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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Calcolo di un'antenna verticale a quarto d'onda. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne HF Uno dei modi principali per ridurre le interferenze alla ricezione televisiva dei trasmettitori amatoriali è l'uso di antenne trasmittenti con polarizzazione verticale. La più comune tra le onde corte è un'antenna verticale a quarto d'onda ("piano terra"). Questa antenna è costituita da un'asta verticale, la cui lunghezza è solitamente leggermente inferiore a un quarto della lunghezza d'onda operativa emessa dal trasmettitore, e da un contrappeso. È costituito da più fasci orizzontali a quarto d'onda collegati alla guaina di un cavo coassiale, attraverso il quale viene fornita energia ad alta frequenza dal trasmettitore. La resistenza alle radiazioni di una tale antenna a quarto d'onda è di 28-32 ohm (a seconda del diametro esterno dei tubi metallici da cui è costruita). Pertanto, il collegamento dell'antenna a un cavo coassiale da 50 o 75 ohm introdurrà onde stazionarie nel cavo e sprecherà energia. Per abbinare il pin verticale al cavo, è necessario utilizzare elementi aggiuntivi: induttori, condensatori o sezioni di cavo con determinati parametri. Di seguito è descritto un metodo di calcolo semplificato per un'antenna "piano terra" con contrappeso orizzontale e una sezione di cavo corrispondente. Le antenne costruite secondo questo calcolo funzionano bene su una banda amatoriale (ad esempio, 14 MHz) e, allo stesso tempo, irradiano in modo abbastanza soddisfacente su due bande adiacenti (21 e 7 MHz). Daremo il calcolo su un esempio numerico per la banda dei 14 MHz. In fig. uno.
Per il calcolo è necessario conoscere il diametro dei tubi o fili metallici da cui verranno realizzati il perno dell'antenna e le travi di contrappeso. Diciamo che useremo un tubo con un diametro esterno di 30 mm per la fabbricazione di un'antenna, e faremo il contrappeso da un filo con un diametro di 2 mm. Determiniamo il coefficiente M, che caratterizza il rapporto tra la lunghezza del dipolo semionda lontano da terra e il diametro dell'antenna. Applichiamo la formula: M=150000/(f(MHz)D(Mm)) Qui: f è la frequenza media della gamma, D è il diametro dei tubi. Con f=14,2 MHz e D=30 mm otteniamo: M=150000/(14,2*30)=352 Usando il coefficiente M, determiniamo, usando il grafico (Fig. 2), la resistenza alla radiazione di un'antenna a quarto d'onda R rad (per la frequenza di risonanza): R rad \u30,8d XNUMX ohm.
Ora è necessario calcolare la vera resistenza alla radiazione Ry dell'antenna accorciata, che costruiremo; per l'influenza della terra e del contrappeso, si differenzia da Rizl ed è uguale a: Ry=Rizl-Z/4Rizl Qui Z è l'impedenza d'onda del cavo coassiale da cui è costituito l'alimentatore. Nel nostro esempio, prendiamolo uguale a 75 ohm. Quindi: Ry=30,8-75/4*30,8=30,2 Ом. Per calcolare la lunghezza del perno verticale L, è necessario secondo il grafico di Fig. 3 per determinare altri due coefficienti ausiliari: Kc, che caratterizza la variazione della resistenza dell'antenna al variare della sua lunghezza, e Kz, che tiene conto dell'influenza del contrappeso e della superficie terrestre. Otteniamo: Kc=535, Kz=0,97.
Il grafico per la determinazione del coefficiente K può essere utilizzato solo se la lunghezza dell'antenna cambia di non più del 10%. Se l'antenna è più lunga di quella risonante, la sua impedenza è di natura induttiva, se più corta è capacitiva. La lunghezza del perno (in mm) è determinata dalla formula:
Abbiamo;
Per determinare la lunghezza delle travi del contrappeso Lnp, costituito da un filo del diametro di 2 mm, calcoliamo M: M=150000/14,2*2=5280 e secondo il grafico di fig. 3 troviamo Ky=0,978. Quindi
Un'antenna accorciata ha, oltre che attiva, anche una reattanza capacitiva. Per compensare ciò, un segmento di cavo cortocircuitato all'estremità è collegato parallelamente all'antenna; la sua lunghezza è scelta in modo tale che la sua reattanza abbia la natura induttiva del valore richiesto. Definiamo questa reattanza induttiva: Xc=Z/S=75/1,22=61,5 ohm Utilizzando un regolo calcolatore o una tabella di tangenti, troviamo l'angolo a, la cui tangente è numericamente uguale al rapporto tra il valore ottenuto Xc e l'impedenza d'onda Zc del cavo da cui verrà realizzato il segmento di accoppiamento. A Zc=75 ohm: Xc/Z=61,5/75=0,82 e a=39,4° La lunghezza del segmento accorciato è: Lc=(833ab)/f, mm In questa formula, b è un coefficiente che caratterizza la velocità di propagazione dell'energia lungo il cavo. Per cavi comuni con riempimento solido (RK-1, RK-3) b=0,67. Di conseguenza, la Lc=(833*38,4*0,67)/114,2=154,9 мм Il calcolo sopra descritto tiene conto del fatto che le travi del contrappeso sono posizionate orizzontalmente; tuttavia, anche con la loro disposizione inclinata (con un angolo di 30-40 ° rispetto al suolo), il disallineamento è insignificante. Il rapporto d'onda stazionaria (SWR) nell'alimentatore può essere misurato assemblando un semplice indicatore SWR a ponte, il cui circuito è mostrato in fig. 4. Qui le resistenze R1, R2, R3 e la resistenza alle radiazioni dell'antenna formano un ponte. Una delle sue diagonali è alimentata con energia ad alta frequenza dal trasmettitore (per connettore). Il diodo D1 di tipo D2E è incluso nella seconda diagonale.
La resistenza R4 serve a ridurre la resistenza di uscita della fonte di energia (trasmettitore). L'induttore (Dr1) chiude il circuito della componente continua della corrente raddrizzata; è necessario se il circuito dell'antenna non ha conducibilità galvanica. Quando l'equilibrio del ponte, la freccia del dispositivo non devia. La mancata corrispondenza dell'antenna e del cavo provoca la comparsa di una volontà in piedi, che è indicata dalla deviazione della freccia. La procedura per misurare l'SWR è la seguente: 1. Sintonizzare il trasmettitore con l'antenna alla massima potenza irradiata. 2. Ridurre la potenza a zero bloccando, ad esempio, una delle lampade di pre-stadio con polarizzazione negativa e scollegare l'antenna. 3. Collegare l'ingresso del trasmettitore e il connettore Per con un pezzo di cavo. sull'indice SW. 4. Gradualmente, molto dolcemente, per non bruciare la resistenza R4, aumentare la potenza dell'energia fornita al puntatore SWR fino a quando la freccia dello strumento non devia al fondo scala. 5. Per controllare l'equilibrio del ponte, collegare temporaneamente una resistenza di 75 ohm al connettore Ant; l'ago del milliamperometro dovrebbe quindi andare a zero. 6. Collegandosi all'Ant. il cavo coassiale che alimenta l'antenna, segnare la corrente sulla scala e determinare l'SWR dalla curva di fig. 5.
Se l'alimentatore dell'antenna non presenta perdite significative, ad esempio, è costituito da un cavo RK-1 o RK-3 e ha una lunghezza non superiore a 15-20 m, quindi un SWR di 2 e anche 2,5 è abbastanza accettabile . Le perdite totali (la somma delle perdite nell'alimentatore e le perdite dovute al disadattamento) in questo caso non supereranno 0,5 dB. Una tale diminuzione di potenza nella stazione ricevente non verrà notata a orecchio. Un notevole calo del volume di ricezione (di 1-2 punti) può essere osservato solo con un SWR dell'ordine di 5-8. Nel caso in cui l'antenna costruita abbia un SWR eccessivo o le sue dimensioni siano scelte maggiori o minori di quanto dovrebbe essere, è necessario, tramite l'indicatore SWR, regolare l'antenna empiricamente. Un'antenna più lunga del necessario può essere accorciata elettricamente da un condensatore collegato in serie con la parte verticale (Fig. 6a). Un'antenna troppo corta può essere estesa elettricamente aggiungendo un'induttanza ad essa (Fig. 6b). In questo caso, l'antenna viene sintonizzata alternativamente, selezionando la posizione di entrambi i pinch sulla bobina. Qui, la parte della bobina tra i pinch 1 e 2 viene utilizzata per estendere la parte verticale dell'antenna e la parte inferiore (2-3) sostituisce il corrispondente cavo cortocircuitato (Fig. 1).
In conclusione, notiamo che cariche di elettricità statica si accumulano sull'antenna del tipo descritto, soprattutto durante un temporale ravvicinato. Pertanto, si consiglia di utilizzare antenne con sezioni di cavo in cortocircuito (Fig. 1) o induttanze che deviano il cavo (Fig. 6 b) e mettere a terra in modo affidabile la guaina del cavo. Autore: Yu Prozorovsky (UA3AW); Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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