Calcul d'une antenne quart d'onde verticale. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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L'utilisation d'antennes d'émission à polarisation verticale est l'un des principaux moyens de réduire les interférences à la réception de la télévision par des émetteurs amateurs. La plus courante parmi les ondes courtes est une antenne verticale quart d'onde ("Ground plane"). Cette antenne se compose d'une tige verticale, dont la longueur est généralement un peu inférieure au quart de la longueur d'onde de fonctionnement émise par l'émetteur, et d'un contrepoids. Il est composé de plusieurs faisceaux quart d'onde horizontaux connectés à la gaine d'un câble coaxial, à travers lequel l'énergie haute fréquence est fournie par l'émetteur.

La résistance au rayonnement d'une telle antenne quart d'onde est de 28 à 32 ohms (selon le diamètre extérieur des tubes métalliques à partir desquels elle est construite). Par conséquent, connecter l'antenne à un câble coaxial de 50 ohms ou 75 ohms introduira des ondes stationnaires dans le câble et gaspillera de l'énergie. Pour faire correspondre la broche verticale avec le câble, il est nécessaire d'utiliser des éléments supplémentaires - inductances, condensateurs ou sections de câble avec certains paramètres.

Une méthode de calcul simplifiée pour une antenne "Ground plane" avec un contrepoids horizontal et une section de câble adaptée est décrite ci-dessous. Les antennes construites selon ce calcul fonctionnent bien sur une bande amateur (par exemple, 14 MHz) et, en même temps, rayonnent de manière tout à fait satisfaisante sur deux bandes adjacentes (21 et 7 MHz).

Nous donnerons le calcul sur un exemple numérique pour la bande 14 MHz. La connexion de la broche avec le câble qui l'alimente et la section de câble correspondante et les désignations de leurs tailles sont illustrées à la fig. une.

Ris.1

Pour le calcul, il est nécessaire de connaître le diamètre des tubes ou fils métalliques à partir desquels seront fabriqués les faisceaux de broche d'antenne et de contrepoids. Disons que nous allons utiliser un tube d'un diamètre extérieur de 30 mm pour la fabrication d'une antenne,

et nous fabriquerons le contrepoids à partir d'un fil d'un diamètre de 2 mm. On détermine le coefficient M, qui caractérise le rapport de la longueur du dipôle demi-onde éloigné du sol au diamètre de l'antenne. Nous appliquons la formule :

M=150000/(f_(MHz)D_(Mm))

Ici : f est la fréquence médiane de la gamme,

D est le diamètre des tubes. Avec f=14,2 MHz et D=30 mm on obtient :

M=150000/(14,2*30)=352

À l'aide du coefficient M, nous déterminons, à l'aide du graphique (Fig.2), la résistance de rayonnement d'une antenne quart d'onde R rad (pour la fréquence de résonance): R rad \u30,8d XNUMX ohm.

Ris.2

Il est maintenant nécessaire de calculer la véritable résistance au rayonnement Ry de l'antenne raccourcie, que nous allons construire; du fait de l'influence de la terre et du contrepoids, il diffère de Rizl et est égal à :

Ry=Rizl-Z/4Rizl

Ici, Z est l'impédance d'onde du câble coaxial à partir duquel la ligne d'alimentation est constituée. Dans notre exemple, prenons-le égal à 75 ohms. Alors:

Ry=30,8-75/4*30,8=30,2 Ом.

Pour calculer la longueur de la broche verticale L, vous devez selon le graphique de la Fig. 3 pour déterminer deux autres coefficients auxiliaires : Kc, qui caractérise la variation de la résistance de l'antenne avec une variation de sa longueur, et Kz, qui tient compte de l'influence du contrepoids et de la surface terrestre. On obtient : Kc=535, Kz=0,97.

Ris.3

Le graphique pour déterminer le coefficient K ne peut être utilisé que si la longueur de l'antenne ne change pas de plus de 10 %. Si l'antenne est plus longue que l'antenne résonnante, alors son impédance est de nature inductive, si elle est plus courte, elle est capacitive.

La longueur de la goupille (en mm) est déterminée par la formule :

Nous avons;

Pour déterminer la longueur des poutres du contrepoids Lnp, constitué d'un fil de diamètre 2 mm, on calcule M :

M=150000/14,2*2=5280 et selon le graphique de la fig. 3 on trouve Ky=0,978. Alors

Une antenne raccourcie a, en plus d'une réactance active, également une réactance capacitive. Pour compenser cela, un segment de câble court-circuité à l'extrémité est connecté parallèlement à l'antenne ; sa longueur est choisie de manière à ce que sa réactance ait le caractère inductif de la valeur requise. On définit cette réactance inductive :

Xc=Z/S=75/1,22=61,5 ohms

À l'aide d'une règle à calcul ou d'un tableau de tangentes, on trouve l'angle a, dont la tangente est numériquement égale au rapport de la valeur obtenue Xc à l'impédance d'onde Zc du câble à partir duquel le segment d'adaptation sera réalisé. A Zc=75 ohms :

Xc/Z=61,5/75=0,82 et a=39,4°

La longueur du segment raccourci est :

Lc=(833ab)/f, mm

Dans cette formule, b est un coefficient caractérisant la vitesse de propagation de l'énergie le long du câble. Pour les câbles courants à remplissage solide (RK-1, RK-3) b=0,67.

Par conséquent, le

Lc=(833*38,4*0,67)/114,2=154,9 мм

Le calcul décrit ci-dessus prend en compte le fait que les poutres du contrepoids sont situées horizontalement ; cependant, même avec leur disposition inclinée (à un angle de 30-40° par rapport au sol), le décalage est insignifiant.

Le rapport d'onde stationnaire (SWR) dans le chargeur peut être mesuré en assemblant un simple indicateur de SWR de type pont, dont le circuit est illustré à la fig. 4. Ici, les résistances R1, R2, R3 et la résistance de rayonnement de l'antenne forment un pont. L'une de ses diagonales est alimentée en énergie haute fréquence par l'émetteur (par connecteur). La diode D1 de type D2E est incluse dans la seconde diagonale.

Ris.4

La résistance R4 sert à réduire la résistance de sortie de la source d'énergie (émetteur). L'inductance (Dr1) ferme le circuit de la composante continue du courant redressé ; il est nécessaire si le circuit d'antenne n'a pas de conductivité galvanique.

Lors de l'équilibre du pont, la flèche de l'appareil ne s'écarte pas. L'inadéquation de l'antenne et du câble provoque l'apparition d'une volonté debout, indiquée par la déviation de la flèche. La procédure de mesure du TOS est la suivante :

1. Réglez l'émetteur avec l'antenne à pleine puissance rayonnée.

2. Réduisez la puissance à zéro en bloquant, par exemple, l'une des lampes de pré-étage avec une polarisation négative, et déconnectez l'antenne.

3. Connectez l'entrée de l'émetteur et le connecteur Per avec un morceau de câble. sur l'indice SW.

4. Progressivement, très doucement, afin de ne pas brûler la résistance R4, augmentez la puissance de l'énergie fournie au pointeur SWR jusqu'à ce que la flèche de l'instrument dévie vers la fin de l'échelle.

5. Pour vérifier l'équilibre du pont, fixez temporairement une résistance de 75 ohms au connecteur Ant ; l'aiguille du milliampèremètre doit alors aller à zéro.

6. En vous connectant à l'Ant. le câble coaxial alimentant l'antenne, marquer le courant sur l'échelle et déterminer le SWR à partir de la courbe indiquée sur la fig. 5.

Ris.5

Si le chargeur d'antenne n'introduit pas de pertes significatives, par exemple s'il est constitué d'un câble RK-1 ou RK-3 et a une longueur ne dépassant pas 15-20 m, alors un ROS de 2 et même 2,5 est tout à fait acceptable. . Les pertes totales (la somme des pertes dans le départ et des pertes dues à la désadaptation) dans ce cas ne dépasseront pas 0,5 dB. Une telle diminution de puissance au niveau de la station de réception ne sera pas constatée à l'oreille. Une baisse notable du volume de réception (de 1 à 2 points) ne peut être observée qu'à un SWR de l'ordre de 5 à 8.

Dans le cas où l'antenne construite a un SWR excessif ou si ses dimensions sont choisies plus grandes ou plus petites qu'elles ne devraient l'être, il est nécessaire, à l'aide de l'indicateur SWR, d'ajuster l'antenne de manière empirique. Une antenne plus longue que nécessaire peut être raccourcie électriquement par un condensateur connecté en série avec la partie verticale (Fig. 6a). Une antenne trop courte peut être rallongée électriquement en y ajoutant une inductance (Fig. 6b). Dans ce cas, l'antenne est accordée alternativement, en sélectionnant la position des deux pincements sur la bobine. Ici, la partie de la bobine entre les pinces 1 et 2 est utilisée pour prolonger la partie verticale de l'antenne, et la partie inférieure (2-3) remplace le câble court-circuité correspondant (Fig. 1).

Ris.6

En conclusion, on constate que des charges d'électricité statique s'accumulent sur l'antenne du type décrit, notamment lors d'un orage proche. Par conséquent, il est recommandé d'utiliser des antennes avec des sections de câble court-circuitées (Fig. 1) ou une inductance shuntant le câble (Fig. 6 b) et de mettre à la terre de manière fiable la gaine du câble.

Auteur : Yu. Prozorovsky (UA3AW) ; Publication : N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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