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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antenas de látigo. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas VHF 1. Definición y conceptos Las antenas asimétricas (látigo) son aquellas ubicadas directamente en el suelo (o una pantalla de metal) perpendiculares (con menos frecuencia oblicuas) a su superficie. Si consideramos que la tierra es idealmente conductora y tenemos en cuenta la imagen especular, entonces el vibrador desequilibrado puede considerarse la mitad del vibrador equilibrado equivalente (Fig. 1).
La resistencia a la radiación de un vibrador asimétrico es dos veces menor que la de un vibrador simétrico equivalente, ya que a las mismas corrientes el primero emite la mitad de la potencia (no hay radiación en el semiespacio inferior) [1]. La resistencia de entrada de un vibrador asimétrico es dos veces menor que la de un vibrador simétrico equivalente, ya que con las mismas corrientes de alimentación, la primera tensión de alimentación es dos veces menor (Fig. 1). El coeficiente de acción direccional de un vibrador asimétrico es el doble que el de un vibrador simétrico equivalente, ya que, a la misma potencia de radiación, el primero proporciona el doble de densidad de potencia angular, ya que toda su potencia se irradia en un medio espacio (Fig. 2) . Todo lo anterior es cierto para un vibrador asimétrico ideal, es decir, cuando la tierra es un conductor ideal. Si la tierra tiene malas propiedades conductoras, el campo de radiación del vibrador cambia. Además, esto conduce a una disminución de la amplitud de la corriente en el vibrador y, en consecuencia, a un aumento de su resistencia y una disminución de la potencia emitida. El suelo es un dieléctrico con una constante dieléctrica alta (casi 80), lo que provoca un cambio en la longitud eléctrica del dipolo imaginario, así como en la longitud del camino de las corrientes de desplazamiento. El resultado es una distorsión completa del patrón de radiación (elevación de los lóbulos hacia arriba y la desaparición de la radiación en pequeños ángulos con respecto al horizonte) y un aumento de la resistencia del pasador. Por esta razón, prácticamente no se utiliza el suelo como "tierra", sino que se utiliza tierra artificial. 2. Látigo molido Los cálculos teóricos muestran que las mayores pérdidas ocurren en una zona con un radio de 0,35 longitudes de onda, por lo que en esta zona es recomendable “metalizar” la tierra: conecte los cables radiales entre sí con puentes (Fig. 3). Es muy bueno si esta metalización se realiza a lo largo de toda la distancia de los contrapesos.
Los contrapesos deben estar aislados del suelo. Si yacen en el suelo, entonces, debido a la humedad, su longitud eléctrica no resonará para la antena. Además, sus extremos deben estar aislados del suelo. Solo en un caso es posible no aislar los extremos de los contrapesos del suelo: si están conectados de forma segura mediante un anillo de puente (Fig. 3). Nunca debemos olvidar que una antena de látigo ideal tiene una eficiencia del 47%, y la eficiencia de una antena con 3 contrapesos es inferior al 5%. Esto significa que cuando se trabaja con una antena de látigo con tres contrapesos, de los 200 vatios suministrados a la varilla, 180 vatios (!!!) se desperdician en vano, creando simultáneamente TVI. Muchos procesos en la ionosfera no son lineales, es decir. La reflexión de las ondas de radio comienza, digamos, con 7 vatios de potencia suministrada a su antena y ya no ocurre en absoluto con 5 vatios. Esto significa que se está perdiendo las capacidades únicas de DX QSO y al mismo tiempo ahorra en cable de contrapeso. También se debe tener en cuenta la distorsión del patrón de radiación con un pequeño número de contrapesos. De esférico, se convierte en pétalo, teniendo una dirección a lo largo de los contrapesos. El problema de encontrar el número óptimo de contrapesos lo resolví usando una computadora. La solución se muestra en la fig. 4. Se puede ver que el número mínimo requerido de contrapesos es 12. Con un mayor número de ellos, la eficiencia aumenta lentamente. Los contrapesos deben ubicarse a la misma distancia entre sí.
El ángulo de su ubicación con respecto al pasador debe ser de 90 ° a 1350. En ángulos más grandes y más pequeños, la eficiencia y el d.n. está distorsionado. Los contrapesos deben ser al menos tan largos como el pasador principal. Esto puede explicarse por el hecho de que las corrientes de polarización que fluyen entre el pasador y los contrapesos ocupan una cierta cantidad de espacio, que está involucrada en la formación del patrón de radiación. Al reducir la longitud de los contrapesos y, en consecuencia, al reducir la cantidad de espacio que sirve para formar el DP, empeoramos significativamente las características de la antena. Con gran aproximación, podemos decir que cada punto del pasador corresponde a su propio punto en el contrapeso. Sin embargo, no es necesario utilizar contrapesos más largos que el pasador principal. Los contrapesos y el propio pasador deben cubrirse con pintura protectora. Esto es necesario para que el material del que está hecha la antena no se oxide. La oxidación de los vibradores hace que la antena quede inutilizable debido al hecho de que la delgada película de óxido tiene una resistencia significativa, y dado que el efecto de la superficie es muy pronunciado en la RF, la energía del transmisor es absorbida y disipada en calor por esta película. Es muy conveniente usar pintura de radio para esto (aquella con la que se pintan los localizadores). La pintura convencional contiene partículas de tinte que absorben la energía de radiofrecuencia. Pero, en casos extremos, puede usar pintura ordinaria. 3. Dimensión de la antena de látigo Como se sabe, la resistencia a la radiación de la antena Rizl es proporcional a la relación L/d, donde L es la longitud y d es el diámetro de la antena. Cuanto menor sea la relación L/d, más ancha será la antena y mayor será la eficiencia. Cabe señalar que cuando se utilizan vibradores gruesos, el "efecto final" afecta. Está determinada por la capacitancia entre los extremos del vibrador y tierra. Físicamente, esto se expresa en el hecho de que la antena resulta ser "más larga" que la calculada. Para reducirlo, las clavijas de banda ancha suelen tener forma cónica. Los cálculos muestran que el espesor mínimo requerido de los contrapesos debe ser d=D/2,4n, donde d es el diámetro de los contrapesos, D es el diámetro del pasador, n es el número de contrapesos. A menudo, los radioaficionados no pueden instalar un pin de cuarto de onda y usar un pin más pequeño. En principio, es posible hacer coincidir un pin de cualquier longitud con la ayuda de dispositivos de coincidencia. Sin embargo, los pines cortos tienen baja reactancia activa y alta [3] y se combinarán de manera muy poco óptima (hasta el 90 % de la energía se puede disipar en los propios dispositivos de combinación). Y si también se utilizan contrapesos cortos sustitutos, la eficiencia de dicho sistema de antena será muy baja. Sin embargo, en las comunicaciones móviles, a menudo se utilizan dichas antenas sustitutas. ¡Pero esto es solo porque otros tipos de antenas acortadas funcionarán aún peor! 4. Patrones direccionales de antenas de látigo Mucha gente está interesada en cómo la altura de la varilla afecta su patrón direccional en el plano horizontal y si su resistencia depende de la altura de la suspensión. El resultado más importante [4] es que la distribución de corrientes en el pasador no depende de la altura de su suspensión en presencia de una “tierra” ideal. En la práctica, esto significa que no importa a qué altura se encuentre el pasador, su resistencia será constante. El resultado general de la solución muestra que si el pin está sintonizado en resonancia, entonces su extremo inferior puede conectarse a tierra. Además, se puede alimentar en cualquier punto. A partir de esta importante conclusión se crearon antenas de látigo (antenas de bandera, antenas de mástil), cuyo extremo inferior está conectado a tierra y se alimentan mediante adaptación gamma. Los patrones de radiación del plano vertical del pin de media onda se muestran en la fig. 5. Esta figura muestra que cuanto más se eleva la antena, más plano es el ángulo de radiación hacia el horizonte. Esto se debe a que se produce la suma de la onda emitida por el pin y la onda reflejada desde el suelo. Si el suelo tiene malas propiedades conductoras, entonces el patrón de radiación será similar al de un alfiler sobre el suelo. Elevar la antena a una altura de más de una longitud de onda no tiene sentido, porque. en este caso, ya no hay una disminución en el ángulo de radiación, sino que solo los lóbulos laterales superiores comienzan a fragmentarse.
Debe recordarse una característica más interesante de los pines, cuya altura es igual a la longitud de onda o más. Estas antenas se utilizan en las comunicaciones profesionales como antenas antidesvanecimiento [5]. Esto significa que dicha antena recibirá sin problemas una señal que llegue con desvanecimiento en un pin o dipolo de cuarto de onda. 5. Coincidencia de antena de látigo Para una operación exitosa, la antena de látigo debe coincidir. A pesar de toda la aparente variedad de dispositivos y pines coincidentes, se pueden dividir en 3 grupos. 1. El pin está emparejado, la longitud eléctrica es igual a un cuarto de la longitud de onda; 2. Un pin con una longitud eléctrica superior a la requerida, esta longitud se "quita" utilizando un recipiente; 3. El pin tiene menos de un cuarto de longitud de onda. La longitud faltante es "agregada" por un inductor. Hay que recordar que el condensador y la bobina deben tener el mayor factor de calidad posible, y también es deseable que TKE y TKI sean lo mejor posible. Normalmente, la capacitancia del condensador de acortamiento puede estar dentro de los 100 pF a 28 - 18 MHz, los parámetros de la bobina de extensión son de unos pocos μH hasta 21 MHz, decenas - hasta 3,5 MHz. En conclusión, cabe señalar que esta práctica de emparejamiento es aplicable a pines con una longitud que es un múltiplo de un cuarto de longitud de onda. 6. Tipos de antenas de látigo Vibrador asimétrico con pantalla de dimensiones finitas (Fig. 3). Esta antena es utilizada principalmente por radioaficionados. Como pantalla, se suelen utilizar contrapesos con una longitud de al menos un cuarto de longitud de onda. Vibrador de bucle asimétrico (Fig. 6). Su doctorado coincide con d.s. pasador clásico. Sin embargo, tiene la ventaja de que un extremo está conectado a tierra. Al elegir el grosor dl y d2, puede cambiar su resistencia de entrada en un amplio rango. Con d1=d2, la resistencia del vibrador será de 146 ohmios.
La resistencia de un vibrador asimétrico de diferentes espesores se calcula mediante la fórmula /1/: Ra=(1+n2).36n, donde n=ln(d/d1)/ln(d/d2). Los vibradores de amplio rango están hechos de tubos, pasadores y placas gruesos. Pueden ser cónicos o rómbicos, cilíndricos, macizos o reticulares (Fig. 7). La cobertura del rango de frecuencia de funcionamiento depende de la relación de E/S. Cuanto más pequeño es, más ancho es el vibrador. La conocida antena UW4HW es un vibrador monopolo de banda ancha y el emisor vertical UA1DZ es un vibrador simétrico de banda ancha. . Las antenas cónicas son un caso especial de vibradores de banda ancha (Fig. 8).
El campo de radiación se crea mediante corrientes que fluyen alrededor del cono y el disco desempeña el papel de pantalla y casi no irradia. Con un ángulo de apertura de 600, se logra el coeficiente de superposición de rango más alto, igual a cinco, con BV > 0,5 en un alimentador con una impedancia característica de 50 Ohmios. En este caso, la longitud de onda máxima es 3,6. El patrón de radiación de una antena discona KB y VHF es aproximadamente el mismo que el de una varilla normal. El KB utiliza una versión de cable de la antena cónica (Fig. 8b), en la que se usa un ventilador de cable plano en lugar de un cono y un sistema de conexión a tierra de cables radiales en lugar de un disco. Por separado, quiero prestar atención a los mástiles de antena. Una característica de tales antenas es que su extremo inferior está conectado a tierra.
La antena de alimentación superior (Fig. 9) se excita utilizando un alimentador colocado dentro del mástil. Es fundamentalmente. D.Sc. es el mismo que el de un pin convencional, pero las pérdidas durante la transmisión y recepción son mayores, ya que la onda de radio se refleja desde el suelo cuando se emite. La antena de alimentación media (Fig. 10) es un mástil de dos partes, excitado en serie en los puntos 1 y 2 por una tensión suministrada por un alimentador instalado en el interior de la parte inferior. La resistencia de la antena en los puntos de alimentación es Ra=Rb/cos2kll, donde k es el coeficiente de acortamiento, Rb es la resistencia del vibrador “puro” en el punto 3. Al elegir una relación entre 11 y 12, puede hacer coincidir la antena con el alimentador de energía. Es de fundamental importancia que el alimentador pase por dentro de la parte inferior de la antena. La desventaja son las dificultades con el aislante de su parte superior.
La antena eléctrica en derivación (Fig. 11) se excita en paralelo mediante una derivación conectada al mástil a una cierta altura 11. Normalmente, las reactancias de entrada de las partes inferior y superior de la antena son de naturaleza inductiva y, en consecuencia, capacitiva. y en términos de la impedancia de entrada en el punto 1, la antena equivale a un circuito paralelo. Seleccionar el valor 11 garantiza la mejor coordinación con el alimentador. La distribución de corrientes es tal que atenúa parcialmente la radiación de la antena, por lo que el shunt debe ser de dimensiones mínimas. La implementación clásica de la potencia en derivación es la adaptación gamma. A menudo, especialmente cuando se construyen antenas para rangos de baja frecuencia, no es posible colocar el vibrador verticalmente con respecto al suelo. Cuando el pasador está inclinado con respecto al suelo, el patrón de radiación, por supuesto, se distorsionará. Coloque tantos contrapesos como sea posible debajo de la parte de la antena que está inclinada. También es necesario, si es posible, elevar los contrapesos para que formen un ángulo de no más de 135° con la antena. Debe recordarse que dicha antena es más difícil de igualar debido a la presencia de un componente reactivo significativo. Literatura
Autor: I. Grigorov (UZ3ZK); Publicación: cxem.net
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