Antenna VHF con adattamento J.. Enciclopedia della radioelettronica e dell'ingegneria elettrica

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Questa antenna è stata a lungo e meritatamente popolare tra i radioamatori. Il suo design è semplice, è facile da configurare ed è compatibile con un alimentatore con qualsiasi impedenza caratteristica. Tuttavia, le sue grandi dimensioni (la lunghezza totale è 0,75λ) ne rendono difficile l'utilizzo sulle bande HF. Ma nelle bande VHF viene utilizzato abbastanza spesso.

Riso. 1. Schizzo di progettazione dell'antenna

L'antenna (Fig. 1) è un vibratore di lunghezza λ/2, alimentato dall'estremità tramite un dispositivo di adattamento realizzato a forma di linea aperta a quarto d'onda, chiusa all'estremità inferiore. L'elevata impedenza di ingresso di un vibratore a semionda quando alimentato dall'estremità (diversi kilo-ohm) si trasforma facilmente nell'impedenza caratteristica del cavo scegliendo la distanza ottimale dai punti di alimentazione (X1, X2) all'estremità chiusa del la linea. L'utilizzo di una linea aperta come trasformatore garantisce basse perdite ad elevati rapporti di trasformazione. Il guadagno dell'antenna J è +0,25 dBd, che è leggermente superiore al guadagno del dipolo (a causa della linea a due fili).

L'antenna J verticale, a causa della simmetria incompleta, ha una piccola radiazione con polarizzazione orizzontale (Fig. 2).

Riso. 2. Parametri e diagramma di radiazione

Modifichiamo l'antenna J piegando la linea del quarto d'onda di 90 gradi (Fig. 3). Con un po' di regolazione delle dimensioni, non è difficile ottenere un buon adattamento e un guadagno di 0 dBd. In questa versione dell'antenna, tuttavia, una parte notevole della radiazione è già polarizzata orizzontalmente. È causato da una corrente di modo comune in una linea a due fili, che svolge il ruolo di contrappeso (pantografo) nell'antenna J.

Riso. 3. Design dell'antenna modificato

Aggiungiamo un altro vibratore a semionda, collegandolo all'estremità libera della linea bifilare (Fig. 4). Otteniamo una struttura completamente simmetrica nel piano verticale. Non c'è corrente di modo comune in una linea a due fili, così come radiazione con polarizzazione orizzontale. Questa opzione è un'antenna collineare di due vibratori a semionda alimentati attraverso una linea a quarto d'onda chiusa all'estremità.

Riso. 4. Design dell'antenna modificato

Tale antenna è descritta da SM0VPO sul suo sito web nell'articolo “Antenna VHF collineare da 6 dB di Harry Lythall - SM0VPO”. Il suo guadagno (circa 2,4 dBd) è ottenuto restringendo il diagramma di radiazione nel piano verticale. Nel piano orizzontale il diagramma di radiazione è circolare. L'antenna è strutturalmente molto semplice e può essere realizzata da un unico pezzo di asta o tubo di alluminio. Per mantenere la simmetria dell'antenna è consigliabile collegare il cavo di alimentazione tramite un trasformatore balun. SM0VPO utilizza un trasformatore balun a gomito a U. Puoi limitarti a qualche anello di ferrite posizionato sul cavo vicino al punto di alimentazione dell'antenna.

Chiameremo in breve questo design un'antenna Super-J. Quale ulteriore modifica è possibile?

Riso. 5. Design dell'antenna modificato

Aggiungendo riflettori al design, otteniamo un'antenna Super-J a due elementi (Fig. 5). Questa è già un'antenna collineare direzionale con un guadagno di +5,8 dBd. E se aggiungiamo i direttori, otteniamo un'antenna Super-J a tre elementi (Fig. 6) con un guadagno di +8 dBd (Fig. 7). Un tentativo di aggiungere un secondo direttore dà un aumento del guadagno di soli 0,8 dB, ma aumenta notevolmente la lunghezza dell'antenna...

Riso. 6. Design dell'antenna modificato

Riso. 7. Parametri e diagramma di radiazione

Qual è il vantaggio di queste antenne rispetto a Yagi multielemento?

A parità di area, i loro guadagni sono approssimativamente uguali, ma i vantaggi delle antenne Super-J sono la lunghezza ridotta del braccio, il ridotto raggio di sterzata associato e la facilità di adattamento. Gli svantaggi includono la necessità di utilizzare un albero dielettrico, almeno la sua parte superiore.

Nella fig. La Figura 8 mostra la fotografia di un'antenna Super-J a tre elementi per la gamma 144 MHz, realizzata in asta di alluminio con un diametro di 8 mm.

Riso. 8. Antenna Super-J a tre elementi per la banda 144 MHz

Negli spazi tra gli elementi si trovano un palo dielettrico (ad esempio, fibra di vetro) e un distanziatore isolante. Nella fig. 9 sono rappresentati con linee più spesse. È meglio far passare il cavo di alimentazione orizzontalmente dietro i riflettori e riportarlo all'albero formando un ampio anello, lontano dalle estremità del riflettore. In questa zona (vicino all'antenna) è consigliabile inserire sul cavo ogni 0,5 m dei nuclei magnetici tubolari in ferrite (provenienti dai cavi di alimentazione del monitor).

Riso. 9. Progettazione dell'antenna

Un'antenna Super-J simile a tre elementi può essere realizzata per la gamma 430 MHz. Nella tabella e nella Fig. 10 mostra le dimensioni di progettazione richieste per le frequenze di 145 e 435 MHz. Le dimensioni degli elementi e la distanza tra i loro assi sono indicate in centimetri (D è il diametro dei conduttori di alluminio o rame di cui è composta l'antenna). L'impedenza di ingresso al punto di alimentazione è 50 o 200 ohm. Se per il bilanciamento viene utilizzato un gomito a U, trasforma la resistenza di alimentazione in 200 ohm, quindi il punto di connessione alla linea a due fili sarà leggermente più lontano dall'estremità chiusa. In questo caso le dimensioni del cappio corrispondente cambiano leggermente (vedi tabella).

Riso. 10. Dimensioni strutturali

tavolo

Le dimensioni degli elementi contrassegnati da un asterisco sono specificate durante l'installazione.

Per facilitare la configurazione si consiglia di realizzare il dispositivo di abbinamento con due contatti mobili (cursori): uno, di chiusura della linea bifilare, serve per la sintonia in risonanza, il secondo, di collegamento dell'alimentatore, serve per l'abbinamento alla il livello minimo di SWR. Ciò consente di configurare rapidamente l'antenna, ma dopo aver selezionato la posizione delle guide, è necessario garantire un contatto affidabile (saldatura o bulloni). L'efficienza dell'antenna dipende molto dalla resistenza del contatto. Vale la pena ricordare che il contatto rame-alluminio non è consentito e che il contatto è protetto dall'umidità. Al contrario, i requisiti per la resistenza di contatto all'estremità aperta del gomito a J non sono rigorosi, poiché la corrente è minima.

Inizialmente l'antenna è stata realizzata secondo la Fig. 4 ad una frequenza media di 145 MHz da un'asta di alluminio del diametro di 8 mm. Era attaccato ad un tubo in fibra di vetro del diametro di 23 mm, utilizzato come albero. Come balun è stato utilizzato un tubo di ferrite posizionato sul cavo in prossimità del punto di alimentazione dell'antenna. I suoi test hanno dimostrato che quando l'antenna è posizionata su un tavolo di legno parallelo al terreno e quando è posizionata verticalmente, le impostazioni non corrispondono. Pertanto, l'antenna deve essere sintonizzata installandola verticalmente. È sufficiente che la distanza dalle estremità inferiori dei vibratori al suolo sia di circa 0,5 M. Spostando il ponticello di chiusura lungo l'anello bifilare e spostando i punti di collegamento dei cavi (queste regolazioni sono interdipendenti), è stato abbastanza semplice abbinare l'antenna a SWR <1,1 alla frequenza desiderata. La banda di frequenza operativa dell'antenna in termini di SWR<1,5 ha superato i 5 MHz.

Quindi i bracci, anch'essi realizzati in barra di alluminio con un diametro di 8 mm, sono stati fissati all'albero e ai vibratori attivi, poiché non c'erano tubi dielettrici della rigidità richiesta a portata di mano. Nel punto medio dei vibratori la tensione è prossima allo zero, quindi il boom conduttivo ha poco effetto sulle caratteristiche dell'antenna, come confermato dalla modellazione preliminare.

Sui bracci sono stati installati riflettori e direttori, le cui lunghezze sono state calcolate secondo il modello di calcolo utilizzando il programma MMANA. Il fissaggio della linea bifilare e dei boma all'albero avviene tramite piastre in plastica vinilica di spessore 10 mm e staffe a U. Gli elementi dell'antenna sono fissati ai bracci mediante staffe e bulloni a forma di U in duralluminio.

Gli elementi passivi hanno ridotto drasticamente l'impedenza di ingresso dell'antenna. Tuttavia, è stato trovato un minimo SWR debolmente espresso. Spostando il ponticello e spostando i punti di connessione del cavo, abbiamo trovato una posizione in cui l'SWR minimo corrispondeva ad una frequenza di 145 MHz e non superava 1,2. Le lunghezze dei vibratori non erano regolabili.

Rispetto alla sintonizzazione di un'antenna a elemento singolo, la sintonizzazione di un'antenna a tre elementi è molto più acuta e critica. La larghezza di banda al livello SWR <1,5 era di circa 3 MHz. La lunghezza del cavo si è rivelata leggermente inferiore e la distanza dall'estremità chiusa del cavo alla presa di corrente con un cavo con resistenza di 50 Ohm era leggermente maggiore dei valori calcolati.

Le prestazioni dell'antenna sono state precedentemente valutate in condizioni urbane (tra edifici alti che coprivano completamente l'orizzonte) con il suo asse situato dal suolo ad un'altezza di soli 1,5 m e rispetto ad un'asta automobilistica a quarto d'onda, ha dato un aumento del segnale di 2...3 punti per comunicazioni su distanze di 10...50 km. La direzionalità nel piano orizzontale era chiaramente pronunciata. L'impressione generale è che l'antenna funzioni. Valutazioni più accurate delle prestazioni dell'antenna Super-J sono state effettuate in aree aperte in condizioni di dacia quando l'antenna è stata sollevata su un palo alto 7 m. Le sue prestazioni sono state confrontate con le prestazioni di un'antenna "quadrata" a quattro elementi con verticale polarizzazione. Le antenne sono state installate alternativamente sullo stesso palo in fibra di vetro nello stesso posto. Sono stati utilizzati lo stesso cavo come alimentatore e lo stesso ricetrasmettitore. Sono stati valutati il ​​lavoro sull'apertura e l'udibilità dei ripetitori situati a distanze da 30 a 100 km e le valutazioni dei corrispondenti durante la conduzione di QSO nel canale diretto a distanze fino a 70 km.

Nella maggior parte dei casi le stime erano molto vicine. Se hai sentito "quadrato", hai sentito anche Super-J. Il "quadrato" di quattro elementi aveva un diagramma di radiazione più stretto sul piano orizzontale, quindi doveva essere puntato con maggiore precisione sul corrispondente per ottenere la massima potenza; il Super-J non era quasi ruotato. L'impressione generale è che le antenne abbiano guadagni approssimativamente uguali e una buona soppressione del lobo posteriore. L'antenna in prova è due volte più leggera delle "quadrate" e ha una coppia e una deriva significativamente inferiori.

I file per modellare le antenne descritte nel programma MMANA possono essere trovati scaricati da ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/01/ant86_30.zip.

Autore: Vladislav Shcherbakov (RU3ARJ)

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