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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antena HF Square (principios de funcionamiento). Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas de alta frecuencia Una de las razones que determinaron el notable aumento de la actividad de las ondas cortas soviéticas y su éxito en las competiciones internacionales es el uso generalizado de antenas direccionales. Los más populares en nuestro país son los "cuadrados" con dos, tres o más elementos de formación de haces. Estas antenas se discutirán en el artículo. El objetivo principal que persiguen los autores es dar recomendaciones al operador de onda corta en la selección y sintonización de antenas, resumiendo la experiencia de los operadores de onda corta soviéticos y extranjeros. Comparación de "cuadrados" y "canales de onda" El uso generalizado de "cuadrados" llevó a la necesidad de comparar sus características con los parámetros de otra antena popular entre los radioaficionados: el "canal de onda". La tabla muestra los resultados de las mediciones de las características de algunas antenas "cuadradas" y "canal de onda", tomadas de la revista "QST", 1968, No. 5. Se sigue de ello. que los parámetros de ambas antenas son aproximadamente iguales si comparamos "canales de onda" que tienen un elemento más que "cuadrados". Con el mismo número de elementos, el "cuadrado" tendrá una ganancia de unos 2 dB más. Según nuestros datos, esta cifra se puede aumentar hasta al menos 2,5 dB si las distancias entre los elementos se eligen de manera óptima.
Para comprender la razón física de una diferencia tan significativa, consideremos las direcciones de las corrientes (en la Fig. 1) en el marco, el elemento "cuadrado" y en el dipolo de media onda, el elemento del "canal de onda".
De la fig. 1 se deduce que sólo las corrientes que fluyen en las partes horizontales del marco participan en la formación del diagrama "cuadrado", ya que los campos de las corrientes que fluyen en las partes verticales se compensan entre sí. Por lo tanto, el marco es equivalente a un sistema de dos vibradores acortados en fase, separados en altura por una distancia L/4. Se sabe que el patrón de radiación en el plano vertical de un sistema de este tipo tiene un ángulo menor en comparación con el patrón de un solo dipolo y, en consecuencia, su amplificación es mayor. La ganancia cuantitativa en ganancia, dependiendo de los parámetros y de la altura de subida de ambos elementos, puede ser de 2,2 a 3,1 dB. Esta ganancia se puede determinar mediante la fórmula, que es válida con suficiente precisión para rangos de KB: A=40000/FgFv donde A es el factor de ganancia, Fg y Fv es el ancho de los patrones de radiación en los planos horizontal y vertical, respectivamente. Sustituyendo en la fórmula los valores medios Fg=180° y Fv=135° para el dipolo, Fg=170° y Fv=80° para el marco, obtenemos que la ganancia del dipolo es 1,64 veces o 2,15 dB (en términos de potencia), marco de ganancia - 2,94 veces o 4,68 dB. Por lo tanto, la ganancia de ganancia promedio es de 2,53 dB. Esta cifra es real y se confirma en la práctica. Se logra una ganancia similar cuando el marco se ubica en ángulo hacia abajo, lo cual se usa en muchos diseños. Esta opción difiere de la discutida anteriormente solo en que en ella el patrón de radiación está formado por las componentes horizontales de las corrientes que fluyen en los cuatro lados del marco, y los campos de las componentes verticales están compensados. Se puede notar una característica más del "cuadrado". Dado que el marco de longitud L forma un bucle cerrado simétrico, la influencia del suelo y los objetos circundantes, que degradan las características de las antenas, es menor. Elección del diseño óptimo Por óptimo nos referimos a los datos de diseño de la antena, que proporcionan la máxima relación de radiación hacia delante/hacia atrás con una ganancia suficientemente alta. Parece necesario introducir esta definición debido a la existencia de dos métodos para sintonizar antenas direccionales: para la máxima ganancia y para la máxima relación de radiación hacia delante/hacia atrás. Estos máximos no coinciden y, como muestra la práctica, la pérdida en términos de radiación hacia adelante/hacia atrás cuando se sintoniza según el primer método resulta ser mayor que la pérdida en amplificación en el segundo caso. En el proceso de diseño de una antena, un radioaficionado debe determinar el número de elementos, la distancia entre ellos y sus dimensiones. Para resolver el primer problema, pasemos a la Fig. 2.
Muestra la ganancia de antena A y la relación de radiación directa/inversa B en función del número de elementos n. Los gráficos se basan en los resultados de las mediciones (coincidiendo con los datos calculados) en antenas "cuadradas" con características óptimas para la banda de 14 MHz. Como puede ver, el crecimiento de ambos parámetros se ralentiza a medida que aumenta el número de elementos, y esto se vuelve especialmente notorio para n>3. Dadas las dificultades asociadas a la fabricación y puesta a punto de antenas multielemento, los autores creen que en la mayoría de los casos es recomendable limitar el número de elementos a tres. En opinión de algunos radioaficionados extranjeros, una antena de cuatro elementos es estructuralmente más conveniente debido a la disposición simétrica (con respecto al eje vertical que pasa por el centro de masa) de los elementos. Dejamos la decisión final al lector. Para seleccionar las distancias óptimas entre los elementos, consideramos la dependencia de la amplificación A de la distancia S, expresada en fracciones de la longitud de onda L (Fig. 3). El diagrama muestra en negro la dependencia de la amplificación de la distancia entre el selector y el reflector de un "cuadrado" de dos elementos. En el área sombreada correspondiente al máximo de ganancia (S = 0,175-0,225L), prácticamente no cambia, por lo tanto, en este caso, la elección de la distancia dentro de los límites especificados no es crítica. Para antenas con más de dos elementos, el problema se complica debido a la introducción de variables independientes adicionales (dos para una antena de tres elementos, tres para una antena de cuatro elementos, etc.). Por lo tanto, es recomendable configurar una de las distancias (por ejemplo, entre el vibrador y el reflector) y elegir otras distancias como óptimas. Entonces, si tomamos la distancia vibrador-reflector para una antena de tres elementos igual a 0,2L, podemos determinar la distancia óptima vibrador-director usando la curva que se muestra en la Fig. 3. Obviamente, este "cuadrado" tendrá la mayor ganancia a una distancia entre el vibrador y el director igual a 0,175L, y en este caso, cuando las distancias cambian de 0,14 a 0,21L, la ganancia permanece prácticamente constante, aunque, como Como era de esperar, debido a la disminución en el ancho de banda de la antena, la dependencia de la ganancia en S se vuelve más pronunciada.
Para ilustrar lo dicho, podemos citar un gráfico ligeramente transformado para "cuadrados" a 14 MHz de la misma revista "QST". Con base en el estudio de una gran cantidad de antenas, se determinó la dependencia de la ganancia con la longitud L del travesaño para sujetar los elementos (Fig. 4). Las áreas sombreadas en el gráfico son los límites prácticamente posibles para cambiar la longitud de la poligonal para una antena con un número dado de elementos. Del gráfico se deduce que las antenas con un recorrido más corto son inferiores en ganancia (de dos y tres elementos, en aproximadamente 2 dB) a las antenas con distancias entre elementos de aproximadamente 0,2 L. La longitud del marco del vibrador lv se puede calcular mediante la fórmula:
donde Ky es el factor de elongación, dependiendo del número de elementos y la relación entre la longitud del marco y el diámetro del alambre; Lp es la longitud de onda para la que está diseñada la antena. Para determinar la longitud de un vibrador "cuadrado" de dos elementos, el factor de elongación se toma igual a 1,01, con tres o más elementos es igual a 1,015-1,02. La longitud del reflector del "cuadrado" de dos elementos se elige en un 5-6% más que la longitud del vibrador. Para un "cuadrado" de tres elementos, la longitud del reflector debe ser 3-4% más, director - 2,5-3% menos que la longitud del vibrador; para un "cuadrado" de cuatro elementos, la longitud del reflector debe ser un 2,5-3% más, la longitud de los directores, un 2% menos. En la práctica, el reflector y el director se hacen un poco más cortos de lo que determina el cálculo, para que puedan ajustarse mediante bucles en cortocircuito. Sistemas multigama Todo lo dicho anteriormente se refería a "cuadrados" de rango único. En la práctica, a menudo es necesario recurrir a la creación de un sistema multibanda. Debe notarse, sin embargo, que cualquier combinación en el plano vertical de elementos sintonizados a diferentes frecuencias, especialmente múltiplos de dos (es decir, 14 y 28, 7 y 14 MHz, etc.), conduce a un deterioro de las características principales. de la antena Pongamos dos ejemplos. Un "cuadrado" de dos elementos a 14, 21 y 28 MHz con marcos en diferentes planos (el llamado diseño "hedgehog") tiene una ganancia de hasta 9 dB y una relación de emisión hacia adelante/atrás de hasta 24 dB; las mismas características de un "cuadrado" similar realizado en una travesía no superan los 8 y 22 dB, respectivamente. El "cuadrado" de tres elementos para dos bandas (14 y 21 MHz) con reflectores espaciados proporciona amplificación de hasta 13 dB y la relación de emisiones hacia adelante / hacia atrás - hasta 30 dB; para un "cuadrado" de tres elementos y tres bandas (se agrega un rango de 28 MHz y los marcos se ubican uno dentro del otro), estas características se deterioran a 11,5 y 27 dB, respectivamente. Para reducir el efecto de los elementos ubicados en el mismo plano y que operan en múltiples frecuencias, puede, conectando el alimentador de manera adecuada, aplicar su desacoplamiento de polarización (polarización horizontal para uno y polarización vertical para otro rango). El desacoplamiento de los elementos de los rangos de 14-28 MHz en un "cuadrado" de tres elementos determinado por cálculo alcanza los 20 dB. Para obtener el mejor rendimiento de un sistema de múltiples rangos, es deseable mantener una separación óptima de los elementos para cada rango. Sin embargo, aquí, debido a las dificultades de diseño, los radioaficionados a menudo se ven obligados a ceder. Un ejemplo de tal compromiso para un "cuadrado" de tres elementos en 14, 21 y 28 MHz puede ser lograr un rendimiento casi óptimo en las dos primeras bandas y peor rendimiento en la tercera. En nuestra opinión, tal decisión está bastante justificada debido a las peculiaridades del pasaje y la diferente carga de trabajo de estas bandas. Dependiendo de los requisitos específicos de la antena, el radioaficionado puede elegir otra opción. Literatura
Publicación: cxem.net
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Comentarios sobre el artículo: jurásico muchas gracias al principio lo leí probé la conclusión de la yagi resto háganlo chicos no sean perezosos bueno ahora hay algo más que hacer los resultados no los harán esperar
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