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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Instalación y prueba de antenas VHF. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Antenas. Medidas, montaje y emparejamiento El alcance de la comunicación por radio y la calidad de su trabajo depende no solo de la elección correcta del tipo de antenas, sino también de la configuración correcta de las mismas. Esto es especialmente cierto para el rango de onda ultracorta, donde se utilizan principalmente antenas altamente direccionales, que permiten aumentar significativamente el rango y la inmunidad al ruido de la recepción de radio. El propósito de este artículo es brindar a los radioaficionados la información necesaria sobre la sintonización y prueba de antenas VHF utilizando dispositivos simples hechos por ellos mismos. En un artículo es imposible considerar todos los tipos de antenas utilizadas por los aficionados, por lo que intentaremos hablar solo de las antenas vibratorias, cuya instalación tiene mucho en común con la instalación de otros tipos de antenas. Principales parámetros de las antenas En la práctica amateur, cuando se prueban sistemas de antena-alimentador, es suficiente tomar el patrón de la antena, medir su ganancia y verificar la coincidencia del alimentador. El patrón de radiación de una antena es una representación gráfica de la potencia relativa o intensidades de campo generadas por una antena en diferentes direcciones y a las mismas distancias de ella. Los patrones de radiación dan una idea del patrón de radiación general de la antena. En la fig. 1 muestra un ejemplo de construcción en coordenadas polares del patrón de radiación de una antena vibratoria, que consta de un radiador, un director y un reflector. El diagrama fue tomado en el plano horizontal de una antena ubicada horizontalmente.
La ganancia de antena e es un número que muestra cuántas veces la potencia radiada de una antena dada en la dirección de máxima radiación (PSmax) es mayor que la potencia máxima radiada por un vibrador de media onda (PSl/2) con la misma potencia de entrada. en ambos casos
En este caso, se supone que el vibrador de media onda está en el espacio libre y que la potencia que irradia es igual a la potencia de entrada.
Una condición necesaria para el funcionamiento normal de una antena receptora o transmisora es la igualdad de su impedancia de entrada a la impedancia de onda de la línea de alimentación y, en consecuencia, a la impedancia de entrada del receptor o transmisor. Si la impedancia de la línea no es igual a la impedancia de la carga (la línea no coincide), entonces parte de la energía se refleja desde la carga, causando el "incidente" de onda combinada del transmisor a la antena, un onda estacionaria. Al conectar un voltímetro de alta frecuencia a la línea y moverlo a lo largo de la línea, se puede ver que las lecturas del dispositivo cambian periódicamente de valor (Fig. 2). El coeficiente de la onda viajera de la línea KBV se determina en este caso como la relación entre la lectura mínima del dispositivo y la máxima:
El valor de este coeficiente caracteriza la calidad del alimentador. Si, por ejemplo, la carga de la línea de alimentación está cortocircuitada o desconectada, el CBV es cero. Con pleno acuerdo, el KBV es igual a uno. Instrumentos de medida Los indicadores más simples de voltaje y corriente en un alimentador o antena son dos lámparas: incandescente y de neón. Por lo tanto, una bombilla de linterna de 3,5 V y una bombilla de neón MH-3 producen un brillo cuando la potencia que se les suministra es de 3 a 6 W. Para aumentar la sensibilidad de la bombilla indicadora de voltaje, a veces se suelda un pequeño conductor a su base. Un dispositivo necesario para las mediciones de antena es un indicador de campo. Consiste en un vibrador, en cuyo espacio están conectados un diodo y un dispositivo (Fig. 3).
Los chokes Dr1 y Dr2 están enrollados sobre resistencias VS-2 (100 kohm cada una) y tienen 30 vueltas de cable PE-0,5, enrollados con paso variable. Para frecuencias 420-435 MHz, estos chokes deben tener 5 vueltas. Si se selecciona que la sensibilidad del dispositivo sea de al menos 200 μA (la resistencia del marco es de aproximadamente 750 ohmios) y la perilla del potenciómetro se coloca en la posición de menor derivación del dispositivo, las lecturas del indicador se pueden considerar proporcionales al campo. fuerza. Para un indicador de campo ejecutado correctamente, el máximo de recepción coincide con la dirección perpendicular a su centro. En el proceso de trabajar con el indicador de campo, la distancia entre este y la antena estudiada se establece al menos (2,5-3) l. Es recomendable colocar la antena sintonizable y el indicador en un área abierta libre de edificios, bosques, etc. (Fig. 4). Si el vibrador activo de la antena bajo prueba se instala horizontalmente, la antena indicadora también debe ser horizontal, y viceversa, si el radiador de la antena es vertical, la antena indicadora se coloca verticalmente.
Se puede usar un puente ordinario para medir el KBV. La línea medida está incluida en uno de sus brazos (Fig. 5).
Cuando la línea coincide, la impedancia de entrada de la línea es igual a la resistencia de R3, las resistencias de R1 y R2 son las mismas, el puente estará balanceado. El voltímetro del puente mostrará cero. Sin embargo, si la línea no coincide, el puente no estará equilibrado. En este caso, la escala del voltímetro se puede graduar directamente en función del coeficiente de la onda viajera. El diagrama esquemático del puente se muestra en la fig. 6.
En realidad, el puente aquí está formado por las resistencias R1, R2, R3 y la resistencia de entrada de la línea, que está conectada al conector "línea". El voltaje de alta frecuencia está conectado al conector de "entrada". Cuando el voltímetro está conectado a los enchufes de "entrada", se mide el voltaje de entrada, cuando el voltímetro está conectado a los enchufes de "línea", se mide el voltaje en la diagonal del puente. La graduación del puente radica en que con el mismo voltaje que se le suministra, la aguja del voltímetro debe desviarse al fondo de escala, tanto con el conector de “línea” abierto como cerrado. Si esto no funciona, es necesario seleccionar las resistencias R1 y R2. Luego conecte una resistencia activa igual a la resistencia Rs al conector "línea". Las lecturas cero del voltímetro (independientemente de la frecuencia) indicarán el funcionamiento normal del dispositivo. Con un voltímetro de alta resistencia, la lectura de la relación de onda viajera corresponderá al gráfico que se muestra en la Fig. 7. El circuito puente se puede utilizar para medir la impedancia de entrada de una línea adaptada o la impedancia de entrada de una antena en su frecuencia resonante. Para ello, la resistencia R3 debe ser variable y tener una escala graduada. Su valor se eleva a 680 ohmios, las resistencias R1 y R2 tienen cada una 240 ohmios. Cuando el puente está balanceado, la resistencia medida obviamente será igual a R3. Al medir la impedancia de entrada de una antena, para excluir la influencia de las manos, es necesario conectar el puente a la antena a través de un cable de aproximadamente media onda de largo.
Sintonización de antena Independientemente del modo en que se operará la antena, se puede sintonizar y probar tanto en modo de transmisión como en modo de recepción. En la práctica, es más conveniente realizar ajustes en el modo de transmisión. Si para este propósito se conecta un generador a la alimentación de la antena en lugar del receptor, para una medición más correcta, el valor de su resistencia de salida debe ser el mismo que la resistencia de entrada del receptor desconectado. Si el alimentador de la antena sintonizada está conectado directamente a la etapa final del transmisor, debe tenerse en cuenta que con una conexión fuerte, el transmisor puede desafinarse y la potencia de salida del generador durante el proceso de sintonización de la antena será inestable. Para evitar esto, es necesario realizar la sintonización, si es posible, con una conexión mínima entre la antena y el generador, que debe tener un blindaje confiable. Una antena puede funcionar bien, manteniendo sus características solo cuando recibe el suministro adecuado de energía del transmisor. Por lo tanto, antes de instalar antenas que requieran una fuente de alimentación simétrica, es necesario determinar la simetría de los circuitos de alimentación de la antena. Esto se puede hacer conectando bombillas incandescentes idénticas a los extremos del dipolo. El brillo desigual de las bombillas indica asimetría, cuya causa suele ser la ejecución incorrecta del dispositivo de equilibrio (bucle de cuarto de onda, "U - rodilla", etc.). Las bombillas están preseleccionadas para que, al mismo voltaje, su brillo sea el mismo. La simetría completa se caracteriza por la igualdad de voltaje y una fase diferente (opuesto a los signos) en cualquier sección de los cables. Después de comprobar la simetría y eliminar la asimetría, se procede a la puesta a punto. La sintonización del vibrador de media onda de la antena se reduce a ajustar la longitud del vibrador. A cierta longitud del vibrador, su propia frecuencia de resonancia se iguala a la frecuencia del transmisor, por lo que la potencia de salida de la antena será máxima. Con la ayuda del indicador de campo, establecido en la dirección de la mayor radiación del vibrador (perpendicular a su centro), encuentre una longitud en la que las lecturas del dispositivo sean máximas. Se recomienda hacer que la longitud del vibrador sea un 10% más corta que la calculada y, al configurarlo, es más preciso ajustarlo con la ayuda de tubos o boquillas que se deslizan firmemente entre sí. Si el diseño del vibrador no permite el ajuste, es recomendable verificar su frecuencia natural. Después de configurar el vibrador, se verifica la coincidencia del alimentador midiendo el coeficiente de onda viajera. Para hacer esto, se conecta un puente al alimentador, en cuyo otro extremo hay una antena. El valor BEF para antenas transmisoras debe ser al menos 0,5, para antenas receptoras al menos 0,6-0,8. En el caso de un BV bajo, puede, por ejemplo, conectar un transformador adecuado entre el cable y la antena, que represente una sección de cable de aproximadamente 4/XNUMX de largo, donde l es la longitud de onda de funcionamiento. La impedancia característica de este segmento Wtr debe ser igual a
donde: W - impedancia de onda del alimentador, RАes la impedancia de entrada de la antena. Después de eso, el alimentador se conecta al receptor (o al transmisor), el KBV se mide nuevamente y, si es necesario, se realiza la comparación (se puede encontrar una descripción de varios dispositivos de comparación en el libro de Linde D.P. "Antenna-feeder dispositivos" M-L., Gosenergoizdat, 1953). Después de ajustar el alimentador, el vibrador, si es necesario, se ajusta nuevamente. Configurando una antena de dos vibradores con un reflector (Fig. 8, a), comience a configurar el emisor.
El reflector debe retirarse al ajustar el emisor. Después de configurar el emisor y el alimentador (el método de configuración se describe arriba), el reflector está instalado y configurado. Para hacer esto, primero se instala el indicador de campo detrás de la antena, contra el reflector. Moviendo el reflector a lo largo de la antena o cambiando su longitud (o ambos), se logra la mayor atenuación de la radiación en esta dirección (hacia atrás). Luego se mueve el indicador en la dirección de la radiación principal a la misma distancia del centro de la antena que en el caso anterior y se ajusta el reflector de la misma forma a la máxima radiación (hacia adelante). Al repetir esta operación varias veces, uno se esfuerza por obtener la mayor radiación hacia adelante en comparación con la radiación hacia atrás. Para antenas que funcionarán tanto para transmisión como para recepción, el reflector se fija en la posición media entre los puntos correspondientes a la configuración de máxima radiación hacia adelante y mínima radiación hacia atrás. Para antenas transmisoras, el reflector se deja en la posición de máxima radiación hacia adelante, y para antenas receptoras, mínima radiación hacia atrás. La experiencia demuestra que estas disposiciones difieren sólo ligeramente. Cuando se sintoniza tanto hacia atrás como hacia adelante, la lectura del indicador puede caer al mismo tiempo. Esto significa que la potencia radiada ha disminuido debido a la fuerte influencia del reflector sobre el emisor, que al mismo tiempo viola la adaptación del alimentador. Si es imposible ajustar la adaptación del alimentador, entonces se debe encontrar una posición del reflector en la que el patrón de radiación siga siendo satisfactorio y la caída en la potencia radiada no sea particularmente notable. La combinación de una buena ganancia en la dirección principal con una gran atenuación de la radiación de retorno se logra cuando la distancia entre el reflector y el emisor está entre 0,1-0,3 l. Dado que los elementos de la antena tienen una gran influencia mutua, después de ajustar el reflector, debe volver a ajustar el emisor y el alimentador. Es mucho más conveniente trabajar con dos indicadores de campo. Habiendo instalado uno de ellos desde el lado del reflector y el otro desde el lado del emisor, determinan inmediatamente la relación de avance y retroceso dividiendo las lecturas de los indicadores. Además, esto permite eliminar la influencia de los cambios en la potencia del generador durante las mediciones y determinar rápidamente la posición del reflector. Al configurar una antena de tres elementos con un reflector y un director (Fig. 8, b), el emisor también se ajusta primero. Durante la sintonización, su reflector y director se eliminan o apagan con un puente especial. Después de ajustar el emisor y emparejar el alimentador, comienzan a configurar el director, que, al igual que el reflector, se ajusta a la máxima radiación hacia adelante en comparación con la radiación hacia atrás. En contraste con el reflector, cuya longitud aumenta con el ajuste en comparación con la longitud del emisor, el director se acorta con el ajuste. El director también se puede sintonizar seleccionando la distancia entre este y el emisor. Esta distancia se encuentra dentro de 0,1-0,2l. A continuación, instale y configure el reflector. En la fabricación de antenas, es útil proporcionar dispositivos para apagar temporalmente reflectores y directores. Para ello, estos elementos se cortan por el centro y se suministran con puentes de cortocircuito. Los puentes deben tener tornillos para asegurarlos cuando se complete la configuración. La sintonización de antenas con una gran cantidad de vibradores (tipo "canal de onda") es similar a la sintonización de una antena de tres elementos descrita anteriormente. Después de ajustar el emisor, se ajusta el primer director ubicado cerca de él, luego el segundo (sin quitar el primero), el tercero, y así sucesivamente. En último lugar se ajusta el reflector, que debe apagarse o retirarse al montar el emisor y los directores. En esta secuencia, estas operaciones se repiten varias veces. Cabe señalar que la configuración y el ajuste de los sistemas con muchos directores (más de tres) es difícil. El patrón de radiación de dichas antenas es muy importante para cambiar la ubicación y la longitud de cada director. La sintonización de la antena en el modo de recepción se realiza mediante un generador auxiliar con una potencia de aproximadamente 1 mW. El generador se carga en un vibrador, cuya fuente de alimentación simétrica se logra al hacer funcionar el generador de acuerdo con un circuito push-pull o al encender un dispositivo de equilibrio. El receptor está conectado a la antena bajo prueba. La señal en el receptor se controla mediante un microamperímetro conectado en serie a la carga del detector. Durante las mediciones, la ganancia del receptor no debe ser demasiado alta. De lo contrario, la amplitud de la señal se verá limitada y no se encontrará el máximo de sintonía. La esencia del método de sintonización en el modo de recepción no difiere del método descrito anteriormente. Aquellos elementos de antena que están sintonizados en el modo de transmisión a la máxima radiación, en el modo de recepción están sintonizados al máximo de la señal recibida. Al ajustar el reflector o el director a la relación de adelante hacia atrás más favorable, la antena del generador se coloca alternativamente detrás y delante de la antena a las mismas distancias. Eliminación de patrones de antena No siempre es posible tomar la característica completa de la antena en el rango de 0 a 360 °. El juicio sobre la corrección de la configuración ya puede dar una parte del diagrama dentro de 30-40 ° a cada lado de la viga principal. El patrón de radiación en el plano horizontal se puede tomar girando la antena en estudio con un indicador de campo estacionario o caminando alrededor de la antena con el indicador. En este último caso, el indicador se mueve exactamente a lo largo del círculo, en cuyo centro se encuentra la antena sintonizada. Para facilitar la referencia, el círculo está dividido por clavijas cada 10 °. Durante la cartografía, se debe tener cuidado para garantizar que la potencia del transmisor permanezca constante. Es muy conveniente realizar dicho control con la ayuda del segundo indicador de campo, establecido en la dirección del máximo de radiación. Las lecturas del indicador estacionario se registran simultáneamente con las lecturas del portátil, y luego las lecturas del último (indicador portátil) se dividen por las lecturas correspondientes del primero (fijo) para cada ángulo de dirección y se construye un diagrama de acuerdo a los datos obtenidos. La falta de coincidencia del máximo de radiación con el eje geométrico de la antena indica asimetría, y una distorsión notable del diagrama a menudo se debe a reflejos de objetos extraños. Para un patrón de radiación que caracteriza el campo en términos de potencia, el ancho del patrón se mide (en grados) a un nivel de 0,5 del máximo (Fig. 1). Medición de ganancia La antena bajo prueba y el indicador de campo se colocan de la misma manera que en el proceso de configuración (Fig. 4). La potencia del transmisor se establece en un valor tal que la aguja del indicador de campo se desvía a la escala completa aмакс. Después de eso, el transmisor se apaga y se coloca un vibrador de semionda en lugar de la antena medida y se conecta. Luego encienda el transmisor nuevamente y observe que el instrumento lee unmin. Calcule la ganancia l de la antena usando la fórmula
Se pueden realizar mediciones más precisas utilizando un generador que tenga una salida calibrada. Al conectar el generador alternativamente a la antena bajo prueba y al vibrador, el indicador da la misma lectura en ambos casos. Entonces e=Pmáx/Pmín, (5) donde Pmax es la potencia del generador que excita el vibrador de media onda, Pmin es la potencia del generador que excita la antena medida. Así, por ejemplo, una antena de tres elementos con un director y un reflector tiene e=4-6. Autor: A. Shur; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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