Antenna HF direzionale a sette bande BMA-7. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Un'antenna per tutte le onde, o almeno una che funzioni sulla maggior parte delle nove bande HF amatoriali, è il sogno di molti operatori di onde corte. Il compito di creare un'antenna multibanda diventa notevolmente più complicato quando si tratta di un'antenna direzionale. Una soluzione interessante è proposta nell'articolo pubblicato. Le idee utilizzate da UT1MA in questo progetto possono essere utili agli operatori di onde corte quando sviluppano in modo indipendente antenne HF.

Molto popolari sono le antenne direzionali multibanda del tipo "canale d'onda" per le comunicazioni radioamatoriali, prodotte da decine di aziende in molti paesi. Tali antenne sono realizzate principalmente utilizzando circuiti risonanti separatori - TRAP o scale [1, 2]. Nonostante le ovvie comodità, questa tecnologia viene utilizzata molto raramente nella progettazione di antenne amatoriali, il che si spiega, prima di tutto, con la difficoltà di realizzare manualmente una scala affidabile e sintonizzata con precisione.

Recentemente sono apparsi progetti di antenne in cui il problema del funzionamento multibanda viene risolto in modo più semplice, utilizzando i cosiddetti circuiti di carico multibanda (LOad Multiband o LOM in breve). L'elemento principale di tale antenna è una bobina con una certa induttanza, situata in una determinata posizione dell'elemento attivo o passivo. Il meccanismo d'azione del carico LOM è che a frequenze relativamente elevate la bobina provoca una riflessione significativa della corrente, per cui la sua distribuzione sulla parte “pre-bobina” risulta essere vicina alla distribuzione in un carico convenzionale dipolo con una lunghezza del braccio di circa 0,25λ. Alle basse frequenze, la corrente si diffonde lungo l'intera lunghezza del braccio dell'antenna e la bobina funge da bobina di estensione [3].

Proviamo a confrontare i parametri principali di due dipoli a tre bande: con scale e con bobine LOM. I calcoli sono stati effettuati utilizzando il programma di antenna MMANA (TNX JE3HHT e DL2KQ per programma eccellente).

La Figura 1a mostra il disegno di un dipolo per le portate di 10, 20 e 40 metri. I bracci del dipolo sono simmetrici, il che ci permette di mostrare solo la metà del dipolo per semplificare la figura. Assumiamo che i condensatori trappola L1C1 (frequenza di risonanza f1 = 28,3 MHz) e L2C2 (f2 = 14,15 MHz) siano formati da tubi posti all'interno e all'esterno della bobina. Si noti che questo design tecnologicamente conveniente dei condensatori presenta uno svantaggio significativo: a causa dell'influenza di questi tubi, il fattore di qualità delle bobine (e del circuito nel suo insieme) è ridotto di 3...4 volte e in molti modelli non lo fa superare Q = 80... 100. Di conseguenza, le perdite nei circuiti e il loro riscaldamento aumentano dello stesso fattore.

Prendiamo C1 = 25 pF, C2 = 15 pF, Q1 = 100 e Q2 = 80 e il diametro del conduttore dell'antenna (tubo) è 30 mm. Le sezioni di dipolo ab, cd, ad esempio, hanno lunghezze alle quali la componente reattiva della resistenza di ingresso è prossima allo zero in tutti e tre i campi.

I diagrammi delle variazioni del valore corrente lungo il dipolo a diversi intervalli sono mostrati in Fig. 1, b (portata 10 metri), fig. 1,c (20 metri) e Fig. 1.g (40 metri). Le frecce nei diagrammi mostrano la direzione della corrente nelle parti corrispondenti del dipolo. MMANA mostra che c'è anche una piccola corrente sulle parti del dipolo situate dietro le scale, che appare come risultato dell'interferenza dalla sezione di lavoro dell'antenna.

Su una portata di 10 metri, questa corrente aumenta significativamente, di circa 0,4 dB, il guadagno dell'antenna restringendo il diagramma di radiazione (DP) e aumenta anche l'impedenza di ingresso dell'antenna.

I risultati del calcolo sono riassunti nella tabella. In esso, R è l'impedenza di ingresso dell'antenna in risonanza. Il guadagno G è dato in relazione ad un dipolo a semionda senza scale.

Le perdite termiche totali in due bobine PL1 e due PL2 sono evidenziate separatamente, poiché l'affidabilità dell'antenna dipende direttamente da queste perdite. G è la larghezza del lobo principale del pattern ad un livello di -3 dB o 0,707 dal massimo. Quando si stimano le perdite di calore, si può presumere che 0,1 dB corrispondano a circa il 2,4% della potenza totale. La lunghezza totale del dipolo è 2x6,7 m.

Nella fig. 2, e presenta anch'esso un dipolo per le portate dei 10, 20 e 40 metri, ma, a differenza del primo, non utilizza scale, ma bobine LOM. I valori di L1 e L2, le lunghezze delle sezioni ab, cd, eg e i carichi capacitivi EH1 ed EH2 sono selezionati in modo tale che in tutti e tre gli intervalli la componente reattiva della resistenza di ingresso sia vicina allo zero. In particolare, la lunghezza del primo tratto ab sarà di circa 0,25 lunghezze d'onda per la portata dei 10 metri. A causa della presenza di L1 in questo intervallo, la forma della curva di corrente nella sezione ab è quasi uguale a quella di un dipolo a semionda.

L'entità della corrente dietro la bobina nella sezione cd è molte volte inferiore rispetto alla prima sezione. Questo è importante, poiché qui la corrente è nella direzione opposta e la sua azione porta ad un'espansione del modello e, di conseguenza, ad una diminuzione del guadagno del dipolo. Per minimizzare questo effetto indesiderato è stato introdotto un carico capacitivo EH1 che “prende il sopravvento” ed esclude parte della controcorrente dalla radiazione. L'entità della corrente nella sezione cd dipende anche dall'induttanza della bobina L1 e sarà tanto più piccola quanto più grande. Aumentando invece l'induttanza della bobina si ha una diminuzione della banda larga sulla seconda banda (20 metri), quindi la scelta dell'induttanza di questa bobina è un inevitabile compromesso. Sulla portata di 20 metri, gli elementi L2 ed EH2 funzionano in modo simile e la bobina L1 funziona come un'estensione. Sulla portata dei 40 metri entrambe le bobine sono bobine di estensione. I diagrammi delle correnti lungo il conduttore di questa variante di dipolo sono mostrati in Fig. 2,6 (10 metri), fig. 2, in (20 metri) e fig. 2.g (40 metri).

Dal calcolo è emerso che i valori ottimali sarebbero L1 = 3,5 µH e L2 = 18 µH. La lunghezza totale del dipolo è di 2x5,8 m con un diametro del tubo di 20 mm nella sezione estrema e 30 mm nel resto. La lunghezza di EH1 è 0,8 me EH2 è 0,6 m, i tubi hanno un diametro di 16 mm. I parametri calcolati sono mostrati anche nella tabella, utile per il confronto. Nei calcoli si è ipotizzato che il fattore di qualità delle bobine L1 e L2 fosse pari a 250, il che è abbastanza realistico.

Un confronto delle perdite di calore nei dipoli TRAP e LOM mostra che il secondo ha perdite 2...3 volte inferiori. Nelle stesse altre condizioni di progettazione, un'antenna LOM può sopportare potenze elevate. Tuttavia, se nelle scale vengono utilizzati condensatori esterni, entrambi i tipi di antenne saranno approssimativamente uguali in questo indicatore.

Una proprietà utile dell'antenna LOM è che non è fondamentale per l'induttanza delle bobine. Se si discosta del 10% dal valore calcolato, l'accordatura risonante può essere facilmente ripristinata regolando la lunghezza degli elementi EH. In questo caso, i parametri dell'antenna cambiano leggermente. C'è anche un ovvio vantaggio: non è necessario utilizzare condensatori ad alta tensione progettati per un'elevata potenza reattiva.

Dopo aver utilizzato con successo la tecnologia LOM in un'antenna multibanda verticale [3, 4], l'autore ha tentato di applicare questa tecnologia nel vibratore attivo (AV) di una semplice antenna direzionale per sette bande KB - da 10 a 40 metri. AB è progettato per utilizzare un alimentatore da 50 ohm senza alcuna commutazione. Oltre all'AV, l'antenna include cinque riflettori per le portate di 10, 12, 15, 17, 20 metri e sulle portate di 30 e 40 metri funziona solo il vibratore attivo nell'antenna. L'aspetto dell'antenna sperimentale, che ha ricevuto il nome dell'autore BMA-7 (Beam Multiband Antenna per 7 bande), è mostrato in Fig. 3.

Uno schema elettrico schematico del suo vibratore attivo è mostrato in Fig. 4. Ciascun braccio AB (è mostrato solo uno dei due) è costituito da quattro conduttori, i cui inizi convergono nel punto di alimentazione.

La base strutturale dell'antenna è un vibratore centrale, costituito da tre sezioni di tubi in duralluminio, tra i quali si trovano le bobine L1 e L2. Questo vibratore funziona sulle bande dei 10, 20 e 40 metri. Le portate di 15 e 17 metri sono fornite dai vibratori a filo PV15 e PV17. La bobina L4 a bassa induttanza permette di ridurre la lunghezza del vibratore PV17 alle dimensioni richieste per ragioni progettuali. Il vibratore PV12 funziona nel raggio di 12 metri e, insieme alla bobina L3 e al conduttore PVZO aggiuntivo, si ottiene un emettitore di raggio di 30 metri. Naturalmente ci sono influenze reciproche tra i componenti dell'AV, ma tuttavia, in generale, alle medie frequenze di tutte le gamme comprese tra 1,1...1,4 si ottengono risonanze sette chiare e SWR (solo AV - senza riflettori).

Un disegno AB più dettagliato con le dimensioni principali in due proiezioni è mostrato schematicamente in Fig. 5.

I vibratori a filo PV sono realizzati con filo trefolato in vinile isolante della marca PVZ con una sezione di 2,5 metri quadrati. mm. Per supportare i vibratori a filo sono stati utilizzati piccoli isolatori a dado IO e isolatori per antenne in plastica IP della società "Antennopolis" (Zaporozhye). Questi isolanti hanno dimensioni di 17x17x115 mm e quattro fori: due ai bordi e due al centro. La bobina L4 ha 7 spire ed è avvolta direttamente sulla parte centrale dell'isolante dal filo dell'emettitore PV17. Il filo emettitore PV12 è fissato ad una certa distanza dal vibratore centrale mediante distanziatori dielettrici RP. Le estremità lontane (dal centro dell'antenna) degli emettitori PV15 e PV17 sono fissate tramite barelle in polipropilene PP sul tubo EH2.

Il riflettore con portata 10 metri è costituito da un tubo di diametro 20 mm ed ha una lunghezza di 5,3 m, il riflettore con portata 15 metri è costituito da tubi di diametro 30, 20, 16 e 10 mm (lunghezza totale 7,235 m), il La gamma da 20 metri è composta da tubi con diametro 30 e 20 mm (lunghezza totale 10,51 m). Le distanze da AB ai riflettori delle gamme da 10, 15 e 20 metri sono rispettivamente 2,05, 2,6 e 3,7 m. I riflettori per le portate di 12 e 17 metri sono realizzati in filo intrecciato con isolamento vinilico marca PVZ - 2,5 e sono posizionati rispettivamente sopra i riflettori di 15 e 20 metri (vedi Fig. 3) in modo tale che la parte centrale del filo il riflettore è 0,5 m più alto del tubo e le estremità sono 0,2 m. La lunghezza totale del riflettore per la portata di 12 metri è 5,5 m, per la portata di 17 metri - 7,75 m. I carichi capacitivi provengono da un tubo con un diametro di 16 mm, lunghezza EH1 - 1,3 me EH2 - 1,6 , 1 m Dati della bobina: L33 - telaio con un diametro di 1 mm, filo MGTF con una sezione trasversale di 9 mq. mm, numero di spire - 2, avvolgimento stretto, impermeabilizzazione con nastro isolante NOVA ROLL; L32 - telaio con diametro di 0 mm, MGTF 75 mq. mm, numero di giri - 24; L3 - telaio con diametro 40 mm, MGTF 0,75 mq. mm, 18 giri.

L'antenna è stata testata sperimentalmente prima su un prototipo e poi è stato sviluppato un campione reale. Il vibratore attivo è stato regolato utilizzando un ROSmetro a ponte: sulle portate 10 e 20 metri variando la lunghezza dei carichi capacitivi, e sulla portata 40 metri variando la lunghezza della sezione terminale. Le restanti gamme vengono regolate selezionando le lunghezze dei vibratori a filo. È stato difficile calcolare la lunghezza dei riflettori a filo a causa della presenza di isolamento vinilico sul filo e della vicinanza dei riflettori a tubo; sono stati sintonizzati utilizzando il GIR su una frequenza che differiva di 3 dalla frequenza media dell'intervallo dato. % giù. La lunghezza totale del vibratore attivo è 2x6,35 m.

Dopo aver ricevuto il programma informatico MMANA, il calcolo del vibratore attivo (portate 10, 20 e 40 metri) ha mostrato come gli stessi parametri possono essere ottenuti riducendo le lunghezze di EH e la lunghezza totale del vibratore attivo (vedi dati di calcolo riportati Sopra).

Il cavo di alimentazione è accoppiato all'AV utilizzando solo un elemento aggiuntivo: un condensatore con una capacità di 56 pF/2,5 kVA, collegato in parallelo all'ingresso dell'antenna. Il bilanciamento viene effettuato utilizzando un'induttanza protettiva L5 di 15 spire di cavo coassiale dell'alimentatore RG-58, avvolto su un nucleo magnetico in ferrite ad anello con un diametro di 65 mm in materiale 300VN. L'induttore e il condensatore di adattamento sono posti in un involucro protettivo e montati su un distanziale in acciaio RP1 al centro AB, supportando gli elementi PV15 e PV17. Non bisogna dimenticare (soprattutto quando si modella un'antenna) che i tratti di filo che vanno al trasformatore (lunghi circa 10 cm ciascuno) sono compresi nella lunghezza elettrica AB.

La parte centrale AB (fino alle bobine L2) è costituita da un tubo di diametro 30 mm, mentre le sezioni terminali sono costituite da tubi di diametro 20, 18 e 10 mm, inseriti uno nell'altro.

L'antenna è alimentata da un cavo PK50-7 lungo 30 metri.

Dopo una leggera correzione delle lunghezze degli elementi AB, sono stati ottenuti i seguenti valori: SWR - nelle gamme di media frequenza entro 1,1... 1,4; la banda di frequenza operativa per SWR ≤ 2 è 10 MHz sulla portata dei 1 metri, 12 MHz sulle gamme dei 15, 17 e 0,5 metri, 20 MHz sulla portata dei 0,32 metri, 30 MHz sulla portata dei 0,09 metri e portata 40 metri - 0,18 MHz. Le misurazioni sono state effettuate utilizzando un dispositivo WH7 della DRAKE.

Il controllo dell'antenna "in onda" ha mostrato che il rapporto avanti/indietro sui percorsi medi nella portata di 20 metri è compreso tra 12...15 dB, sulle portate superiori - 15...18 dB. Sulla portata dei 40 metri se confrontato con l'Inv. V si è scoperto che nella direzione della sua massima radiazione l'antenna BMA-7 non era inferiore all'Inv. V, ma nella direzione laterale era superiore di 1...2 punti. I valori calcolati del guadagno nelle gamme 10...20 MHz sono 4...4,5 dBd.

È possibile migliorare i parametri di questa antenna aggiungendo direttori? Questo è abbastanza difficile per i seguenti motivi. In primo luogo, i direttori delle gamme inferiori peggiorano significativamente i parametri di quelli superiori. Per eliminare questo fenomeno, dovrai introdurre scale, carcasse LOM o adottare altre misure speciali. In secondo luogo, sarà difficile utilizzare metodi di adattamento standard con un alimentatore a causa della diffusione delle impedenze di ingresso a intervalli diversi.

Forse è nella forma descritta che l'antenna può interessare l'operatore a onde corte “medio”. In termini di parametri, l'antenna BMA-7 è vicina ad un'antenna log-periodica con una lunghezza di 6...8 metri, ma contiene elementi per portate di 30 e 40 metri.

Si può anche notare che tra gli operatori occidentali di onde corte è popolare la semplice antenna C4 della FORCE-12 con una lunghezza del braccio di 3,6 m, con due elementi ciascuno sulle portate di 10, 15, 20 metri e uno sulla portata di 40 metri con due alimentatori (prezzo - circa US$700).

In conclusione, possiamo dire che, come ha dimostrato questo lavoro, la tecnologia LOM può essere utilizzata con successo nelle antenne multibanda, competendo ad armi pari con la tecnologia TRAP.

L'autore ringrazia Boris Kataev (UR1MQ) per la sua preziosa assistenza nel processo di installazione e configurazione dell'antenna BMA-7.

Letteratura

1. Rothammel K. Antenne. - M.: Energia, 1979.
2. Benkovsky 3., Lipinsky E. Antenne amatoriali di onde corte e ultracorte. - M.: Radio e comunicazione, 1983.
3. Gutkin E. Antenna HF a tutte le bande VMA-10 NP. Applicazione. - hamradio.online.ru/vma-10_2.htm
4. Gutkin E. Antenna multibanda verticale VMA-9NP. - Radio, 2001, n. 4, pag. 63-65.

Autore: E. Gutkin (UT1MA), Lugansk, Ucraina

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