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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antena direccional de tres bandas Spider. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas de alta frecuencia La idea de crear una antena KB direccional muy ligera y portátil, hecha de alambre y tensada entre varillas telescópicas de vidrio y plástico, aunque no es nueva, está atrayendo cada vez más la atención de los radioaficionados. El operador de onda corta alemán Cornelius Pohl (DF4SA) propuso una variante de diseño en la que se colocan tres antenas de cable de "canal de onda" en un marco de cuatro varillas: dos de tres elementos para 20 y 15 metros y una de cuatro elementos para un alcance de 10 metros. . La antena, a pesar de su portabilidad y bajo peso, tiene muy buenas características en términos de factor de directividad y patrón de radiación. El interés en la antena DF4SA es grande, por lo tanto, con el permiso de su creador, brindamos una descripción de la "Spider". Introducción. "Spider" ("Spider") es una antena tribanda de tamaño completo, muy liviana, construida con varillas y alambre de vidrio y plástico. El peso total de la antena de aproximadamente 5,5 kg la hace ideal para su uso en el campo. Una fotografía de la antena levantada sobre un mástil de aluminio de diez metros se muestra en la fig. 1.
Cualquier mástil telescópico ligero y dispositivos giratorios de antenas de televisión son adecuados para la antena. Las cargas de viento en la antena son pequeñas. Es fácil de montar e instalar por una sola persona. El tamaño de la antena plegada y empaquetada no supera los 1,2 m. En la fig. 2.
En términos de ganancia (ganancia) G y relación de radiación hacia adelante/hacia atrás (F/B), la "Spider" no es inferior a otras antenas de tamaño completo, incluidas las estacionarias. La potencia de radiación admisible en modo continuo es de 2 kW. Los principales datos de la antena se muestran en la Tabla 1.
La tarea principal al instalar la antena es elevarla a la altura más alta posible. Las antenas con incluso una ganancia pequeña, elevadas a una altura alta, dan una mejor señal que las antenas con una ganancia grande, pero instaladas a una altura baja. El pequeño peso de la "Spider" facilita su elevación a gran altura. También simplifica la selección de la ubicación óptima de instalación. Es conveniente usar la antena cuando se viaja, instalarla en las cimas de las montañas circundantes, en islas, torres de castillos y faros, e incluso en cualquier techo. Esta antena se compara favorablemente con los "haces" tribanda pesados convencionales. El montaje de la antena es simple, no se utilizan elementos complejos especiales en el diseño. La falta de un procedimiento de sintonización hace que la antena sea accesible para los principiantes. El costo de los materiales para la fabricación de la antena es bajo y aún puede ahorrar en el mástil y el dispositivo giratorio. El desarrollo de la antena fue facilitado por la familiaridad con la solución original y elegante de Dick Bird (G4ZU), quien propuso su "Bird Yagi": una antena de "canal de onda" de tres elementos con un director de alambre curvo en forma de V y un reflector. También se le llama "arco y flecha". Sin embargo, no había descripciones de diseños de rango múltiple en la literatura, por lo que el DF4SA tuvo que asumir un desarrollo independiente. Después de innumerables intentos de simulación por computadora, finalmente se logró obtener una antena virtual que cumple con los requisitos. Los problemas mecánicos y estructurales permanecieron: la antena tenía que ser liviana pero rígida, proporcionar protección contra la humedad, tener características eléctricas repetibles sin importar cuántas veces se ensamblara y desarmara. El montaje no debería haber sido difícil y no requirió ninguna herramienta especial. Todos estos requisitos se cumplieron y el autor disfrutó viendo cómo la antena capeó fácilmente una fuerte tormenta mientras operaba desde STZEE durante el CONCURSO CQ WW CW de 2002. Principios básicos de la construcción de una antena.. "Spider" es un canal de olas de 10, 15 y 20 metros. Está formado por tres antenas de hilo anidadas unas dentro de otras, tensadas sobre una cruz común de fibra de vidrio ("araña"). Estas antenas, a su vez, contienen tres elementos para el rango de 20 metros, tres elementos para el rango de 15 metros y cuatro elementos para el rango de 10 metros. El elemento activo de la antena consta de tres dipolos individuales para las bandas de 20, 15 y 10 metros, interconectados únicamente en el punto de alimentación. Como resultado, no se utilizan bobinas ni circuitos ("escaleras") en el diseño de la antena. Para la transición de un cable coaxial no balanceado a un dipolo balanceado, se utilizó un dispositivo de choque simple y de banda ancha propuesto por W2DU. Esto hace que el sistema de energía sea muy simple y confiable. No se requieren líneas de fase u otros dispositivos coincidentes. El esquema general de la antena (vista superior) y las dimensiones de instalación de los elementos (en centímetros) se muestran en la fig. 3.
Las longitudes de los cables (en centímetros) de los elementos pasivos de la antena se dan en la Tabla 2.
Cabe señalar que estos datos son válidos solo cuando la antena está hecha de alambre de cobre o cobreado con un diámetro de 1 mm sin aislamiento. Otros tipos de cables, especialmente los cables aislados, requerirán alguna corrección en las dimensiones de los elementos, lo que está asociado con un cambio en el factor de velocidad, el cual, a su vez, depende de la velocidad de propagación de la onda a lo largo del cable. La corrección también puede ser necesaria cuando se usan aisladores en los extremos de los cables de la antena. Es muy importante mantener las dimensiones exactas de la antena durante su fabricación. Un error de incluso un centímetro (!) Conducirá a un cambio en los parámetros. De lo anterior se deduce que los cables de la antena no deben extraerse bajo carga. Lo mejor es utilizar alambre de acero revestido de cobre, cuyos datos se pueden encontrar en [1]. Cuando la primera copia de la antena se hizo con alambre de cobre suave ordinario con aislamiento de esmalte, algunos elementos durante el montaje y desmontaje de la antena se estiraron incluso 10 cm, lo que provocó que las frecuencias resonantes "se fueran" y el patrón de radiación se deterioró. La relación de radiaciones adelante/atrás sufrió especialmente. El diseño del elemento activo se muestra en la fig. 4. Consta de tres dipolos, que deben estar ubicados en un plano vertical, estrictamente uno encima del otro. Al igual que con otros dipolos de rango múltiple, cuanto más lejos estén entre sí, menor será su interacción.
La distancia entre el dipolo superior de 20 m y el dipolo inferior de 10 m debe ser de unos 50 cm También es importante que el dipolo de 10 m se extienda al menos unos centímetros desde el tubo portador de fibra de vidrio. De lo contrario, la ROE puede fluctuar un poco cuando la varilla de fibra de vidrio se moja con la lluvia. Las longitudes de los dipolos (en centímetros) se dan en la Tabla 3.
El dispositivo de equilibrio ("balun") puede ser muy simple, ya que la impedancia de entrada de la antena en los puntos de alimentación ya es cercana a los 50 ohmios. Por lo tanto, no se requiere igualación de resistencia. Todo lo que se necesita es cambiar de un cable de alimentación coaxial no balanceado a una antena balanceada. Por lo tanto, en lugar del transformador toroidal, fue posible utilizar un simple estrangulador de cable coaxial en esta antena. La versión más simple de un estrangulador de cable coaxial es una bobina de unas pocas vueltas (5...10) directamente cerca del punto de alimentación. Sin embargo, el funcionamiento de un estrangulador de este tipo depende en gran medida de la frecuencia, el tipo de cable en sí, el diámetro y la longitud de la bobina. Otro problema surge si el diámetro de bobinado es menor que el permitido para un tipo de cable dado: con el tiempo, los parámetros del cable se deterioran. Una solución mucho mejor es usar un estrangulador coaxial como se describe en W2DU [2]. Es necesario tomar un trozo de cable coaxial delgado y colocar varios anillos de ferrita (de 16 a 50, según el tipo) en su aislamiento exterior, lo que aumenta efectivamente la impedancia de las corrientes que fluyen a lo largo de la superficie exterior de la trenza. Como resultado, estas corrientes se reducen significativamente. Si utiliza un trozo de cable con aislamiento de fluoroplástico (teflón), la potencia permitida suministrada a la antena puede alcanzar los dos kilovatios. Se coloca un trozo de cable con anillos de ferrita en una caja impermeable hecha de un perfil de plástico en forma de caja con tapa. En un extremo de la caja se monta un conector de cable estándar tipo S0239 y en el otro extremo se montan dos pernos para conectar las mitades del elemento activo. El diseño del dispositivo de equilibrio con la cubierta quitada se muestra en la Fig. 5.
El dispositivo también cumple otra función: fijado al mástil, eleva el punto de alimentación del elemento activo por encima de la conexión central de los elementos portantes de fibra de vidrio. Diseño de antena. Su base es la conexión central que se muestra en la Fig. 6.
Está compuesto por dos placas cuadradas de lámina de duraluminio y cuatro piezas de tubería (Fig. 7), en las que se insertan elementos portantes de fibra de vidrio.
Los tubos se sujetan entre las placas con ocho tornillos, los orificios oblongos en las placas le permiten ajustar la conexión a un diámetro de mástil específico, que puede ser de 30 a 60 mm. La conexión se sujeta adicionalmente de forma rígida al mástil con una pieza de perfil de duraluminio en forma de U (se sujeta con dos pernos a la placa superior) y una abrazadera en forma de U con tuercas. El diseño del nodo central asegura la ubicación del centro de gravedad de la antena exactamente a lo largo del eje del mástil, lo que reduce la carga sobre el mástil y el rotador. Los elementos de fibra de vidrio de 5 m de largo son las secciones inferiores de las varillas de fibra de vidrio de nueve metros. Para reforzar toda la estructura de soporte, se utilizó una serie de cables de sujeción hechos de hilo de Kevlar de 1,5 mm de diámetro, un método bien conocido desde los días de la flota de vela. La cuerda soporta romperse hasta 150 kg. Kevlar es bueno porque prácticamente no se estira y la antena conserva su forma durante la rotación y con cargas de viento significativas. La configuración de los arriostramientos se muestra en la fig. 8. Para su sujeción se recomienda utilizar nudos de vela que sujeten bien la carga y se desaten fácilmente al desmontar la antena.
Después de ensamblar la estructura de soporte, los elementos de alambre se unen fácil y rápidamente. En los lugares donde están doblados, así como en los extremos, se colocan piezas cortas de tubos aislantes de plástico sobre los elementos. Resultados y datos técnicos. La antena se levantó sobre un mástil de diez metros en un área abierta y sus parámetros se midieron cuidadosamente. Resultó que los cables de acero revestidos de cobre usados con un diámetro de 1 mm no requieren la introducción de un factor de velocidad, y los datos obtenidos de la simulación por computadora se pueden usar directamente en la fabricación de la antena. También resultó que los aisladores en los extremos de los cables (tubos de poliamida de 4 cm de largo, llenos de resina epoxi) afectan notablemente la frecuencia de resonancia de los elementos, reduciéndola en unos 100...200 kHz. Este efecto debe tenerse en cuenta acortando los cables en consecuencia. Los resultados de las mediciones de la ganancia y la relación de radiación hacia adelante/hacia atrás y hacia adelante/hacia los lados se muestran en la Tabla 4. Los valores de ganancia se dan en relación con un radiador isotrópico, y entre paréntesis, en relación con un dipolo. Se obtuvieron aproximadamente los mismos valores que para una antena de tres bandas moderna típica con una longitud transversal de la portadora (pluma) de 6 ... 7 m.
Los valores de la relación de radiación hacia delante/hacia los lados son algo menores, debido a que los elementos activos no se encuentran en el mismo plano horizontal que los pasivos. Sin embargo, esto tiene algún mérito: al buscar en un rango, el operador, aunque débilmente, escucha señales provenientes de otras direcciones. Como ejemplo, en la fig. La Figura 9a muestra los patrones de antena a 14,12 MHz en los planos azimutal y vertical, calculados utilizando el programa de simulación de antena NEC. El cálculo se realizó para una altura de instalación de la antena de 10 m sobre la superficie terrestre. En la fig. La figura 9b muestra patrones de radiación similares cuando la antena está instalada a una altura de 20 m. 9c muestra la ganancia y la relación de radiación hacia adelante/hacia atrás en función de la frecuencia.
Durante el trabajo de campo en varias expediciones, la "Araña" justificó plenamente las esperanzas puestas en ella. Puede encontrar más información sobre la antena y una descripción detallada de su tecnología de fabricación en el sitio web de DF4SA [3]. Algunas discusiones útiles de la construcción, así como traducciones de la descripción a otros idiomas, están disponibles en [4]. La antena también se modeló utilizando el programa de simulación de antenas MMANA. Los resultados obtenidos difieren poco de los dados anteriormente. Literatura
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Comentarios sobre el artículo: Vladimir ¡Excelente! Gracias por la info!
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