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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antena HF direccional de siete bandas BMA-7. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas de alta frecuencia Una antena de onda corta, o al menos una que funcione en la mayoría de las nueve bandas de HF de aficionados, es el sueño de muchos operadores de onda corta. La tarea de crear una antena multibanda se vuelve mucho más complicada cuando se trata de una antena direccional. En el artículo publicado se propone una solución interesante. Las ideas utilizadas por UT1MA en este diseño pueden ser útiles para los de onda corta en su propio desarrollo de antenas KB. Las antenas multibanda direccionales de "canal de onda" para comunicaciones de radioaficionados son muy populares, son producidas por docenas de empresas en muchos países. Dichas antenas se fabrican principalmente utilizando circuitos resonantes de separación: TRAP o escaleras [1, 2]. A pesar de las ventajas obvias, esta tecnología rara vez se usa en el diseño de antenas de aficionados, lo que se explica, en primer lugar, por la complejidad de la fabricación artesanal de una escalera confiable y finamente ajustada. Recientemente han aparecido diseños de antenas en los que el problema del funcionamiento multibanda se resuelve de una forma más sencilla, utilizando los denominados circuitos de carga multibanda (LOad Multiband o LOM por sus siglas en inglés). El elemento principal de dicha antena es una bobina con cierta inductancia, ubicada en un lugar determinado del elemento activo o pasivo. El mecanismo de acción de la carga LOM es que a frecuencias relativamente altas, la bobina provoca una reflexión importante de la corriente, por lo que su distribución en la parte "pre-bobina" se aproxima a la distribución en un dipolo convencional con una longitud de hombro de aproximadamente 0,25 λ. A bajas frecuencias, la corriente se propaga a lo largo de todo el brazo de la antena y la bobina funciona como una bobina de extensión [3]. Intentemos comparar los parámetros principales de dos dipolos de tres bandas: con escaleras y con bobinas LOM. Los cálculos se realizaron utilizando el programa de antena MMANA (TNX JE3HHT y DL2KQ para un programa excelente). La figura 1a muestra un dibujo de un dipolo para los rangos de 10, 20 y 40 metros. Los brazos del dipolo son simétricos, lo que permite mostrar solo la mitad del dipolo para simplificar la figura. Partimos del hecho de que los condensadores trampa L1C1 (frecuencia de resonancia f1 = 28,3 MHz) y L2C2 (f2 = 14,15 MHz) están formados por tubos situados dentro y fuera de la bobina. Tenga en cuenta que este diseño de condensadores tecnológicamente conveniente tiene un inconveniente importante: debido a la influencia de estos tubos, el factor de calidad de las bobinas (y el circuito en su conjunto) disminuye 3 ... 4 veces y en muchos modelos no supera Q = 80 ... 100. En consecuencia, las pérdidas en los circuitos y su calentamiento aumentan en la misma cantidad. Aceptamos C1 = 25 pF, C2 = 15 pF, Q1 = 100 y Q2 = 80, y el diámetro del conductor de la antena (tubo) es de 30 mm. Las secciones de dipolo ab, cd, por ejemplo, tienen longitudes en las que el componente reactivo de la resistencia de entrada es cercano a cero en los tres rangos.
Los diagramas del cambio en la magnitud de la corriente a lo largo del dipolo en diferentes rangos se muestran en las Figs. 1b (alcance 10 metros), fig. 1,c (20 metros) y la fig. 1, g (40 metros). Las flechas en los diagramas muestran la dirección de la corriente en las partes correspondientes del dipolo. MMANA muestra que también hay una pequeña corriente en las partes del dipolo ubicadas detrás de las escaleras, que aparece como resultado de la interferencia del área de trabajo de la antena. En un rango de 10 metros, esta corriente aumenta significativamente, alrededor de 0,4 dB, la ganancia de la antena al estrechar el patrón de radiación (DN) y también aumenta la impedancia de entrada de la antena. Los resultados del cálculo se resumen en la tabla. En él, R es la impedancia de entrada de la antena en resonancia. La ganancia G se da con respecto a un dipolo de media onda sin trampas. Por separado, se destacan las pérdidas de calor totales en dos bobinas PL1 y dos PL2, ya que la confiabilidad de la antena depende directamente de estas pérdidas. G es el ancho del lóbulo principal del patrón a -3 dB, o 0,707 del máximo. Al estimar las pérdidas de calor, se puede suponer que 0,1 dB corresponde a aproximadamente el 2,4 % de la potencia total. La longitud total del dipolo es de 2x6,7 m. En la fig. 2, y también muestra un dipolo para los alcances de 10, 20 y 40 metros, pero, a diferencia del primero, no utiliza escaleras, sino bobinas LOM. Los valores L1 y L2, las longitudes de las secciones ab, cd, eg y las cargas capacitivas EH1 y EH2 se eligen de modo que el componente reactivo de la resistencia de entrada sea cercano a cero en los tres rangos. En particular, la longitud de la primera sección ab será entonces del orden de 0,25 de longitud de onda para un alcance de 10 metros. Debido a la presencia de L1 en este rango, la forma de la curva de corriente en la sección ab es casi igual a la de un dipolo de media onda.
La corriente detrás de la bobina en la sección cd es varias veces menor que en la primera sección. Esto es importante, ya que aquí la corriente tiene la dirección opuesta y su acción conduce a la expansión del RP y, en consecuencia, a una caída en la ganancia del dipolo. Para minimizar este efecto indeseable, se introduce una carga capacitiva EH1, que "toma el control" y excluye parte de la contracorriente de la radiación. La magnitud de la corriente en la sección cd también depende de la inductancia de la bobina L1 y será tanto menor cuanto mayor sea ésta. Por otro lado, el aumento de la inductancia de la bobina conduce a una disminución del ancho de banda en la segunda banda (20 metros), por lo que la elección de la inductancia de esta bobina es un compromiso inevitable. En un rango de 20 metros, los elementos L2 y EH2 funcionan de manera similar, y la bobina L1 funciona como una bobina de extensión. En 40 metros ambas bobinas son bobinas de extensión. Los diagramas de corrientes a lo largo del conductor de esta versión del dipolo se dan en la fig. 2,6 (10 metros), fig. 2,c (20 metros) y la fig. 2, g (40 metros). El cálculo mostró que los valores óptimos serían L1 = 3,5 µH y L2 = 18 µH. La longitud total del dipolo es de 2x5,8 m con un diámetro de tubo de 20 mm en la sección extrema y 30 mm en el resto. La longitud de EH1 es de 0,8 my EH2 es de 0,6 m, los tubos tienen 16 mm de diámetro. Los parámetros calculados también se dan en la tabla, que es conveniente para la comparación. En los cálculos, el factor de calidad de las bobinas L1 y L2 se toma como 250, lo cual es bastante realista.
La comparación de las pérdidas térmicas en los dipolos TRAP y LOM muestra que la segunda pérdida es 2...3 veces menor. Bajo las mismas otras condiciones de diseño, la antena LOM puede soportar más potencia. Sin embargo, si se utilizan condensadores externos en las trampas, ambos tipos de antenas serán aproximadamente iguales en este indicador. Una propiedad útil de la antena LOM es su no criticidad para el valor de la inductancia de las bobinas. Si se desvía del valor calculado en un 10 %, la afinación resonante se restaura fácilmente ajustando la longitud de los elementos EH. En este caso, los parámetros de la antena cambian de manera insignificante. También hay una ventaja obvia: no es necesario utilizar condensadores de alto voltaje diseñados para una alta potencia reactiva. Después de utilizar con éxito la tecnología LOM en una antena multibanda vertical [3, 4], el autor intentó aplicar esta tecnología en un vibrador activo (AB) de una antena direccional simple para bandas de siete KB, de 10 a 40 metros. AB está diseñado para usar un alimentador de 50 ohmios sin ninguna conmutación. Además del AB, la antena incluye cinco reflectores en los rangos de 10, 12, 15, 17, 20 metros, y en las bandas de 30 y 40 metros, solo funciona un vibrador activo en la antena. La apariencia de la antena experimental, que recibió el nombre del autor BMA-7 (Beam Multiband Antenna para 7 bandas), se muestra en la fig. 3.
Esquemáticamente, el circuito eléctrico de su vibrador activo se muestra en la fig. 4. Cada brazo AB (que se muestra condicionalmente solo uno de los dos) consta de cuatro conductores, cuyos comienzos convergen en el punto de alimentación.
La base estructural de la antena es un vibrador central, que consta de tres segmentos de tubos de duraluminio, entre los cuales se encuentran las bobinas L1 y L2. Este vibrador opera en 10, 20 y 40 metros. Los vibradores de hilo PV15 y PV17 proporcionan rangos de 15 y 17 metros. La bobina L4 con una pequeña inductancia permite reducir la longitud del vibrador PV17 a las dimensiones requeridas por razones de diseño. El vibrador PV12 trabaja en el rango de 12 metros, y junto con la bobina L3 y el conductor adicional PVZO se obtiene un emisor de 30 metros de alcance. Naturalmente, hay influencias mutuas entre los componentes del AB, pero, sin embargo, en general, se obtienen siete resonancias claras y SWR a frecuencias medias de todos los rangos dentro de 1,1 ... 1,4 (solo AB, sin reflectores). Un dibujo más detallado de AB con las dimensiones principales en dos proyecciones se muestra esquemáticamente en la fig. 5.
Los vibradores de hilo PV están fabricados con hilo trenzado en aislamiento vinílico de la marca PVZ con una sección transversal de 2,5 metros cuadrados. milímetro Para soportar los vibradores de alambre, se utilizaron pequeños aisladores de tuerca IO y aisladores de antena de plástico IE de la empresa "Antennopolis" (Zaporozhye). Estos aisladores miden 17x17x115 mm y tienen cuatro orificios: dos en los bordes y dos en el medio. La bobina L4 tiene 7 vueltas y está enrollada directamente en la parte media del aislador del cable emisor PV17. El emisor de alambre PV12 está fijado a cierta distancia del vibrador central mediante espaciadores dieléctricos RP. Los extremos lejanos (del centro de la antena) de los emisores PV15 y PV17 se fijan mediante estrías de polipropileno PP en el tubo EH2. El reflector de alcance de 10 metros está hecho de un tubo con un diámetro de 20 mm y tiene una longitud de 5,3 m, el alcance de 15 metros - de tubos con diámetros de 30, 20, 16 y 10 mm (longitud total 7,235 m) , la gama de 20 metros - de tubos con diámetros de 30 y 20 mm (longitud total 10,51 m). Las distancias de AB a los reflectores de los rangos de 10, 15 y 20 metros son de 2,05, 2,6 y 3,7 m, respectivamente. Los reflectores de las gamas de 12 y 17 metros son de alambre trenzado en aislamiento vinílico de la marca PVZ-2,5 y se ubican respectivamente encima de los reflectores de 15 y 20 metros (ver Fig. 3) de tal forma que la parte media de El reflector de alambre es 0,5 m más alto que el reflector de tubo y los extremos están a 0,2 m. La longitud total del reflector del rango de 12 metros es de 5,5 m, el rango de 17 metros es de 7,75 m. Las cargas capacitivas son de un tubo con un diámetro de 16 mm, la longitud de EH1 es de 1,3 m y EH2 es de 1,6 m Datos de la bobina: L1 - marco con un diámetro de 33 mm, cable MGTF con una sección transversal de 1 sq. mm, número de vueltas - 9, bobinado apretado, impermeabilización con cinta aislante NOVA ROLL; L2 - marco con un diámetro de 32 mm, MGTF 0 sq. mm, número de vueltas - 75; L24 - marco con un diámetro de 3 mm, MGTF 40 sq. mm, 0,75 vueltas. La antena se probó experimentalmente primero en una maqueta y luego se presentó una muestra real. El vibrador activo se ajustó utilizando un medidor de ROE de puente: en los rangos de 10 y 20 metros cambiando la longitud de las cargas capacitivas, y en el rango de 40 metros cambiando la longitud de la sección final. Los rangos restantes se ajustan seleccionando las longitudes de los vibradores de alambre. Fue difícil calcular la longitud de los reflectores de alambre debido a la presencia de aislamiento de vinilo en el alambre y la proximidad de los reflectores de tubo; se sintonizaron usando el GIR a una frecuencia que difería de la frecuencia promedio de este rango en un 3% abajo. La longitud total del vibrador activo es de 2x6,35 m. Después de recibir el programa informático MMANA, el cálculo del vibrador activo (rango de 10, 20 y 40 metros) mostró cómo se pueden obtener los mismos parámetros reduciendo las longitudes de EH y la longitud total del vibrador activo (ver los datos de cálculo arriba). El cable de alimentación se combina con el AB utilizando solo un elemento adicional: un condensador con una capacidad de 56 pF / 2,5 kVA, conectado en paralelo a la entrada de la antena. El equilibrado se realiza mediante un estrangulador de protección L5 de 15 vueltas del cable coaxial del alimentador RG-58, enrollado sobre un núcleo magnético anular de ferrita de 65 mm de diámetro fabricado en material 300VN. El inductor y el condensador correspondiente se colocan en una carcasa protectora y se montan en un puntal de acero RP1 en el centro del AB, que soporta los elementos PV15 y PV17. No debe olvidarse (al modelar una antena, en particular) que los segmentos de cable que van al transformador (unos 10 cm de largo cada uno) están incluidos en la longitud eléctrica AB. La parte central AB (hasta las bobinas L2) está formada por un tubo de 30 mm de diámetro, y los tramos extremos están formados por tubos de 20, 18 y 10 mm de diámetro, insertados unos en otros. La antena está alimentada por un cable PK50-7 de 30 metros de largo. Después de una ligera corrección de las longitudes de los elementos AB, se obtuvieron los siguientes valores: SWR: a frecuencias medias de los rangos dentro de 1,1 ... 1,4; la banda de frecuencias de funcionamiento para ROE ≤ 2 es de 10 MHz en la banda de 1 metros, 12 MHz en las bandas de 15, 17 y 0,5 metros, 20 MHz en la banda de 0,32 metros, 30 MHz en la banda de 0,09 metros y en en el rango de 40 metros - 0,18 MHz. Las mediciones se realizaron con un instrumento DRAKE WH7. La verificación de la antena "en el aire" mostró que la relación de avance / retroceso en rutas medias en un rango de 20 metros se encuentra dentro de 12 ... 15 dB, en los rangos superiores: 15 ... 18 dB. En 40 metros en comparación con el Inv. V, resultó que en la dirección de su máxima radiación, la antena BMA-7 no era inferior a la Inv de tamaño completo. V, pero en la dirección lateral superaba en 1...2 puntos. Los valores calculados de la ganancia en los rangos de 10...20 MHz son 4...4,5 dBd. ¿Es posible mejorar los parámetros de esta antena agregando directores? Esto es bastante difícil por las siguientes razones. En primer lugar, los directores de las gamas inferiores empeoran significativamente los parámetros de las superiores. Para eliminar este fenómeno, será necesario introducir escaleras, bobinas LOM o tomar otras medidas especiales. En segundo lugar, será difícil utilizar métodos de comparación estándar con un alimentador debido a la dispersión de las resistencias de entrada en diferentes rangos. Quizás, es en la forma descrita que la antena puede ser de interés para la onda corta "promedio". En cuanto a sus parámetros, la antena BMA-7 está cerca de una antena logarítmica periódica de 6 ... 8 metros de largo, pero tiene elementos para 30 y 40 metros. También se puede observar que entre las ondas cortas occidentales, es popular una antena FORCE-4 C12 simple con una longitud de brazo de 3,6 m, que tiene dos elementos cada uno en las bandas de 10, 15, 20 metros y uno en la banda de 40 metros con dos comederos (el precio es de unos $700). En conclusión, podemos decir que, tal y como muestra este trabajo, la tecnología LOM se puede aplicar con éxito en antenas multibanda, compitiendo de igual a igual con la tecnología TRAP. El autor desea agradecer a Boris Kataev (UR1MQ) por su inestimable ayuda durante la instalación y puesta a punto de la antena BMA-7. Literatura
Autor: E.Gutkin (UT1MA), Lugansk, Ucrania
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