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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Antenna VHF corta. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne VHF Il libro “Amateur Antennas of Short and Ultrashort Waves” di Z. Benkovsky e E. Lipinsky [1] è un riferimento sul desktop per molti radioamatori. Nella sezione delle antenne VHF a dipolo, i suoi autori distinguono tre gruppi principali: antenne accorciate del tipo Uda-Yagi, antenne estese del tipo Uda-Yagi e sistemi di antenne, i cui elementi sono costituiti da antenne a dipolo. Riferendosi alla pratica, gli autori aderiscono alla regola secondo cui se sono necessarie antenne con un guadagno di 6...8 dB, è consigliabile utilizzare antenne accorciate, la cui lunghezza è (l) è inferiore alla lunghezza d'onda (λ). Tali antenne possono contenere da due a cinque elementi. Le antenne a due elementi realizzate correttamente hanno un guadagno di 3...4 dB, a tre elementi - 4...6 dB, a cinque elementi - 6...8 dB. In pratica, spesso sono i progetti di compromesso che danno i massimi risultati, ovvero le antenne direttrici del tipo “canale d'onda” (le già citate antenne Uda-Yagi). Queste antenne non hanno linee di raccolta speciali, ma sono un insieme di elementi: vibratori attivi e passivi - un riflettore e uno o più direttori, che sono installati su una base comune che passa attraverso i punti a potenziale zero degli elementi costitutivi. Le antenne di questo tipo sono piuttosto compatte e forniscono un guadagno relativamente elevato e altri parametri accettabili con dimensioni relativamente piccole. In letteratura sono state pubblicate le descrizioni della maggior parte delle varianti di tali antenne con diversi numeri di combinazioni di elementi e le loro posizioni. Di tutti i tipi di antenne, si sono rivelate le più accessibili per un'implementazione completa a livello industriale e quelle "fatte in casa" altamente efficaci per i radioamatori. A loro volta, come singoli elementi non viene utilizzato solo il vibratore Hertz, ma anche elementi degli inventori russi: il dipolo Nadenenko e il vibratore ad anello Pistol-Corsa o le antenne ad anello e le loro interpretazioni. Gli autori dell'articolo portano all'attenzione dei radioamatori una soluzione tecnica non standard più efficace, ma non ancora adeguatamente presentata, per un dispositivo di antenna che si discosta dalla pratica dell'utilizzo di elementi attivi omogenei. Non solo i complessi sistemi di antenne sintetizzati dai vibratori classici, ma anche i vibratori che li compongono possono essere compromessi. Questo è esattamente ciò che è il dispositivo proposto: un'antenna a triangolo (TLA). È destinato all'uso sia come antenna indipendente che come parte di dispositivi di antenna complessi. È realizzato sotto forma di una combinazione di vibratori eterogenei ad anello. In questo caso, a seconda della gamma di frequenze utilizzata, l'antenna può essere a filo oppure su struttura rigida oppure realizzata su circuito stampato. La soluzione tecnica proposta è universale e può essere utilizzata non solo dai radioamatori, ma anche in apparecchiature d'antenna professionali per il funzionamento fino a una portata centimetrica sia nelle comunicazioni radio che nelle diffuse reti wireless domestiche e domestiche e altri sistemi radio che richiedono antenne con unidirezionale radiazione. Il punto di partenza per studi comparativi sulle possibilità di sintetizzare una nuova antenna può essere il noto vibratore ad anello simmetrico Pistolkors sotto forma di due conduttori lineari paralleli che giacciono sullo stesso piano e hanno estremità congiunte [2]. I conduttori paralleli formano semianelli simmetrici: i bracci del vibratore rispetto all'asse di simmetria passano attraverso il centro dei conduttori lineari. La loro lunghezza totale è paragonabile alla lunghezza d'onda (λschiavo), e la lunghezza delle spalle è circa un quarto di essa (0,25λschiavo). L'alimentatore del vibratore ad anello è costituito dalle estremità dei conduttori nella sezione della parte centrale di uno dei conduttori lineari, e il punto a potenziale zero al centro del secondo conduttore garantisce il fissaggio del dispositivo senza l'uso di un isolante. Il vibratore ad anello, con tutte le sue caratteristiche positive, ha un guadagno pari all'unità e un diagramma di radiazione isotropo in un piano perpendicolare ai conduttori paralleli. È noto trasformare un vibratore ad anello in un telaio quadrato o di altra forma con perimetro pari alla lunghezza d'onda (λschiavo), con un'impedenza di ingresso inferiore e un guadagno maggiore rispetto a un vibratore ad anello. Ciò è confermato dai dati presenti nella tabella “Parametri dei telai di varie forme”, dove nel caso di forma rotonda il guadagno diventa pari a 3,49 dB[3]. Le antenne ad anello di tali modelli, a differenza di un vibratore ad anello, forniscono una direzionalità bidirezionale della radiazione assiale perpendicolare al piano del telaio. Hanno un guadagno maggiore grazie ad un'apertura maggiore - l'"area di cattura" dello spazio grazie al design del tessuto dell'antenna. Allo stesso tempo, sono noti dispositivi d'antenna più complessi in combinazione di più vibratori attivi a telaio omogeneo. I design delle antenne a zigzag di Kharchenko (antenne Z), ad esempio, costituiti da due telai triangolari o a forma di diamante, hanno una maggiore efficienza. I conduttori dei bracci di queste antenne hanno una lunghezza commisurata a 0,25λschiavo, e la loro lunghezza totale è comparabile con λschiavo. Inoltre, nel caso delle tradizionali schiere di vibratori in fase, in cui il numero di coppie di prese di alimentazione è pari al numero di vibratori compresi nella schiera, sorgono difficoltà nell'accoppiarle con l'alimentatore. L'antenna Z ha una coppia di punti di alimentazione a cui l'alimentatore è direttamente collegato [4]. A differenza dei tradizionali array di antenne con vibratore classico, la speciale spaziatura spaziale dei conduttori del nastro dell'antenna a zigzag, alimentato da un alimentatore integrato a cui l'alimentatore è direttamente collegato, forma una sorta di array piatto in fase e una speciale eccitazione di correnti nei suoi conduttori. L'eccitazione delle correnti nei conduttori inerenti ad un'antenna a zigzag garantisce il funzionamento dell'antenna con un tipo pronunciato di polarizzazione e una banda di frequenza operativa estesa. La maggiore apertura dell'antenna planare fornisce un grande guadagno con direttività bidirezionale della radiazione lungo il suo asse perpendicolare al piano dei telai e connessione parallela di vibratori, il cui perimetro è uguale a λschiavo, all'alimentazione riduce l'impedenza di ingresso dell'antenna a valori commisurati alle impedenze caratteristiche dei cavi di alimentazione coassiali RF utilizzati. Mostrato nella fig. 1 combinazione non standard di vibratori ad anello e telaio garantisce l'implementazione di una nuova antenna a anello triangolare, ma con radiazione unilaterale. Allo stesso tempo, altre caratteristiche della soluzione tecnica innovativa proposta meritano un'attenzione particolare.
Rispetto alle antenne a dipolo accorciato, il ROV ha dimensioni più piccole lungo l'asse longitudinale e un guadagno maggiore. Il design garantisce il funzionamento delle radiazioni di tutti i conduttori del dispositivo dell'antenna. Il primo vibratore ad anello dalla direzione di ricezione e trasmissione della pressa ad iniezione è realizzato a forma di triangolo isoscele con punti di forza all'apice, con base lunga 0,4λschiavo e con lati 0,3λschiavo ogni. Il secondo vibratore ad anello è realizzato sotto forma di vibratore ad anello Pistolkors con una lunghezza di conduttori lineari commisurata a λschiavo. I vibratori ad anello sono posti sullo stesso piano e il collegamento dei conduttori dei lati del vibratore triangolare all'alimentatore avviene con il loro incrocio, cioè sfasato. Un cavo di alimentazione coassiale con una struttura rigida, ad esempio, in una versione tubolare dei conduttori, viene posato con l'ingresso attraverso il punto di potenziale zero, cioè il centro del conduttore lineare non tagliato del vibratore ad anello Pistolkors. Nell'alimentatore, la treccia del cavo è collegata in una sezione all'estremità di un conduttore e il nucleo centrale è collegato all'estremità dell'altro. L'antenna funziona come segue. Quando un generatore ad alta frequenza (vedere Fig. 1) è collegato ai punti di alimentazione “a” e “b” dell'unità di potenza 7, le correnti fluiranno in modo inversamente proporzionale ai conduttori 2 e 3 del vibratore ad anello 1, nonché attraverso i conduttori 5 e 6 resistenze del circuito del vibratore ad anello 4. Nel conduttore 2, scorrerà una corrente maggiore rispetto ai conduttori 5 e 6 a causa della minore resistenza di ingresso del vibratore a telaio 1 rispetto al vibratore ad anello 4, ma la radiazione di quest'ultimo sarà aumentata a causa di due conduttori 5 e 6 ravvicinati Inoltre, a causa del fatto che nel vibratore ad anello 4, i conduttori 5 e 6 si trovano in stretta vicinanza l'uno all'altro, e nel triangolo isoscele 1, il conduttore 2 è collegato tra i conduttori dei lati incrociati laterali 3, quindi le correnti in i conduttori 5 e 6 saranno in fase con una differenza di fase rispetto al conduttore 2. Ciò garantisce che, quando collegati in modo incrociato, l'approccio di fase alle correnti sia simile alle correnti nel riflettore e nel vibratore attivo o nel vibratore attivo e nel primo direttore delle antenne Uda-Yagi, ma interamente dovuta a correnti di conduzione, in contrasto con le correnti indotte, cioè più deboli, nei vibratori passivi di antenne Uda-Yagi. Tenendo conto del fatto che i conduttori del vibratore ad anello 5 e 6 sono distanziati nello spazio ad una distanza commisurata a 0,2λschiavo, dal conduttore 2 all'altezza del triangolo isoscele e sono paralleli, quindi il sistema spaziale formato di conduttori radianti della schiera di antenne crea una radiazione diretta del campo elettromagnetico lungo l'asse 8, perpendicolare alla posizione di questi conduttori. In aggiunta a ciò, le correnti nei conduttori 3, situati simmetricamente, ma ad angolo rispetto a questo asse, emettono anche un campo elettromagnetico nello spazio, ma con compensazione reciproca delle componenti longitudinali opposte e integrandosi nel campo elettromagnetico irradiato totale totale della direzione trasversale diretta unilateralmente componenti. Pertanto, a differenza dei sistemi radianti con linee di collegamento, nella soluzione tecnica proposta tutti i conduttori 2, 3, 5 e 6 partecipano all'irraggiamento del campo elettromagnetico, garantendo un aumento complessivo della direttività del sistema e dell'efficienza del suo funzionamento. Il funzionamento dell'antenna proposta è stato simulato nel programma MMANA (Fig. 2 e Fig. 3) ad una frequenza di 300 MHz (lunghezza d'onda 1 metro) per semplicità e chiarezza durante la modellazione e la successiva normalizzazione delle dimensioni. TPA con una lunghezza commisurata a 0,2λschiavo, ha una direttività settoriale con diverse ampiezze del diagramma di radiazione nel piano di ubicazione dei conduttori del vibratore e in un piano ad esso perpendicolare, con un guadagno maggiore. Il rapporto tra la radiazione diretta e quella posteriore caratterizza la migliore selettività spaziale corrispondente alle antenne Uda-Yagi a sei elementi con il doppio della lunghezza trasversale. I punti neutri di entrambi i vibratori possono essere collegati a una trave di supporto metallica messa a terra, fornendo protezione contro l'elettricità statica e protezione contro i fulmini.
Per l'uso di antenne sulle bande radioamatoriali di 144 e 432 MHz, un confronto visivo delle configurazioni e del rapporto dimensionale dell'antenna accorciata a due elementi considerata dagli autori del libro [1] (Fig. 4) con le versioni di il TPA proposto (Fig. 5) e il TPA con direttore installato internamente (Fig. 6). I valori numerici dei parametri di queste antenne sono riassunti nella tabella e graficamente, in modo più chiaro, le caratteristiche elettriche sono visualizzate sotto forma di schemi di radiazione (rispettivamente, Fig. 7-9).
La realizzazione pratica della struttura sotto forma di antenna indipendente è simile all'antenna "canale d'onda" a due elementi più volte descritta, solo con un vibratore ad anello dispiegato nel piano dei vibratori. Anche il collegamento di potenza viene effettuato in un modo noto, con un cavo coassiale, attraverso il punto di potenziale zero all'interno del vibratore ad spira senza l'utilizzo di dispositivi di adattamento e balun. tavolo
Anche la realizzazione della versione dell'antenna con direttore viene eseguita in modo simile a quanto descritto. Un conduttore aggiuntivo viene posizionato tra il circuito e i vibratori lineari rispettando rigorosamente la sezione trasversale, la posizione di installazione e la lunghezza. Nei casi in cui vengono utilizzati altri materiali, è necessario simulare un controllo preliminare delle capacità dell'antenna nel programma MMANA. I file per il programma MMANA per le antenne mostrate nella tabella possono essere scaricati da ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/07/maa.zip. Letteratura
Autori: V. Milkin, N. Kalitenkov, V. Lebedev, A. Shulzhenko
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