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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Antenne direzionali di ricezione delle bande a bassa frequenza. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne HF Gli operatori sulle bande basse dei 160 e 80 metri sono costantemente impegnati a migliorare la ricezione sulle loro stazioni. Il problema è che le antenne efficaci nella trasmissione (ad esempio un palo verticale alto) raccolgono troppe interferenze durante la ricezione. L'efficienza dell'antenna ricevente non è critica, poiché il livello sia dei segnali che dell'interferenza nelle bande a bassa frequenza è molto elevato e inoltre non è difficile utilizzare un preamplificatore a transistor a basso rumore. Un'antenna magnetica in ferrite non è molto buona a questo proposito, sebbene abbia una certa direttività, avendo due zeri nel suo diagramma di radiazione (RP) sotto forma di una lemniscata (simile a una "figura di otto"). L'antenna in ferrite deve essere posizionata all'interno, dove il livello di interferenza è elevato. L'antenna loop esterna è in qualche modo migliore a questo proposito, ma il suo RP è lo stesso, e nella migliore delle ipotesi ti consente solo di attenuare l'interferenza da una sorgente localizzata remota puntando un RP zero su di essa. Un'antenna di ricezione veramente direzionale a bassa frequenza è la Beverage Travelling Wave Antenna (TWA), che è un filo lungo diverse lunghezze d'onda, situato in basso sopra il suolo. Tuttavia, pochi radioamatori possono permettersi il lusso di costruire diverse antenne lunghe mezzo chilometro, allungate in direzioni diverse! Le questioni relative alla creazione di antenne riceventi direzionali anti-interferenza nelle gamme VLF e LW sono state discusse nel lavoro fondamentale [1]. In particolare, è stato dimostrato che la combinazione di un loop e di un'antenna "statica" (omnidirezionale verticale) produce un diagramma cardioide. A causa dell'indebolimento della ricezione da alcune direzioni, si è verificata una significativa diminuzione del livello di interferenza. EWE antenna. In relazione a quanto sopra, la pubblicazione di WA2WVL su un'antenna chiamata EWE [2] ha suscitato grande interesse. Avendo dimensioni e altezza ridotte, ha comunque un ottimo RP, vicino a un cardioide. Nel giro di circa un anno, molti shortwavers costruirono l'antenna EWE, ricevettero buone recensioni e WB2P suggerì di utilizzare quattro di queste antenne, combinate al punto di alimentazione, per commutare l'RP in direzioni diverse. Nella successiva pubblicazione [3] WA2WVL usò questa idea costruendo l'antenna mostrata in fig. 1.
Il ricevitore è collegato all'antenna con un cavo coassiale da 50 ohm tramite un trasformatore di adattamento T1 con un rapporto di trasformazione di 3, pertanto l'impedenza di ingresso dell'alimentatore dal lato dell'antenna aumenta di 9 volte, fino a 450 ohm. Con l'ausilio di quattro relè, i cui contatti normalmente aperti sono mostrati in figura, si collega al trasformatore una delle quattro antenne orientate nella direzione desiderata. Ciascuna delle antenne è un rettangolo alto 3 metri e lungo 15 metri, con un trasformatore collegato a uno dei lati verticali e un resistore all'altro. I secondi terminali del trasformatore e del resistore sono collegati a terra. Il design è molto simile a una copia più piccola dell'antenna Beverage, con l'unica differenza che le dimensioni dell'antenna sono molto più piccole della lunghezza d'onda. Inoltre la ricezione massima è dalla parte del trasformatore, non della resistenza. Il pattern di antenne, calcolato tenendo conto della presenza di altre tre antenne disconnesse, è riportato in fig. 2: a - nel piano verticale; b - in orizzontale. Questo modello è tipico per tutte queste antenne, comprese quelle descritte di seguito. La massima soppressione della ricezione da dietro, dal lato del resistore, si ottiene con la sua esatta selezione. La resistenza del resistore può variare da 400 ohm a diversi kilo ohm. L'antenna è a banda molto larga, il suo schema e l'impedenza di ingresso sono mantenuti in più di quattro volte la banda di frequenza. L'antenna non funziona bene per la trasmissione a causa della bassa efficienza.
Nella versione dell'autore, l'antenna era montata su cinque pali di legno, per la messa a terra venivano utilizzati tubi metallici martellati nel terreno per circa 1,2 m L'autore afferma che, a causa dell'elevata impedenza dell'antenna, le resistenze di messa a terra praticamente non ne influiscono operazione. Il trasformatore T1 è stato avvolto su un anello del diametro di circa 12,5 mm di ferrite con una permeabilità magnetica di 850. L'avvolgimento conteneva 11 spire di filo piegate in tre. I tre avvolgimenti risultanti sono stati collegati in serie, come mostrato in Fig. 1, e al primo dei rubinetti è stato collegato il connettore coassiale dell'alimentatore XW1. Poco dopo, l'autore costruì un altro sistema di antenne simile a circa 60 metri dal primo e le incluse come un array di antenne in fase, ottenendo un fattore di direttività (DPC) ancora maggiore nel raggio di 160 metri. Maggiori informazioni su questo sono descritte in [3]. Cornici K9AY. Sperimentando con antenne di ricezione direzionali nelle bande amatoriali a bassa frequenza e modellando antenne su un computer, Gary Breed (K9AY) ha proposto un design molto compatto di due telai caricati sollevati su un albero [4]. Con l'ausilio di relè installati alla base dell'albero, è possibile commutare il diagramma cardioide in quattro diverse direzioni. Le dimensioni comparative del sistema di antenne di quattro EWE con lunghezze del raggio di 12 me telai K9AY sono mostrate in fig. 3. I telai stessi sono a forma di delta, tuttavia, come riporta l'autore, la forma e le dimensioni non sono troppo critiche. Alla base dell'albero, i telai sono messi a terra, il che fornisce protezione contro i fulmini e riduce il livello di interferenza. L'asta di messa a terra funge con successo da base dell'albero, mentre è preferibile realizzarla con materiale isolante.
Uno schizzo di un telaio è mostrato in fig. 4, l'altezza del punto più alto è di 7,5 m, i lati sono disegnati di 4,5 m e gli angoli sono ad un'altezza di 1,5 m Come mostrato nella figura, puoi fare a meno di un albero appendendo il punto più alto del sistema di antenne da un ramo di un albero, per esempio, con una corda. È conveniente utilizzare isolatori di dadi con fori negli angoli del telaio. Le estremità inferiori dei fili dei telai vengono tirate al picchetto di messa a terra anche con l'ausilio di isolatori a dado, le estremità dei fili rimanenti dopo aver legato gli isolatori vengono inviate ad una scatola stagna con un relè e un trasformatore di adattamento simile a quello descritto Sopra. Spiegando il principio di funzionamento dell'antenna, l'autore nota la sua somiglianza con gli accoppiatori direzionali ampiamente utilizzati nella tecnologia RF e microonde, in particolare nei misuratori SWR. Se l'antenna EWE è un mezzo frame, il cui filo di ritorno è la terra, allora il loop K9AY è un full frame, ma il loro principio di funzionamento è molto simile. Le antenne rispondono sia alle componenti elettriche E che magnetiche H del campo elettromagnetico in arrivo. Per la componente elettrica del campo, le antenne si comportano come piccole antenne verticali, creando una certa tensione nel punto di connessione dell'alimentatore. Come ci si aspetterebbe da un'antenna verticale, il modello E-field è omnidirezionale. La situazione è diversa con la componente magnetica del campo H: attraversando il piano dell'antenna, crea una corrente che circola lungo il perimetro del telaio. Questa corrente, passando attraverso il resistore di carico, crea anche una certa tensione, che si somma alla tensione dal campo E. Se l'onda proviene dal lato del punto di connessione dell'alimentatore, entrambe le tensioni si sommano. Se l'onda proviene dal lato del resistore di carico, le tensioni vengono sottratte, poiché la direzione del campo H che penetra nel telaio è invertita. Modificando la resistenza del resistore di carico, è possibile bilanciare entrambe le tensioni in modo che siano uguali. DN in questo caso assume la forma di un cardioide con un solo zero. L'attenuazione dei segnali provenienti dal resistore di terminazione può superare i 40 dB, ovvero più di 6 unità S sulla scala dell'intensità del segnale! L'RP zero non è nel piano terra, ma, come mostrato dalle simulazioni al computer, è elevato di un angolo compreso tra 20 e 55°, a seconda della configurazione dell'antenna e delle proprietà del suolo. Un anello corto e alto dà zero DN ad un angolo di elevazione di 30...40°. Ciò contribuisce all'attenuazione del QRM dalle stazioni locali. Una parte essenziale e necessaria dell'antenna K9AY è la messa a terra. A seconda dei parametri del terreno, potrebbe essere necessario regolare leggermente la resistenza del resistore di carico. Il terreno non deve essere in perdita, come nel caso dell'antenna Beverage. Il telaio è direzionale anche su terreno perfettamente conduttivo. Ciò significa che l'antenna funziona in quasi tutte le condizioni del terreno. Nei commenti che seguirono la pubblicazione dell'articolo [3], W6FA riferì che il capostipite di tutte le antenne a loop caricate dovrebbe essere considerato lo stesso Harold Beverage, che brevettò un'antenna simile nel 1938, molto più tardi della sua famosa "antenna ad onda", o, come vengono ora chiamate, antenne a onde mobili. Il brevetto di Beverage descrive un'antenna a loop completo che non necessita di terra per il suo funzionamento e ha un resistore di carico di circa 700 ohm, posto in un punto opposto al punto di alimentazione. Questa antenna a banda larga doveva già essere utilizzata per la ricezione televisiva. Antenne Bandiera, Gagliardetto, ecc.. La modellazione intensiva delle antenne da parte di radioamatori che utilizzano programmi per computer ha portato alla nascita di un numero di antenne [5], simile a quello descritto. Le antenne sono una cornice triangolare, quadrata, rettangolare o romboidale situata su un piano verticale. Possibili configurazioni di queste antenne ad anello sono mostrate in fig. 5. Un cerchio luminoso indica una sorgente (ricevitore), un cerchio scuro indica un resistore di carico con una resistenza di 400 ohm e superiore, solitamente circa 900 ohm. Approssimativamente lo stesso si ottiene e l'impedenza di ingresso dell'antenna. Schema direzionale - cardioide, direzione della ricezione - dalla sorgente.
Per il funzionamento nel raggio di 160 metri dell'antenna di tipo Flag (Flag), entrambe le versioni di Pennant (Vympel) e Diamond (Diamond) misurano 4,3 di altezza e 8,8 m di lunghezza. L'antenna Delta (Delta) ha un'altezza di 5,2 e una lunghezza di 8,4 m. Rispetto all'EWE e al loop K9AY, queste antenne presentano una differenza significativa: non richiedono la messa a terra, sebbene si trovino relativamente basse, a un'altezza di circa 2 m dal suolo. Ridurre l'altezza a 0,3 m ha scarso effetto sulle caratteristiche delle antenne. Le antenne sono state realizzate in diverse versioni e dimensioni, ad esempio JF1DMQ ha ridotto le dimensioni a 1 x 5 m Le antenne funzionano bene anche in 80 e 40 metri. Soprattutto i radioamatori notano il basso livello di rumore di queste antenne. Ad esempio, si consideri il "delta" triangolare utilizzato da FO0AAA per la ricezione a 160 m [6]. Il filo orizzontale inferiore aveva una lunghezza di 8,54 me si trovava ad un'altezza di 0,9 m dal suolo. L'altezza del telaio triangolare era di 5,2 m dal filo inferiore (6,1 m da terra). In totale sono stati necessari circa 22 m di filo con un diametro di 1,63 mm. Un resistore di carico da 950 ohm e un trasformatore di alimentazione sono stati inclusi negli angoli inferiori del telaio, convertendo la resistenza dell'alimentatore da 50 ohm a 950 ohm. Alla frequenza di 1830 kHz, il rapporto di radiazione avanti/indietro si è rivelato migliore di 40 dB, mentre il guadagno dell'antenna rispetto al radiatore isotropico si è rivelato di soli -34,5 dB, il che indica una bassa efficienza e la necessità di utilizzare un preamplificatore a basso rumore insieme a questa antenna. Il telaio è stato installato su un palo dielettrico, le estremità inferiori del "delta" sono state tese sui picchetti della tenda. L'antenna è stata orientata in modo molto semplice: riorganizzando i pioli. Concludendo la rassegna, possiamo affermare che è apparsa a disposizione dei radioamatori una nuova classe di antenne direzionali riceventi a banda larga con un basso livello di rumore e dimensioni ridotte. Letteratura
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