Antenna a telaio accorciata elettricamente. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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In numerosi casi pratici, le dimensioni dell'antenna, commisurate alla lunghezza d'onda, sono inaccettabilmente grandi. Pertanto, sono state sviluppate antenne (piccole) accorciate elettricamente. È anche importante che l'antenna sia l'unico elemento che emette o riceve energia elettromagnetica. Una delle opzioni per tali antenne, un'antenna ad anello accorciata elettricamente, è discussa nell'articolo. Gli esperimenti sono stati condotti alle frequenze di 14, 27 e 430 MHz.

Un'antenna a telaio ha le migliori proprietà quando, per un dato perimetro, copre l'area più grande, cioè è una cornice rotonda. Ma per comodità di considerazione, passiamo al quadro quadrato e alla polarizzazione verticale delle onde emesse (ricevute) (Fig. 1 a).

Il coefficiente di direttività (DA) di una cornice quadrata con perimetro e = λ (λ è la lunghezza d'onda) nello spazio libero rispetto ad un dipolo a semionda è 1,35 dB con una resistenza rΣ = 100 Ohm [1].

Un anello quadrato polarizzato verticalmente può essere pensato come costituito da due dipoli verticali a semionda caricati alle estremità (carico capacitivo) e distanziati di un quarto di lunghezza d'onda. Non c'è radiazione verso l'alto o verso il basso, poiché le correnti nei conduttori orizzontali del telaio si annullano a vicenda. La distribuzione della corrente I e della tensione U lungo il conduttore del telaio è mostrata in fig. 1, b. I punti A e C, attuali antinodi, sono punti a potenziale zero. Quando un'antenna è collegata in una fessura nel punto A, un dipolo è alimentato dalla corrente e l'altro, nei punti B e D, da tensioni antifase. I diagrammi di radiazione di un telaio situato nello spazio libero, nei piani verticale e orizzontale, sono mostrati in Fig. 1c, d e nella loro forma sono vicini al diagramma di radiazione di un dipolo a semionda [2].

L'accorciamento elettrico dell'antenna ad anello può essere effettuato aumentando il carico capacitivo dei dipoli accendendo gli antinodi di tensione, cioè nei punti B e D, capacità, che modifica inoltre la fase della tensione in questi punti di 180 ° (Fig. 2, a). Chiamiamo questa antenna un'antenna a telaio accorciato di due mezzi fotogrammi.

La corrente nel circuito del telaio ora scorre solo in una direzione (Fig. 2, b), cioè le correnti nei conduttori opposti del telaio risultano essere dirette in modo opposto l'una rispetto all'altra. Ciò significa che non c'è radiazione nella direzione perpendicolare al piano del telaio, cioè il diagramma di radiazione è approssimativamente un cerchio nel piano verticale e una "figura di otto" in quello orizzontale (Fig. 2, c, d). Se consideriamo come analogo di questa antenna due dipoli a semionda con correnti uguali dirette in modo opposto, l'efficienza sul piano orizzontale rispetto al diagramma di radiazione circolare è di 3,8 dB [1].

Pertanto, questa antenna nelle sue proprietà si avvicina a un'antenna magnetica, un'antenna con una distribuzione di corrente costante lungo il contorno del telaio ed emette prevalentemente la componente magnetica del campo elettromagnetico nella zona vicina.

L'antenna in esame ha quattro punti di potenziale zero: A, C - antinodi di corrente e B, D - i punti medi delle distanze tra le piastre del condensatore - nodi di tensione. Di conseguenza, l'antenna può essere alimentata in prossimità di questi punti. Il modo più semplice è utilizzare l'adattamento a forma di T quando alimentato a un antinodo di corrente (Fig. 3, a) [2] o un partitore di tensione capacitivo quando collegato a un nodo di tensione (Fig. 3, b) [1].

I parametri approssimativi del circuito di collegamento possono essere determinati dalle seguenti considerazioni.

• Inizialmente, il frame del perimetro selezionato e < λ viene sintonizzato sulla risonanza alla frequenza operativa f utilizzando due condensatori identici con una capacità di 2C e viene misurato il fattore di qualità del frame Q scarico.
• L'impedenza d'onda dell'antenna a telaio come circuito LC è PA=1/(2πfC).
• Il coefficiente di inclusione di una linea elettrica con impedenza d'onda rl nel circuito dell'antenna, a condizione che, in caso di adattamento, il fattore di qualità del circuito sia dimezzato, k = (PAQ / Рl) 1/2.
• La distanza tra i punti di connessione del raccordo a T et= e/k.
• Elementi del divisore capacitivo Cn = kC, C' = 4C·k / (k -2).
• Se si collega la linea elettrica allo spazio nel telaio nel punto A, la resistenza di ingresso rin = Pa / Q.
• La resistenza alla radiazione del telaio [3] rΣ = 80π2(2πSp/λ2)2, dove Sp è l'area del telaio, o per un telaio rotondo rΣ = 20π2(e/λ)4.

È nota un'altra versione di un'antenna ad anello accorciata elettricamente: un dipolo a semionda con un carico capacitivo, piegato in un telaio (Fig. 4, a). Per implementare questa antenna, il perimetro del loop deve essere inferiore alla metà della lunghezza d'onda. Punti di potenziale zero - punto A e centro della distanza tra le piastre del condensatore C (Fig. 4, b). Il diagramma di radiazione coincide approssimativamente con il diagramma di radiazione di un'antenna a telaio di due semiquadri. La linea elettrica è collegata vicino a punti a potenziale zero, come avviene in un'antenna a telaio con due mezzi telai.

Un'antenna a telaio accorciato composta da due semitelai è caratterizzata da una distribuzione più uniforme dell'ampiezza di corrente lungo il conduttore del telaio rispetto ad un'antenna a telaio con telaio continuo, quindi, a parità di perimetri, ha una maggiore resistenza alla radiazione rΣ e , di conseguenza, una maggiore efficienza ηA (fattore di efficienza). Il guadagno secondo i dati di misurazione raggiunge 3 dB con e/λ = 0,2.

Lo studio di un'antenna a telaio accorciato di due semitelai è stato effettuato alle frequenze di 14, 27 e 430 MHz. Per una frequenza di 14 MHz, un telaio quadrato in filo di rame con un diametro di 2 mm aveva un perimetro e = 0λ, capacità 2C = 22 pF, fattore di qualità di un frame non caricato Q = 100, resistenza alle radiazioni rΣ = 2 Ohm, resistenza di ingresso all'attuale antinodo rin = 10 Ohm, efficienza ηA - 0,1 e larghezza di banda 0,3 MHz. Per collegare un cavo con un'impedenza d'onda Pl = 50 Ohm, il partitore di tensione capacitivo era costituito da condensatori C = 47 pF e Cn = 510 pF, e la lunghezza della sezione del conduttore del telaio per l'adattamento a T eτ = 160 mm. Il bilanciamento è stato effettuato utilizzando un anello di ferrite e diverse spire di cavo coassiale [2]. L'antenna veniva utilizzata come ricevitore ambientale per monitorare il lavoro delle stazioni radioamatoriali. In alcuni casi, è stato possibile ridurre il livello dei segnali interferenti grazie alla simmetria dell'antenna, che attenua le interferenze di modo comune, e alla presenza di "zeri" nel diagramma di radiazione.

Per una frequenza di 27 MHz sono state realizzate diverse antenne da due semitelai con perimetro e = (0,1 ... 0,5)% Il loro studio ha dato quanto segue. Per l'antenna a telaio in esame la resistenza alla radiazione diminuisce fortemente con la diminuzione delle dimensioni. Dipende dal quadrato dell'area (o dalla quarta potenza del perimetro della cornice circolare). Pertanto, per le antenne a telaio con perimetro e < 0,1 A, la resistenza alle radiazioni è significativamente inferiore alla resistenza alle perdite e la larghezza di banda dell'antenna è determinata solo dai parametri del circuito LC dell'antenna. Per un'antenna a telaio con perimetro e > 0.2A. La resistenza alle radiazioni diventa commisurata alla resistenza alle perdite, il fattore di qualità inizia a diminuire e la larghezza di banda e l'efficienza dell'antenna iniziano ad aumentare. Inoltre, quando si alimenta l'antenna, è opportuno cercare di garantire che le parti centrali dei vibratori, cioè gli attuali antinodi, siano libere da elementi di collegamento. Pertanto, un divisore di tensione capacitivo è preferibile a un adattamento a T.

L'antenna ad anello per la frequenza 430 MHz aveva dimensioni di 36x22 mm ed era realizzata in filo di rame argentato con un diametro di 1,5 mm. Le capacità 2C consistevano in condensatori di sintonizzazione da 1...5 pF. È stato utilizzato l'abbinamento asimmetrico a forma di T. La treccia del cavo con Pl = 50 Ohm è stata collegata al punto di potenziale zero - l'antinodo di corrente e il nucleo centrale - ad una distanza di 10 mm da esso. La larghezza di banda dell'antenna caricata è 4,5 MHz, l'efficienza è 0,05...0,1.

L'antenna a telaio in esame è simmetrica, non richiede contrappeso, ha punti di potenziale zero (che consente l'uso di metodi di alimentazione generalmente accettati), può essere regolata con condensatori variabili, è poco sensibile alla presenza di dielettrico e debolmente conduttiva oggetti nelle sue immediate vicinanze e non contiene elementi di adattamento induttivi. Per un dato perimetro, la più efficiente è un'antenna circolare accorciata, composta da due semitelai, alimentati tramite un partitore di tensione capacitivo con perdite minime possibili nel materiale del telaio e nei condensatori.

Letteratura

1. Devoidere John. DX in banda bassa. American Radio Relay League, Inc. - 1987, pag. 266.
2. Grigorov I. Progettazione pratica di antenne. - M.: DMK, 2000, 352 pag. limo,
3. Grechikhin L. Antenne elettricamente piccole: possibilità e delusioni. - Radio, 1992, n. 11, pag. 8-10.

Autore: N. Turkin, San Pietroburgo

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