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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Une autre option pour une antenne directionnelle verticale. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes VHF Dans un précédent article de l'auteur (V. Polyakov. Antenne directionnelle verticale. "KB magazine", n° 5, 1998, p. 27-31) Une antenne directionnelle à deux éléments composée de deux vibrateurs verticaux actifs a été décrite en détail. Au cours de ses expériences, une autre façon d'alimenter les vibrateurs verticaux a été inventée, sans l'utilisation d'une ligne à deux fils quart d'onde. C'est peut-être dans une certaine mesure un retour à l'ancien et au bien connu, néanmoins, l'antenne a fonctionné, a été facilement réglée, a montré de bons résultats et a été utilisée dans la pratique. Nous proposons cette construction au jugement des lecteurs. Selon l'idéologie, cette antenne est toujours un faisceau ZL avec deux vibrateurs demi-onde verticaux rapprochés alimentés presque en antiphase (le déphasage des courants dans les vibrateurs est d'environ 215°). Les changements concernent la façon dont les vibrateurs sont alimentés. Passons à la Fig. 1, qui montre un vibrateur continu à demi-onde et la répartition du courant I et de la tension U dans celui-ci.
Les graphiques de ces distributions correspondent presque exactement à des segments de sinusoïdes. Au point X, déplacé à une certaine distance du milieu du vibrateur, sa résistance, en pleine conformité avec la loi d'Ohm, est déterminée par le rapport de la tension au courant, R=U/I. Elle est nulle au milieu du vibreur (puisque la tension s'annule ici) et augmente proportionnellement à tg(2nX/L,) lorsque le point d'alimentation se déplace d'une distance X du milieu du vibreur. De cette façon, en passant, l'antenne Windom est alimentée par un chargeur monofilaire avec une résistance d'environ 600 ohms. Nous aurons besoin d'une résistance d'environ 25 ohms, donc le déplacement du point d'alimentation du milieu des vibrateurs sera très faible. Le circuit électrique de l'antenne proposée avec des dimensions approximatives données en longueurs d'onde est représenté sur la Fig.2.
Un câble d'alimentation avec une impédance d'onde de 50 ohms est connecté aux points YY, assurant leur excitation en opposition de phase. Ces points sont reliés par de courts segments "épais" de conducteurs aux points d'alimentation des vibrateurs X-X. Des conducteurs "épais" sont nécessaires ici pour réduire leur résistance inductive, qui, cependant, sera compensée lors du réglage de l'antenne et, en fin de compte, n'a pas d'effet significatif. Pour le chargeur d'alimentation, les impédances d'entrée des vibrateurs sont connectées en série, c'est pourquoi l'impédance d'entrée des vibrateurs aux points X-X doit être d'environ 25 ohms. Avec un succès égal, l'antenne peut être associée à un câble de 75 ohms, juste la distance entre le milieu des vibrateurs et les points X-X sera un peu plus. Si les vibrateurs étaient les mêmes, ils tireraient exactement hors de phase et l'antenne rayonnerait mal, avec un diagramme de rayonnement de deux lobes identiques d'avant en arrière. Pour la mise en phase nécessaire, le vibrateur avant est un peu plus court que la demi-onde et l'arrière est un peu plus long (comme devrait l'être un réflecteur). Les longueurs électriques des vibrateurs de la figure 2 sont données en tenant compte du raccourcissement "naturel" des vibrateurs ayant une épaisseur finie. Le raccourcissement du vibrateur avant entraîne un déphasage d'environ 16° (0.045L) dans la direction d'avance, tandis que l'allongement du vibrateur arrière entraîne le même déphasage dans la direction de retard. La distance entre les vibrateurs est de 0,09 L, de sorte que l'onde renvoyée par le vibrateur avant est exactement déphasée par rapport à l'onde renvoyée par le vibrateur arrière, et les deux ondes sont compensées. Il n'y a donc pas de rayonnement vers l'arrière. La différence de phase entre les ondes rayonnées vers l'avant par les deux vibrateurs est supérieure à 60°, et ces ondes ne sont pas compensées, formant un rayonnement directionnel. L'antenne décrite a été modélisée dans la gamme 430 MHz comme suit : sur une plaque de fibre de verre revêtue d'une feuille de dimensions 7x80 mm, la feuille a été coupée au milieu et un câble (points YY) y a été soudé, avec une tresse vers le réflecteur (il est plus pratique d'appeler le vibreur arrière, plus long). Les vibrateurs étaient constitués de fil de cuivre d'un diamètre de 1,8 mm et étaient fixés à la bande de verre-textolite avec des supports à ressort (points X-X), de sorte que les vibrateurs pouvaient être déplacés verticalement. Par un tel mouvement, ou en décalant les points X-X, il était possible d'obtenir SWR == 1 à la fréquence de fonctionnement. La suppression du rayonnement arrière a été obtenue en sélectionnant les longueurs des vibrateurs. Voici ce qui s'est passé après le réglage : le gain de l'antenne par rapport à un simple vibrateur demi-onde était de 5 dB. Les motifs directionnels dans les plans vertical et horizontal sont illustrés à la Fig.3.
Ils sont très typiques d'une antenne à deux éléments et n'ont aucune caractéristique. L'angle d'ouverture du diagramme à mi-puissance est de 110° dans le plan horizontal (en azimut) et de 90° dans le plan vertical (en élévation). Dans ce dernier cas, les propriétés directionnelles des vibrateurs eux-mêmes entrent en jeu, s'ajoutant aux propriétés directionnelles du système émetteur. Une estimation du gain du faisceau donne une valeur de 6,5 dB par rapport à un radiateur isotrope, ce qui correspond assez bien à la figure ci-dessus. Après avoir reçu ces résultats, il a été décidé de construire une antenne portable pliable pour un fonctionnement sur le terrain sur la bande 10 m. Son schéma est illustré à la Fig. 4. L'antenne était montée sur un mât télescopique de 6,5 m de haut, constitué de morceaux de tuyaux en duralumin d'un diamètre de 24 à 35 mm. Pour que le mât ne soit pas excité par le champ de rayonnement de l'antenne, sa longueur ne doit pas être un multiple d'un quart de longueur d'onde. Bien que cette disposition n'ait pas été vérifiée expérimentalement, aucun effet notable du mât de la hauteur indiquée sur le fonctionnement de l'antenne n'a été constaté. Des mâts diélectriques de n'importe quelle hauteur peuvent également être utilisés. Le mât a été fixé en position verticale avec des vergetures d'un cordon de pêche en polyamide. À l'extrémité supérieure du mât, une plaque de verre organique épais (15 mm) (isolant) était fixée, sur laquelle étaient boulonnées les parties horizontales de la conduite d'alimentation. Ils étaient constitués d'un profilé en U en duralumin d'une section de 35x20 mm. Les dimensions du profilé ne sont pas critiques, tant qu'il offre une rigidité mécanique suffisante pour le montage des vibrateurs. Des pétales ont été placés sous les boulons du profil à l'isolateur, auquel le câble a été soudé. Pour réduire le passage des courants sur la gaine du câble, deux anneaux de ferrite ont été posés dessus. Le câble n'avait aucun contact électrique avec le mât.
Les vibrateurs étaient constitués de deux tubes en duralumin d'un diamètre de 14 et d'une longueur de 3000 mm. Aux deux extrémités, les vibrateurs étaient fixés avec des mâts supérieurs à partir d'un tube plus fin et très léger. Les mâts supérieurs pouvaient être déplacés et fixés avec des vis en ajustant la longueur des vibrateurs. Aux extrémités des profils (aux points Х-Х), les vibrateurs étaient fixés avec des sertissages en duralumin souple et des vis avec des trous filetés dans le profil. Tant que les vis ne sont pas serrées, les vibrateurs peuvent être déplacés verticalement avec un certain effort, en tenant le mât supérieur inférieur. Le réglage de l'antenne a été réduit à la sélection des longueurs des vibrateurs en étendant et en rétractant les mâts supérieurs inférieurs. Dans ce cas, le diagramme de directivité a été contrôlé. En pratique, cela est pratique à faire lors de la réception d'une station de radio dont le signal est stable et provient d'une onde de sol. En tournant le mât, observez le diagramme de rayonnement. L'auteur, expérimentant sur un terrain de jardin à 60 km de Moscou, a reçu la station de radio du "Rescue Service" de Moscou dans la gamme MW de 27 MHz, et a reçu une différence de réception "avant" et "arrière" de 4 ... 5 points (jusqu'à 30 dB). Les vibrateurs ont ensuite été raccourcis de 4% pour s'accorder à 28 MHz. Après avoir reçu un diagramme acceptable, déplacez les vibrateurs verticalement jusqu'à ce qu'un bon SWR soit obtenu dans le chargeur d'alimentation. Dans ce cas, les vibreurs sont un peu contrariés, mais néanmoins il vaut mieux répéter les opérations de formation du schéma et d'appariement plusieurs fois de suite. Cela peut être fait dans la position de travail de l'antenne, peut-être en abaissant le mât jusqu'à un genou, car il suffit d'atteindre le mât supérieur inférieur des deux vibrateurs pour le réglage. En aucun cas, vous ne devez toucher le mât de hune lorsque l'émetteur est allumé, car il y a des ventres (maxima) de tension aux extrémités des vibrateurs et vous pouvez obtenir des brûlures à haute fréquence. De plus, l'antenne est contrariée même lorsque les mains sont amenées aux extrémités des vibreurs. Après réglage, l'antenne est abaissée, toutes les vis de fixation sont serrées et remontées en position de travail. Les dimensions indiquées sur la figure 4 ont été obtenues après que l'antenne a été accordée. Pour vérifier la répétabilité des résultats, une autre fois l'antenne a été assemblée au sol selon les dimensions données et relevée sans réglage. Le rapport de rayonnement avant / arrière s'est avéré être d'environ 25 dB et le SWR était inférieur à 2. Seul un léger ajustement du SWR a été nécessaire en déplaçant les vibrateurs verticalement dans leurs supports. Avec cette antenne, une expérience a été réalisée pour recevoir les signaux des phares scandinaves un des jours où il n'y avait pas de transmission sur la bande des 10 mètres. Après avoir réglé le récepteur sur 28,268 MHz et dirigé l'antenne vers le nord-ouest, l'auteur a patiemment écouté le bruit le plus pur de l'éther pendant une heure et demie. Il faut dire que l'expérience s'est déroulée dans un endroit assez "calme", où le bruit aérien, réduit à l'entrée du récepteur 50 ohms, était de 0,08 ... 0,1 μV dans la bande SSB 2,4 kHz. La patience a été récompensée par trois "rafales" fortes et deux plus faibles du signal du phare finlandais OH9TEN émettant une antenne omnidirectionnelle verticale de 20 watts. Les "éclairs" ont duré de une à quatre secondes, et il ne fait aucun doute qu'il s'agissait de réflexions de signaux provenant de traînées de météores sporadiques. Des calculs ultérieurs ont donné des valeurs d'atténuation du signal du météore sur ce trajet de l'ordre de 170...180 dB, c'est-à-dire une valeur qui peut être entièrement couverte en utilisant une puissance rayonnée de plusieurs dizaines de watts, des récepteurs sensibles et les antennes directives les plus simples comme celle décrite. Ainsi, la communication des météores sur le "top ten" est tout à fait possible ! Auteur : Vladimir Polyakov (RA3AAE), Moscou ; Publication : N. Bolchakov, rf.atnn.ru
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