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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Antennes de réception directionnelles basse fréquence. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes HF Les opérateurs des bandes basses fréquences 160 et 80 mètres s'efforcent constamment d'améliorer la réception dans leurs stations. Le problème est que les antennes efficaces en émission (par exemple, un grand mât vertical) collectent trop d'interférences lors de la réception. L'efficacité de l'antenne de réception n'est pas critique, car le niveau des signaux et des interférences dans les plages de basses fréquences est très élevé et, de plus, il n'est pas difficile d'utiliser un préamplificateur à transistor à faible bruit. L'antenne magnétique en ferrite n'est pas très bonne à cet égard, même si elle a une certaine directionnalité, ayant deux zéros dans son diagramme de rayonnement (DP) en forme de lemniscate (semblable à un huit). L'antenne en ferrite doit être placée à l'intérieur, là où le niveau d'interférence est élevé. Une antenne cadre externe est un peu meilleure à cet égard, mais son diagramme est le même et, au mieux, elle vous permet uniquement de réduire les interférences provenant d'une source localisée distante en pointant le diagramme nul vers elle. Une antenne de réception basse fréquence véritablement directionnelle est l'antenne à ondes progressives pour boissons (TWA), qui est un fil multi-longueurs d'onde situé au ras du sol. Pourtant, peu de radioamateurs ont le luxe de construire plusieurs antennes d’un demi-kilomètre de long, tendues dans des directions différentes ! Les questions de création d'antennes de réception directionnelles anti-interférences pour les bandes VLF et LW ont été abordées dans l'ouvrage fondamental [1]. En particulier, il a été démontré que la combinaison d’antennes-cadres et d’antennes « statiques » (verticales omnidirectionnelles) produit un diagramme de forme cardioïde. En raison de l'affaiblissement de la réception dans certaines directions, une réduction significative du niveau d'interférence a été constatée. Antenne EWE. En relation avec ce qui précède, la publication de WA2WVL sur une antenne appelée EWE a suscité un grand intérêt [2]. Ayant une taille et une hauteur réduites, il présente néanmoins un très bon directivité, proche d'une cardioïde. Au cours d'environ un an, l'antenne EWE a été construite par de nombreux opérateurs à ondes courtes, de bons retours ont été reçus et WB2P a proposé d'utiliser quatre de ces antennes combinées au point d'alimentation pour faire basculer les diagrammes dans différentes directions. Dans une publication ultérieure [3], WA2WVL a utilisé cette idée en construisant l'antenne illustrée à la Fig. 1.
Le récepteur est connecté à l'antenne avec un câble coaxial de 50 ohms via un transformateur d'adaptation T1 avec un rapport de transformation de 3, par conséquent, l'impédance d'entrée du chargeur côté antenne augmente 9 fois, jusqu'à 450 Ohms. A l'aide de quatre relais dont les contacts normalement ouverts sont représentés sur la figure, l'une des quatre antennes, orientée dans la direction souhaitée, est connectée au transformateur. Chacune des antennes est un rectangle de 3 m de haut et 15 m de long, avec un transformateur connecté à l'un des côtés verticaux et une résistance à l'autre. Les secondes bornes du transformateur et de la résistance sont mises à la terre. La conception est très similaire à une copie plus petite de l’antenne Beverage, la seule différence étant que les dimensions de l’antenne sont nettement inférieures à la longueur d’onde. De plus, la réception maximale provient du transformateur et non de la résistance. Le diagramme de rayonnement de l'antenne calculé en tenant compte de la présence de trois autres antennes déconnectées est représenté sur la Fig. 2 : a - dans le plan vertical ; b - en horizontal. Ce schéma est typique de toutes les antennes similaires, y compris celles décrites ci-dessous. La suppression maximale de la réception par l'arrière, du côté de la résistance, est obtenue grâce à sa sélection précise. La résistance d'une résistance peut varier de 400 ohms à plusieurs kiloohms. L'antenne est très large bande, son diagramme et son impédance d'entrée sont maintenus sur plus de quatre fois la bande de fréquences. L'antenne ne fonctionne pas bien pour la transmission en raison de sa faible efficacité.
Dans la version de l'auteur, l'antenne a été installée sur cinq poteaux en bois ; pour la mise à la terre, des tuyaux métalliques enfoncés dans le sol d'environ 1,2 m ont été utilisés. L'auteur affirme qu'en raison de la haute impédance de l'antenne, la résistance à la terre n'a pratiquement aucun effet sur son fonctionnement. . Le transformateur T1 était enroulé sur un anneau d'un diamètre d'environ 12,5 mm en ferrite avec une perméabilité magnétique de 850. L'enroulement contenait 11 tours de fil pliés en trois. Les trois enroulements résultants ont été connectés en série, comme le montre la Fig. 1, et le connecteur coaxial du départ XW1 a été connecté à la première des prises. Un peu plus tard, l'auteur a construit un autre système d'antennes similaire à environ 60 mètres du premier et les a inclus sous forme de réseau d'antennes phasées, obtenant un coefficient de directivité (DAC) encore plus grand dans la plage de 160 mètres. Ceci est décrit plus en détail dans [3]. Cadres K9AY. En expérimentant des antennes de réception directionnelles pour les bandes amateurs basse fréquence et en simulant des antennes sur un ordinateur, Gary Breed (K9AY) a proposé une conception très compacte de deux cadres chargés élevés sur un seul mât [4]. Grâce à des relais installés à la base du mât, il est possible de commuter la directivité cardioïde dans quatre directions différentes. Les dimensions comparatives du système d'antennes de quatre EWE avec des longueurs de faisceau de 12 m et des cadres K9AY sont présentées sur la Fig. 3. Les cadres eux-mêmes sont en forme de delta, cependant, comme le rapporte l'auteur, la forme et la taille ne sont pas trop critiques. A la base du mât, les cadres sont mis à la terre, ce qui assure une protection contre la foudre et réduit le niveau d'interférence. Le piquet de mise à la terre sert avec succès de base au mât, mais il est préférable de le réaliser en matériau isolant.
Un croquis d'un cadre est présenté sur la Fig. 4, la hauteur du point haut est de 7,5 m, les côtés sont prolongés de 4,5 m et les coins sont à une hauteur de 1,5 m. Comme le montre la figure, vous pouvez vous passer entièrement de mât en accrochant le point haut de le système d'antenne à partir d'une branche de bois, par exemple à l'aide d'une corde. Il est pratique d'utiliser des isolateurs en noyer avec des trous dans les coins du cadre. Les extrémités inférieures des fils du cadre sont tirées jusqu'à la tige de mise à la terre également à l'aide d'isolateurs à écrou ; les extrémités des fils restant après la fixation des isolateurs sont dirigées dans un boîtier étanche avec un relais et un transformateur correspondant, similaire à celui décrit ci-dessus. Expliquant le principe de fonctionnement de l'antenne, l'auteur note sa similitude avec les coupleurs directionnels, largement utilisés dans la technologie RF et micro-ondes, en particulier dans les compteurs ROS. Si l'antenne EWE est un demi-trame dont le fil de retour est la masse, alors la boucle K9AY est un full frame, mais leur principe de fonctionnement est très similaire. Les antennes répondent à la fois aux composantes électriques E et magnétiques H du champ électromagnétique entrant. Pour la composante électrique du champ, les antennes se comportent comme de courtes antennes verticales, créant une certaine tension au point de connexion du départ. Comme on peut s'y attendre d'une antenne verticale, le diagramme de champ E est omnidirectionnel. La situation est différente avec la composante magnétique du champ H : traversant le plan de l'antenne, elle crée un courant circulant sur le pourtour du cadre. Ce courant, traversant la résistance de charge, crée également une certaine tension, qui s'ajoute à la tension du champ E. Si l'onde provient du point de connexion du départ, les deux tensions s'ajoutent. Si l'onde vient du côté de la résistance de charge, les tensions sont soustraites, puisque la direction du champ H traversant le cadre est inversée. En modifiant la résistance de charge, il est possible d’équilibrer les deux tensions afin qu’elles soient égales. Dans ce cas, le motif prend la forme d'un cardioïde avec un seul zéro. L'atténuation des signaux provenant de la résistance de charge peut dépasser 40 dB, soit plus de 6 unités S sur l'échelle d'intensité du signal ! Le diagramme nul n'est pas situé dans le plan terrestre mais, comme le montre la modélisation informatique, est élevé d'un angle de 20 à 55° selon la configuration de l'antenne et les propriétés du sol. Une boucle courte et haute donne une ligne de fond nulle à un angle d'élévation de 30...40°. Cela tend à affaiblir le QRM des stations locales. Une partie essentielle et nécessaire de l'antenne K9AY est la mise à la terre. En fonction des paramètres du sol, un léger ajustement de la résistance de charge peut être nécessaire. Le sol ne doit pas nécessairement être avec perte, comme c'est le cas avec l'antenne Beverage. Le cadre est directionnel même au-dessus d'un sol parfaitement conducteur. Cela signifie que l'antenne fonctionne dans presque toutes les conditions du sol. Dans des commentaires suite à la publication de l'article [3], W6FA a rapporté que l'ancêtre de toutes les antennes cadres chargées devrait être considéré comme le même Harold Beverage, qui a breveté une antenne similaire en 1938, bien plus tard que sa célèbre « antenne à ondes », ou, comme on l'appelle maintenant, les antennes à ondes progressives. Le brevet de Beverage décrit une antenne cadre complète qui ne nécessite aucune mise à la terre pour son fonctionnement et possède une résistance de charge d'environ 700 ohms placée en un point opposé au point d'alimentation. Cette antenne haut débit était déjà destinée à être utilisée pour la réception de télévision Antennes Drapeau, Fanion, etc.. Une modélisation intensive des antennes par les radioamateurs à l'aide de programmes informatiques a conduit à l'apparition d'un certain nombre d'antennes [5] similaires à celle décrite. Les antennes sont un cadre triangulaire, carré, rectangulaire ou rhombique situé dans un plan vertical. Les configurations possibles de ces antennes-cadres sont illustrées sur la Fig. 5. Le cercle clair indique la source (récepteur), le cercle sombre indique une résistance de charge avec une résistance de 400 Ohms et plus, généralement environ 900 Ohms. L'impédance d'entrée de l'antenne est approximativement la même. Le diagramme de rayonnement est cardioïde, la direction de réception vient du côté source.
Pour fonctionner dans la portée de 160 mètres, les antennes de type Flag, tant dans les versions Pennant que Diamond, mesurent 4,3 m de hauteur et 8,8 m de longueur. L'antenne Delta a une hauteur de 5,2 m et une longueur de 8,4 m. Par rapport à EWE et à la boucle K9AY, ces antennes présentent une différence significative : elles ne nécessitent pas de mise à la terre, bien qu'elles soient situées relativement bas, à une hauteur d'environ 2 m au-dessus du sol. Réduire la hauteur à 0,3 m a pratiquement peu d'effet sur les caractéristiques de l'antenne. Les antennes ont été fabriquées en différentes versions et avec différentes tailles, par exemple JF1DMQ a réduit les dimensions à 1 x 5 M. Les antennes fonctionnent également bien dans les bandes de 80 et 40 mètres. Les radioamateurs notent particulièrement le faible niveau de bruit de ces antennes. A titre d'exemple, considérons le « delta » triangulaire utilisé par FO0AAA pour la réception sur la bande 160 m [6]. Le fil horizontal inférieur avait une longueur de 8,54 m et était situé à une hauteur de 0,9 m au-dessus du sol. La hauteur du cadre triangulaire était de 5,2 m, à partir du fil inférieur (6,1 m du sol). Au total, environ 22 m de fil d'un diamètre de 1,63 mm ont été nécessaires. Une résistance de charge de 950 ohms et un transformateur de puissance ont été inclus dans les coins inférieurs du cadre pour convertir la résistance d'alimentation de 50 ohms en 950 ohms. À une fréquence de 1830 kHz, le rapport de rayonnement avant/arrière s'est avéré meilleur que 40 dB, tandis que le gain de l'antenne par rapport à un radiateur isotrope n'était que de -34,5 dB, ce qui indique une faible efficacité et la nécessité d'utiliser un faible -préamplificateur de bruit en conjonction avec cette antenne. Le cadre était installé sur un mât diélectrique, les extrémités inférieures du « delta » étaient tendues sur des piquets de tente. L'antenne a été orientée très simplement : en réarrangeant les piquets. En conclusion de l'examen, nous pouvons affirmer que les radioamateurs disposent désormais d'une nouvelle classe d'antennes de réception directionnelles à large bande avec de faibles niveaux de bruit et de petites dimensions. littérature
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