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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cómo alimentar una antena de cuadro acortada. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas VHF Recientemente, ha aumentado el interés por las antenas de cuadro. Si antes estas antenas se usaban relativamente raramente, ahora se usan como antenas para sistemas de comunicación móvil, sistemas de alarma antirrobo, etc. La principal ventaja de tales antenas es la influencia significativamente menor del entorno en los parámetros de la antena de cuadro, lo que en algunos casos es decisivo al elegir una antena. Sin embargo, es muy difícil utilizar este tipo de antenas con dimensiones acordes con la longitud de onda L en la banda KB. Por lo tanto, es de particular interés usar antenas de cuadro con un perímetro S más pequeño que la longitud de onda L. Dichas antenas también se pueden usar como antenas adicionales, reconciliadas con su directividad unidireccional, e instaladas en ventanas, logias, balcones, así como como parte de antenas direccionales complejas en bandas de ondas decamétricas de baja frecuencia. El elemento principal de tales antenas es un marco con un perímetro S más pequeño que la longitud de onda. Para colocar en ventanas, balcones, la forma de marco más conveniente es rectangular. Considere tal marco con un perímetro S igual a la longitud de onda L, ubicado en el plano vertical [I]. Cuando una antena de este tipo se alimenta desde el lado de los elementos verticales, ambos elementos se excitan en fase y los antinodos de corriente y los nodos de voltaje se ubican en ellos. Los elementos horizontales con antinodos de tensión, a su vez, se excitan fuera de fase. Los elementos verticales se pueden representar como dos vibradores paralelos con extremos curvos, colocados a una distancia de L/4 y excitados en la misma fase. Debido a la suma de los campos de estos vibradores, excitados en fase, la máxima intensidad de campo en el plano horizontal está en las direcciones del eje del marco, situado perpendicular al plano de la antena de cuadro. Tal patrón de distribución de corrientes y voltajes a lo largo del bucle, considerado para el caso S=L, se conserva incluso con una ligera disminución de S en comparación con L. Con una disminución adicional en el tamaño de la antena de bucle, la distribución de corriente a lo largo del el perímetro del bucle cambia, y con una reducción significativa en el tamaño en comparación con L (S/L<0,25), en lugar de nodos y antinodos actuales, aparece una distribución de corriente uniforme (la corriente casi no cambia a lo largo del bucle). La corriente en este caso fluye en una dirección en cada momento del tiempo, por lo tanto, está en fase y, por lo tanto, la radiación de cualquier elemento del marco ubicado de manera opuesta se agrega en el espacio en antifase, a diferencia de un marco de tamaño completo. , a una intensidad mínima en la dirección del eje del marco. Por lo tanto, en términos de sus propiedades de radiación, dicho marco resulta ser similar a un inductor ordinario, que puede irradiar solo aumentando significativamente su factor de calidad Q y aumentando la corriente. Sin embargo, la eficiencia de tal antena radiante será muy baja debido a la baja resistencia a la radiación R-radiation y, en consecuencia, la potencia radiada por la antena Rizl también es baja [2]. Por lo tanto, es más conveniente utilizar antenas con un factor de velocidad de 0,25<K<1 (K=S/L), que, a pesar de la disminución de la eficiencia en comparación con un marco de tamaño completo, radian bien y tienen una radiación máxima en la dirección del eje del marco. Una forma de reducir la frecuencia de resonancia de una antena de cuadro es incluir capacitancia en los puntos de la antena que tienen el máximo voltaje en contrafase [4]. En este caso, es posible una reducción significativa de la frecuencia de resonancia. Al mismo tiempo, tal disminución en la frecuencia del bucle, que permite usarlo a frecuencias más bajas, conduce a una disminución en la relación S a L y, en consecuencia, a una disminución significativa en la resistencia a la radiación Rizl , determinado [197] por la relación Kizl=4(S/L)1,3 . En este caso, no es posible enchufar directamente el cable en el marco para alimentarlo, como se hace a menudo cuando se usan marcos de tamaño completo. Para hacer coincidir el marco con el cable en un Kizl pequeño, se utiliza la coincidencia en Y o en O [1]. En la Fig. XNUMX se muestra el diagrama de una antena de cuadro con una capacitancia de acortamiento y coincidencia en Y.
En la variante considerada de excitación de los elementos verticales, los puntos en los puntos medios de los elementos horizontales A y B tienen una tensión antifase mínima. Esto también significa que la resistencia entre estos puntos es muy significativa (del orden de varios kilo-ohmios). La antena se puede alimentar incluyendo un circuito resonante en estos puntos, que también tiene una gran resistencia en la frecuencia resonante. En este caso, el emparejamiento de la antena con el alimentador se realiza seleccionando la relación de transformación al conectar el cable a parte de las espiras del circuito resonante. Además del autotransformador, la conexión del transformador del cable y el circuito es posible con la ayuda de una bobina de acoplamiento. Junto con la posibilidad de excitación y adaptación, la inclusión del circuito en los puntos A y B también permite reducir la frecuencia de resonancia natural de la antena de cuadro debido a la capacitancia que forma parte del circuito resonante en paralelo. En este caso, el valor de la capacitancia del circuito resonante en la antena sintonizada resulta algo mayor que en el caso de un solo circuito sintonizado a la misma frecuencia. En la Fig. 2 se muestra un circuito de antena con un circuito resonante.
Para probar la efectividad del emparejamiento y acortamiento de las antenas mediante un circuito resonante, se construyeron dos antenas de cuadro rectangular con perímetros S=5,6 m y S=12,8 m, ambas antenas fueron construidas con alambre de cobre de 2 mm de diámetro e instaladas en la ventana que se abre y en el balcón del edificio de nueve pisos. Las antenas se sintonizaron y combinaron con el cable de 50 ohmios de dos maneras: con un condensador de acortamiento con una coincidencia en Y y con la ayuda de un circuito resonante. Las frecuencias resonantes calculadas de estos marcos son 53 y 23 MHz, y las experimentales son 38 y 21,2 MHz, respectivamente. El cambio de la frecuencia de resonancia en comparación con el valor calculado se explica por la importante capacitancia entre los elementos del marco y los elementos metálicos: accesorios, desagües, barandillas de balcones, etc. La determinación experimental de la frecuencia de resonancia de los bucles se llevó a cabo mediante un generador G4-18 y un indicador de campo (para operar a frecuencias superiores a 35 MHz, se enciende un diodo en paralelo con la salida del generador de 0,1 ... 1 V , y la antena se sintoniza utilizando el segundo armónico de la frecuencia de la señal). El circuito resonante de la 2.ª antena consiste en un inductor de 1 mm de diámetro, que contiene 35 vueltas de alambre con d=5 mm (longitud de bobinado -2 mm), y un condensador variable 20...12 pF. La conexión del transformador se realizó mediante una bobina de acoplamiento que consta de 495 vuelta y una frecuencia de 1 MHz, de 14 vueltas ubicadas en la superficie de la bobina del circuito resonante. La inductancia de la bobina de acoplamiento se compensa con la capacitancia C2. El circuito resonante incluido en la segunda antena constaba de un inductor con un diámetro de 2 mm, que contenía 35 vueltas de alambre d=29 mm (longitud de bobinado - 65 mm) y un condensador. La bobina de comunicación tenía 3 vueltas de alambre d=XNUMX mm. Las frecuencias de resonancia de las antenas, las dimensiones y los parámetros de los elementos coincidentes se dan en la tabla.
Se ha descubierto que cuando se utilizan sistemas de ajuste y ajuste, se logra un valor SWR relativamente bajo (aproximadamente el mismo para diferentes métodos de ajuste), pero el proceso de ajuste y ajuste es muy diferente. Cuando se usa una capacitancia de acortamiento y una coincidencia en y, este proceso parece bastante complicado y consta de varias etapas: sintonizar el marco a la frecuencia de resonancia requerida y luego cambiar secuencialmente la longitud del bucle, la distancia a la que se encuentra y el capacitancia, compensando la inductancia del bucle, acompañado de sintonización de frecuencia resonante y control SWR. Tal proceso de coordinación y ajuste causa importantes dificultades, especialmente en ausencia de suficiente experiencia. Hacer coincidir con un circuito resonante es mucho más simple: la antena se sintoniza cambiando la capacitancia del circuito resonante, y luego cambiando la relación de transformación, se establece el valor mínimo de SWR (a veces se requiere encender la capacitancia C2, que compensa para la inductancia L2.) menor SWR, la eficiencia de la antena como sistema radiante está determinada principalmente por la eficiencia. Si la mayoría de las antenas de tamaño completo tienen este parámetro, que determina Rizl Rizl
está cerca de 1, entonces para antenas acortadas con una resistencia a la radiación Rred comparable a Rpot, la eficiencia se reduce significativamente. Por lo tanto, siempre se debe recordar que las antenas fuertemente acortadas, en lugar de radiación, convierten la energía de entrada en energía térmica. Independientemente del método de adaptación y sintonización, las antenas acortadas resultan ser de banda estrecha y requieren ajustes cuando cambia la frecuencia. Y si para una antena con ajuste y y una capacidad de reducción, el proceso de sintonización requiere repetir casi todos los pasos anteriores con un cambio en la frecuencia, entonces para una antena con un circuito resonante, el proceso de sintonización se reduce a un pequeño cambio en la capacitancia del circuito resonante. Esto hace que estas antenas sean muy convenientes, especialmente cuando se dispone de un elemento de sintonización. Literatura 1. Rothammel K. Antenas. - M.: Energía, 1969
Autores: M. Anisimov (UA3POC), M. Anisimov (UA3PML), Tula; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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