Antenne di piccole dimensioni per stazioni di comunicazione CB portatili (Parte 2). Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne HF

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5. ANTENNE RISONANTI A STILO ESTESE PER INDUTTANZA

Nelle radio CB portatili e mobili vengono utilizzate antenne con una lunghezza di 30 ... 100 cm per radio portatili e fino a 1,5 metri per radio mobili. Avendo calcolato la resistenza di ingresso delle parti attive di tali pin corti per una frequenza di 27 MHz, otteniamo valori da 0,5 Ohm per 30 cm a 10 Ohm per 1,5 M. Naturalmente, non è ragionevole collegare pin così corti a lo stadio di uscita del trasmettitore senza un coordinamento appropriato. In primo luogo, l'efficienza di un tale pin come un'antenna è bassa e, in secondo luogo, è molto difficile far corrispondere la bassa resistenza del pin con lo stadio di uscita del trasmettitore. La soluzione più razionale che è arrivata a risolvere questo problema è stata che il perno fa parte di un sistema complesso, che è un'antenna accorciata. Di seguito viene considerata l'efficienza del perno in un tale sistema.

La classica antenna a frusta è un vibratore a un quarto d'onda e un sistema di messa a terra sottostante. Nel caso più semplice, il sistema di messa a terra è un sistema di equilibri a quarto d'onda. Naturalmente, è difficile utilizzare un tale sistema per una stazione portatile. Pertanto, cercano di accorciare l'antenna e i contrappesi. La cosa più semplice in questo caso è includere una bobina di estensione nell'antenna. Ma anche qui la domanda è: in quale punto dell'antenna includere una bobina di estensione per ottenere il massimo effetto. Il corpo della stazione svolge il ruolo del sistema di contrappesi.

Dovresti immediatamente prestare attenzione al modo più inefficace per allungare un'antenna corta, inclusa una bobina di estensione alla base (Fig. 9). La corrente massima che scorre attraverso l'antenna è alla sua base. Dalla teoria delle antenne è noto che per ottenere la massima radiazione da un'antenna e, di conseguenza, la sua massima efficienza, è necessario garantire la massima corrente nell'elemento radiante dell'antenna e la massima tensione alla sua estremità radiante. Qui, la corrente massima scorre attraverso la bobina, quindi attraverso la bobina avviene la massima interazione con il mezzo.

Il vantaggio di un'antenna con una bobina di estensione alla base è che, a causa della grande capacità del pin, tali antenne hanno una larghezza di banda relativamente ampia, consentendo loro di operare nell'intera banda MW o amatoriale.

Un altro tipo di antenna è un'antenna prolungata da una bobina al centro (Fig. 10). Qui, alla base dell'antenna, è già raggiunta una notevole intensità di corrente, la parte superiore del perno svolge il ruolo di carico capacitivo. A causa dell'aumento della capacità finale, la larghezza di banda dell'antenna aumenta fino a un valore che consente il funzionamento nell'intera gamma CB e anche la sua efficienza aumenta in modo significativo.

Il perno alla bobina è l'elemento radiante principale, dovrebbe essere realizzato il più spesso possibile, soprattutto perché contiene anche la bobina di estensione. Il pin dopo la bobina è già un carico capacitivo. Può essere reso più sottile. Posizionare anche un piccolo carico capacitivo all'estremità di tale antenna aumenta l'efficienza del suo funzionamento, ma riduce la resistenza meccanica.

Dovresti anche prestare attenzione al fatto che, in linea di principio, con la cattiva "terra" che si verifica nelle stazioni radio portatili, tutti i tipi di antenne corte funzionano ugualmente male e non vi è alcuna differenza significativa nel loro utilizzo. Ma già il collegamento di un contrappeso a quarto d'onda mostra una differenza nell'efficienza dei diversi tipi di antenne. L'effetto si osserva anche nelle autoradio mobili, dove la carrozzeria dell'auto è un terreno efficace.

La resistenza di un'antenna verticale a quarto d'onda ideale, un pin sopra una superficie conduttiva ideale, è di 36 ohm. La resistenza di un'antenna MW accorciata ideale, a seconda del grado del suo accorciamento, è di 10 ... 20 ohm. Dato che il vero "terreno" di tali antenne è tutt'altro che ideale, nel caso generale tali antenne possono essere abbinate sia al cavo di alimentazione coassiale che all'antenna in una stazione mobile per auto (qui di solito viene utilizzato un cavo da 50 ohm) , e con lo stadio di uscita di una stazione radio portatile, una cattiva "terra" che aumenta la resistenza di un'antenna corta a 50 ... 100 Ohm.

6. PROGETTI PRATICI DI ANTENNE A STILO ESTESE PER INDUTTANZA

Fondamentalmente, tutte le antenne accorciate delle stazioni radio portatili hanno la forma mostrata in Fig. 11. Una bobina di induttanza di circa 2 µH e uno spillo lungo circa 120 cm costituiscono un sistema di antenna operante nella banda dei 27 MHz. E l'efficienza dell'antenna e la sua larghezza di banda dipendono solo dal diverso design della bobina e del perno. L'antenna mostrata in Fig. 7 è mostrata anche in molte altre fonti precedenti [7, 8,9, 10].

Durante il test delle antenne da [7, 8], è stata utilizzata per loro una bobina di estensione identica da 2 μH e sono stati ottenuti i seguenti risultati.

Impedenza di ingresso con contrappeso a un quarto d'onda - 35 Ohm, con alloggiamento per stazione radio - 80 Ohm. Larghezza di banda a metà potenza (-3 dB) - 600 kHz con un contrappeso, 750 kHz con un corpo stazione radio. L'influenza umana esercitata su questa antenna è piccola e la sua reattività è bassa. Lo spostamento di frequenza quando è stato collegato un contrappeso a quarto d'onda ha raggiunto 700 kHz.

Quando si testa l'antenna da [9], dove la lunghezza del perno era di 80 cm, la bobina di estensione era di 18 giri di filo PEL 0,55 avvolto su un telaio con un diametro di 4 mm giro per giro, sono stati ottenuti i seguenti risultati.

Impedenza di ingresso con contrappeso a quarto d'onda - 60 Ohm, con cassa a contrappeso per stazione radio - 1100 m.

La larghezza di banda con un contrappeso a un quarto d'onda è 800 kHz, con il corpo della stazione - 900 kHz. L'offset della frequenza di risonanza quando il contrappeso è collegato è di quasi 1 MHz.

Quando si testa l'antenna da [10] con una lunghezza del perno di 0,8 ... 1,2 m, la bobina di estensione era di 25 giri di filo PEL 0,35 avvolto su un telaio con un diametro di 5 mm giro per giro, risultati simili all'antenna di [ 9].

Di particolare interesse sono le antenne corte - lunghe fino a 50 cm Inoltre, queste antenne non sono così significativamente inferiori nel raggio di comunicazione alle antenne lunghe - lunghe circa 1 m.

L'antenna di [11] è un perno lungo 45 cm con una bobina di estensione contenente 60 spire di filo PEL 0,5 su un telaio con un diametro di 5 mm, avvolto da tondo a tondo. Durante il test di tale antenna, sono stati ottenuti i seguenti risultati.

Con un contrappeso a un quarto d'onda, l'impedenza di ingresso è di 75 ohm, la larghezza di banda è di 700 kHz. Con il corpo della stazione come contrappeso, l'impedenza di ingresso è di 120 ohm, la larghezza di banda è di 900 kHz. Lo spostamento della frequenza di risonanza quando era collegato un bilanciamento a un quarto d'onda era di 1,2 MHz. L'influenza umana sull'antenna è maggiore rispetto alle antenne lunghe.

Un aumento dell'impedenza di ingresso e l'espansione della larghezza di banda di un'antenna corta (45 cm) rispetto a una lunga (1 m) indica che la bobina di estensione di un'antenna corta è di bassa qualità. Ma un aumento del fattore di qualità della bobina di estensione ha scarso effetto sull'efficienza di antenne così corte. Il collegamento di un contrappeso fa aumentare la frequenza di risonanza dell'antenna. Per un efficiente funzionamento della stazione radio quando si collega un contrappeso, in questo caso, è necessario prevedere la regolazione in linea dell'induttanza della bobina di estensione.

È auspicabile nei ricetrasmettitori quando si cambia il pin dell'antenna per utilizzare induttanze di estensione diverse per il ricevitore e il trasmettitore. Ciò consente di abbinare in modo ottimale il pin sia per la ricezione che per la trasmissione. Naturalmente, se la resistenza dell'ingresso del ricevitore e dell'uscita del trasmettitore differiscono in modo insignificante, è possibile rinunciare a una bobina di estensione, poiché in questo caso lo spostamento della frequenza di risonanza del sistema durante la commutazione RX / TX è piccolo. Ma qui è già necessario decidere dalle condizioni pratiche che è più facile: commutare le bobine di estensione o portare gli ingressi del trasmettitore e del ricevitore allo stesso valore. Nell'attrezzatura "proprietaria", si sforzano per quest'ultimo, sebbene ci siano opzioni per sintonizzare l'ingresso del ricevitore quando si cambia l'antenna. Nelle apparecchiature fatte in casa nella banda 27 MHz, spesso non viene prestata la dovuta attenzione al problema dell'adattamento dell'antenna nelle modalità di ricezione e trasmissione, il che porta a una diminuzione dell'efficienza delle radio portatili.

In [12] viene descritta un'antenna con una lunghezza dei bracci di 110 mm e una bobina di estensione al centro, avente 130 spire di filo PEL 0,15, avvolte spira per spira su un telaio del diametro di 6 mm. Durante il test, questa antenna ha mostrato i seguenti risultati. Con un contrappeso a quarto d'onda, l'impedenza di ingresso era di 90 ohm, la larghezza di banda . - 400 kHz, con alloggiamento radio a contrappeso, l'impedenza di ingresso era di 140 Ohm, la larghezza di banda era di 600 kHz. Lo spostamento della larghezza di banda quando si collegava un contrappeso a quarto d'onda era di 900 kHz. L'aggiunta di un carico capacitivo, mostrato in Fig. 13, ha ridotto l'offset di frequenza quando si collegavano i contrappesi a 600 kHz. La larghezza di banda è aumentata di 50 kHz in entrambi i casi. L'impedenza di ingresso è diminuita: con il contrappeso è diventata 75 Ohm, con l'alloggiamento della stazione - 90 Ohm. L'intensità del campo è aumentata di 1,3 volte. Tutto ciò parla dei vantaggi del carico capacitivo per questi tipi di antenne. Va notato che il carico capacitivo mostrato in Fig. 12 funziona in modo più efficiente, ma sfortunatamente è più difficile da implementare nella pratica rispetto al carico in Fig. 13.

Un confronto tra i valori di intensità di campo creati da un'antenna con induttanza centrale ed induttanza estendente alla base ha dimostrato che in pratica un'antenna con induttanza centrale, pari in altezza ad un'antenna con induttanza alla base, crea un'intensità di campo di circa 1,4...1,6 volte più grande. Quando si aggiunge un carico capacitivo, i vantaggi di tale antenna aumentano ancora di più. Le misurazioni sono state effettuate con contrappesi a quarto d'onda. Quando si utilizzava il corpo della radio come contrappeso, il vantaggio dell'antenna con induttanza centrale era più debole, l'intensità del campo era solo 1,2 volte maggiore di quella creata da un'antenna con induttanza alla base. Ciò suggerisce che per le stazioni portatili non c'è molta differenza nel tipo di antenna a stilo utilizzata, ma per le stazioni mobili è meglio utilizzare un'antenna con induttanza di carico centrale. Si consiglia in ogni caso di utilizzare un carico capacitivo, anche sotto forma di sfera di diametro 5...20 mm. Il carico capacitivo ha effetto anche se utilizzato con un'antenna con induttanza estesa alla base.

In pratica, per le stazioni portatili si possono utilizzare antenne realizzate con filo di rame spesso con un diametro di 2 ... 2,5 mm. Un'antenna con un diametro inferiore è meno resistente dal punto di vista meccanico e ha un'efficienza inferiore. Per la produzione di antenne per stazioni di veicoli mobili, è possibile utilizzare "trampolieri" corti o antenne adatte di stazioni radio dell'esercito della lunghezza e, soprattutto, della forza appropriate.

7. ANTENNE A STILO NON RISONANZA

Le antenne a frusta non risonanti sono le più inefficienti di tutte le antenne a frusta corte disponibili. Perdono in intensità di campo di 2...3 volte per montare antenne della stessa lunghezza con un'induttanza di estensione; queste antenne sono molto più insensibili all'influenza umana. Tuttavia, sono ancora utilizzati, tuttavia, principalmente solo in due tipi di trasmettitori.

L'uso di tali antenne non risonanti è giustificato solo in giocattoli semplici, il cui raggio di comunicazione non è superiore a 50 ... 100 M. Per una comunicazione più efficiente, è necessario utilizzare solo un'antenna risonante, anche se disaccoppiano le cascate per i circuiti più semplici devono essere posti di fronte ad essa. Come mostra l'esperienza, le semplici stazioni radio occidentali, che consumano più energia dei colibrì domestici, ma operano su antenne non risonanti, forniscono un raggio di comunicazione molto più breve.

Il terzo caso di utilizzo di antenne corte non risonanti è la costruzione errata dello stadio di uscita del trasmettitore con i suoi circuiti di adattamento dell'antenna. Di conseguenza, quando ad essa viene collegata una normale antenna risonante, sia essa a grandezza naturale o accorciata, si autoeccita. Sebbene tali trasmettitori abbiano spesso un P-loop in uscita, il suo funzionamento è inefficiente.

8. ANTENNE A STRUTTURA MAGNETICA PER STAZIONI RADIO SV PORTATILI

Non ho riscontrato antenne a circuito magnetico in nessuna delle stazioni radio CB portatili. Ma ciò non significa che il loro utilizzo in questo tipo di stazioni radio sia inappropriato. Ho realizzato antenne a loop magnetico per la gamma 27 MHz con le dimensioni mostrate in Fig. 14.

L'antenna ha mostrato i seguenti risultati. L'impedenza di ingresso è di 75 ohm, con reattanza molto bassa. Larghezza di banda: 600 kHz. L'antenna era costituita da un filo di rame isolato da due millimetri di tipo PEL, il condensatore di sintonizzazione dell'aria era montato su una base in fibra di vetro. L'antenna si è rivelata molto insensibile all'influenza dell'uomo e dei contrappesi. Poiché tale antenna emette principalmente la componente magnetica dell'onda elettromagnetica, non può essere strettamente paragonata in termini di indicatore come il livello di intensità del campo con un'antenna a stilo, poiché quest'ultima emette principalmente la componente elettrica dell'onda elettromagnetica, e le misurazioni per l'asta dovrebbero essere effettuate sulla componente elettrica dell'onda elettromagnetica e sui telai - in base alla componente magnetica dell'onda elettromagnetica. Due antenne mostrate in Fig. 14 sono state collegate a stazioni radio del tipo "Kolibri-M" e la portata di comunicazione è stata testata rispetto ad un'antenna elicoidale standard. Si è scoperto che, a parità di altre condizioni, la portata di comunicazione quando si utilizzano antenne magnetiche non è inferiore a 1,5 volte maggiore in aree aperte e 2...3 volte maggiore in condizioni urbane. In questo caso, la direttività dell'antenna magnetica è stata significativamente influenzata.

Autore: I. Grigorov (RK3ZK, UA3-113); Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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