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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Antenna HF Kvadrat (principi di funzionamento). Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne HF Uno dei motivi che hanno determinato il notevole aumento dell'attività degli operatori sovietici a onde corte e il loro successo nelle competizioni internazionali è l'uso diffuso delle antenne direzionali. I più popolari nel nostro paese sono i “quadrati” con due, tre o più elementi che formano un diagramma di radiazione. Queste antenne saranno discusse nell'articolo. L'obiettivo principale perseguito dagli autori è quello di fornire raccomandazioni agli operatori di onde corte nella scelta e nella configurazione delle antenne, riassumendo l'esperienza degli operatori di onde corte sovietici e stranieri. Confronto tra "quadrati" e "canali d'onda" L'uso diffuso dei "quadrati" ha portato alla necessità di confrontare le loro caratteristiche con i parametri di un'altra antenna popolare tra i radioamatori: il "canale d'onda". La tabella mostra i risultati delle misurazioni delle caratteristiche di alcune antenne "quadrate" e "a canale d'onda", prese in prestito dalla rivista "QST", 1968, n. 5. Ne consegue. che i parametri di entrambe le antenne sono approssimativamente gli stessi se confrontiamo i “canali d'onda”, che hanno un elemento in più rispetto ai “quadrati”. A parità di elementi il “quadrato” avrà un guadagno di circa 2 dB in più. Secondo i nostri dati, se le distanze tra gli elementi vengono scelte in modo ottimale, questa cifra può essere aumentata fino ad almeno 2,5 dB.
Per comprendere la ragione fisica di una differenza così significativa, considerare le direzioni delle correnti (in Fig. 1) nel telaio - l'elemento "quadrato" e nel dipolo a semionda - l'elemento "canale d'onda".
Dalla fig. 1 ne consegue che alla formazione del diagramma “quadrato” prendono parte solo le correnti che fluiscono nelle parti orizzontali del telaio, poiché i campi derivanti dalle correnti che fluiscono nelle parti verticali si compensano reciprocamente. Pertanto il telaio equivale ad un sistema di due vibratori accorciati eccitati in fase, separati in altezza da una distanza di L/4. È noto che il diagramma di radiazione nel piano verticale di un tale sistema, rispetto al diagramma di un singolo dipolo, ha un angolo minore e, quindi, il suo guadagno è maggiore. Quantitativamente, il guadagno in guadagno, a seconda dei parametri e dell'altezza dell'aumento di entrambi gli elementi, può variare da 2,2 a 3,1 dB. Questo guadagno può essere determinato da una formula valida con sufficiente precisione per gli intervalli di KB: A=40000/FgFv dove A è il guadagno, Fg e Fv è l'ampiezza dei pattern di radiazione rispettivamente nei piani orizzontale e verticale. Sostituendo nella formula i valori medi Fg = 180° e Fv = 135° per il dipolo, Fg = 170° e Fv = 80° per il telaio, otteniamo che il guadagno del dipolo è 1,64 volte ovvero 2,15 dB (in potenza ), guadagno fotogrammi - 2,94 volte o 4,68 dB. Pertanto, il guadagno medio del guadagno è di 2,53 dB. Questa cifra è reale e confermata nella pratica. Un guadagno simile si ottiene quando il telaio è posizionato con un angolo verso il basso, che viene utilizzato in molti modelli. Questa opzione differisce da quella discussa sopra solo per il fatto che il diagramma di radiazione in esso contenuto è formato dalle componenti orizzontali delle correnti che scorrono su tutti e quattro i lati del telaio e i campi delle componenti verticali sono compensati. Si può notare un'altra caratteristica del "quadrato". Poiché il telaio di lunghezza L forma un anello chiuso simmetrico, l'influenza del suolo e degli oggetti circostanti, che degrada le caratteristiche delle antenne, è minore. Scelta del design ottimale Per ottimale si intendono quei dati di progetto dell'antenna, che forniscono il massimo rapporto di radiazione avanti/indietro con un guadagno sufficientemente alto. Sembra necessario introdurre questa definizione a causa dell'esistenza di due metodi per sintonizzare le antenne direzionali: per il massimo guadagno e per il massimo rapporto di radiazione avanti/indietro. Questi massimi non coincidono e, come mostra la pratica, la perdita in termini di radiazione avanti / indietro durante la sintonizzazione secondo il primo metodo risulta essere maggiore della perdita di amplificazione nel secondo caso. Nel processo di progettazione di un'antenna, un radioamatore deve determinare il numero di elementi, la distanza tra loro e le loro dimensioni. Per risolvere il primo problema, passiamo alla Fig. 2.
Mostra la dipendenza del guadagno dell'antenna A e del rapporto di radiazione avanti/indietro B dal numero di elementi n. I grafici si basano sui risultati delle misurazioni (coincidenti con i dati calcolati) su antenne quadrate con caratteristiche ottimali per la gamma 14 MHz. Come è facile vedere, l'aumento di entrambi i parametri rallenta all'aumentare del numero di elementi, e ciò diventa particolarmente evidente quando n>3. Considerando le difficoltà associate alla produzione e alla messa a punto di antenne multielemento, gli autori ritengono che nella maggior parte dei casi sia consigliabile limitare il numero di elementi a tre. Secondo alcuni radioamatori stranieri, un'antenna a quattro elementi è strutturalmente più conveniente a causa della disposizione simmetrica (rispetto all'asse verticale che passa attraverso il centro di massa) degli elementi. Lasciamo la decisione finale ai lettori. Per selezionare le distanze ottimali tra gli elementi, considerare la dipendenza del guadagno A dalla distanza S, espressa in frazioni della lunghezza d'onda L (Fig. 3). Il grafico mostra in nero la dipendenza del guadagno dalla distanza tra il selettore e il riflettore di un “quadrato” a due elementi. Nella zona ombreggiata corrispondente al guadagno massimo (S = 0,175-0,225L), praticamente non cambia, quindi in questo caso la scelta della distanza entro i limiti specificati non è critica. Per le antenne con più di due elementi, il compito diventa più complicato a causa dell'introduzione di ulteriori variabili indipendenti (per un'antenna a tre elementi - due, per un'antenna a quattro elementi - tre, ecc.). Pertanto si consiglia di impostare una delle distanze (ad esempio tra il vibratore e il riflettore) e scegliere le altre distanze come ottimali. Quindi, se prendiamo la distanza vibratore-riflettore pari a 0,2L per un'antenna a tre elementi, possiamo determinare la distanza ottimale vibratore-direttore utilizzando la curva mostrata in Fig. 3. Ovviamente questo “quadrato” avrà il guadagno maggiore ad una distanza vibratore-direttore di 0,175 L, ed in questo caso, quando le distanze cambiano da 0,14 a 0,21 L, il guadagno rimane praticamente costante, anche se, come ci si aspetterebbe , a causa della diminuzione della banda larga dell'antenna, la dipendenza del guadagno da S diventa più ripida.
Per illustrare quanto detto possiamo riportare un grafico leggermente trasformato per i “quadrati” a 14 MHz della stessa rivista “QST”. Sulla base dello studio di un gran numero di antenne, è stata determinata la dipendenza del guadagno dalla lunghezza L della traversa per il fissaggio degli elementi (Fig. 4). Le aree ombreggiate sul grafico rappresentano i limiti praticamente possibili per modificare la lunghezza trasversale di un'antenna con un dato numero di elementi. Dal grafico risulta che le antenne con una traversa ridotta hanno un guadagno inferiore (a due e tre elementi - di circa 2 dB) rispetto alle antenne con distanze tra gli elementi di circa 0,2 L. La lunghezza del telaio del vibratore lv può essere calcolata con la formula:
dove Ky è il fattore di allungamento, dipendente dal numero di elementi e dal rapporto tra la lunghezza del telaio e il diametro del filo; Lp è la lunghezza d'onda per la quale è progettata l'antenna. Per determinare la lunghezza di un vibratore "quadrato" a due elementi si assume il fattore di allungamento pari a 1,01, con tre o più elementi è pari a 1,015-1,02. La lunghezza del riflettore “quadrato” a due elementi viene scelta essere maggiore del 5-6% rispetto alla lunghezza del vibratore. Per un “quadrato” a tre elementi, la lunghezza del riflettore dovrebbe essere maggiore del 3-4%, il direttore dovrebbe essere più corto del 2,5-3% rispetto alla lunghezza del vibratore; per un “quadrato” a quattro elementi, la lunghezza del riflettore dovrebbe essere maggiore del 2,5-3%, la lunghezza dei direttori dovrebbe essere inferiore del 2%. In pratica, riflettore e regista sono realizzati un po' più corti di quanto determinato dal calcolo, in modo da poter essere regolati utilizzando loop cortocircuitati. Sistemi multi-gamma Tutto quanto detto vale anche per i “quadrati” a banda singola. Nella pratica spesso è necessario ricorrere alla realizzazione di un sistema multibanda. Va notato però che qualsiasi combinazione nel piano verticale di elementi sintonizzati su frequenze diverse, soprattutto multipli di due (cioè 14 e 28, 7 e 14 MHz, ecc.), porta ad un deterioramento delle caratteristiche principali dell'antenna. Facciamo due esempi. Un “quadrato” a due elementi a 14, 21 e 28 MHz con fotogrammi su piani diversi (il cosiddetto design “a riccio”) ha un guadagno fino a 9 dB e un rapporto di radiazione avanti/indietro fino a 24 dB; le stesse caratteristiche di un simile “quadrato” realizzato su una traversa non superano rispettivamente gli 8 e i 22 dB. Un “quadrato” a tre elementi per due gamme (14 e 21 MHz) con riflettori distanziati fornisce un guadagno fino a 13 dB e un rapporto di radiazione avanti/indietro fino a 30 dB; per un "quadrato" a tre bande a tre elementi (viene aggiunta una gamma di 28 MHz e i fotogrammi si trovano uno dentro l'altro), queste caratteristiche si deteriorano rispettivamente a 11,5 e 27 dB. Per ridurre l'influenza di elementi posti sullo stesso piano e operanti a più frequenze, è possibile, collegando opportunamente l'alimentatore, applicare il loro disaccoppiamento di polarizzazione (polarizzazione orizzontale per una e polarizzazione verticale per un'altra gamma). L'isolamento calcolato degli elementi delle gamme 14-28 MHz in un “quadrato” di tre elementi raggiunge i 20 dB. Per ottenere le migliori prestazioni da un sistema multibanda, è auspicabile mantenere una spaziatura ottimale tra gli elementi per ciascuna banda. Tuttavia, qui, a causa delle difficoltà di progettazione, i radioamatori sono spesso costretti a scendere a compromessi. Un esempio di tale compromesso per un “quadrato” di tre elementi a 14, 21 e 28 MHz potrebbe essere il raggiungimento di prestazioni quasi ottimali sulle prime due bande e peggiori sulla terza. A nostro avviso, tale decisione è del tutto giustificata date le caratteristiche del passaggio e la diversa congestione di queste catene. A seconda dei requisiti specifici dell'antenna, il radioamatore può scegliere un'altra opzione. Letteratura
Pubblicazione: cxem.net
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Commenti sull'articolo: Jurassic grazie mille all'inizio l'ho letto ho provato la conclusione dello yagi resto fatelo ragazzi non siate pigri bene ora c'è qualcos'altro da fare i risultati non vi faranno aspettare
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