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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Coincidencia de banda ancha. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Antenas. Mediciones, ajuste, coordinación Algunas bandas de aficionados en HF (160, 80 y 10 metros) tienen un ancho de banda relativo amplio, casi el 10%, y no todas las antenas funcionan satisfactoriamente en todas las frecuencias de estas bandas. Reemplazar una antena de banda estrecha por una de banda más ancha está lejos de ser la solución más fácil o más barata al problema. Existe otra posibilidad de ampliar significativamente la banda de frecuencia operativa de una antena de banda estrecha: utilizando un dispositivo de adaptación especialmente diseñado. Las cuestiones relacionadas con la creación de dichos dispositivos se analizan en el artículo publicado. A menudo, un sistema de antena con su dispositivo de adaptación (MD) no cubre la banda de frecuencia requerida para una ROE determinada. En este caso, la antena tiene su propia banda y el sistema de control la suya. Y, al parecer, cuando se conectan en serie, la banda de frecuencia total (BW) será menor. Pero tengamos en cuenta que la antena y el sistema de control son, por regla general, dispositivos resonantes. Por lo tanto, el BW del sistema de antena puede estrecharse o expandirse, todo depende de la naturaleza del cambio en la reactividad jX(f) de la antena y el sistema de control. Recuerde la técnica de los filtros de paso de banda: un filtro de doble bucle puede tener un paso de banda más amplio que un filtro de bucle único. Como sabe, un filtro de paso de banda fabricado correctamente contiene circuitos oscilatorios alternos en serie y en paralelo. Tenemos uno de los circuitos: una antena (con cierta aproximación se puede considerar esto). Por lo tanto, dependiendo de la naturaleza del cambio en jXa con respecto a la frecuencia (como en un circuito LC en serie o en paralelo), es necesario elegir la naturaleza del cambio en jXcу(f). 1. Coincidencia de banda ancha por un circuito LC paralelo en el punto de alimentación Cerca de la frecuencia de resonancia, el circuito equivalente de un dipolo de media onda (λ/2) alimentado por el centro es un circuito LC en serie convencional. Lo mismo se aplica a λ/4 GP. Si el primer circuito (antena) es en serie, entonces para formar un filtro de dos circuitos de banda ancha, se le debe conectar un circuito LC paralelo sintonizado a la frecuencia media del rango coincidente. Está conectado en paralelo al cable de alimentación y, en consecuencia, a la antena. A qué conduce esto se muestra en la Fig. 1, usando el ejemplo de un dipolo λ/2 a 28 MHz, en paralelo al que se conecta un circuito LC paralelo (un condensador de 500 pF y un inductor de 62 nH).
La dependencia jX(f) adquiere un carácter en forma de S característico de los sistemas de coincidencia de banda ancha y, cuando se configura correctamente, cruza el valor cero tres veces. Esto es consecuencia de la compensación mutua de la reactividad de la antena y el sistema de control (nuestro circuito). Como resultado, BW en el nivel SWR<2 se expande más de una vez y media en comparación con un dipolo de media onda convencional. La dependencia R(f) tiene una forma inusual: en la frecuencia media (donde el circuito LC está sintonizado en resonancia y no tiene ningún efecto) R corresponde a la resistencia de un dipolo simple. Cuando se desafina en cualquier dirección desde la frecuencia central, la presencia de un circuito LC conduce a una transformación de las resistencias y un aumento en el R total. Como resultado, la dependencia R(f) tiene dos máximos, ubicados casi simétricamente con respecto a la frecuencia central. La reactancia de un condensador de bucle a la frecuencia de funcionamiento suele estar en el rango de 5...20 ohmios (una capacitancia bastante grande), la bobina se selecciona en función de las condiciones para obtener resonancia. La práctica ha demostrado que se obtienen resultados de BW ligeramente mejores si la frecuencia de resonancia del circuito LC es ligeramente superior (entre un 10 y un 15% de la banda de BW absoluta) de la frecuencia media del rango. La distancia entre los ceros extremos de la curva S en el gráfico jX(f) depende de la capacitancia del capacitor del circuito. Su aumento conduce a la convergencia de los ceros extremos y, en consecuencia, a un estrechamiento de la banda. Una reducción excesiva de la capacitancia conduce a una expansión de la curva S a aquellas frecuencias en las que R ya cae bruscamente, lo que nuevamente conduce a un estrechamiento de BW. El valor óptimo de la capacitancia del circuito se puede seleccionar fácilmente usando MMANA, según la apariencia de la curva S del gráfico jX(f) y el ancho de banda BW en el gráfico SWR. Se obtienen buenos resultados cuando se utiliza dicha adaptación para λ/4 GR de pie en el suelo, cuando se alimenta con un cable de 50 ohmios. Un aumento en la parte activa de la resistencia de entrada de 37 ohmios en el centro a 50...60 ohmios en los bordes del rango proporciona dos mínimos de ROE. En la Fig. La Figura 2 muestra un ejemplo de cómo combinar la banda de 80 m c/a GP (resonancia GP a 3,65 MHz) con un circuito paralelo sintonizado a 3,67 MHz con una capacitancia de circuito de 7500 pF.
La ROE en todo el rango de 3,5...3,8 MHz no supera 1,4 con dos mínimos distintos en las secciones CW y SSB DX. Al disminuir la altura vertical hasta lograr una resonancia a 3,75 MHz, aumentar la frecuencia del circuito del sistema de control a 3,78 MHz y reducir la capacitancia del condensador a 5000 pF, es posible cubrir una banda de más de 500 kHz. De manera similar, λ/4 GP con su propia resonancia a 27,8 MHz usando un circuito paralelo (capacitor de 300 pF) se adapta en la banda 26...29,7 MHz, cubriendo las bandas MV y de aficionados. De esta forma se puede ampliar el ancho de banda de cualquier antena que se comporte en su frecuencia de resonancia como un circuito en serie. Estos incluyen casi todas las antenas alimentadas en la ruptura del antinodo actual (es decir, la mayoría de las antenas), incluidos los marcos con un perímetro de 1λ. Observo que para obtener características óptimas, es deseable que la impedancia de entrada Ra de la propia antena (sin control) en resonancia sea algo menor que la impedancia característica Zo de la línea de transmisión utilizada. La relación Zo/Ra dará el valor máximo de ROE en el centro del rango. La expansión del ancho de banda lograda con este método es de 1,5...2 veces. El voltaje en el circuito no excede el voltaje de salida del transmisor, la potencia reactiva del capacitor del circuito no debe ser menor que la potencia del transmisor. El circuito del sistema de control debe sintonizarse a la frecuencia media del rango antes de instalarlo en la antena y, por lo general, no necesita sintonización adicional. Pero ajustar dentro de límites pequeños (estirando o comprimiendo las vueltas de la bobina de contorno) al BW máximo no hará daño. 2. Coincidencia de banda ancha mediante circuito LC serie a través de A, segmento de 4 líneas A pesar de todas las ventajas, el método de coordinación descrito en el párrafo anterior tiene desventajas. En primer lugar, el valor Ra en el medio del rango lo determina la antena y no se puede cambiar y, en segundo lugar, el circuito LC ubicado en el punto de alimentación no siempre está disponible para su ajuste (para un dipolo, por ejemplo). El método descrito a continuación no tiene estas desventajas. Se basa en una propiedad interesante de un segmento de línea de longitud λ/4: si lo cargamos en un circuito LC en serie, entonces en la entrada de la línea la naturaleza de la dependencia jX(f) corresponderá a un circuito en paralelo ( por encima de la frecuencia de resonancia jX será capacitiva y por debajo será inductiva). Si conectamos una antena con un cambio en jX(f) similar al de un circuito en serie a través de un segmento de recta de longitud λ/4, entonces al final del segmento obtenemos la dependencia jX(f) similar a la de un Circuito oscilatorio paralelo. Obviamente, para expandir la banda (es decir, formar un filtro de dos circuitos) entre el circuito paralelo (el final del segmento de línea λ/4) y la línea de suministro principal, es necesario incluir un circuito en serie sintonizado en el medio. frecuencia del rango. En este método, también es posible transformar Ra si la impedancia característica λ/4 del segmento no es igual a Ra. De esta manera, los λ/50 GP que se encuentran en el suelo se combinan con éxito con la línea de 4 ohmios. Cuando se conecta a través de un trozo de cable de 50 ohmios con una longitud de λ/4, la resistencia de la antena Ra = 37 ohmios aumenta a media frecuencia a 68 ohmios (proporcionando una “joroba” de ROE de 68/50 = 1,35). Agregar un circuito LC en serie produce una curva jX(f) en forma de S con dos mínimos de ROE en los extremos de la banda y una extensión BW. Este esquema de combinación se ve así: un cable de alimentación de 50 ohmios se conecta directamente al GP (sin unidad de control). A una distancia de λ/4 (teniendo en cuenta el factor de acortamiento del cable utilizado), se conecta al espacio un circuito LC en serie (L = 2,15 μH, C = 900 pF), sintonizado a la frecuencia media del rango. en el hilo central del cable. A continuación, un cable de 50 ohmios de longitud arbitraria va al transmisor. Una altura vertical de 19,5 m así adaptada tiene un ancho de banda de más de 450 kHz con dos mínimos de ROE pronunciados a 3,5 y 3,8 MHz. La distancia entre los ceros extremos de la curva S en el gráfico jX(f) depende de la capacitancia del capacitor del circuito. La reducción de la capacitancia conduce a la convergencia de los ceros extremos y, en consecuencia, a un estrechamiento de la banda. Un aumento excesivo de la capacitancia conduce a una expansión de la curva S a aquellas frecuencias en las que R ya cae bruscamente, lo que también conduce a un estrechamiento de BW. El valor óptimo del capacitor se puede seleccionar fácilmente en MMANA, según la apariencia de la curva S del gráfico jX(f) y el ancho de banda BW en el gráfico SWR. Las ventajas de este método (además de la posibilidad de transformar Ra) incluyen la accesibilidad del circuito durante la configuración. Las desventajas son la inductancia bastante grande de la bobina del circuito (reactancia a una frecuencia de funcionamiento de 100 a 300 ohmios), lo que requiere un alto factor de calidad de diseño. La potencia reactiva del condensador del circuito debe ser varias veces mayor (al factor de calidad del circuito cargado) que la potencia del transmisor. El voltaje de funcionamiento del condensador es el mismo número de veces mayor que el voltaje del transmisor con la carga adaptada. 3. Coincidencia de banda ancha de vibradores con emparejadores gamma y omega La mayoría de las antenas tienen el mismo carácter de cambio en jX(f) que en un circuito en serie. Pero la mayoría no son todos. Algunas antenas cercanas a la resonancia tienen un cambio en jX(f) similar al de un circuito paralelo. En primer lugar, se trata de antenas que no se alimentan en la rotura del vibrador, sino paralelamente a él, a través de un bucle, según el circuito de adaptación gamma y omega. Naturalmente, para formar un filtro de dos circuitos en este caso, es necesario conectar un circuito LC en serie en serie con la antena. En principio, una antena con adaptación gamma ya lo tiene: la inductancia del bucle y el condensador de sintonización conectados en serie con él forman el circuito deseado. Pero es necesario según el esquema, y no según los valores (para ampliar la banda) de los elementos incluidos en él. La longitud del bucle de adaptación gamma se selecciona a partir de la condición de obtener el Ra deseado, y su inductancia está determinada por cuál será. Es extremadamente improbable que coincida con lo necesario para asegurar la banda óptima. Por lo tanto, es mucho más fácil conectar un inductor adicional en serie con el bucle, reduciendo en consecuencia el condensador de sintonización. La idea de este diseño fue propuesta por RA9MB. Un GP conectado a tierra hecho de un tubo con un diámetro de 15 mm y una altura de 2,66 m con dicha adaptación tiene un ancho de banda de más de 4 MHz y cubre los rangos de 12 y 10 m. El tubo de adaptación gamma (también con un diámetro de 15 mm) está ubicado a una distancia de 0,1 m del GP y tiene una longitud de 0,5 m. En el punto de alimentación se conecta en serie con el cable un condensador con una capacidad de 28 pF y una bobina inductancia de 0,65 μH. La metodología de diseño para una antena de este tipo es la siguiente: - En primer lugar, se desarrolla una antena con adaptación gamma convencional para la frecuencia media. La longitud del tubo de adaptación gamma se selecciona a partir de la condición de obtener Ra, que excede ligeramente la impedancia característica de la línea de transmisión Zc. La relación Ra/Z0 dará el valor de ROE en la frecuencia media. Debería ser menos que aceptable. - Luego, se conecta un circuito LC en serie (sintonizado a frecuencia media) en serie con el condensador de sintonización, lo que proporciona expansión del ancho de banda. Aumentar la inductancia de este circuito conduce a un estrechamiento de los ceros extremos de la curva S (similar a lo descrito anteriormente). - Al alcanzar la banda deseada, dos condensadores conectados en serie (igualadores de bucle y gamma de sintonización) se convierten en uno. De esta manera, es posible obtener una ROE muy baja en una banda de frecuencia amplia. GP conectado a tierra de 19,7 m de altura (diámetro del pin 40 mm, diámetro del tubo correspondiente 4 mm, su altura 3,6 m, a una distancia de 0,3 m del GP, un condensador de 136 pF y una bobina de 8 μH están conectados en serie con el cable en el power point) tiene una ROE inferior a 1,25 en todo el rango de 3,5....3,8 MHz. Se puede obtener el mismo efecto con una antena omega. Y de la misma manera, conectando una bobina entre el condensador de sintonización en serie y el cable de alimentación. El método para diseñar una antena de este tipo es exactamente el mismo que el método anterior para la coincidencia gamma (solo que en lugar de cambiar la longitud del bucle, es necesario cambiar la capacitancia del condensador paralelo). Los parámetros del bucle de adaptación se seleccionan como se describe: la extensión del ancho de banda que se puede lograr es 1,5...2 veces en comparación con el ancho de banda de la misma antena sin bucle. 4. Coincidencia de antena de banda ancha con un elemento agrupado paralelo Además de las antenas consideradas con emparejadores gamma y omega, las antenas con adaptación de inductancia paralela (partición de horquilla) se comportan como un circuito oscilatorio paralelo. Esto es comprensible: el elemento de adaptación paralelo, junto con la reactividad de la antena, forma un circuito oscilatorio paralelo sintonizado con la frecuencia de funcionamiento. Aquí, para ampliar el ancho de banda, basta con conectar un circuito LC en serie entre la antena y el cable. Un soporte vertical en el suelo con una altura de 2,37 m y un diámetro de 10 mm, así coordinado, tiene un ancho de banda de 3,4 MHz con una frecuencia media de 27,5 MHz. Se conecta una bobina de inductancia de 0,25 μH entre la vertical y tierra, y entre el conductor central del cable y la vertical se conecta un circuito en serie con parámetros L = 1,5 μH y C = 18 pF. Otro tipo de antenas, que en resonancia tienen una dependencia jX(f), como un circuito paralelo, son vibradores acortados con una bobina en el antinodo actual. La línea eléctrica de dichas antenas está conectada a los grifos de la bobina, lo que garantiza la coincidencia. Esto se hace especialmente con GP acortados: la bobina en la base proporciona resonancia a la frecuencia deseada y el grifo proporciona coordinación con el Z0 dado. Un circuito LC en serie entre la línea de suministro y el grifo de la bobina de extensión le permite ampliar considerablemente el ancho de banda, lo cual es especialmente importante para antenas acortadas, cuyo ancho de banda es fundamentalmente menor que el de las de tamaño completo. La Figura 3 muestra un alcance vertical acortado (solo 13 m de altura) de 80 m con dos cables de carga capacitiva en la parte superior, emparejados de la manera descrita.
El circuito de adaptación se muestra en la Fig. 4. Los diámetros del mástil son de 40 mm, los cables de carga capacitivos son de 2 mm cada uno. Esta antena de diseño muy simple y conveniente (las cargas capacitivas se combinan con el nivel superior de los cables de sujeción del mástil), a pesar de su pequeño tamaño, tiene un ancho de banda más que respetable de 370 kHz (ver Fig. 3), inalcanzable con la adaptación convencional incluso para antenas de tamaño completo! Y, lo que es muy práctico, tiene dos mínimos SWR pronunciados de 1,2 tanto en la sección CW como en SSB DX. La “joroba” de ROE en el centro del rango, donde su valor alcanza 1, corresponde a la sección poco utilizada de 8...3,6 MHz.
El ajuste CS (Fig. 4) se realiza según el siguiente método. 1. Desconectar del suelo el terminal inferior de la bobina L1. El circuito L2C1 también está temporalmente desactivado. El cable se conecta entre tierra y el terminal inferior de la bobina L1, que está desconectado de tierra. 2. Al cambiar la inductancia L1, el componente reactivo cero de la impedancia de entrada de la antena se establece en la frecuencia media del rango. La ROE será alta, pero en este momento no importa. 3. Restablezca la conexión entre el terminal inferior de la bobina L1 y tierra. Conectando el cable al grifo L1 y moviendo el grifo conseguimos una parte activa de la resistencia de unos 80 Ohmios (puente RF). En este caso, no prestan atención a la parte reactiva (habrá un componente inductivo). Si no hay un puente de RF, toque aproximadamente 1/4 de las vueltas de la bobina. Pero luego tendrás que hacer el punto 5. 4. Conecte el circuito serie L2C1 (presintonizado a la frecuencia media del rango). Al cambiar la capacitancia del capacitor C1, se logra una curva simétrica en forma de S de la parte reactiva de la resistencia de entrada (o, lo que es lo mismo, un gráfico SWR con dos mínimos). 5. Si el valor de ROE a una frecuencia de 3,65 MHz es superior a 2 o inferior a 1,5, el grifo de la bobina L1 está instalado incorrectamente. Muévalo un poco y repita el paso 4. Y así varias veces, hasta que la dependencia de la ROE de la frecuencia sea la misma que en la Fig. 3. En esencia, este es el procedimiento para sintonizar un filtro de paso de banda de dos circuitos convencional. Si la sección 3,6...3,7 MHz es importante para usted, entonces puede cambiar los ceros extremos de la curva S, aumentando la inductancia L2 y, en consecuencia, reduciendo la capacitancia C1 (esto reducirá la "joroba" de ROE en el medio, pero al mismo tiempo aumentará ligeramente la ROE en los bordes), o utilizar una antena similar a la descrita, pero de menores dimensiones. Así, con una altura de GP de sólo 8,2 m, es posible obtener un ancho de banda de más de 150 kHz y dos mínimos de ROE en frecuencias de 3,525 y 3,625 MHz. 5. Ampliación de la banda de vibradores no resonantes con emparejadores gamma y omega Si la longitud del GP difiere notablemente de X/4 (y el dipolo simétrico de X/2), entonces con la adaptación gamma y omega la capacitancia del condensador de adaptación en serie se reduce significativamente. En consecuencia, aumenta su reactancia, aumentando el factor de calidad del sistema de control y reduciendo el ancho de banda de la antena. La solución es obvia: para aumentar la capacitancia del capacitor en serie, es necesario reducir la inductancia del shunt. Dado que su longitud es fija, esto sólo se puede lograr mediante un aumento notable del diámetro. Aumentar directamente el diámetro es estructuralmente inconveniente, por lo que hacen lo mismo que en el dipolo de Nadenenko: reemplazan el tubo de cable grueso con un conjunto de alambres delgados paralelos. Colóquelos en un círculo cerca del vibrador, como se muestra en la Fig. 5.
En el rango de 14 MHz, un GP acortado conectado a tierra con una altura de 3,5 my un diámetro de 30 mm con adaptación gamma convencional con un trozo hecho de un tubo con un diámetro de 12 mm tiene un ancho de banda de aproximadamente 200 kHz. Al reemplazar el tubo con un "faldón" de cuatro cables con un diámetro de 2 mm, ubicado alrededor del vibrador a una distancia de 0,2 m, tiene un ancho de banda de más de 300 kHz. Para GP alargados con una altura de más de X/4, cuando se usa una "falda", la franja también se expande entre una vez y media o dos veces. Casi todas las antenas de las estaciones de radiodifusión de onda media están fabricadas como mástiles calados conectados a tierra con un "faldón" de derivación "grueso", cuyos cables se encuentran alrededor del mástil. Un archivo de un modelo de antena de estación de radiodifusión existente con una potencia de más de un megavatio, combinado de la manera descrita, se puede encontrar en qsl.net/dl2kq/mmana/4-3-12.htm (el más reciente en la lista MW-Broadcasting.maa). La misma página contiene archivos de modelos (con dimensiones, clasificaciones y características detalladas) de todas las antenas mencionadas en este artículo y muchas otras. Autor: I. Goncharenko (DL2KQ - EU1TT), Bonn, Alemania
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Comentarios sobre el artículo: invitado Una pregunta para los expertos en emparejamiento gamma. ¿Es posible aumentar el ancho de banda de la antena colocando la falda no en el centro de la vertical, sino en el costado? Es decir, ¿de modo que la vertical parta paralela a la gruesa pluma? ![[?]](https://diagram.com.ua/comments/smilies/query.gif){kind=small} ![[llorar]](https://diagram.com.ua/comments/smilies/cry.gif){kind=small}
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