Messa a punto e collaudo di antenne VHF. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne. Misure, configurazione e corrispondenza

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La portata della comunicazione radio e la qualità del suo lavoro dipendono non solo dalla corretta scelta del tipo di antenne, ma anche dalla loro corretta configurazione. Ciò è particolarmente vero per la gamma di onde ultracorte, dove vengono utilizzate principalmente antenne altamente direzionali, che consentono di aumentare notevolmente la portata e l'immunità ai disturbi della ricezione radio. Lo scopo di questo articolo è fornire ai radioamatori le informazioni necessarie sulla sintonizzazione e il test delle antenne VHF utilizzando semplici dispositivi realizzati da soli. In un articolo è impossibile considerare tutti i tipi di antenne utilizzate dai dilettanti, quindi proveremo a parlare solo di antenne vibratori, la cui installazione ha molto in comune con l'installazione di altri tipi di antenne.

Principali parametri delle antenne

Nella pratica amatoriale, quando si testano i sistemi di alimentazione dell'antenna, è sufficiente prendere il modello dell'antenna, misurarne il guadagno e verificare la corrispondenza dell'alimentatore.

Un modello di antenna è una rappresentazione grafica della potenza relativa o delle intensità di campo prodotte da un'antenna in direzioni diverse ea distanze uguali da essa. I modelli di radiazione danno un'idea del diagramma di radiazione generale dell'antenna.

Sulla fig. 1 mostra un esempio di costruzione in coordinate polari del diagramma di radiazione di un'antenna vibratore, costituita da un radiatore, un direttore e un riflettore. Il diagramma è stato preso sul piano orizzontale di un'antenna posizionata orizzontalmente.

Ris.1

Il guadagno dell'antenna e è un numero che mostra quante volte la potenza irradiata da una data antenna nella direzione della massima radiazione (PSmax) è maggiore della massima potenza irradiata da un vibratore a semionda (PSl / 2) con la stessa potenza in ingresso in entrambi i casi

In questo caso si presume che il vibratore a semionda si trovi nello spazio libero e la potenza che irradia sia uguale alla potenza in ingresso.

Ris.2

Una condizione necessaria per il normale funzionamento di un'antenna ricevente o trasmittente è l'uguaglianza della sua impedenza di ingresso con l'impedenza d'onda della linea di alimentazione e, di conseguenza, con l'impedenza di ingresso del ricevitore o trasmettitore. Se l'impedenza della linea non è uguale all'impedenza del carico (la linea non è adattata), parte dell'energia viene riflessa dal carico, causando l'"incidente" dell'onda combinata dal trasmettitore all'antenna, un'onda stazionaria. Collegando alla linea un voltmetro ad alta frequenza e spostandolo lungo la linea, si può notare che le letture del dispositivo cambiano periodicamente il loro valore (Fig. 2). Il coefficiente dell'onda mobile della linea KBV è determinato in questo caso come rapporto tra la lettura minima del dispositivo e la massima:

Il valore di questo coefficiente caratterizza la qualità dell'alimentatore. Se, ad esempio, il carico della linea di partenza è cortocircuitato o scollegato, il CBV è zero. In pieno accordo, il KBV è uguale a uno.

Strumenti di misura

Gli indicatori più semplici di tensione e corrente su un alimentatore o un'antenna sono due lampade: a incandescenza e al neon. Quindi una lampadina di una torcia tascabile da 3,5 V e un neon MN-3 emettono un bagliore quando la potenza fornita loro è di 3-6 watt. Per aumentare la sensibilità della lampadina dell'indicatore di tensione, a volte viene saldato un piccolo conduttore alla sua base.

Un dispositivo necessario per le misurazioni dell'antenna è un indicatore di campo. È costituito da un vibratore, nella cui fessura sono collegati un diodo e un dispositivo (Fig. 3).

Ris.3

Gli induttori Dr1 e Dr2 sono avvolti su resistenze VS-2 (100 kΩ ciascuna) e hanno 30 spire di filo PE-0,5 avvolto a passo variabile. Per frequenze di 420-435 MHz, queste bobine dovrebbero avere 5 spire ciascuna. Se la sensibilità del dispositivo non è inferiore a 200 μA (la resistenza del telaio è di circa 750 Ohm) e la manopola del potenziometro è impostata sulla posizione dello shunt più piccolo del dispositivo, le letture dell'indicatore possono essere considerate proporzionali alla potenza di campo.

Per un indicatore di campo eseguito correttamente, il massimo di ricezione coincide con la direzione perpendicolare al suo centro. Nel processo di lavoro con l'indicatore di campo, la distanza tra esso e l'antenna studiata è impostata almeno (2,5-3) l. Si consiglia di posizionare l'antenna sintonizzabile e l'indicatore in un'area aperta e libera da edifici, foreste, ecc. (Fig. 4). Se il vibratore attivo dell'antenna in prova è installato orizzontalmente, anche l'antenna dell'indicatore deve essere orizzontale, e viceversa, se il radiatore dell'antenna è verticale, l'antenna dell'indicatore è posizionata verticalmente.

Ris.4

Un normale ponte può essere utilizzato per misurare il KBV. La linea misurata è inclusa in uno dei suoi bracci (Fig. 5).

Ris.5

Quando la linea è abbinata, l'impedenza di ingresso della linea è uguale alla resistenza di R3, le resistenze di R1 e R2 sono le stesse, il ponte sarà bilanciato. Il voltmetro a ponte mostrerà zero. Tuttavia, se la linea non è abbinata, il ponte non sarà bilanciato. In questo caso, la scala del voltmetro può essere graduata direttamente in funzione del coefficiente dell'onda che viaggia. Lo schema schematico del ponte è mostrato in fig. 6.

Ris.6

In realtà il ponte qui è formato dalle resistenze R1, R2, R3 e dalla resistenza di ingresso della linea, che è collegata al connettore "line". La tensione ad alta frequenza è collegata al connettore "input". Quando il voltmetro è collegato alle prese "input", viene misurata la tensione di ingresso, quando il voltmetro è collegato alle prese "line", viene misurata la tensione nella diagonale del ponte. La graduazione del ponte sta nel fatto che a parità di tensione fornitagli, l'ago del voltmetro dovrebbe deviare sul fondo scala, sia con il connettore di "linea" aperto che chiuso. Se questo non funziona, è necessario selezionare le resistenze R1 e R2. Collegare quindi una resistenza attiva pari alla resistenza Rs al connettore di "linea". Le letture del voltmetro zero (indipendentemente dalla frequenza) indicheranno il normale funzionamento del dispositivo.

Con un voltmetro ad alta resistenza, la lettura del rapporto d'onda viaggiante corrisponderà al grafico mostrato in Fig. 7. Il circuito a ponte può essere utilizzato per misurare l'impedenza di ingresso di una linea adattata o l'impedenza di ingresso di un'antenna alla sua frequenza di risonanza. Per fare ciò, la resistenza R3 deve essere variabile e avere una scala graduata. Il suo valore è preso fino a 680 ohm, le resistenze R1 e R2 hanno ciascuna 240 ohm. Quando il ponte è bilanciato, la resistenza misurata sarà ovviamente pari a R3. Quando si misura l'impedenza di ingresso di un'antenna, per escludere l'influenza delle mani, è necessario collegare il ponte all'antenna tramite un pezzo di cavo lungo circa mezza onda.

Ris.7

Sintonizzazione dell'antenna

Indipendentemente dalla modalità in cui verrà utilizzata l'antenna, può essere sintonizzata e testata sia in modalità di trasmissione che in modalità di ricezione. In pratica, è più conveniente effettuare regolazioni nella modalità di trasmissione. Se a tale scopo è collegato un generatore all'alimentazione dell'antenna anziché al ricevitore, per una misurazione più corretta, il valore della sua resistenza di uscita dovrebbe essere uguale alla resistenza di ingresso del ricevitore scollegato. Se l'alimentatore dell'antenna sintonizzata è collegato direttamente allo stadio finale del trasmettitore, è necessario tenere presente che con una connessione forte, il trasmettitore potrebbe essere disconnesso e la potenza del generatore durante la sintonizzazione dell'antenna sarà instabile. Per evitare ciò, è necessario effettuare la messa a punto, se possibile, con un collegamento minimo tra l'antenna e il generatore, che deve avere una schermatura affidabile.

Un'antenna può funzionare bene, mantenendo le sue caratteristiche solo quando è adeguatamente alimentata con l'energia del trasmettitore. Pertanto, prima di installare antenne che richiedono alimentazione simmetrica, è necessario determinare la simmetria dei circuiti di alimentazione dell'antenna. Questo può essere fatto collegando lampadine a incandescenza identiche alle estremità del dipolo. Il bagliore disuguale delle lampadine indica un'asimmetria, la cui causa è solitamente l'esecuzione errata del dispositivo di bilanciamento (anello a quarto d'onda, "U - knee", ecc.). Le lampadine sono preselezionate in modo che alla stessa tensione il loro bagliore sia lo stesso.

La piena simmetria è caratterizzata dall'uguaglianza di tensione e da una fase diversa (contraria ai segni) in qualsiasi sezione dei fili. Dopo aver verificato la simmetria ed eliminato l'asimmetria, si procede alla messa a punto.

La sintonizzazione del vibratore a semionda dell'antenna si riduce alla regolazione della lunghezza del vibratore. A una certa lunghezza del vibratore, la sua stessa frequenza di risonanza diventa uguale alla frequenza del trasmettitore, per cui la potenza trasmessa dall'antenna sarà massima. Con l'aiuto dell'indicatore di campo, impostato nella direzione della massima radiazione del vibratore (perpendicolare al suo centro), trova una tale lunghezza alla quale le letture del dispositivo saranno massime. Si consiglia di ridurre del 10% la lunghezza del vibratore rispetto a quella calcolata e, durante l'installazione, regolarla in modo più accurato con l'aiuto di tubi o ugelli che scorrono saldamente l'uno nell'altro. Se il design del vibratore non prevede la regolazione, è consigliabile verificarne la frequenza naturale.

Dopo aver regolato il vibratore, l'adattamento dell'alimentatore viene verificato misurando il coefficiente dell'onda viaggiante. Per fare ciò, un ponte è collegato all'alimentatore, all'altra estremità del quale si trova l'antenna. Il valore KBV per le antenne trasmittenti dovrebbe essere almeno 0,5, per le antenne riceventi almeno 0,6-0,8. Nel caso di un basso KBV, è possibile, ad esempio, collegare un trasformatore di adattamento tra il cavo e l'antenna, che è un pezzo di cavo con una lunghezza di circa l / 4 dove l è la lunghezza d'onda operativa. L'impedenza d'onda di questo segmento Wtr dovrebbe essere uguale a

dove: W - impedenza d'onda dell'alimentatore,

R_Аè l'impedenza di ingresso dell'antenna.

Dopodiché, l'alimentatore viene collegato al ricevitore (o al trasmettitore), viene nuovamente misurato il KBV e, se necessario, viene eseguito l'abbinamento (una descrizione dei vari dispositivi di abbinamento può essere trovata nel libro di Linde D.P. "Antenna-feeder dispositivi" M-L., Gosenergoizdat, 1953).

Dopo aver regolato l'alimentatore, il vibratore, se necessario, viene nuovamente regolato.

Installando un'antenna a due vibratori con un riflettore (Fig. 8, a), iniziare a configurare l'emettitore.

Ris.8

Il riflettore deve essere rimosso durante la regolazione dell'emettitore. Dopo aver configurato l'emettitore e l'alimentatore (il metodo di configurazione è descritto sopra), il riflettore viene installato e configurato. Per fare ciò, l'indicatore di campo viene prima installato dietro l'antenna, contro il riflettore. Spostando il riflettore lungo l'antenna o modificandone la lunghezza (o entrambi), si ottiene la massima attenuazione della radiazione in questa direzione (indietro). Quindi l'indicatore viene spostato nella direzione della radiazione principale alla stessa distanza dal centro dell'antenna come nel caso precedente e il riflettore viene regolato allo stesso modo sulla radiazione massima (in avanti). Ripetendo questa operazione più volte, si cerca di ottenere la massima radiazione diretta rispetto alla radiazione all'indietro. Per le antenne che funzionano sia per la trasmissione che per la ricezione, il riflettore è fissato nella posizione centrale tra i punti corrispondenti all'impostazione della radiazione massima in avanti e della radiazione minima indietro. Per le antenne trasmittenti, il riflettore viene lasciato nella posizione di massima radiazione in avanti e per le antenne riceventi, minima radiazione indietro. L'esperienza mostra che queste disposizioni differiscono solo leggermente. Quando si imposta sia avanti che indietro, la lettura dell'indicatore potrebbe diminuire contemporaneamente. Ciò significa che la potenza irradiata è diminuita a causa della forte influenza del riflettore sull'emettitore, che allo stesso tempo viola l'abbinamento dell'alimentatore. Se è impossibile regolare l'adattamento dell'alimentatore, allora si dovrebbe trovare una tale posizione del riflettore in cui il diagramma di radiazione è ancora soddisfacente e il calo della potenza irradiata non sarà particolarmente evidente. La combinazione di un buon guadagno nella direzione principale con una grande attenuazione della radiazione di ritorno si ottiene quando la distanza tra il riflettore e l'emettitore è compresa tra 0,1 e 0,3 l.

Poiché gli elementi dell'antenna hanno una grande influenza reciproca, dopo aver regolato il riflettore, è necessario regolare nuovamente l'emettitore e l'alimentatore.

È molto più conveniente lavorare con due indicatori di campo. Dopo averne installato uno dal lato del riflettore e l'altro dal lato dell'emettitore, determinano immediatamente il rapporto avanti-indietro dividendo le letture degli indicatori. Inoltre, ciò consente di escludere l'influenza delle variazioni della potenza del generatore durante le misurazioni e di determinare rapidamente la posizione del riflettore.

Quando si imposta un'antenna a tre elementi con un riflettore e un direttore (Fig. 8, b), viene prima regolato anche l'emettitore. Durante l'accordatura, il suo riflettore e direttore vengono rimossi o spenti con un ponticello speciale. Dopo aver regolato l'emettitore e aver fatto combaciare l'alimentatore, iniziano a impostare il direttore, che, proprio come il riflettore, è regolato alla massima radiazione in avanti rispetto alla radiazione indietro. A differenza del riflettore, la cui lunghezza aumenta con la regolazione rispetto alla lunghezza del radiatore, il regista si accorcia con la regolazione. Il regista può anche essere sintonizzato selezionando la distanza tra esso e l'emettitore. Questa distanza è compresa tra 0,1 e 0,2 l. Quindi, installa e configura il riflettore.

Nella produzione di antenne, è utile fornire dispositivi per spegnere temporaneamente riflettori e direttori. Per fare ciò, questi elementi sono tagliati al centro e sono forniti con ponticelli di cortocircuito. I ponticelli devono essere provvisti di viti per fissarli una volta completata l'impostazione.

La sintonizzazione di antenne con un gran numero di vibratori (tipo "canale d'onda") è simile alla sintonizzazione di un'antenna a tre elementi sopra descritta. Dopo aver regolato l'emettitore, viene regolato il primo direttore posizionato vicino ad esso, quindi il secondo (senza rimuovere il primo), il terzo e così via. Il riflettore viene regolato per ultimo, che deve essere spento o rimosso durante l'installazione dell'emettitore e dei direttori. In questa sequenza, queste operazioni vengono ripetute più volte. Va notato che l'impostazione e l'adeguamento di sistemi con molti direttori (più di tre) è difficile. Il diagramma di radiazione di tali antenne è molto critico per cambiare la posizione e la lunghezza di ciascun regista.

La sintonizzazione dell'antenna in modalità di ricezione viene eseguita utilizzando un generatore ausiliario con una potenza di circa 1 mW. Il generatore è caricato su un vibratore, la cui alimentazione simmetrica si ottiene eseguendo il generatore secondo un circuito push-pull o attivando un dispositivo di equilibratura. Il ricevitore è collegato all'antenna in prova. Il segnale nel ricevitore viene monitorato tramite un microamperometro collegato in serie al carico del rivelatore.

Durante le misurazioni, il guadagno del ricevitore non dovrebbe essere troppo alto. In caso contrario, l'ampiezza del segnale sarà limitata e non verrà trovata la sintonia massima.

L'essenza del metodo di sintonizzazione nella modalità di ricezione non differisce dal metodo sopra descritto. Quegli elementi dell'antenna che sono sintonizzati nella modalità di trasmissione sulla massima radiazione, nella modalità di ricezione sono sintonizzati sul massimo del segnale ricevuto. Regolando il riflettore o il direttore al rapporto fronte-retro più favorevole, l'antenna del generatore viene posizionata alternativamente dietro e davanti all'antenna a distanze uguali.

Rimozione dei modelli di antenna

È tutt'altro che sempre possibile prendere l'intera caratteristica dell'antenna nell'intervallo da 0 a 360 °. Un giudizio sulla correttezza dell'impostazione può già dare una parte del diagramma entro 30-40° per ciascun lato della trave abbagliante. Il diagramma di radiazione sul piano orizzontale può essere rilevato ruotando l'antenna in studio con un indicatore di campo fisso o camminando intorno all'antenna con l'indicatore. In quest'ultimo caso, l'indicatore viene spostato esattamente lungo il cerchio, al centro del quale si trova l'antenna sintonizzata. Per facilità di riferimento, il cerchio è diviso per pioli ogni 10°. Durante la creazione di grafici, è necessario prestare attenzione per garantire che la potenza del trasmettitore rimanga costante. È molto conveniente eseguire tale controllo con l'aiuto del secondo indicatore di campo, impostato nella direzione del massimo di radiazione. Le letture dell'indicatore fisso vengono registrate contemporaneamente alle letture dell'indicatore portatile, quindi le letture dell'ultimo (indicatore portatile) vengono divise per la lettura corrispondente del primo (fisso) per ciascun angolo di direzione e viene costruito un diagramma secondo ai dati ottenuti. La mancata corrispondenza del massimo di radiazione con l'asse geometrico dell'antenna indica un'asimmetria e una notevole distorsione del diagramma è spesso dovuta ai riflessi di oggetti estranei. Per un diagramma di radiazione che caratterizza il campo in termini di potenza, l'ampiezza del diagramma è misurata (in gradi) a un livello di 0,5 dal massimo (Fig. 1).

Guadagnare la misurazione

L'antenna in prova e l'indicatore di campo sono posizionati come nel processo di configurazione (Fig. 4). La potenza del trasmettitore è impostata su un valore tale che la lancetta dell'indicatore di campo devia sul fondo scala a_макс. Successivamente, il trasmettitore viene spento e un vibratore a semionda viene posizionato al posto dell'antenna misurata e collegato. Quindi riaccendere il trasmettitore e annotare la lettura dello strumento a_min. Calcola il guadagno l dell'antenna con la formula

È possibile effettuare misurazioni più accurate utilizzando un generatore dotato di un'uscita calibrata. Collegando alternativamente il generatore all'antenna in prova e al vibratore, l'indicatore viene fatto dare la stessa lettura in entrambi i casi.

Poi

e=Pmax/Pmin, (5)

dove Pmax è la potenza del generatore che eccita il vibratore a semionda, Pmin è la potenza del generatore che eccita l'antenna misurata.

Quindi, ad esempio, ha un'antenna a tre elementi con un regista e un riflettore

e=4-6.

Autore: A. Shur; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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