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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Piccola antenna quadrata. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne HF Tra i problemi che devono affrontare i radioamatori a onde corte, il principale, forse, è quello di realizzare un'antenna sufficientemente efficace e allo stesso tempo poco complicata dal punto di vista del design. Non c'è dubbio che un'antenna direzionale rotante può fornire i migliori risultati. Tuttavia, quasi tutte le antenne del tipo finale sono piuttosto ingombranti e strutturalmente complesse, il che rende difficile l'utilizzo da parte di molti dilettanti. Nell'articolo pubblicato di seguito, viene proposto un metodo per ridurre significativamente le dimensioni geometriche mantenendo un'efficienza sufficientemente elevata delle antenne, che sarà sicuramente di interesse per i lavoratori delle onde corte. L'autore deliberatamente non fornisce un design specifico dell'antenna, poiché spera che un'ampia gamma di onde corte testerà il metodo descritto su antenne con diversi gradi di riduzione, progettate per diverse gamme, aventi un design diverso. Negli ultimi anni sulle pagine della stampa radioamatoriale sono apparse molte descrizioni di varie antenne a onde corte di piccole dimensioni, in cui l'estensione elettrica alla lunghezza di risonanza è ottenuta utilizzando elementi reattivi (induttanze, condensatori, segmenti di linea). Riducendo le dimensioni geometriche, viene facilitata l'installazione dell'antenna e semplificata la progettazione dei dispositivi di supporto. Alcuni radioamatori trattano tali antenne con un certo scetticismo, spiegando che qualsiasi antenna geometricamente ridotta funziona peggio di una a grandezza naturale. Non si può non essere d'accordo con questo. Infatti, con qualsiasi tipo di accorciamento del vibratore, l'area delimitata dal diagramma di distribuzione della corrente che lo attraversa (di seguito denominata "area di corrente") e, di conseguenza, l'efficienza dell'antenna diminuisce. Tuttavia, il grado di riduzione dell'efficienza dipende non solo dal grado di riduzione geometrica, ma anche dal metodo di estensione elettrica dell'antenna. Inoltre, a volte risulta che un'antenna più piccola in condizioni reali funziona anche meglio di una di dimensioni standard a causa della ridistribuzione delle perdite di energia e delle radiazioni, ad esempio quando un'antenna più piccola è installata a un'altezza molto più alta rispetto all'ambiente circostante la zona. Le piccole antenne, ovviamente, possono attirare l'attenzione anche dei radioamatori che, per qualsiasi motivo, non hanno la possibilità di installare un'antenna a grandezza naturale. la figura 1a mostra un vibratore a semionda a grandezza naturale; 1c - vibratore, il cui allungamento elettrico è ottenuto a causa del carico capacitivo alle estremità. Per ogni vibratore viene mostrata la distribuzione della corrente lungo di esso. Come si può vedere dalle figure, l'area di corrente massima si osserva per un vibratore full size.
Per gli altri due vibratori, vediamo che con un grado di allungamento elettrico significativo, l'area di corrente tende ad un rettangolo di altezza Imax nel caso di accensione della capacità, e nel secondo caso ad un triangolo di altezza I La figura 2a mostra un vibratore quadrato con uno dei suoi angoli rivolto verso il basso. Se l'antenna è alimentata simmetricamente nel punto A o B, l'antinodo di tensione sarà nei punti C e D e l'antinodo di corrente nei punti A e B. Il vibratore può essere esteso elettricamente, inclusa l'induttanza nella rottura del filo nel punto A. o B, ovvero la capacità tra i punti C e D. Anche in questo caso quest'ultimo metodo è più vantaggioso. Di conseguenza, otteniamo un vibratore nella forma mostrata in Fig. 2b con dimensioni geometriche inferiori a quelle del quadrato di Fig. 2a, ma con la stessa frequenza di risonanza.
Ai fini della verifica pratica della fattibilità dell'estensione elettrica di un'antenna quadra con l'ausilio di una capacità, è stato condotto un esperimento su un modello ridotto ad una frequenza di circa 100 MHz. Il quadrato è realizzato in filo con un diametro di 1,2 mm. La dimensione del lato del quadrato è di 76 cm I risultati dell'esperimento sono mostrati nella Tabella 1. Tabella 1
Come si può vedere dalla tabella, all'aumentare della lunghezza del filo a (Fig. 2, b), la frequenza di risonanza del quadrato diminuisce, sebbene la capacità C non sia ancora collegata. Ciò è spiegato dal fatto che i fili orizzontali stessi allungano elettricamente l'antenna a causa della capacità aggiuntiva che creano. Collegando la capacità C pari a 20 pF, la frequenza di risonanza del vibratore è stata ridotta della metà rispetto a quella originale. I valori di efficienza stimati, dipendenti dal rapporto tra le dimensioni di un'antenna di piccole dimensioni e le dimensioni di un'antenna convenzionale, senza tener conto delle perdite negli isolatori, sono riportati in Tabella 2. Tabella 2
I vibratori elettricamente allungati sono elementi dai quali è possibile assemblare un'antenna multielemento. Di seguito consideriamo la realizzazione di un "doppio quadrato" costituito da elementi allungati elettricamente con una capacità. Se si sceglie il punto di alimentazione dell'antenna al vertice A, nel caso di simmetria elettrica dell'antenna, la tensione al punto B sarà 0. La tensione al punto A dipenderà dal circuito di alimentazione dell'antenna. Così. quando si utilizza lo schema g-matching, diffuso tra i radioamatori, anche la tensione nel punto A sarà prossima allo zero. In generale, ciò consente di utilizzare un tubo metallico come un'asta verticale non isolata dai cavi del vibratore. Tuttavia, con una leggera violazione della simmetria, apparirà una corrente nell'asta verticale, che interromperà il normale funzionamento dell'antenna. Il ruolo della parte orizzontale del vibratore può essere svolto da un'asta metallica di supporto, ma deve essere spezzata nel mezzo e isolata dall'asta verticale. Un condensatore variabile è collegato allo stesso punto dell'asta orizzontale. Uno schizzo di un tale progetto è mostrato in Fig. 3a.
La figura 3b mostra un progetto in cui vengono utilizzati due condensatori (C1 e C2) Il telaio è alimentato da un cavo senza un dispositivo di adattamento. I rotori dei condensatori hanno un potenziale piccolo che si avvicina allo zero quando l'antenna è simmetrica. Modificando il rapporto tra le capacità C1 e C2, l'antenna può essere simmetrica. Se non è necessario, è possibile utilizzare un doppio blocco come condensatori variabili. Il valore della capacità dei condensatori dipende dalla portata per la quale l'antenna è progettata e dal grado della sua estensione elettrica. Per tutti i casi pratici è sufficiente un valore di capacità massima di 50 pF. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata agli isolanti, poiché sono inclusi negli antinodi di tensione e determinano principalmente la quantità di perdite di energia ad alta frequenza.Si dovrebbero utilizzare isolanti realizzati con materiali a bassa perdita (porcellana, polistirene, fluoroplastico, ecc.). L'elemento passivo dell'antenna viene eseguito in modo simile. La distanza tra i vibratori rimane la stessa delle antenne full size. Una vista generale di un'antenna a due elementi è mostrata in Fig.4.
Non vengono fornite dimensioni specifiche dell'antenna per una particolare banda amatoriale, in quanto dipendono dal grado di riduzione desiderato delle dimensioni geometriche e dalle dimensioni dei particolari strutturali di supporto. Un possibile errore durante la marcatura della lunghezza del filo viene facilmente compensato quando si sintonizza l'antenna con il condensatore C. Autore: Ing.S. Bunimovich (UB5UN); Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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