esquemáticamente en la Fig. una.
En la fig. 1a muestra una antena en forma de hilo vertical sin carga capacitiva; en la Fig. 1b - una antena vertical con una carga capacitiva en forma de "paraguas", que puede ser parte de los tirantes que sostienen el mástil; en la Fig. 1, c - antena T de tres haces; en la Fig. 1,d - antena G de haz único con carga capacitiva inclinada; en la Fig. 1,e - antena T de haz único con carga capacitiva inclinada; en la Fig. 1, e - antena en T de un solo haz con una parte "vertical" inclinada, en la fig. 1, g - antena de "haz oblicuo". Las posibles configuraciones de antena no se limitan a las que se muestran en la Fig. 1. Por ejemplo, es posible una antena G multihaz. El número de conductores que componen el "paraguas" (Fig. 1b) no es necesariamente igual a cuatro. La parte vertical también puede constar de varios hilos paralelos o en abanico, etc. También es evidente que en muchos casos una antena HF se puede utilizar como antena LW cambiando la forma en que se alimenta. Por ejemplo, un dipolo KB funcionará bien como una antena T si conecta ambos cables de alimentación y los alimenta con respecto a tierra. Tenga en cuenta que ninguna de estas antenas está alimentada por cable coaxial. Todos ellos son, por así decirlo, "antenas con un alimentador abierto de un solo cable", aunque en realidad este "alimentador" es en realidad un radiador. Un radioaficionado, que ha experimentado repetidamente problemas asociados con la interferencia de televisión cuando trabaja en KB, puede ser muy escéptico acerca de tal suministro de energía a la antena transmisora. Especialmente cuando se recomienda además utilizar tuberías de agua como conexión a tierra. El autor se apresura a tranquilizarlo: la interferencia de TV suele ser un problema mucho menor en LW que cuando se trabaja en HF. Tomemos un ejemplo de la práctica. El cable de la antena llegaba a un transmisor con una potencia de unos 50 vatios a una altura de varios centímetros por encima de la tapa superior del televisor. En él había una bombilla de luz de neón que brillaba intensamente cuando se presionaba la tecla. ¡Y al mismo tiempo, no se observó ninguna interferencia con la recepción de televisión! Puede que no siempre la situación sea tan favorable, pero al parecer, los televisores son insensibles a los campos electromagnéticos de tan bajas frecuencias. Dado que la altura de la antena LW es siempre mucho menor que un cuarto de la longitud de onda, la parte reactiva de la impedancia de entrada de un radiador eléctrico vertical siempre tiene un carácter capacitivo y es muy grande en comparación con la parte activa de la impedancia de entrada. Para que la corriente en la antena alcance un valor significativo, la parte capacitiva de la resistencia de entrada de la antena debe compensarse con una inductancia, cuya reactancia es igual en valor absoluto a la reactancia de la capacitancia de la antena. Por lo tanto, el uso de una bobina de extensión en el DW es absolutamente obligatorio (la bobina no se muestra en la Fig. 1). La bobina de extensión está conectada en serie con la antena. Para poder estimar la inductancia necesaria de la bobina de extensión, es necesario conocer la capacitancia de la antena, que es un parámetro muy importante de la antena transmisora de LW. Cuanto mayor sea la capacitancia de la antena, menor será la inductancia de la bobina de extensión necesaria. En consecuencia, cuanto mayor sea la capacitancia de la antena, menor será la pérdida inútil de potencia del transmisor debido a la resistencia óhmica (activa) de la bobina de extensión. Y la pérdida de potencia en la bobina de extensión es muy significativa cuando se trabaja en DW. Además, con una mayor capacitancia de la antena, el voltaje en ella disminuye, lo que en LW, incluso con un transmisor de potencia relativamente baja, alcanza unidades o incluso decenas de kilovoltios. Reducir el voltaje en la antena simplifica el problema de aislamiento. Hay otras razones, de las que hablaremos más adelante, cuando hablemos de las llamadas "pérdidas ambientales", por las que uno debe esforzarse por hacer que la capacitancia de la antena sea lo más grande posible. Es el aumento de la capacidad total de la antena (junto con la obtención de una distribución de corriente más uniforme en la parte vertical) la razón por la que en las antenas transmisoras de LW se intenta que la parte horizontal sea lo más grande posible y muchas veces a partir de varios hilos paralelos (antenas multihaz en forma de L y de T). La capacitancia de una antena DV con una precisión aceptable para la práctica de radioaficionados se puede estimar mediante una regla simple: cada metro de cable de antena (tanto en la parte vertical como en la horizontal) proporciona alrededor de 6 pF de capacitancia de antena. Si varios cables son paralelos entre sí, entonces, con una pequeña distancia entre ellos, la capacitancia total disminuye. Por lo tanto, al fabricar una antena en forma de L o T con una parte horizontal multihaz, debe, si es posible, mantener una distancia entre los cables de al menos 2 ... 3 m Más no tiene sentido, y una distancia menor conduce a una disminución de la capacitancia por metro de cable. La reactancia de la capacitancia de la antena se puede encontrar mediante la conocida fórmula Xc = 1/(2πfС). Dado que la reactancia de la bobina de extensión debe ser la misma en valor absoluto, la inductancia se puede encontrar a partir de la relación de la reactancia y la inductancia XL = 2πfL. Para fines prácticos, las fórmulas que se obtienen al sustituir el valor de frecuencia f \u136d 1170000 kHz y convertir las unidades de medida son más convenientes: Xc \u0,85d 0.85 / C, XL \uXNUMXd XNUMX L, L \uXNUMXd XL / XNUMX, donde las resistencias se sustituyen en ohmios, capacitancia - en picofaradios e inductancia - en microhenrios. Es bastante tosco para cálculos aproximados que a una frecuencia de 136 kHz, la reactancia de una capacitancia de 1000 pF es de 1000 ohmios y aumenta proporcionalmente con una disminución de la capacitancia en comparación con 1000 pF. En consecuencia, para la inductancia, cada microhenrio da alrededor de 1 ohmio. Estos números son fáciles de recordar. Muy a menudo no se necesita una alta precisión de los cálculos, ya que los valores calculados aún deberán refinarse experimentalmente. ¡La influencia de los objetos que rodean la antena es teóricamente extremadamente difícil de tener en cuenta! Para imaginar el orden de los parámetros de una antena en un entorno típico de radioaficionado, hagamos una estimación para este ejemplo. Sea una antena en forma de L o T con una parte horizontal de un solo haz de 80 m de largo, ubicada a una altura de 20 m, la longitud de la parte vertical será de 20 m, la longitud total del cable será de 100 m, la capacitancia de dicha antena será de aproximadamente 600 pF, es decir, la parte reactiva de la resistencia de entrada es de aproximadamente 2000 ohmios. Para compensar la reactancia de la capacitancia de la antena, se requerirá una bobina de extensión con una inductancia de poco más de 2000 μH. Puede surgir la pregunta, ¿por qué no encontrar la inductancia de la bobina de extensión, conociendo la capacitancia de la antena y utilizando la fórmula para un circuito oscilatorio convencional? Por supuesto, es posible y así. Pero el cálculo a través de las reactancias permite estimar, por ejemplo, el voltaje en las antenas a una corriente dada y la resistencia de pérdida de la bobina de extensión con su factor de calidad conocido.Entonces, en el ejemplo anterior, es inmediatamente claro que el voltaje en la antena será de aproximadamente 2000 V por cada amperio de corriente en la antena. Debido a que la parte activa de la impedancia de entrada de la antena es mucho más pequeña que la parte reactiva, el voltaje a través de la antena en voltios es aproximadamente igual a la corriente de la antena en amperios multiplicada por la reactancia de la antena en ohmios. La resistencia de pérdida de una bobina, su reactancia y factor de calidad están relacionados por una fórmula simple: Rcat = XL/Q. Con un factor de calidad Q = 200, la resistencia de pérdida será 2000/200 = 10 ohmios. El segundo parámetro extremadamente importante de la antena LW es su altura efectiva. Sin tener en cuenta la dependencia de la altura efectiva de los detalles del diseño de la antena, observamos dos casos límite. La altura efectiva de un solo cable vertical sin carga capacitiva en la parte superior es igual a la mitad de su altura geométrica. Para una antena en forma de L o T con una capacitancia de la parte horizontal mucho mayor que la capacitancia de la parte vertical, la altura efectiva se aproxima a la altura de suspensión de la parte horizontal de la antena sobre el suelo. Notamos de inmediato que debemos esforzarnos por hacer que la altura efectiva de la antena sea lo más grande posible, al menos 10 ... 15 metros, y preferiblemente 30 ... 50. Pero, quizás, 50 m sea el máximo alcanzable en condiciones normales de aficionado. Aproximadamente esta será la altura efectiva de la antena en forma de L o T con una gran parte horizontal suspendida entre dos edificios de 16 pisos. ¿Por qué es tan importante la altura efectiva de la antena? El caso es que cuando las dimensiones de la antena son mucho menores que la longitud de onda, la intensidad de campo que recibe el corresponsal es directamente proporcional al producto (lo denotamos como A) de la corriente en la antena y la altura efectiva de la antena, medida en metros. Cuanto mayor sea la altura efectiva de su antena, más fuerte será su señal. La potencia radiada por la estación transmisora Rizl (¡no confundir con la potencia de salida del transmisor!) está relacionada con este producto mediante una relación simple (para una frecuencia de 136 kHz): Rizl = 0.00033A2. Veamos un ejemplo para entender los valores resultantes. Si la altura efectiva de la antena es de 20 m, la intensidad de la corriente en la antena con una potencia de salida del transmisor de 100 W suele estar en el rango de 1 ... 3A. Deje que resulte ser 2 A. Luego A \u40d 0,5 metros y la potencia radiada será de XNUMX W. Se puede ver en el ejemplo que la eficiencia de las antenas transmisoras LW de aficionados es muy baja, porque solo se emite el 0,5% de la potencia proporcionada por el transmisor. ¡Y sigue siendo muy bueno! A menudo, la eficiencia es inferior al 0,1%. Y solo cuando se usan antenas "gigantes" (según los estándares de radioaficionados), la eficiencia puede alcanzar varias decenas de porcentaje. Un ejemplo es la antena de la primera DXpedición rusa de onda larga realizada por el equipo RU6LWZ, cuando se utilizó un mástil de más de 100 m de altura. La baja eficiencia de las antenas LW transmisoras de aficionados conduce al hecho de que la potencia de radiación se mide generalmente en décimas o incluso centésimas de vatio, y rara vez alcanza unos pocos vatios. Sin embargo, incluso con poderes radiados tan escasos, los aficionados, utilizando tipos especiales de trabajo (principalmente QRSS - telégrafo lento), realizan comunicaciones a distancias de miles, o incluso 10 ... ¡15 mil kilómetros! Al mismo tiempo, el telégrafo ordinario gestiona las comunicaciones de varios cientos y, a veces, con buena transmisión, antenas receptoras especiales y un bajo nivel de interferencia, de uno a dos mil kilómetros. Vemos que la situación con la transmisión de antenas LW es radicalmente diferente a lo que estamos acostumbrados en HF. Si en HF la eficiencia suele estar cerca del 100% (con la excepción quizás de la banda de 160 metros, y no siempre), entonces en LW es muy pequeña. Si estamos tratando de enfocar la radiación en una dirección en HF y operamos con el concepto de ganancia, entonces en LW la radiación siempre es prácticamente circular y no hay necesidad de hablar de amplificación. Si nos esforzamos por obtener ángulos de radiación suaves en HF, el ángulo de radiación es siempre casi el mismo en LW. Si en HF la antena suele alimentarse a través de un cable coaxial y nos esforzamos por conseguir una buena ROE, entonces en LW la antena siempre se alimenta directamente y el concepto de ROE pierde sentido. Lo único por lo que hay que "luchar" cuando se trabaja en LW es por la potencia radiada, o lo que es lo mismo, el número máximo de "metros en la antena". Consideremos ahora con más detalle cómo la altura efectiva de la antena depende de sus dimensiones geométricas y detalles de diseño para los tipos de antenas más comunes. Como ya se ha señalado, la altura efectiva de un simple hilo vertical con una carga capacitiva en la parte superior (Fig. 1a) es simplemente igual a la mitad de la altura geométrica de la antena. De manera similar, la altura efectiva de la antena de "haz oblicuo" (Fig. 1, g) es igual a la mitad de la altura del punto superior de la antena. Si la antena tiene una carga capacitiva horizontal (por ejemplo, Fig. 1, c), entonces la altura efectiva hd de dicha antena está determinada por la relación de las capacitancias de las partes verticales Sv y Cr horizontales, así como la altura de suspensión geométrica h de la parte horizontal. Se puede encontrar mediante la fórmula hd \u1d h (0,5-1 / (Cg / Sv + XNUMX)) Las capacidades de las partes horizontal y vertical de la antena pueden ser, como para toda la antena, determinadas por la regla "6 pF por metro de cable". De la fórmula se puede ver que si Cg es mucho mayor que Cv, entonces la altura efectiva hd se acerca a la altura geométrica p Se requiere una consideración especial para los casos de una parte "vertical" inclinada (Fig. 1, f) y una carga capacitiva inclinada (Fig. 1,6, d, e). Si la "parte vertical" está inclinada y la carga capacitiva es casi horizontal (Fig. 1, f), entonces casi nada cambia, solo C aumenta ligeramente debido al cable más largo, y la fórmula sigue siendo la misma. Si la parte vertical de la antena T está conectada con bastante precisión en el medio de la carga capacitiva inclinada (Fig. 1, e), la fórmula también funciona, solo que h necesita tomar la altura sobre el suelo del punto de conexión de la parte vertical a la horizontal. En esta antena, los componentes verticales del campo eléctrico, creado por los dos brazos de la carga capacitiva, se compensan mutuamente, pero en la antena en forma de L (Fig. 1, d), o en la antena "paraguas" (Fig. 1,6), tal compensación no ocurre. Por lo tanto, la fórmula se vuelve algo diferente: hd \u0,5d 1h ( 2 + a - a1 / (Cr / Sv + 1)), donde a \uXNUMXd hXNUMX / h es la relación de las alturas de los extremos superior e inferior de la carga capacitiva. Destacamos que para los casos mostrados en la Fig. 1b y la figura. 1, d no es deseable bajar el extremo inferior de la carga capacitiva hasta el suelo. Esto reducirá la altitud efectiva a 0,5 h. Si no es posible elevar estos puntos (por ejemplo, solo hay un mástil), es mejor continuar los cables que componen la carga capacitiva a tierra con un cable aislante (también puede usar el cable, rompiéndolo en dos o tres lugares con aisladores). Si los puntos de fijación de la antena están determinados por la "situación local" y el radioaficionado no desea hacer cálculos, entonces puede usar esta regla simple: debe esforzarse por asegurarse de que la cantidad máxima de cable esté ubicada lo más alto posible (y, como se verá a continuación, lejos de árboles, paredes, etc.). Bueno, y la altura actual, ¡qué sucede! Habiendo tratado el primer factor del "parámetro principal": el producto de la altura efectiva y la corriente en la antena, consideraremos de qué depende el segundo factor: la corriente en la antena y cómo aumentarla. Por supuesto, la intensidad de la corriente depende de la potencia del transmisor. Pero no solo. También depende de la parte activa de la resistencia de entrada R, que, a su vez, es la suma de la resistencia de pérdida Rp y la resistencia de radiación Rrad, como se muestra en el circuito equivalente de la Fig. 2.
La resistencia a la radiación (en ohmios) a una frecuencia de 136 kHz está determinada por la fórmula Rred \u0,00033d 2hdXNUMX y para antenas de radioaficionados generalmente no es más de unas pocas décimas de ohmio. En la gran mayoría de los casos, la resistencia de pérdida es mucho mayor que la resistencia a la radiación. En realidad, por eso se obtiene una eficiencia baja, igual a Rizl / (Rizl + Rp). En estas condiciones, la corriente en la antena depende principalmente de la resistencia de pérdida y la resistencia a la radiación casi no tiene efecto sobre la corriente. Es en esta relación de resistencia a la pérdida y resistencia a la radiación que radica la razón de la diferencia radical entre las antenas DW y HF. En KB, donde la intensidad de la corriente en la antena está determinada principalmente por la resistencia a la radiación, la magnitud de esta intensidad de corriente en sí misma no importa. La antena puede ser "alimentada por corriente" o "alimentada por voltaje", la intensidad de la corriente será diferente, pero la potencia de radiación será la misma. En el Lejano Oriente, la situación es fundamentalmente diferente. La corriente en la antena está determinada por la resistencia de pérdida y la potencia radiada es proporcional al cuadrado de la corriente. Por lo tanto, es necesario esforzarse para que la intensidad de la corriente sea lo más grande posible, para lo cual es necesario hacer que la resistencia a la pérdida sea lo más pequeña posible. Si se conoce la resistencia de pérdida en la antena Rp, entonces con una potencia de salida conocida del transmisor P, es fácil encontrar la intensidad actual I en la antena: I = v (P / Rp). La resistencia de pérdida es la suma de la resistencia óhmica del cable de la antena, la parte activa de la resistencia de la bobina de extensión, la resistencia de tierra y la llamada resistencia de pérdida ambiental. Este último está asociado a pérdidas de energía debidas a corrientes inducidas en objetos circundantes (casas, árboles, etc.). La resistencia del hilo de cobre de la antena con un diámetro de al menos 2 mm suele ser muy pequeña y puede ignorarse. Una excepción puede ser el caso cuando la parte horizontal de la antena (carga capacitiva) es muy larga (cientos de metros) y está hecha en forma de un cable delgado. Los componentes restantes de la resistencia a la pérdida son mucho más grandes. La pérdida de resistencia de una bobina de extensión ya es significativa, especialmente en factores de baja calidad. El factor de calidad es la relación entre la resistencia reactiva (inductiva) de la bobina a una frecuencia dada y la resistencia de pérdida. Estos últimos están compuestos por pérdidas en el circuito magnético, marco y alambre. Las antenas transmisoras de LW no utilizan bobinas con un circuito magnético, lo que está asociado con altas corrientes a las que es difícil evitar su saturación. Las pérdidas en el dieléctrico del marco suelen ser pequeñas, sin embargo, la recomendación es válida: cuanto menos material vaya al marco, mejor. Por supuesto, es deseable utilizar un dieléctrico de alta calidad. Pero la corriente RF fluye principalmente sobre la superficie del cable (efecto piel) y por lo tanto la resistencia es mucho mayor que en corriente continua o en frecuencias de audio. En muchos libros, puede encontrar una fórmula para la resistencia específica (en ohmios / m) de un cable de cobre, teniendo en cuenta el efecto piel: Rsp \u0,084d (XNUMX / d) vf donde d es el diámetro del cable en mm; f es la frecuencia en MHz. Parecería que puede calcular la resistividad del cable de la bobina usando esta fórmula, multiplicar por la longitud del cable y obtener la pérdida de resistencia en la bobina. Desafortunadamente, además del efecto piel, también existe el efecto de proximidad, lo que lleva al hecho de que la resistencia del cable en la bobina resulta ser significativamente mayor que la resistencia del cable recto. Debido a la influencia de las espiras entre sí, la corriente no fluye uniformemente sobre toda la superficie del alambre, sino principalmente a lo largo de la parte de la superficie que mira hacia el interior de la bobina. Por lo tanto, superficie menos efectiva - más resistencia. De acuerdo con los resultados de un estudio realizado por el autor, debido al efecto de proximidad, la resistencia del cable de una bobina de una sola capa aumenta en 1 + 4,9 (d / a) 2 veces, donde d es el diámetro del cable; a - paso sinuoso. Si el paso del devanado se hace pequeño (devanado vuelta a vuelta), la inductancia de la bobina aumentará una vuelta, se necesitarán menos vueltas y la longitud del cable también disminuirá. Pero el efecto de la proximidad aumentará significativamente. Si realiza un paso de enrollado grande, el aumento de la resistencia debido al efecto de proximidad será menor, pero tendrá que enrollar más vueltas y la longitud del cable será más larga. Resulta que hay un óptimo, que se observa cuando el paso de bobinado es aproximadamente el doble del diámetro del alambre. En otras palabras, el espacio entre las vueltas debe ser aproximadamente igual al diámetro del cable. ¿La pérdida de resistencia en una bobina depende del diámetro del alambre? Sorprendentemente, casi ninguno. Con un diámetro de cable más grande, la longitud del devanado aumentará, y si hace que la bobina sea multicapa, aumentará el efecto de proximidad. En consecuencia, habrá que hacer más vueltas. Si todo esto se analiza matemáticamente en detalle, se obtiene un resultado muy inesperado: ¡el factor de calidad de la bobina (y, en consecuencia, la resistencia de pérdida para una inductancia dada) depende principalmente del diámetro del marco de la bobina! Además, el factor de calidad es directamente proporcional a este diámetro. Y el factor de calidad casi no depende del diámetro del cable. Para evitar malentendidos, notamos que esto es cierto solo en el caso en que el diámetro del cable sea mucho mayor que el grosor de la capa de la piel. A una frecuencia de 136 kHz, esto se hace para alambre de cobre con un diámetro de 0,5 mm o más (este suele ser el caso). Así, para obtener bajas pérdidas, es necesario fabricar una bobina de gran diámetro. La relación entre el diámetro del marco y la longitud del devanado sigue teniendo cierta importancia. Se ha establecido que el factor de calidad de la bobina es máximo cuando el diámetro del marco es 2...2,5 veces mayor que la longitud del devanado. En estas condiciones, para una estimación muy aproximada (o mejor dicho, generalmente no es necesario) a una frecuencia de 136 kHz con un cable de cobre sólido, relaciones óptimas del paso del devanado y el diámetro del cable, así como el diámetro del marco y la longitud del devanado, el factor de calidad de una bobina de una sola capa se puede suponer igual al diámetro del marco en milímetros. Volvamos al ejemplo anterior, donde la reactancia de la bobina debería ser de unos 2000 ohmios, la resistencia activa debería ser de 10 ohmios y el factor de calidad debería ser de 200. El diámetro del marco debería ser de unos 200 mm. Habrá que elegir un diámetro de marco aún mayor para obtener una menor pérdida de resistencia en la bobina. Vemos que la bobina de extensión de la antena transmisora LW tiene que ser de dimensiones muy grandes. Por lo tanto, la bobina generalmente no está integrada en el transmisor, sino que se coloca por separado. Es cierto que existe una posibilidad de reducir significativamente las dimensiones de la bobina con las mismas pérdidas, o de reducir las pérdidas con las mismas dimensiones. Es necesario enrollar la bobina no con un cable de cobre sólido, sino con un cable trenzado especial para transmisores. Consiste en una gran cantidad (varios cientos) de conductores de cobre aislados muy delgados. Sobre los conductores suele haber una trenza de seda. Al usar una licencia, se debe prestar especial atención para asegurarse de que cada cable (!!!) esté soldado en los puntos de conexión de la bobina. Desafortunadamente, el autor no conoce ninguna teoría que permita calcular el factor de calidad de una bobina con licencia. Se sabe por experiencia que con las mismas dimensiones, el factor de calidad de una bobina con licencia es aproximadamente el doble que cuando se enrolla con un cable de cobre sólido. La resistencia de pérdida de la bobina de extensión es un componente importante de la resistencia de pérdida total de la antena. Pero si hace una bobina de un diámetro suficientemente grande, pero aún aceptable (200 ... 400 milímetros), la principal contribución a la pérdida total será la resistencia de tierra y la resistencia de pérdida del entorno. Por lo general, son difíciles de separar y, a menudo, esta resistencia total se denomina resistencia de tierra. Notamos de inmediato que la resistencia de tierra de RF no coincide en absoluto con la resistencia de tierra a bajas frecuencias. Entonces, si hay una conexión a tierra "electrotécnica" con una resistencia conocida, entonces, por supuesto, puede y debe usarse, pero su resistencia a una frecuencia de 136 kHz será mucho mayor que a una frecuencia industrial de 50 Hz. Desafortunadamente, generalmente es imposible para los radioaficionados calcular las pérdidas de tierra. Las fórmulas utilizadas por los profesionales no son aplicables para antenas de radioaficionados tan pequeñas en comparación con la longitud de onda. Y a diferencia de las profesionales, las antenas de aficionados suelen estar ubicadas entre casas, árboles y otros objetos, lo que afecta significativamente las pérdidas en la antena. Los radioaficionados generalmente no hacen una conexión a tierra especial, sino que usan tuberías de agua, etc. Esto también dificulta el cálculo. Así, tendremos que limitarnos a señalar que habitualmente la resistencia de pérdida en la puesta a tierra, junto con la resistencia de pérdida del entorno, es de unos 30-100 Ohmios, así como recomendaciones para reducir la magnitud de estas pérdidas. Como ya se mencionó, es necesario maximizar la corriente en la antena. Cuanto menor sea la resistencia a la pérdida, mayor será. Para reducir la resistencia de pérdida de conexión a tierra en la práctica de radioaficionados, es necesario conectar todo lo posible del metal enterrado en el suelo y ubicado en la superficie de la tierra. Pueden ser tuberías de agua, varias estructuras metálicas, etc. ¡Simplemente no use tuberías de gas! ¡Esto es inaceptable por razones de seguridad contra incendios! En la práctica profesional, para reducir las pérdidas en el suelo, la puesta a tierra se realiza bajo la forma del llamado "recubrimiento de tierra" debajo de la antena. Este es un sistema de cables enterrados a poca profundidad o sobre la superficie de la tierra. El área de revestimiento debería, si es posible, cubrir toda la superficie debajo de la parte horizontal de la antena, extendiéndose más allá de la proyección de la antena en el plano de tierra por una distancia del orden de la altura de la antena. Si no hay una parte horizontal (carga capacitiva), entonces el radio del revestimiento debe ser del orden de la altura de la antena. No es necesario en absoluto hacer una metalización en forma de un círculo regular, el radio simplemente significa un tamaño característico. Puede hacer que el radio de recubrimiento sea más grande, pero duplicarlo ya no tiene mucho sentido. Nuevamente, en la práctica profesional, la distancia entre los cables individuales del sistema de "revestimiento de tierra" se elige del orden de 1 metro y, a veces, incluso se utilizan láminas de metal sólidas. Es poco probable que esto sea posible en la práctica de la radioafición. Por lo tanto, incluso si se hace algo parecido a un sistema de conexión a tierra de este tipo, la distancia entre los cables probablemente será mayor. Cuánto depende de las capacidades de un radioaficionado en particular. Naturalmente, con una metalización más "rara" de la tierra, aumentan las pérdidas en la tierra. La puesta a tierra puede aumentar en gran medida la eficiencia de una antena de transmisión LW al reducir significativamente las pérdidas. Pero si el radioaficionado no tiene la oportunidad de metalizar el suelo debajo de la antena (lo que sucede con mayor frecuencia), ¡no se desespere! La mayoría de los radioaficionados de Europa occidental trabajan con éxito utilizando el suministro de agua existente como conexión a tierra. Por eso resulta que la resistencia de puesta a tierra de los radioaficionados es tan grande, mucho más que la resistencia de puesta a tierra de las antenas LW profesionales, donde la pérdida de resistencia en la tierra suele ser del orden de 1 Ohm, incluso para antenas relativamente pequeñas de estaciones LW de baja potencia. Y en las antenas de las estaciones de transmisión de LW, cuando decenas o incluso cientos de toneladas (!!!) de metal están enterradas en el suelo, incluso menos: décimas y, a veces, centésimas de ohmio. En consecuencia, la eficiencia en este caso llega a ser muy cercana al 100 por ciento. Pero los radioaficionados por lo general no tienen que depender de esto, a menos que logren, en ocasiones, usar una antena LW profesional. Pero no sólo la calidad del sistema de puesta a tierra determina las pérdidas en la antena. Si los conductores de la antena pasan cerca de casas, árboles, etc., hay pérdidas adicionales de energía de RF que van a calentar estos objetos circundantes. En realidad, esta es la pérdida del medio ambiente. Es necesario que los cables de antena bajo un alto potencial de RF estén ubicados, si es posible, a una distancia de al menos 1 ... 3 m de los objetos circundantes. Y si dicho cable es largo y corre paralelo al "objeto que interfiere", la distancia debe elegirse aún más. La situación se ilustra en la Fig. 3.
Las pérdidas en el caso de la fig. 3a es significativamente menor que en el caso de la Fig. 3b. El cable vertical en este último caso inducirá importantes corrientes de RF en la pared de la casa, lo que provocará una pérdida inútil de potencia del transmisor, gastándola en calentar la pared. Tal situación debe ser evitada. Pero, ¿y si es imposible llevar el cable vertical de la antena desde la pared? En este caso, tiene sentido modificar la antena como se muestra en la Fig. 3 en. Y aunque la corriente en el cable vertical será casi la misma que en el caso de la Fig. 3a, pero el potencial de RF en relación con el suelo será pequeño (es grande solo después de la bobina de extensión). En consecuencia, la influencia de la pared de la casa también disminuirá. Sin embargo, la bobina deberá tener una inductancia algo mayor, ya que la capacitancia de la antena a la que está conectada la bobina será solo la capacitancia del cable horizontal. En este caso, es inconveniente sintonizar una bobina alta. La solución es simple: coloque la mayor parte de la inductancia "arriba" y encienda un pequeño variómetro cerca del transmisor, solo para ajustar la antena a la resonancia. En este caso, el voltaje en el cable que pasa cerca de la pared aumentará un poco, pero no será tan significativo como en el caso de la Fig. 3b. Una situación similar se muestra en la Fig. 3d cuando el transmisor está ubicado en el último piso de un edificio de varios pisos. Parecería que la antena no tiene una parte vertical, pero en realidad la tiene. Es solo que el cable a tierra, por ejemplo, las tuberías de agua, juega su papel. Están ubicados muy cerca de las paredes, pero dado que prácticamente no hay potencial de RF en ellos, así como en la parte vertical de la antena en la Fig. 3c, la influencia de las paredes es débil. Entonces la antena funcionará bastante satisfactoriamente. Los ejemplos considerados muestran que se producen pérdidas especialmente grandes del medio ambiente cuando cerca de los objetos circundantes hay partes de la antena que tienen un alto potencial. Por supuesto, reducir el voltaje en toda la antena, así como reducir el voltaje en una parte de la antena, reduce la pérdida ambiental. Esto explica la observación anterior de que al aumentar la capacitancia total de la antena aumenta la eficiencia de la antena. De hecho, un aumento en la capacitancia de la antena conduce a una disminución en el voltaje a través de ella y, en consecuencia, a una disminución en la pérdida del medio ambiente. Con la misma potencia de transmisión en la parte vertical de la antena, será posible obtener una gran intensidad de corriente y, como resultado, aumentará la señal emitida. Por supuesto, las cifras anteriores y los comentarios a las mismas no agotan todas las situaciones que pueden ocurrir durante la implementación práctica de la antena. Pero el autor espera que ilustren un enfoque general para el diseño de una antena LW con pérdidas ambientales mínimas en determinadas condiciones. Pues bien, en cada caso, el radioaficionado tendrá que pensar, experimentar y tomar decisiones por su cuenta. En conclusión, solo unas pocas palabras sobre la conexión de la antena al transmisor. De lo anterior, está claro que la impedancia de entrada de la antena después de sintonizar la resonancia con la bobina en la mayoría de los casos no será igual a 50 o 75 ohmios. Pero no hay necesidad de esto, no hay cable coaxial. Solo necesita prever la posibilidad de ajustar la impedancia de salida en el transmisor. La forma más fácil de hacer esto es con un circuito transformador push-pull de la etapa de salida del transmisor. En este caso, el devanado secundario del transformador debe realizarse con tomas y un interruptor instalado. Parece que un rango de impedancias de salida de 5, 7, 10, 15, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200 ohmios es suficiente para cualquier antena de radioaficionado, incluidas las "muy malas" y las "muy buenas". Un interruptor estándar de 11 posiciones servirá. Para ajustar la antena a la resonancia, es muy recomendable tener un variómetro de un transmisor LW o MW. El autor utiliza un variómetro de la unidad de onda media de la estación de radio RSB-5, que tiene una inductancia máxima del orden de 700 μH. Por supuesto, es insuficiente, y una bobina de inductancia constante bastante grande se conecta adicionalmente en serie con el variómetro, y el variómetro sirve solo para el ajuste. En la versión descrita de la conexión entre la antena y el transmisor, el ajuste se reduce a seleccionar la posición del interruptor que proporciona la máxima corriente en la antena, ya ajustar la inductancia de la bobina de extensión. Después de cada conmutación de la impedancia de salida del transmisor, es necesario ajustar la inductancia (variómetro) para obtener resonancia, logrando la máxima corriente en la antena. Existen otras versiones del circuito de salida del transmisor y otros métodos de sintonización, pero su discusión nos alejaría demasiado del tema principal del artículo. Por lo tanto, al concluir la presentación, le deseo al lector experimentos exitosos, ¡y nos vemos en longitudes de onda largas! Autor: Alexander Yurkov (RA9MB)
Cuero artificial para emulación táctil.
15.04.2024 Arena para gatos Petgugu Global
15.04.2024 El atractivo de los hombres cariñosos.
14.04.2024
▪ Los coches autónomos de Google toman las carreteras ▪ Gran parque de bicicletas bajo el agua construido en Ámsterdam ▪ Fuentes de alimentación EVGA GQ Series 80Plus Gold
▪ sección del sitio Dispositivos de corriente residual. Selección de artículos ▪ artículo Lanza bucles. expresión popular ▪ ¿Por qué las ambulancias se llaman carruajes? Respuesta detallada ▪ artículo luk-tártaro. Leyendas, cultivo, métodos de aplicación. ▪ artículo Relé de parada de protección. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Hogar | Biblioteca | Artículos | Mapa del sitio | Revisiones del sitio
www.diagrama.com.ua |
Ver otros artículos sección 
Últimas noticias de ciencia y tecnología, nueva electrónica:
Todos los idiomas de esta página