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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antena de cuadro acortada eléctricamente. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas VHF En varios casos prácticos, las dimensiones de la antena, proporcionales a la longitud de onda, son inaceptablemente grandes. Por lo tanto, se desarrollaron antenas eléctricamente acortadas (pequeñas). También es importante que la antena sea el único elemento que emite o recibe energía electromagnética. Una de las variantes de tales antenas, una antena de cuadro acortada eléctricamente, se analiza en el artículo. Los experimentos se llevaron a cabo en frecuencias de 14, 27 y 430 MHz. Una antena de cuadro tiene las mejores propiedades cuando cubre el área más grande para un perímetro dado, es decir, es un marco redondo. Pero por conveniencia de consideración, volvamos al marco cuadrado y la polarización vertical de las ondas emitidas (recibidas) (Fig. 1a).
El coeficiente de directividad (DAC) de un marco cuadrado con un perímetro e = λ (λ es la longitud de onda) en el espacio libre en comparación con un dipolo de media onda es de 1,35 dB con una resistencia de rΣ = 100 Ohm [1]. Se puede considerar que un bucle cuadrado polarizado verticalmente consta de dos dipolos verticales de media onda cargados en los extremos (carga capacitiva) y separados por un cuarto de longitud de onda. No hay radiación hacia arriba y hacia abajo, ya que las corrientes en los conductores horizontales del marco se anulan entre sí. La distribución de corriente I y voltaje U a lo largo del conductor del marco se muestra en la fig. 1b. Los puntos A y C, antinodos de corriente, son puntos de potencial cero. Cuando la antena está conectada al espacio en el punto A, un dipolo recibe corriente y el otro, en los puntos B y D, con voltajes en contrafase. Los patrones de radiación del marco ubicado en el espacio libre, en los planos vertical y horizontal, se muestran en la fig. 1 c, dy tienen una forma similar al patrón de radiación de un dipolo de media onda [2]. El acortamiento eléctrico de la antena de cuadro se puede llevar a cabo aumentando la carga capacitiva de los dipolos al encender los antinodos de voltaje, es decir, en los puntos B y D, capacitancias, lo que además cambia la fase del voltaje en estos puntos en 180 ° (Fig. 2, a). Llamemos a esta antena una antena de cuadro acortada de dos medios cuadros.
La corriente en el circuito del marco ahora fluye en una sola dirección (Fig. 2, b), es decir, las corrientes en los conductores opuestos del marco resultan tener direcciones opuestas entre sí. Esto significa que no hay radiación en la dirección perpendicular al plano del marco, es decir, el patrón de radiación es aproximadamente un círculo en el plano vertical y una "figura ocho" en el horizontal (Fig. 2, c, d). Si consideramos dos dipolos de media onda con corrientes iguales en direcciones opuestas como un análogo de esta antena, entonces la ganancia en el plano horizontal en relación con el patrón de radiación circular es de 3,8 dB [1]. Por lo tanto, esta antena en sus propiedades se acerca a una antena magnética, una antena con una distribución de corriente constante a lo largo del contorno del bucle y que irradia principalmente el componente magnético del campo electromagnético en la zona cercana. La antena en consideración tiene cuatro puntos de potencial cero: A, C - antinodos de corriente y B, D - puntos medios de las distancias entre las placas de los capacitores - nodos de voltaje. En consecuencia, la antena puede alimentarse cerca de estos puntos. La forma más fácil es usar un adaptador en forma de T cuando se alimenta en el antinodo actual (Fig. 3, a) [2] o un divisor de voltaje capacitivo cuando se conecta a un nodo de voltaje (Fig. 3, b) [1].
Los parámetros aproximados del circuito de conexión se pueden determinar a partir de las siguientes consideraciones.
Se conoce otra versión de una antena de cuadro acortada eléctricamente: un dipolo de media onda con una carga capacitiva, doblado en un marco (Fig. 4, a). Para implementar esta antena, el perímetro del bucle debe ser inferior a la mitad de la longitud de onda. Puntos de potencial cero: el punto A y el centro de la distancia entre las placas del condensador C (Fig. 4, b). El patrón de radiación coincide aproximadamente con el patrón de radiación de una antena de cuadro de dos medios cuadros. La línea eléctrica se conecta cerca de los puntos de potencial cero, como se hace en una antena de cuadro con dos medios marcos.
Una antena de cuadro acortado de dos medios cuadros se caracteriza por una distribución más uniforme de la amplitud de la corriente a lo largo del conductor del cuadro en comparación con una antena de cuadro con un cuadro continuo, por lo tanto, con los mismos perímetros, tiene una gran resistencia a la radiación rΣ y, como resultado, una mayor eficiencia ηA (eficiencia). La ganancia según los datos de medición alcanza los 3 dB a e/λ = 0,2. Se realizó el estudio de una antena de cuadro acortado de dos medios marcos en frecuencias de 14, 27 y 430 MHz. Para una frecuencia de 14 MHz, un marco cuadrado hecho de alambre de cobre con un diámetro de 2 mm tenía un perímetro e = 0λ, capacitancia 2C = 22 pF, factor de calidad de una trama descargada Q = 100, resistencia a la radiación rΣ = 2 Ω, resistencia de entrada en el antinodo de corriente rin = 10 Ω, eficiencia ηA - 0,1 y ancho de banda 0,3 MHz. Para conectar un cable con una impedancia de onda Pl = 50 Ohm, un divisor de voltaje capacitivo constaba de capacitores C = 47 pF y Cn = 510 pF, y la longitud de la sección del conductor del marco para la adaptación en forma de T eτ = 160 mm. El balanceo se realizó mediante un anillo de ferrita y varias vueltas de un cable coaxial [2]. La antena se utilizó como receptor de habitación para monitorear el trabajo de las estaciones de radioaficionados. En algunos casos, fue posible reducir el nivel de las señales de interferencia debido a la simetría de la antena, que atenúa la interferencia de modo común, y la presencia de "nulos" en el diagrama de radiación. Para una frecuencia de 27 MHz, se construyeron varias antenas a partir de dos medios marcos con perímetros e = (0,1 ... 0,5) % Su estudio arrojó lo siguiente. Para la antena de cuadro bajo consideración, la resistencia a la radiación cae muy fuertemente con una disminución en el tamaño. Depende del cuadrado del área (o la cuarta potencia del perímetro del marco circular). Por lo tanto, para antenas de cuadro con un perímetro e < 0,1 A, la resistencia a la radiación es mucho menor que la resistencia a la pérdida, y el ancho de banda de la antena está determinado únicamente por los parámetros del circuito LC de la antena. Para una antena de cuadro con un perímetro e > 0.2A. la resistencia a la radiación se vuelve acorde con la resistencia a la pérdida, el factor de calidad comienza a disminuir y el ancho de banda y la eficiencia de la antena aumentan. Además, al alimentar la antena, es deseable asegurarse de que las partes centrales de los vibradores, es decir, los antinodos de la corriente, estén libres de elementos de conexión. Por lo tanto, un divisor de tensión capacitivo es preferible a una adaptación en forma de T. La antena de cuadro de 430 MHz medía 36x22 mm y estaba hecha de alambre de cobre plateado con un diámetro de 1,5 mm. Las capacitancias 2C consistían en condensadores recortadores de 1...5 pF. Se utilizó el emparejamiento asimétrico en forma de T. La malla del cable con Pl = 50 Ω se conectó al punto de potencial cero, el antinodo actual y el núcleo central, a una distancia de 10 mm. El ancho de banda de la antena cargada es de 4,5 MHz, la eficiencia es de 0,05 ... 0,1. La antena de cuadro considerada es simétrica, no requiere contrapeso, tiene cero puntos potenciales (lo que permite el uso de métodos de suministro de energía convencionales), puede ajustarse mediante capacitores variables, no es muy sensible a la presencia de objetos dieléctricos y poco conductores en su vecindad inmediata, y no contiene elementos de adaptación inductivos. Para un perímetro dado, la antena de cuadro redondo más corta, que consta de dos medios marcos, alimentada a través de un divisor de voltaje capacitivo con las pérdidas más bajas posibles en el material del marco y los condensadores, tiene la mayor eficiencia. Literatura
Autor: N. Turkin, San Petersburgo
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