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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antenas de tamaño pequeño de estaciones portátiles de comunicación SV. Parte 2. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas VHF 5. Antenas de látigo resonante extendidas por inductancia En radios CB portátiles y móviles, se utilizan antenas con una longitud de 30 ... 100 cm para radios portátiles y hasta 1,5 metros para radios móviles. Habiendo calculado la resistencia de entrada de las partes activas de pines tan cortos para una frecuencia de 27 MHz, obtenemos valores de 0,5 Ohm para 30 cm a 10 Ohm para 1,5 m Por supuesto, no es razonable conectar pines tan cortos a la etapa de salida del transmisor sin la coordinación adecuada. En primer lugar, la eficiencia de un pin como antena es baja y, en segundo lugar, es muy difícil hacer coincidir la baja resistencia del pin con la etapa de salida del transmisor. La solución más racional que llegó para resolver este problema fue que el pin es parte de un sistema complejo, que es una antena acortada. A continuación, se considera la eficiencia del pasador en un sistema de este tipo. La antena de látigo clásica es un vibrador de un cuarto de onda y un sistema de conexión a tierra debajo. En el caso más simple, el sistema de puesta a tierra es un sistema de balances de cuarto de onda. Naturalmente, es difícil utilizar un sistema de este tipo para una estación portátil. Por lo tanto, intentan acortar la antena y los contrapesos. Lo más sencillo en este caso es incluir una bobina de extensión en la antena. Pero incluso aquí la pregunta es, en qué punto de la antena incluir una bobina de extensión para obtener el máximo efecto. El cuerpo de la estación desempeña el papel del sistema de contrapeso. Inmediatamente debe prestar atención a la forma más ineficiente de alargar una antena corta: la inclusión de una bobina de extensión en su base (Fig. 9). La corriente máxima que fluye a través de la antena está en su base. De la teoría de las antenas se sabe que para obtener la máxima radiación de la antena y, en consecuencia, su máxima eficiencia, es necesario asegurar la máxima corriente en el elemento radiante de la antena y la máxima tensión en su elemento radiante. final. Aquí, la corriente máxima fluye a través de la bobina, por lo que la interacción máxima con el medio ocurre a través de la bobina.
La ventaja de una antena con una bobina de extensión en la base es que, debido a la gran capacitancia del pin, dichas antenas tienen un ancho de banda relativamente grande, lo que les permite operar en toda la banda de MW o de aficionados. Otro tipo de antena es una antena extendida con una bobina en el medio (Fig. 10). Aquí, ya se logra una fuerza de corriente significativa en la base de la antena, la parte superior del pin desempeña el papel de una carga capacitiva. Debido al aumento de la capacitancia terminal, el ancho de banda de la antena aumenta a un valor que le permite operar en todo el rango de MW, y su eficiencia también aumenta significativamente. El pasador de la bobina es el principal elemento radiante, debe hacerse lo más grueso posible, especialmente porque también sostiene la bobina de extensión. El pin después de la bobina ya es una carga capacitiva. Se puede hacer más delgado. Colocar incluso una pequeña carga capacitiva al final de dicha antena aumenta la eficiencia de su funcionamiento, pero reduce la resistencia mecánica. También debe prestar atención al hecho de que, en principio, con la mala "tierra" que se produce en las estaciones de radio portátiles, todos los tipos de antenas cortas funcionan igual de mal y no hay una diferencia significativa en su uso. Pero ya la conexión de un contrapeso de cuarto de onda muestra una diferencia en la eficiencia de los diferentes tipos de antenas. El efecto también se observa en las autorradios móviles, donde la carrocería del coche es un terreno efectivo. La resistencia de una antena vertical de cuarto de onda ideal (un pin sobre una superficie conductora ideal) es de 36 ohmios. La resistencia de una antena MW acortada ideal, según el grado de acortamiento, es de 10 ... 20 ohmios. Dado que la "tierra" real de tales antenas está lejos de ser ideal, en el caso general, tales antenas pueden combinarse con el cable de alimentación coaxial de la antena en una estación de automóvil móvil (generalmente aquí se usa un cable de 50 ohmios) , y con la etapa de salida de una estación de radio portátil, una mala "tierra" que aumenta la resistencia de una antena corta a 50 ... 100 ohmios. 6. Diseños prácticos de antenas de látigo extendidas por inductancia Básicamente, todas las antenas acortadas de estaciones de radio portátiles tienen la forma que se muestra en la Fig. 11. Una bobina con una inductancia de aproximadamente 2 μH y un pin con una longitud de aproximadamente 120 cm constituyen un sistema de antena que opera en la banda de 27 MHz. Y solo la eficiencia de la antena y su ancho de banda dependen del diseño diferente de la bobina y el pin. La antena mostrada en la fig. 7 se da en muchas otras fuentes anteriores [7, 8,9, 10, XNUMX].
Al probar las antenas de [7, 8], se utilizó una bobina de extensión idéntica de 2 μH y se obtuvieron los siguientes resultados. Impedancia de entrada con un contrapeso de cuarto de onda: 35 ohmios, con una carcasa de estación de radio: 80 ohmios. Ancho de banda a media potencia (-3 dB) - 600 kHz con contrapeso, 750 kHz con cuerpo de estación de radio. La influencia humana ejercida sobre esta antena es pequeña y su reactividad es pequeña. El cambio de frecuencia cuando se conectó un contrapeso de cuarto de onda alcanzó los 700 kHz. Al probar la antena de [9], donde la longitud del pin era de 80 cm, la bobina de extensión era de 18 vueltas de alambre PEL 0,55 enrolladas en un marco con un diámetro de 4 mm vuelta a vuelta, se obtuvieron los siguientes resultados. Impedancia de entrada con contrapeso de cuarto de onda - 60 ohmios, con caja de contrapeso de estación de radio - 1100 m. El ancho de banda con un contrapeso de cuarto de onda es de 800 kHz, con el cuerpo de la estación: 900 kHz. El desplazamiento de la frecuencia resonante cuando se conecta el contrapeso es de casi 1 MHz. Al probar la antena de [10] con una longitud de pin de 0,8 ... 1,2 m, la bobina de extensión tenía 25 vueltas de cable PEL 0,35 enrolladas en un marco con un diámetro de 5 mm vuelta a vuelta, resultados similares a la antena de [9]. De particular interés son las antenas cortas, de hasta 50 cm de largo Además, estas antenas no son tan significativamente inferiores en el rango de comunicación a las antenas largas, de aproximadamente 1 m de largo. La antena de [11] es un pin de 45 cm de largo con una bobina de extensión que contiene 60 vueltas de alambre PEL 0,5 en un marco con un diámetro de 5 mm, enrollado vuelta a vuelta. Al probar dicha antena, se obtuvieron los siguientes resultados. Con un contrapeso de cuarto de onda, la impedancia de entrada es de 75 ohmios, el ancho de banda es de 700 kHz. Con el cuerpo de la estación como contrapeso, la impedancia de entrada es de 120 ohmios, el ancho de banda es de 900 kHz. El cambio de frecuencia resonante cuando se conectó una balanza de cuarto de onda fue de 1,2 MHz. La influencia humana en la antena es mayor que en las antenas largas. El aumento de la impedancia de entrada y la expansión del ancho de banda de una antena corta (45 cm) frente a una larga (1 m) indica que la bobina de extensión de una antena corta es de baja calidad. Pero un aumento en el factor de calidad de la bobina de extensión tiene poco efecto sobre la eficiencia de antenas tan cortas. La conexión de un contrapeso desplaza la frecuencia resonante de la antena hacia arriba. Para un funcionamiento eficiente de la estación de radio cuando se conecta un contrapeso, en este caso, es necesario prever el ajuste en línea de la inductancia de la bobina de extensión. Es deseable en los transceptores cuando se cambia el pin de la antena para usar diferentes inductancias de extensión para el receptor y el transmisor. Esto le permite combinar de manera óptima el pin tanto para la recepción como para la transmisión. Naturalmente, si la resistencia de la entrada del receptor y la salida del transmisor difieren de manera insignificante, se puede prescindir de una bobina de extensión, ya que en este caso el cambio en la frecuencia de resonancia del sistema al cambiar RX / TX es pequeño. Pero aquí ya es necesario decidir a partir de las condiciones prácticas qué es más fácil: cambiar las bobinas de extensión o llevar las entradas del transmisor y el receptor al mismo valor. En equipos "propietarios", se esfuerzan por lo último, aunque hay opciones para sintonizar la entrada del receptor al cambiar la antena. En los equipos de fabricación casera en la banda de 27 MHz, a menudo no se presta la debida atención al problema de la adaptación de la antena en los modos de recepción y transmisión, lo que conduce a una disminución de la eficiencia de las radios portátiles. En [12] se describe una antena con una longitud de brazos de 110 mm y una bobina de extensión en el centro, que tiene 130 vueltas de alambre PEL 0,15, enrolladas vuelta a vuelta sobre un marco con un diámetro de 6 mm. Cuando se probó, esta antena mostró los siguientes resultados. Con un contrapeso de cuarto de onda, la impedancia de entrada era de 90 ohmios, el ancho de banda era de 400 kHz, con la carcasa de radio de contrapeso, la impedancia de entrada era de 140 ohmios, el ancho de banda era de 600 kHz. El cambio de ancho de banda al conectar un contrapeso de un cuarto de onda fue de 900 kHz. Añadiendo una carga capacitiva como se muestra en la Fig. 13, hizo posible reducir el desplazamiento de frecuencia al conectar contrapesos a 600 kHz. El ancho de banda aumentó en 50 kHz en ambos casos. La impedancia de entrada disminuyó: con el contrapeso pasó a ser de 75 ohmios, con la carcasa de la estación, de 90 ohmios. La intensidad del campo aumentó 1,3 veces. Todo esto habla de las ventajas de la carga capacitiva para este tipo de antenas. Cabe señalar que la carga capacitiva que se muestra en la Fig. 12 funciona de manera más eficiente. 13, pero desafortunadamente, es más difícil de implementar en la práctica que la carga en la Fig. XNUMX.
Una comparación de los valores de intensidad de campo generados por una antena con una inductancia central y una inductancia de extensión en la base mostró que, en la práctica, una antena con una inductancia central, igual en altura a una antena con una inductancia en la base, crea una intensidad de campo de aproximadamente 1,4 ... 1,6 veces mayor. Al agregar una carga capacitiva, las ventajas de dicha antena se mejoran aún más. Las mediciones se realizaron con balanzas de cuarto de onda. Al usar el cuerpo de la radio como contrapeso, la ventaja de la antena con inductancia central era más débil, la intensidad de campo era solo 1,2 veces mayor que la generada por la antena con inductancia en la base. Esto sugiere que para estaciones portátiles no hay mucha diferencia en el tipo de antena de látigo utilizada, pero para estaciones móviles es mejor usar una antena con una inductancia de carga central. En cualquier caso, es deseable utilizar una carga capacitiva, incluso en forma de bola con un diámetro de 5...20 mm. Una carga capacitiva también tiene un efecto cuando se usa con una antena con una inductancia extendida en la base. En la práctica, para estaciones portátiles, se pueden usar antenas hechas de alambre de cobre grueso con un diámetro de 2 ... 2,5 mm. La antena con un diámetro más pequeño es menos fuerte mecánicamente y tiene una eficiencia más baja. Para la fabricación de antenas para estaciones de vehículos móviles, puede usar "vadeadores" cortos o antenas adecuadas de estaciones de radio del ejército de la longitud adecuada y, lo que es más importante, la fuerza. 7. Antenas de látigo no resonantes Las antenas de látigo no resonantes son las más ineficientes de todas las antenas de látigo corto disponibles. Pierden en intensidad de campo 2...3 veces para antenas de látigo de la misma longitud con una inductancia de extensión; estas antenas son mucho más insensibles a la influencia humana. Pero todavía se siguen utilizando, sin embargo, principalmente en sólo dos tipos de transmisores. El uso de tales antenas no resonantes se justifica solo en juguetes simples, cuyo rango de comunicación no supera los 50 ... 100 m Para una comunicación más eficiente, es necesario usar solo una antena resonante, aunque las etapas de desacoplamiento para los circuitos más simples deben colocarse frente a él. Como muestra la experiencia, las estaciones de radio simples occidentales, que consumen más energía que los colibríes domésticos, pero operan con antenas no resonantes, brindan un rango de comunicación mucho más corto. El tercer caso de uso de antenas cortas no resonantes es la construcción incorrecta de la etapa de salida del transmisor con sus circuitos de adaptación de antena. Como resultado de esto, cuando se le conecta una antena resonante normal, ya sea de tamaño completo o acortada, se autoexcita. Aunque estos transmisores suelen tener un bucle P en la salida, su funcionamiento es ineficaz. 8. Antenas de bucle magnético de estaciones de radio MW portátiles No he visto antenas de bucle magnético en ninguna de las radios CB portátiles. Pero esto no significa que su uso en este tipo de emisoras de radio sea poco práctico. Hice antenas de bucle magnético para la banda de 27 MHz con las dimensiones que se muestran en la fig. catorce.
La antena mostró los siguientes resultados. La impedancia de entrada es de 75 ohmios, con muy baja reactancia. Ancho de banda: 600 kHz. La antena estaba hecha de alambre de cobre aislado de dos milímetros del tipo PEL, el condensador de sintonización de aire estaba montado sobre una base de fibra de vidrio. La antena resultó ser muy insensible a la influencia humana y a los contrapesos. Dado que dicha antena irradia principalmente el componente magnético de la onda electromagnética, no puede compararse estrictamente en términos de un indicador como el nivel de intensidad de campo con una antena de látigo, porque esta última irradia principalmente el componente eléctrico de la onda electromagnética, y las mediciones para el pin deben realizarse de acuerdo con el componente eléctrico de EMW y los marcos, de acuerdo con el componente magnético de EMW. Las dos antenas mostradas en la Fig. 14, se conectaron a estaciones de radio del tipo "Kolibri-M" y se probó el alcance de comunicación en comparación con la antena helicoidal estándar. Resultó que, en igualdad de condiciones, el alcance de comunicación cuando se utilizan antenas magnéticas era al menos 1,5 veces mayor en áreas abiertas y 2...3 veces mayor en condiciones urbanas. En este caso, la directividad de la antena magnética se vio significativamente afectada. Autor: I. Grigorov (RK3ZK, UA3-113); Publicación: cxem.net
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