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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Configuración y coordinación de dispositivos alimentadores de antena. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas de alta frecuencia Coincidencia de antena En el prefacio de su libro "Antenas", Rothhammel repitió en la primera línea la verdad bien conocida: una buena antena es el mejor amplificador de alta frecuencia. Sin embargo, muchos radioaficionados a veces olvidan que construir un buen sistema de antena cuesta lo mismo que un buen transceptor, y configurar un dispositivo alimentador de antena requiere el mismo enfoque serio que configurar un transceptor. Después de haber construido una antena de acuerdo con una descripción extraída de algún lugar, los radioaficionados suelen configurarla utilizando un medidor de ROE o, en general, confían en el azar y no realizan ninguna medición. Por eso, en muchos casos se pueden escuchar críticas negativas sobre buenas antenas, o que no tienen suficiente potencia autorizada para las comunicaciones cotidianas. Aquí se ha intentado revisar brevemente métodos simples de coincidencia y mediciones en AFS (sistemas de alimentación de antena) en forma de una guía de libros (en lo sucesivo, referencias por número):
y también proporciona algunos consejos prácticos. Entonces... ¿Por qué no podemos tomarnos en serio el ajuste de los dispositivos alimentadores de antenas de nueva creación mediante un medidor de ROE? El medidor ROE muestra la relación (Udirect + Uref) y (Udirect-Uref) o, en otras palabras, cuántas veces la impedancia de la ruta del alimentador de antena difiere de la impedancia de onda del dispositivo (salida del transmisor, por ejemplo). Según las lecturas del medidor SWR, es imposible entender qué significa SWR = 3 cuando la resistencia de la etapa de salida es de 50 ohmios. La impedancia característica de la ruta antena-alimentador en este caso puede ser puramente activa (en la frecuencia de resonancia) y puede ser igual a 150 ohmios o 17 ohmios (¡ambas son igualmente probables!). No en la frecuencia de resonancia, la resistencia contendrá activo y reactivo (capacitivo o inductivo) en proporciones muy diferentes, y entonces no está del todo claro qué se debe hacer: compensar la reactividad o igualar la impedancia de la onda. Para coordinar con precisión la AFU es necesario saber:
El propósito de la adaptación de antenas es satisfacer dos condiciones para conectar la antena al transceptor:
Si estas condiciones se cumplen en el punto donde se alimenta la antena (el punto donde la antena está conectada al alimentador), entonces el alimentador funciona en modo de onda viajera. Si se cumplen las condiciones de adaptación en la unión del alimentador con el transceptor y la impedancia de la antena difiere de la impedancia característica del alimentador, entonces el alimentador funciona en modo de onda estacionaria. Sin embargo, el funcionamiento del alimentador en modo de onda estacionaria puede provocar una distorsión del patrón de radiación en las antenas direccionales (debido a la radiación dañina del alimentador) y, en algunos casos, puede provocar interferencias con el equipo transceptor circundante. Además, si se utiliza la antena para la recepción, la trenza alimentadora recibirá radiación no deseada (por ejemplo, interferencias de su computadora de escritorio). Por lo tanto, es preferible utilizar la alimentación de la antena a través de un alimentador en modo de onda viajera. Antes de compartir la experiencia práctica en la adaptación de antenas, unas palabras sobre los principales métodos de medición. 1. Medición de la frecuencia de resonancia de la antena 1.1. La forma más sencilla de medir la frecuencia de resonancia de una antena es utilizando un indicador de resonancia heterodina (HRI). Sin embargo, en sistemas de antenas de elementos múltiples, las mediciones GIR pueden ser difíciles o completamente imposibles de realizar debido a la influencia mutua de los elementos de la antena, cada uno de los cuales puede tener su propia frecuencia de resonancia. 1.2. Método de medición mediante una antena de medición y un receptor de control. Se conecta un generador a la antena que se está midiendo, a una distancia de 10-20l A partir de la antena que se está midiendo se instala un receptor de control con una antena que no tiene resonancias en estas frecuencias (por ejemplo, en resumen l/10). El generador se ajusta en la parte seleccionada del rango, utilizando el medidor S del receptor de control, se mide la intensidad del campo y se traza la dependencia de la intensidad del campo con la frecuencia. El máximo corresponde a la frecuencia de resonancia. Este método es especialmente aplicable para antenas multielementos, en cuyo caso el receptor de medición debe ubicarse en el lóbulo principal del patrón de radiación de la antena que se está midiendo. Una variante de este método de medición es utilizarlo como generador, un transmisor con una potencia de varios vatios y un medidor de campo simple (por ejemplo [1], Fig. 14-20). Sin embargo, debes tener en cuenta que al tomar medidas interferirás con los demás. Consejos prácticos para mediciones en el rango 144-430 MHz: al realizar mediciones, no sostenga el medidor de campo en las manos para reducir la influencia del cuerpo en las lecturas del instrumento. Fije el dispositivo sobre el piso a una altura de 1 a 2 metros sobre un soporte dieléctrico (por ejemplo, un árbol, una silla) y tome lecturas desde una distancia de 2 a 4 metros, sin entrar en el área entre el dispositivo y el antena que se está midiendo. 1.3. Medición utilizando un generador y un antescopio (por ejemplo [1], Fig. 14-16). Este método se aplica principalmente en HF y no proporciona resultados precisos, pero permite evaluar simultáneamente la resistencia de la antena. La esencia de las medidas es la siguiente. Como sabes, un antescopio te permite medir la impedancia (activa + reactiva). Porque Las antenas generalmente se alimentan en el antinodo actual (resistencia de entrada mínima) y no hay reactividad en la frecuencia de resonancia, entonces, en la frecuencia de resonancia, el antenodo mostrará una resistencia mínima y, en todas las demás frecuencias, la mayoría de las veces será mayor. De ahí la secuencia de mediciones: al reconstruir el generador, miden la impedancia de entrada de la antena. La resistencia mínima corresponde a la frecuencia de resonancia. Uno PERO: ¡el alcance de la antena debe conectarse directamente al punto de alimentación de la antena y no a través de un cable! Y una observación práctica: si hay una potente fuente de emisión de radio cerca de usted (televisión o estación de radio), debido a la interferencia, el alcance de la antena nunca se equilibrará "a cero" y resulta casi imposible tomar medidas. 1.4. Es muy conveniente determinar la frecuencia de resonancia de los vibradores utilizando un medidor de respuesta de frecuencia. Al conectar la salida del medidor de respuesta de frecuencia y el cabezal detector a la antena, se determinan las frecuencias en las que son visibles las caídas en la respuesta de frecuencia. En estas frecuencias, la antena resuena y la energía se extrae de la salida del dispositivo, que es claramente visible en la pantalla del dispositivo. Casi todos los medidores de respuesta de frecuencia son adecuados para realizar mediciones (X1-47, X1-50, X1-42, SK4-59). Opción de medición: utilizando un analizador de espectro (SK4-60) en modo de larga persistencia y un generador externo. Puede utilizar un generador de armónicos como generador externo: en HF - con un paso de 10 kHz, a 144 MHz - con un paso de 100 kHz, a 430 MHz - con un paso de 1 MHz. En frecuencias de hasta 160 MHz, el circuito generador de armónicos en el circuito integrado 155IE1 proporciona el espectro más uniforme con alta intensidad armónica. En el rango de 430 MHz se puede obtener un nivel suficiente de armónicos en un circuito con un diodo de almacenamiento 2A609B (circuito calibrador de 50 MHz de SK4-60). 2. Medida de resistencia en dispositivos de antena-alimentador 2.1. El dispositivo comercial más sencillo (aún asequible) para medir la resistencia activa y la fase de la señal (y, por tanto, el componente reactivo) es un puente de medición. Existen varias modificaciones de estos dispositivos para su uso con rutas de 50 y 75 ohmios y para varios rangos de frecuencia hasta 1000 MHz: estos son los puentes de medición R2-33...R2-35. 2.2 En la práctica de la radioafición, se utiliza con mayor frecuencia una versión más simple del puente de medición diseñado para mediciones de impedancia (antenascopio). Su diseño, a diferencia de los puentes P2-33..., es muy sencillo y se puede repetir fácilmente en casa ([1], págs. 308-309). 2.3 Conviene recordar algunas notas respecto a las resistencias en APS. 2.3.1. Línea larga con impedancia característica Ztr y longitud eléctrica. l/4, 3 veces l/4 etc transforma la resistencia, que se puede calcular a partir de la fórmula Ztr=Sqr(Zin Zout) o según la Fig. 2.39 [2]. En el caso especial, si un extremo lSe abre /4 del segmento, luego la resistencia infinita en este extremo del segmento se transforma en cero en el extremo opuesto (cortocircuito) y dichos dispositivos se utilizan para transformar resistencias grandes en pequeñas. ¡Atención! Estos tipos de transformadores funcionan eficazmente sólo en un rango de frecuencia estrecho, limitado a fracciones de un porcentaje de la frecuencia de funcionamiento. Línea larga con longitud eléctrica múltiple. l/2, independientemente de la impedancia característica de esta línea, transforma la impedancia de entrada en impedancia de salida con una relación de 1:1 y se utilizan para transmitir resistencias a la distancia requerida sin transformar las resistencias, o para invertir la fase en 180 °. A diferencia de l/4 líneas, líneas l/2 tienen más ancho de banda. 2.3.2. Si la antena es más corta de lo que necesita, entonces, en su frecuencia, la resistencia de la antena tiene un componente reactivo de naturaleza capacitiva. En el caso de que la antena sea más larga, a su frecuencia la antena tiene una reactividad inductiva. Por supuesto, en su frecuencia, la reactividad no deseada se puede compensar introduciendo reactividad adicional del signo opuesto. Por ejemplo, si la antena es más larga de lo necesario, el componente inductivo se puede compensar conectando un condensador en serie con la fuente de alimentación de la antena. El valor del condensador requerido se puede calcular para la frecuencia deseada conociendo el valor del componente inductivo (ver Fig. 2.38 [2]), o seleccionarse experimentalmente, como se describe en el párrafo 5. 2.3.3. La introducción de elementos pasivos adicionales suele reducir la impedancia de entrada de la antena (por ejemplo, para un cuadrado: de 110-120 ohmios a 45-75 ohmios). 2.3.4. A continuación se muestran los valores teóricos de los vibradores más comunes (los vibradores están ubicados en un espacio libre de objetos circundantes), antenas y alimentadores:
3. Medir el grado de acuerdo Es aconsejable realizar estas mediciones después de la coordinación descrita en el apartado 5 para evaluar la calidad de la coordinación. 3.1. Instrumentos para determinar el grado de coincidencia de líneas abiertas de dos hilos con una antena: 3.1.1. Una bombilla de neón normal o GIR. Al mover la bombilla a lo largo de la línea de transmisión, el brillo de la bombilla no debe cambiar (modo de onda viajera). La opción de medición es un dispositivo que consta de un bucle de comunicación, un detector y un indicador de cuadrante (ver Fig. 14.8 [1]). 3.1.2. Indicador de dos lámparas (ver Fig. 14.7 [1]). Al ajustar la bombilla conectada al brazo cercano a la antena no brilla, y en el brazo opuesto el brillo es máximo. A niveles de potencia bajos, puede utilizar un detector y un indicador de cuadrante en lugar de una bombilla. 3.2. Instrumentos para determinar el grado de adaptación en caminos coaxiales: 3.2.1. Una línea de medición es un dispositivo que se aplica para medir el grado de coincidencia en líneas coaxiales y de guía de ondas desde VHF hasta el rango de ondas centimétricas. Su diseño es simple: un cable coaxial rígido (guía de ondas) con una ranura longitudinal en el conductor exterior, a lo largo del cual se mueve un cabezal de medición con una sonda de medición introducida en la ranura. Al mover el cabezal de medición a lo largo de la trayectoria, se determinan los máximos y mínimos de las lecturas, cuya relación se utiliza para juzgar el grado de concordancia (modo de onda viajera: las lecturas no cambian a lo largo de toda la línea de medición) . 3.2.2. Puente de medición (Fig. 14.18 [1]). Le permite medir ROE en líneas de transmisión de hasta 100 ohmios en HF y VHF con una potencia de entrada de aproximadamente cientos de milivatios. El diseño es muy sencillo de fabricar; no contiene cierres de madejas ni unidades estructurales que son fundamentales para la precisión de la fabricación. 3.2.3. Medidores de ROE basados en reflectómetros. Se describen muchos diseños de estos dispositivos (por ejemplo, Fig. 14-14 [1]. Le permiten monitorear el estado del APS durante la operación en el aire. 3.2.4. Medidores de ROE basados en medidores de respuesta de frecuencia. Muy conveniente para estudiar la calidad de la adaptación en cualquier frecuencia, hasta 40 GHz. Principio de medición: el juego de instrumentos de medición consta de un medidor de respuesta de frecuencia y un acoplador direccional, conectados en el siguiente circuito:
donde 1 - medidor de respuesta de frecuencia (X1-47); 2 - cabezal detector de baja resistencia del kit X1-47; 3 - es adecuado un acoplador direccional, por ejemplo, para el rango de 144 MHz, NO 991-03 del kit para el dispositivo SK4-60; 4 - antena medida. La señal de alta frecuencia de la salida X1-47 va al pin 3 del acoplador direccional y luego va sólo al pin 2 del acoplador direccional. Luego, la señal se transmite a la antena que se está midiendo. En frecuencias donde la antena tiene una ROE alta, la energía se refleja y regresa al pin 2 del acoplador direccional. En esta dirección de la señal, la energía se transfiere solo del pin 2 al pin 1, es detectada por el cabezal del detector y el nivel de la señal reflejada se muestra en la pantalla X1-47 dependiendo de la frecuencia. Antes de comenzar las mediciones, es necesario calibrar el circuito. Para hacer esto, en lugar de medir la antena, conecte un equivalente no inductivo de una antena con una resistencia de 50 ohmios y asegúrese de que no haya señal reflejada (SWR = 1). A continuación, después de haber desacoplado el equivalente, observe el nivel de señal para SWR = infinito. Todos los valores intermedios de ROE se mostrarán en la pantalla del dispositivo en una posición entre 0 y el valor máximo. Al conectar antenas equivalentes con una resistencia de 75 ohmios, 100 ohmios, 150 ohmios, marque los valores de ROE en la pantalla del dispositivo como 1.5, 2, 3, respectivamente. Como medidor de respuesta en frecuencia se puede utilizar el analizador de espectro SK4-60 y un generador externo, dependiendo del rango de onda en el que se realicen las mediciones (G4-151 hasta 500 MHz, G4-76 hasta 1.3 GHz, G4- 82 5.6 GHz, G4-84 10 GHz). En frecuencias de hasta 500 MHz, los generadores de armónicos descritos en el párrafo 1.4 se pueden utilizar como generador externo. Dos notas:
4. Algunos métodos de medición útiles 4.1. Medidas con antenoscopio (dado en [1] págs. 308-312). 4.1.1. Determinar la longitud eléctrica exacta l/4 lineas: Para hacer esto, la línea se conecta por un extremo al antescopio y el otro se deja abierto. A continuación, cambiando la frecuencia del generador, se determina la frecuencia más baja a la que se logra el equilibrio del puente con resistencia cero. Para esta frecuencia la longitud eléctrica de la línea es exactamente l/ 4. 4.1.2. Medida de la impedancia de línea Ztr: Después de realizar las mediciones según el punto 4.1.1., conecte una resistencia de 100 ohmios al extremo libre de la línea y mida la resistencia Zmeas en el otro extremo de la línea con un osciloscopio de antena. Calcule la impedancia característica de la línea usando la fórmula Ztr=Sqr(100хZmedida) 4.1.3. Comprobación de la precisión dimensional l/2 líneas de transformación:
4.1.4. Determinación del factor de acortamiento de la línea de transmisión: para las mediciones, se utiliza un segmento de línea con una longitud de varios metros (longitud X).
Por ejemplo, si la longitud de la línea es X=3.3 metros y el equilibrio se produjo a una frecuencia de F=30 MHz, entonces L=5 metros y K=0.66. Los valores típicos de los factores de acortamiento para líneas coaxiales son 0.66, para cables planos - 0.82 y para líneas abiertas de dos hilos - 0.95. 4.2. Mediciones con un medidor de respuesta de frecuencia se llevan a cabo de acuerdo con el esquema indicado en el párrafo 3.2.4. 4.2.1. Localización de heterogeneidades en el alimentador. Si es necesario determinar la distancia hasta una discontinuidad en el alimentador (cortocircuito o rotura) sin desmontar el alimentador, esto se puede hacer de la siguiente manera. En caso de rotura o cortocircuito en el alimentador, la ROE máxima se observará en las frecuencias donde la línea actúa como transformador. l/2, así como en múltiples frecuencias, independientemente del rango seleccionado para las mediciones. El alimentador se desacopla del transceptor y se conecta al pin 2 del acoplador direccional. La banda de oscilación está configurada de manera que sea conveniente medir el período de ROE. El período medido en megahercios corresponde a la frecuencia con la que opera la línea como l/2 segmento teniendo en cuenta el acortamiento. Supongamos que el intervalo de frecuencia entre los picos de ROE es de 3 MHz, lo que significa que la frecuencia a la que la línea ahora está operando como transformador l/2 es igual a 6 MHz y esto corresponde a una longitud de onda de 50 metros (es decir, hasta una heterogeneidad de 50 metros sin tener en cuenta el factor de acortamiento de la línea). Conociendo el coeficiente de acortamiento de la línea, podemos determinar con precisión la distancia real a la discontinuidad. Por ejemplo, si la línea es de cable coaxial con coeficiente. el acortamiento es 0.66, entonces en nuestro caso la distancia desde el transmisor hasta la rotura (cortocircuito) en el cable coaxial es de 33 metros. 4.2.2. Medición del factor de acortamiento del cable. Las medidas se realizan de la misma forma que en el punto 4.2.1., pero el cable medido, de varios metros de longitud, se conecta al terminal 2 del acoplador direccional. Digamos que medimos el coeficiente de acortamiento de un cable de 33 metros de largo. La longitud eléctrica medida del cable es de 50 metros, lo que significa que el factor de acortamiento es 33/50=0.66. 4.2.3. Comprobación del cable de 50 ohmios en busca de heterogeneidades. El cable que se está probando se conecta al pin 2 del NO, en cuyo otro extremo se conecta una carga adaptada de 50 ohmios. En la pantalla del dispositivo debería verse una línea recta si no hay heterogeneidades en el cable. 5. Procedimiento de sintonización de antena A modo de ejemplo, algunas palabras sobre el procedimiento para configurar una antena delta para un rango de 80 metros, utilizando los métodos de medición indicados anteriormente. Es necesario hacer coincidir la etapa de salida del transmisor (50 Ohm) con la antena mediante un cable de 50 Ohm. Si no es posible medir la resistencia de la antena y encontrar la frecuencia de resonancia de la antena, conectándola directamente en el punto de alimentación, conectamos la línea transformadora. l/2 entre dispositivos y antena. Así, utilizando las propiedades transformadoras de la línea (1:1), es posible realizar mediciones no directamente en la antena, sino en el otro extremo de la línea. Utilizando uno de los métodos descritos, medimos la resistencia de la antena y la frecuencia de resonancia. Si la frecuencia de resonancia de la antena se desplaza ligeramente, al cambiar las dimensiones geométricas de la antena, se logra la resonancia a la frecuencia deseada. Normalmente, la resistencia de la antena delta es de 120 ohmios y para hacer coincidir la antena con el cable es necesario utilizar un transformador 1:2.4. Este transformador se puede fabricar utilizando un SHPTL de tres hilos con la relación Rout/Rin=4/9 (Bunin, Yaylenko “Handbook of Shortwave Radio Amateurs” Kyiv, Technique). Después de fabricar el transformador, conecte una resistencia con una resistencia de 120-130 ohmios a la entrada de alta resistencia del transformador y, conectando un antescopio a otra entrada del transformador, mida su resistencia de entrada y su relación de transformación. Después de conectar un transformador entre el PA y la línea eléctrica, verifique la corriente en la antena usando un amperímetro de RF (Figura 14-2 [1]). Es mejor medir la corriente después de la PA con un amperímetro de RF calibrado y calcular la potencia absorbida. Si después del cálculo resulta que P=RII es menor que en la antena equivalente, entonces el dispositivo de adaptación introduce reactividad y debe compensarse. Para ello, conecte un condensador variable (10-500 pF) en serie con el amperímetro de RF y, cambiando su valor, consiga el máximo en las lecturas del amperímetro de RF. Si no es posible aumentar la corriente en la antena usando un capacitor, es necesario reemplazar el capacitor con un variómetro y seleccionar una inductancia de compensación. Después de seleccionar la reactividad de compensación, se mide su valor y se reemplaza por un elemento con un valor constante. Después de configurar el dispositivo correspondiente, se coloca en una carcasa sellada y se transfiere al punto donde la antena se alimenta desde el cable. Finalmente, se vuelve a comprobar la concordancia utilizando uno de los métodos de medición de ROE. Consejos para conectar computadoras Mucha gente se queja de que su ordenador de sobremesa interfiere con la recepción. La razón de esto en la mayoría de los casos es una mala adaptación de la antena. En este caso, el trenzado del cable de alimentación de la antena recibe radiación del ordenador y llega a la entrada del receptor en forma de interferencia. Es fácil verificar esta suposición: desconecte el cable de la entrada del receptor; si la interferencia desaparece, entonces la ruta principal de interferencia desde la computadora a la entrada del receptor es a través de la trenza del cable. Después de combinar cuidadosamente la antena utilizando los métodos siguientes, podrá eliminar en gran medida las interferencias en la recepción y el funcionamiento inestable de los nodos digitales durante la transmisión. La segunda condición necesaria para la comodidad de trabajar con una computadora es una conexión a tierra cuidadosa de todos los dispositivos. ¡No es adecuada la conexión a tierra de un tubo de calefacción! La tercera forma es encerrar todos los cables que salen del ordenador dentro de un blindaje y es muy recomendable pasar cada uno de ellos por un anillo de ferrita de 2000 NM (un par de vueltas). También puede pasar el cable de la antena a través del anillo (para equilibrar adicionalmente el cable y eliminar la propagación de señales de RF a lo largo de la trenza del cable). A veces, la fuente de interferencia es el monitor y los cables que van a él. Intente encender y apagar el monitor desde la red mientras la computadora está funcionando y cargada. Si el nivel de ruido cambia, se recomienda conectar a tierra por separado el chasis del monitor y el punto de conexión a tierra del chasis debe seleccionarse experimentalmente para minimizar la interferencia. Autor: Alexander Doshchich, UY0LL, uy0ll@buscom.kharkov.ua; Publicación: cxem.net
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Comentarios sobre el artículo: en3ii De Dios hombre, ahora hay pocas personas alfabetizadas. Todo es breve y claro. ¡Gracias y salud! 73 Sergey Alekseev Gracias!
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