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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Come alimentare un'antenna a telaio accorciata. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne VHF Recentemente, l'interesse per le antenne ad anello è aumentato. Se prima tali antenne venivano utilizzate relativamente raramente, ora vengono utilizzate come antenne per sistemi di comunicazione mobile, sistemi di allarme antifurto, ecc. Il principale vantaggio di tali antenne è l'influenza significativamente inferiore dell'ambiente sui parametri dell'antenna ad anello, che in alcuni casi è decisiva nella scelta di un'antenna. Tuttavia, è molto difficile utilizzare tali antenne con dimensioni commisurate alla lunghezza d'onda L nella banda KB. Pertanto, è di particolare interesse utilizzare antenne ad anello con un perimetro S inferiore alla lunghezza d'onda L. Tali antenne possono essere utilizzate anche come antenne aggiuntive, conciliate con la loro direttività unidirezionale, e installate in finestre, logge, balconi, nonché come parte di complesse antenne direzionali nelle bande HF a bassa frequenza. L'elemento principale di tali antenne è una cornice con un perimetro S più piccolo della lunghezza d'onda. Per il posizionamento su finestre, balconi, la forma del telaio più conveniente è rettangolare. Si consideri un tale frame con un perimetro S uguale alla lunghezza d'onda L, situato nel piano verticale [I]. Quando una tale antenna è alimentata dal lato degli elementi verticali, entrambi questi elementi sono eccitati in fase e su di essi si trovano gli antinodi correnti e i nodi di tensione. Gli elementi orizzontali con antinodi di tensione, a loro volta, sono eccitati fuori fase. Gli elementi verticali possono essere rappresentati come due vibratori paralleli con estremità ricurve, posti a distanza L/4 ed eccitati nella stessa fase. A causa dell'aggiunta dei campi di questi vibratori, eccitati in fase, l'intensità massima del campo nel piano orizzontale è nelle direzioni dell'asse del telaio, situato perpendicolarmente al piano dell'antenna ad anello. Tale quadro della distribuzione di correnti e tensioni lungo il loop, considerato per il caso di S = L, si conserva anche con una leggera diminuzione di S rispetto a L. Con un'ulteriore diminuzione della dimensione dell'antenna loop, la corrente cambia la distribuzione lungo il perimetro della spira, e con una significativa riduzione delle dimensioni rispetto a L (S/L<0,25), al posto dei nodi di corrente e degli antinodi, appare una distribuzione di corrente uniforme (la corrente quasi non cambia lungo la trama) . La corrente in questo caso scorre in una direzione in ogni momento del tempo, quindi è in fase, e quindi la radiazione di eventuali elementi opposti del frame viene aggiunta nello spazio in antifase, portando, a differenza di un frame a grandezza naturale , ad un'intensità minima nella direzione dell'asse del telaio. Pertanto, in termini di proprietà radianti, un tale telaio risulta essere simile a un normale induttore, che può essere fatto irradiare solo aumentando notevolmente il suo fattore di qualità Q e aumentando la corrente. Tuttavia, l'efficienza di una tale antenna radiante sarà molto bassa a causa della bassa resistenza alle radiazioni R-radiazioni, e, di conseguenza, anche la potenza irradiata dall'antenna Rizl è bassa [2]. Pertanto, è più opportuno utilizzare antenne con un fattore di velocità di 0,25<K<1 (K=S/L), che, nonostante la diminuzione dell'efficienza rispetto a un telaio a grandezza naturale, irradiano bene e hanno una radiazione massima in la direzione dell'asse del telaio. Un modo per ridurre la frequenza di risonanza di un'antenna a telaio è includere la capacità nei punti dell'antenna che hanno la massima tensione antifase [4]. In questo caso, è possibile una significativa diminuzione della frequenza di risonanza. Allo stesso tempo, una tale diminuzione della frequenza del loop, che consente di utilizzarlo a frequenze inferiori, porta a una diminuzione del rapporto S a L e, di conseguenza, a una significativa diminuzione della resistenza alle radiazioni Rizl , determinato [197] dal rapporto Kizl=4(S/L)1,3 . In questo caso, non è possibile collegare direttamente il cavo al telaio per alimentarlo, come spesso si fa quando si utilizzano telai full-size. Per abbinare il telaio con il cavo in un piccolo Kizl, viene utilizzato l'abbinamento y o O [1]. Il diagramma di un'antenna ad anello con capacità di accorciamento e corrispondenza y è mostrato in Fig. XNUMX.
Nella variante considerata di eccitazione degli elementi verticali, i punti di mezzeria degli elementi orizzontali A e B presentano una tensione minima in controfase. Ciò significa anche che la resistenza tra questi punti è molto significativa (dell'ordine di diversi kilo-ohm). L'antenna può essere alimentata includendo un circuito risonante in questi punti, che ha anche una grande resistenza alla frequenza di risonanza. In questo caso, l'accoppiamento dell'antenna con l'alimentatore viene effettuato selezionando il rapporto di trasformazione quando si collega il cavo a parte delle spire del circuito risonante. Oltre all'autotrasformatore, è possibile il collegamento del trasformatore del cavo e del circuito con l'ausilio di una bobina di accoppiamento. Insieme alla possibilità di eccitazione e adattamento, l'inclusione del circuito nei punti A e B consente anche di ridurre la frequenza di risonanza naturale dell'antenna a telaio a causa della capacità che fa parte del circuito risonante parallelo. In questo caso, il valore della capacità del circuito risonante nell'antenna sintonizzata risulta essere alquanto maggiore che nel caso di un singolo circuito sintonizzato sulla stessa frequenza. Un circuito di antenna con un circuito risonante è mostrato in Fig. 2.
Per testare l'efficacia dell'adattamento e dell'accorciamento delle antenne mediante un circuito risonante, sono state realizzate due antenne a telaio rettangolare con perimetri S=5,6 me S=12,8 m Entrambe le antenne sono state realizzate in filo di rame con un diametro di 2 mm e installate in l'apertura della finestra e sul balcone edificio di nove piani. Le antenne sono state sintonizzate e abbinate al cavo da 50 ohm in due modi: con un condensatore di accorciamento con un y-match e con l'ausilio di un circuito risonante. Le frequenze di risonanza calcolate di questi frame sono rispettivamente di 53 e 23 MHz e quelle sperimentali di 38 e 21,2 MHz. Lo spostamento della frequenza di risonanza rispetto al valore calcolato è spiegato dalla significativa capacità tra gli elementi del telaio e gli elementi metallici: raccordi, scarichi, ringhiere per balconi, ecc. La determinazione sperimentale della frequenza di risonanza dei loop è stata effettuata da un generatore G4-18 e da un indicatore di campo (per il funzionamento a frequenze superiori a 35 MHz, un diodo viene acceso in parallelo con l'uscita del generatore di 0,1 ... 1 V , e l'antenna viene sintonizzata utilizzando la 2a armonica della frequenza del segnale). Il circuito risonante della 1a antenna è costituito da un induttore di diametro 35 mm, contenente 5 spire di filo con d=2 mm (lunghezza avvolgimento -20 mm), e un condensatore variabile 12...495 pF. Il collegamento del trasformatore è stato effettuato da una bobina di accoppiamento composta da 1 spira e ad una frequenza di 14 MHz - da 2 spire situate sulla superficie della bobina del circuito risonante. L'induttanza della bobina di accoppiamento è compensata dalla capacità C2. Il circuito risonante compreso nella seconda antenna era costituito da un induttore del diametro di 35 mm, contenente 29 spire di filo d=l mm (lunghezza avvolgimento - 65 mm) e un condensatore. La bobina di comunicazione aveva 3 spire di filo d=l mm. Le frequenze di risonanza delle antenne, le dimensioni ei parametri degli elementi corrispondenti sono riportati nella tabella.
È stato riscontrato che quando si utilizzano sia i sistemi di ottimizzazione che quelli di abbinamento, si ottiene un valore SWR relativamente basso (approssimativamente lo stesso per diversi metodi di abbinamento), ma il processo di abbinamento e ottimizzazione è molto diverso. Quando si utilizza una capacità di accorciamento e y-matching, questo processo sembra piuttosto complicato e consiste in diverse fasi: sintonizzazione del frame sulla frequenza di risonanza richiesta, quindi modifica sequenziale della lunghezza del loop, della distanza a cui si trova e del capacità, compensando l'induttanza dell'anello, accompagnata dalla sintonizzazione della frequenza di risonanza e dal controllo SWR. Un tale processo di coordinamento e adattamento provoca notevoli difficoltà, soprattutto in assenza di sufficiente esperienza. L'accoppiamento con un circuito risonante è molto più semplice: l'antenna viene sintonizzata modificando la capacità del circuito risonante, quindi modificando il rapporto di trasformazione, viene impostato il valore SWR minimo (a volte è necessario attivare la capacità C2, che compensa per l'induttanza L2.) SWR inferiore, l'efficienza dell'antenna come sistema radiante è determinata principalmente dall'efficienza. Se la maggior parte delle antenne di dimensioni standard ha questo parametro, che determina Rizl Rizl
è vicino a 1, quindi per antenne accorciate con una resistenza alle radiazioni Rred paragonabile a Rpot, l'efficienza risulta notevolmente ridotta. Pertanto, bisogna sempre ricordare che le antenne fortemente accorciate, invece della radiazione, convertono l'energia in ingresso in energia termica. Indipendentemente dal metodo di corrispondenza e sintonizzazione, le antenne accorciate risultano essere a banda stretta e richiedono una regolazione quando la frequenza cambia. E se per un'antenna con corrispondenza y e una capacità di accorciamento, il processo di sintonizzazione richiede la ripetizione di quasi tutti i passaggi precedenti con un cambiamento di frequenza, quindi per un'antenna con un circuito risonante, il processo di sintonizzazione si riduce a un piccolo cambiamento di la capacità del circuito risonante. Ciò rende tali antenne molto convenienti, specialmente quando è disponibile un elemento di sintonizzazione. Letteratura 1. Antenne Rothammel K.. - M.: Energia, 1969
Autori: M. Anisimov (UA3POC), M. Anisimov (UA3PML), Tula; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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