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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Plaza Quantenna. Opciones de configuración y diseño. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas de alta frecuencia Este artículo analiza cuestiones prácticas de configuración y diseño de una antena cuadrada. Ajuste En la primera etapa de instalación, es necesario simetrizar y coordinar el alimentador y el vibrador "cuadrado". Para antenas de dos elementos con una distancia entre elementos de 0.2L, cuando se alimentan con un cable coaxial de 75 ohmios, lo más popular es el uso de un transformador de alta frecuencia en un anillo de ferrita. Los esquemas y diseños de tales transformadores se han publicado repetidamente en la literatura. Solo debe recordarse que los transformadores deben tener un espacio suficiente entre las vueltas del cable (2-3 mm), aislados del núcleo y protegidos de la humedad. Para antenas de tres y cuatro elementos con una impedancia de entrada de menos de 50 ohmios (es decir, cuando la resistencia del alimentador excede la impedancia de entrada), el equilibrio y la adaptación mediante una línea de sintonización: un dispositivo de adaptación gamma es más eficaz. Los datos iniciales aproximados de tales dispositivos se dan en la tabla. 1. El diámetro del cable de la línea puede ser el mismo que para el marco del emisor (1,5-2,5 mm), la distancia entre los cables del marco y la línea es de 5-10 cm.
Para cada rango, es deseable tener un cable de alimentación separado con su propio dispositivo de coincidencia, ya que varias combinaciones, que dificultan la configuración, no le permiten obtener una buena coincidencia en todos los rangos. Para sintonizar antenas, un radioaficionado debe tener los siguientes instrumentos: un medidor de ROE, un generador, un dipolo de media onda, un receptor de onda corta con un indicador lineal de la intensidad de la señal recibida, un atenuador con una atenuación total de hasta 50 dB y conmutando en pasos de 3 dB. La sintonización de antena debe comenzar determinando la frecuencia de funcionamiento del sistema en su conjunto. Para hacer esto, conecte un medidor al espacio en el alimentador de suministro y mida la ROE en todo el rango cada 50 kHz. A partir de los datos de medición, se construye un gráfico y se determina la frecuencia de sintonización en función del valor mínimo. Al cambiar la longitud del vibrador, la ROE mínima se mueve a una frecuencia determinada. Para antenas con dispositivos de adaptación gamma, la frecuencia se puede cambiar dentro de ±30 kHz cambiando la longitud de la línea de adaptación y la capacitancia del condensador. La sintonización a una frecuencia determinada se puede realizar a una pequeña altura (1-2 m) del suelo (techo), tomando una corrección de frecuencia (menos 75 kHz para 14 MHz y proporcionalmente para otros rangos). Después de esto, elevando la antena a su altura de trabajo, es necesario verificar nuevamente la ROE para cada banda. Cuando se configura correctamente, la ROE debe estar alrededor de la unidad en la frecuencia central dada de cada banda. En los bordes del rango aumentará, y cuantos más elementos tenga la antena, más: dos elementos "cuadrados" en el rango de 14 MHz - hasta 1,2-1,3, tres elementos - hasta 1,5-1,6, cuatro -elemento - hasta 1,8-2. Esto se debe a que a medida que aumenta el número de elementos, el sistema se vuelve de banda más estrecha. Por lo tanto, dicho sea de paso, las características óptimas obtenidas en la frecuencia de funcionamiento se deteriorarán cuando se desafinen en todo el rango. Esta última circunstancia es más significativa que un aumento de la ROE, que sólo conduce a un aumento de las pérdidas de potencia en el alimentador, que son pequeñas. Después de sintonizar la antena a una frecuencia determinada, puede pasar a la segunda etapa: sintonizar elementos pasivos, es decir, obtener un patrón de radiación. Cabe señalar que la calidad del sistema de antena depende de este trabajo. Por lo tanto, el radioaficionado no debe detenerse en los primeros resultados satisfactorios y llevar la sintonía al máximo rendimiento. Esta etapa comienza ajustando el reflector para suprimir al máximo la radiación. Para hacer esto, a una distancia de al menos 2L a una altura igual a la altura del centro de la antena, instale un vibrador de media onda horizontal (con polarización horizontal "cuadrada"), al cual se sintoniza un generador a la frecuencia de operación. está conectado. Un receptor está conectado al vibrador "cuadrado". Habiendo apuntado el "cuadrado" con el reflector hacia el generador, mueva el puente del bucle en cortocircuito del reflector, logrando el valor de señal más bajo en el receptor. Al sintonizar antenas de dos elementos, verifique el cambio en SWR en el rango. De manera similar, sintonice la antena en otros rangos, después de lo cual se verifica la configuración del reflector y el cambio en SWR, comenzando desde el primer rango. Dicha serie de ajustes sucesivos debe realizarse hasta que los cambios en los parámetros durante cada ajuste excedan la precisión de la medición. En conclusión, se toma el patrón de radiación y se determina la relación de radiación adelante/atrás en las frecuencias de operación de cada rango. Finalmente, es mejor eliminar el diagrama utilizando las señales de las estaciones de radio ubicadas en dos zonas: cerca (hasta 10-15 km) y lejos (800-2000 km). Las antenas de tres y cuatro elementos se configuran de la misma forma. El director (directores) se ajustan según la señal máxima en el indicador de salida del receptor, girando el “cuadrado” hacia el generador. Hay que tener en cuenta que el ajuste del director(es) no es tan dramático como el ajuste del reflector y, por lo tanto, requiere más tiempo y atención. Para reducir el tiempo, es útil utilizar un dispositivo para mover de forma remota puentes de bucles en cortocircuito, propuesto por V. Begunov (UW3HY). véase "Radio", 1975. N° 7, pág. once. Se debe advertir a los usuarios de onda corta sin experiencia, que están sintonizando antenas direccionales por primera vez, contra la caracterización por estimaciones de señal de otros radioaficionados. El hecho es que en tal evaluación es difícil tener en cuenta la influencia de una serie de factores objetivos y subjetivos que, en última instancia, pueden conducir a conclusiones erróneas. Si se decide realizar un experimento, se debe asegurar que: el paso de la onda de radio no difiere en ningún fenómeno anómalo y en ambos puntos a la misma hora del día (excluyendo el crepúsculo); la polarización de las antenas es la misma; el corresponsal tiene la capacidad de medir la señal en la sección lineal de su receptor y el indicador de salida, y la técnica de medición no difiere de la generalmente aceptada; se obtienen resultados repetibles. Para eliminar al menos algunas de las causas subjetivas, es mejor verificar las características de la antena en el modo de recepción en paralelo. Todavía se puede utilizar una técnica similar para sintonizar la antena más simple: un "cuadrado" de dos elementos. Con esta configuración, se recopilan datos estadísticos sobre la medición de la relación de radiación hacia adelante/hacia atrás en el modo de recepción de varias estaciones que operan cerca de la frecuencia de operación, en diferentes longitudes del bucle reflector en cortocircuito, y se determina su longitud óptima. Este método fue probado en la estación de radio UA3CT y dio buenos resultados. Sin embargo, para obtener resultados fiables fue necesario realizar un gran número de mediciones a una distancia de entre 800 y 2000 km. Cada punto se trazó en el gráfico después de promediar y las mediciones se realizaron cada 10 cm de longitud del reflector. penacho, y cerca del valor máximo de la relación de radiación hacia adelante/hacia atrás, después de 3-5 cm. Para antenas con más de dos elementos, este método no es adecuado, ya que es imposible detectar cambios de señal de estaciones aleatorias al sintonizar el director. Variantes de "cuadrados" Aquí hay algunos esquemas prácticos de antena con breves comentarios, que brindan una solución a los problemas de diseño para los propios radioaficionados, según sus capacidades. Dado que el "cuadrado" de dos elementos está muy extendido y hay muchas publicaciones sobre él (tanto en la URSS como en el extranjero), consideramos inapropiado presentar opciones de antenas ya conocidas. Nos limitaremos a considerar una antena de dos elementos a 14 MHz con alimentación activa al reflector, que fue creada por primera vez por los autores, probada en 1968 en la estación de radio UA3CT y despertó el interés de muchos radioaficionados. El principio de funcionamiento de esta antena es que la corriente de suministro del reflector está desfasada con respecto a la corriente de suministro del vibrador en un ángulo en el que se obtiene nan. la mayor radiación de energía es hacia la dirección principal y la menor en la dirección opuesta. La antena se muestra esquemáticamente en la figura. La distancia entre elementos es de 0,2L. El reflector y el vibrador están conectados por un trozo de cable coaxial, cuya longitud y la inclusión antifase en el marco proporcionan el cambio de fase requerido. (El cálculo de la línea de desfase para una antena con suministro de energía activa al reflector se describe en el artículo “Antena con reflector activo” de la revista “Radio”. 1968, No. 9. p. 17). El alimentador de suministro está conectado al cable coaxial en un punto estrictamente calculado.
Para igualar las impedancias de entrada de los marcos, se utilizaron dispositivos de igualación gamma instalados en sus esquinas inferiores. Estos dispositivos tienen una apariencia algo inusual. En ambos lados, dos bucles en cortocircuito de 12-15 cm de ancho están conectados a los marcos.Un cable está conectado al centro del puente de uno de los bucles reflectores, que, pasando a través de los espaciadores aislantes paralelos a los cables del bucle, a través del condensador C1 conecta el puente a la línea coaxial residencial central. Exactamente de la misma manera, pero desfasada, se conecta un vibrador. La antena se sintoniza a la frecuencia operativa seleccionando la longitud de los bucles del vibrador, la SWR mínima se logra utilizando dos dispositivos de adaptación gamma y la supresión máxima de la radiación se logra seleccionando la longitud de los bucles del reflector y la longitud de la línea coaxial. Cabe señalar que sintonizar una antena de este tipo requiere grandes habilidades, paciencia y tiempo. Después de sintonizar la antena, se obtuvieron las siguientes características: ganancia -12 dB, relación de radiación hacia adelante/hacia atrás -30 dB, relación de radiación hacia adelante/lateral - más de 30 dB, supresión del lóbulo trasero - 20 dB por debajo del principal, ROE en el frecuencia de funcionamiento (14150 kHz) - 1,02. Entre los cuadrados de tres elementos, el diseño más exitoso fue creado por el radioaficionado soviético A.F. Kamalyagin (UA4IF). La antena está diseñada para funcionar en las bandas de 14 y 21 MHz. Los datos de diseño de la antena se dan en la tabla. 2. Su impedancia de entrada es de unos 50 Ohms en cada rango, por lo que puedes utilizar un cable de 50 Ohms como alimentador, conectándolo al marco directamente o (mejor) a través de un transformador balun. También puedes utilizar un cable de 75 ohmios, pero con un dispositivo de adaptación gamma. Hay un alimentador separado para cada rango.
La antena tiene las siguientes características de diseño: ganancia relativa a un radiador isotrópico: 11,5 dB a 14 MHz y 12 dB a 21 MHz; relación de emisión directa/inversa: unos 30 dB en ambas bandas; relación de emisión frontal/lateral: más de 35 dB en ambas bandas; La ROE en las frecuencias operativas es aproximadamente 1. La siguiente antena, que, en nuestra opinión, merece atención, es un "cuadrado" de tres elementos para tres bandas, construido por el radioaficionado estadounidense WA7NFH. Sus datos también se dan en la tabla. 2. La impedancia de entrada de dicha antena en todas las bandas es inferior a 50 ohmios, por lo que es recomendable utilizar un dispositivo de adaptación gamma. El autor utilizó un transformador especial en un anillo de ferrita, que garantiza la coincidencia de todos los rangos (ROE = 1) con un cable coaxial de 50 ohmios. La antena tiene características bastante buenas en las bandas de 21 y 28 MHz, características satisfactorias en la banda de 14 MHz y dimensiones muy compactas (la longitud transversal es de sólo 4,88 m). Los parámetros de la antena WA7NFH, determinados mediante cálculo, a 14, 21 y 28 MHz, respectivamente, son los siguientes: ganancia relativa a un radiador isotrópico - 10, 11,5 y 12 dB, relación de radiación hacia adelante/atrás - 27, 30 y 28 dB. La última antena cuadrada de tres elementos que creemos que debería mostrarse (como ejemplo negativo) es la cuadrada de tres elementos de 14 y 21 MHz construida por el aficionado canadiense VE7DG (ver Tabla 2). El autor de la antena intercambió los lugares de los reflectores y directores, por lo que en el rango de 14 MHz la relación de radiación hacia adelante/hacia atrás es de sólo 15 dB. a 21 MHz-25 dB. De los sistemas de antenas de tipo cuadrado de cuatro elementos, el más popular es la antena WOAIW con la misma distancia entre elementos (3,05 m), diseñada para operar a 14, 21 y 28 MHz (ver Tabla 3). Su impedancia de entrada en los rangos de 14 y 21 MHz es de aproximadamente 50, en el rango de 28 MHz es de aproximadamente 40 ohmios. El autor propone conectar directamente un cable de 50 ohmios a 14 y 21 MHz, y a 28 MHz a través de un trozo de cable coaxial de 175 ohmios de 75 cm de longitud.
La antena tiene características óptimas a 21, buenas a 28 y satisfactorias a 14 MHz. Sin embargo, estas características "satisfactorias" son comparables a las características óptimas de un "cuadrado" de tres elementos. Esto, además de un diseño simétrico muy simple, son obviamente las razones de la gran popularidad de la antena W0AIW entre los radioaficionados. Cabe destacar otra característica potencial de esta antena: puede acomodar un “cuadrado” de dos elementos a 7 MHz con una distancia entre elementos de 0,2L. La lista de opciones para "cuadrados" podría continuar (se han desarrollado diseños de antenas de cinco y seis elementos), pero nos parece que esto no es necesario, ya que las principales conclusiones y recomendaciones a las que llegaron los autores como resultado de experimentos y cálculos están bastante bien ilustrados. Literatura
Publicación: cxem.net
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