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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antena VHF con adaptación J. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas VHF Esta antena ha sido durante mucho tiempo y merecidamente popular entre los radioaficionados. Su diseño es sencillo, fácil de configurar y compatible con un alimentador con cualquier impedancia característica. Sin embargo, sus grandes dimensiones (la longitud total es de 0,75λ) dificultan su uso en bandas de HF. Pero en las bandas VHF se utiliza con bastante frecuencia.
La antena (Fig. 1) es un vibrador de longitud λ/2, accionado desde el extremo a través de un dispositivo de adaptación realizado en forma de línea abierta de un cuarto de onda, cerrada en el extremo inferior. La alta impedancia de entrada de un vibrador de media onda cuando se alimenta desde el extremo (varios kiloohmios) se transforma fácilmente en la impedancia característica del cable eligiendo la distancia óptima desde los puntos de alimentación (X1, X2) hasta el extremo cerrado del la línea. El uso de una línea abierta como transformador garantiza bajas pérdidas con altas relaciones de transformación. La ganancia de la antena J es de +0,25 dBd, que es ligeramente superior a la ganancia del dipolo (debido a la línea de dos hilos). La antena J vertical, debido a una simetría incompleta, tiene una pequeña radiación con polarización horizontal (Fig. 2).
Modificamos la antena J doblando la línea de un cuarto de onda 90 grados (Fig. 3). Con un poco de ajuste de tamaño, no es difícil lograr una buena adaptación y una ganancia de 0 dBd. Sin embargo, en esta versión de antena una parte notable de la radiación ya está polarizada horizontalmente. Es causada por una corriente de modo común en una línea de dos cables, que desempeña el papel de contrapeso (pantógrafo) en la antena J.
Agreguemos otro vibrador de media onda, conectándolo al extremo libre de la línea de dos hilos (Fig. 4). Obtenemos una estructura completamente simétrica en el plano vertical. No hay corriente de modo común en una línea de dos hilos, así como radiación con polarización horizontal. Esta opción es una antena colineal de dos vibradores de media onda alimentados a través de una línea de cuarto de onda cerrada en su extremo.
SM0VPO describe una antena de este tipo en su sitio web en el artículo “Antena VHF colineal de 6 dB de Harry Lythall - SM0VPO”. Su ganancia (aproximadamente 2,4 dBd) se obtiene estrechando el patrón de radiación en el plano vertical. En el plano horizontal, el diagrama de radiación es circular. La antena es estructuralmente muy simple y puede estar hecha de una sola pieza de varilla o tubo de aluminio. Para mantener la simetría de la antena, es recomendable conectar el cable de alimentación a través de un transformador balun. SM0VPO utiliza un transformador balun con codo en U. Puede limitarse a unos pocos anillos de ferrita colocados en el cable cerca del punto de alimentación de la antena. Llamemos a este diseño antena Super-J para abreviar. ¿Qué otras modificaciones son posibles?
Al agregar reflectores al diseño, obtenemos una antena Super-J de dos elementos (Fig. 5). Esta ya es una antena colineal direccional con una ganancia de +5,8 dBd. Y si sumamos directores, obtenemos una antena Super-J de tres elementos (Fig. 6) con una ganancia de +8 dBd (Fig. 7). Un intento de añadir un segundo director da un aumento en la ganancia de sólo 0,8 dB, pero aumenta notablemente la longitud de la antena...
¿Cuál es la ventaja de estas antenas sobre Yagi multielemento? Con la misma área, sus ganancias son aproximadamente iguales, pero las ventajas de las antenas Super-J son la corta longitud del brazo, el pequeño radio de giro asociado y la facilidad de adaptación. Las desventajas incluyen la necesidad de utilizar un mástil dieléctrico, al menos en su parte superior. En la Fig. La Figura 8 muestra una fotografía de una antena Super-J de tres elementos para el rango de 144 MHz, fabricada con varilla de aluminio de 8 mm de diámetro.
En los espacios entre los elementos se encuentran un mástil dieléctrico (por ejemplo, fibra de vidrio) y un espaciador aislante. En la Fig. 9 se muestran con líneas más gruesas. Es mejor pasar el cable de alimentación horizontalmente detrás de los reflectores y devolverlo al mástil formando un bucle ancho, lejos de los extremos del reflector. En esta zona (cerca de la antena), es recomendable colocar núcleos magnéticos de ferrita tubulares (de los cables de alimentación del monitor) en el cable cada 0,5 m.
Se puede fabricar una antena Super-J de tres elementos similar para el rango de 430 MHz. En la tabla y en la Fig. 10 muestra las dimensiones de diseño requeridas para frecuencias de 145 y 435 MHz. Las dimensiones de los elementos y la distancia entre sus ejes se indican en centímetros (D es el diámetro de los conductores de aluminio o cobre con los que está hecha la antena). La impedancia de entrada en el punto de alimentación es de 50 o 200 ohmios. Si se utiliza un codo en U para equilibrar, transforma la resistencia del alimentador a 200 ohmios, por lo que el punto de conexión a la línea de dos cables estará un poco más lejos del extremo cerrado. En este caso, las dimensiones del bucle correspondiente cambian ligeramente (ver tabla).
Таблица
Las dimensiones de los elementos marcados con un asterisco se especifican durante la instalación. Para facilitar la configuración, se recomienda que el dispositivo de adaptación esté hecho con dos contactos móviles (deslizadores): uno, que cierra la línea de dos cables, se usa para sintonizar la resonancia, el segundo, que conecta el alimentador, se usa para emparejar el nivel mínimo de ROE. Esto le permite configurar rápidamente la antena, pero después de seleccionar las posiciones de las diapositivas, es necesario garantizar un contacto confiable (soldadura o pernos). La eficiencia de la antena depende en gran medida de la resistencia de contacto. Vale la pena recordar que el contacto cobre-aluminio es inadmisible y que el contacto está protegido de la humedad. Por el contrario, los requisitos para la resistencia de contacto en el extremo abierto del codo en J no son estrictos, ya que la corriente allí es mínima. Inicialmente, la antena se fabricó según la Fig. 4 a una frecuencia media de 145 MHz a partir de una varilla de aluminio con un diámetro de 8 mm. Estaba unido a un tubo de fibra de vidrio de 23 mm de diámetro, utilizado como mástil. Como balun se utilizó un tubo de ferrita colocado en el cable cerca del punto de alimentación de la antena. Sus pruebas demostraron que cuando la antena se coloca sobre una mesa de madera paralela al suelo y cuando se coloca verticalmente, los ajustes no coinciden. Por tanto, la antena debe sintonizarse instalándola verticalmente. Basta que la distancia desde los extremos inferiores de los vibradores al suelo sea de aproximadamente 0,5 m. Al mover el puente de cierre a lo largo del bucle de dos hilos y mover los puntos de conexión de los cables (estos ajustes son interdependientes), fue bastante fácil Haga coincidir la antena con SWR <1,1 en la frecuencia deseada. La banda de frecuencia operativa de la antena en términos de ROE<1,5 superó los 5 MHz. Luego se fijaron al mástil botavaras, también de varilla de aluminio de 8 mm de diámetro, y vibradores activos, ya que no se disponía de tubos dieléctricos de la rigidez requerida. En el punto medio de los vibradores, el voltaje es cercano a cero, por lo que el brazo conductor tiene poco efecto sobre las características de la antena, lo cual fue confirmado por el modelado preliminar. En las plumas se instalaron reflectores y directores, cuyas longitudes se calcularon según el cálculo del modelo utilizando el programa MMANA. La línea de dos hilos y las botavaras se fijan al mástil mediante placas de plástico vinílico de 10 mm de espesor y soportes en forma de U. Los elementos de la antena se fijan a los brazos mediante pernos y soportes en forma de U de duraluminio. Los elementos pasivos redujeron drásticamente la impedancia de entrada de la antena. Sin embargo, se encontró un mínimo de ROE débilmente expresado. Moviendo el puente y cambiando los puntos de conexión del cable, encontramos una posición donde la ROE mínima correspondía a una frecuencia de 145 MHz y no excedía 1,2. Las longitudes de los vibradores no eran ajustables. En comparación con sintonizar una antena de un solo elemento, sintonizar una antena de tres elementos es mucho más agudo y crítico. El ancho de banda en el nivel SWR <1,5 era de aproximadamente 3 MHz. La longitud del cable resultó ser un poco más corta y la distancia desde el extremo cerrado del cable hasta el tomacorriente con un cable con una resistencia de 50 ohmios fue ligeramente mayor que los valores calculados. El rendimiento de la antena se evaluó previamente en condiciones urbanas (entre edificios altos que cubrían completamente el horizonte) con su eje ubicado sobre el suelo a una altura de sólo 1,5 m. En comparación con una varilla de un cuarto de onda de un automóvil, dio un aumento de señal. de 2...3 puntos para comunicaciones en distancias de 10...50 km. La direccionalidad en el plano horizontal era claramente pronunciada. La impresión general es que la antena funciona. Se realizaron evaluaciones más precisas del rendimiento de la antena Super-J en áreas abiertas en condiciones de dacha, cuando la antena se levantó sobre un mástil de 7 m de altura y se comparó su rendimiento con el rendimiento de una antena "cuadrada" de cuatro elementos con vertical. polarización. Las antenas se instalaron alternativamente en el mismo mástil de fibra de vidrio en el mismo lugar. Se utilizó el mismo cable como alimentador y el mismo transceptor. Se evaluaron los trabajos de apertura y audibilidad de los repetidores ubicados a distancias de 30 a 100 km y las valoraciones de los corresponsales durante la realización de QSO en el canal directo a distancias de hasta 70 km. En la mayoría de los casos las estimaciones fueron muy cercanas. Si has oído "cuadrado", también has oído Super-J. El "cuadrado" de cuatro elementos tenía un patrón de radiación más estrecho en el plano horizontal, por lo que debía apuntarse con mayor precisión al corresponsal para obtener la máxima calificación; el Super-J casi no estaba girado. La impresión general es que las antenas tienen ganancias aproximadamente iguales y una buena supresión del lóbulo posterior. La antena bajo prueba es dos veces más ligera que las "cuadradas" y tiene un par y una resistencia al viento significativamente menores. Los archivos para modelar las antenas descritas en el programa MMANA se pueden descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/01/ant86_30.zip. Autor: Vladislav Shcherbakov (RU3ARJ)
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