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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Antenne VHF raccourcie. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes VHF Le livre "Antennes amateurs d'ondes courtes et ultracourtes" de Z. Benkovsky et E. Lipinsky [1] est un ouvrage de référence de bureau pour de nombreux radioamateurs. Dans la section des antennes dipôles VHF, ses auteurs distinguent trois groupes principaux : les antennes raccourcies de type Uda-Yagi, les antennes allongées de type Uda-Yagi et les systèmes d'antennes dont les éléments sont constitués d'antennes dipôles. Se référant à la pratique, les auteurs adhèrent à la règle selon laquelle si des antennes avec un gain de 6 ... 8 dB sont nécessaires, il est conseillé d'utiliser des antennes raccourcies, dont la longueur est (l) est inférieure à la longueur d'onde (λ). De telles antennes peuvent contenir de deux à cinq éléments. Les antennes à deux éléments correctement fabriquées ont un gain de 3 ... 4 dB, à trois éléments - 4 ... 6 dB, à cinq éléments - 6 ... 8 dB. En pratique, ce sont souvent les conceptions de compromis qui donnent le maximum de résultats, c'est-à-dire les antennes directrices de type "voie d'onde" (les antennes Uda-Yaga déjà évoquées). Ces antennes n'ont pas de lignes collectrices spéciales, mais sont un ensemble d'éléments: des vibrateurs actifs et passifs - un réflecteur et un ou plusieurs directeurs, qui sont installés sur une base commune passant par les points de potentiels zéro des éléments constitutifs. Les antennes de ce type sont assez compactes et offrent un gain relativement élevé et d'autres paramètres acceptables avec des dimensions relativement petites. Les descriptions de la plupart des variantes de telles antennes avec un nombre différent de combinaisons d'éléments et leur disposition sont publiées dans la littérature. De tous les types d'antennes, elles se sont avérées être les plus accessibles pour une mise en œuvre complète au niveau industriel et des "produits faits maison" très efficaces pour les radioamateurs. À son tour, non seulement le vibrateur Hertz est utilisé comme élément unique, mais également des éléments d'inventeurs russes - le dipôle Nadenenko et le vibrateur à boucle Pistol-Korsa ou les antennes à boucle et leurs interprétations. Les auteurs de l'article attirent l'attention des radioamateurs sur une solution technique non standard plus efficace, mais pas encore correctement présentée, pour un dispositif d'antenne s'écartant de la pratique consistant à utiliser des éléments actifs homogènes. Les compromis peuvent être non seulement des systèmes d'antenne synthétisés de manière complexe à partir de vibrateurs classiques, mais également les vibrateurs qui les composent. C'est exactement ce qu'est le dispositif proposé - une antenne à boucle triangulaire (TLA). Il est destiné à être utilisé à la fois comme antenne indépendante et comme élément de dispositifs d'antenne complexes. Il est réalisé sous la forme d'une combinaison de vibrateurs dissemblables à boucle. Dans ce cas, selon la gamme de fréquences utilisée, l'antenne peut être soit filaire, soit rigide, soit réalisée sur un circuit imprimé. La solution technique proposée est universelle et peut être utilisée non seulement par les radioamateurs, mais également dans les dispositifs d'équipement d'antenne professionnel pour un fonctionnement jusqu'au centimètre à la fois dans les communications radio et dans les réseaux sans fil de bureau et domestiques répandus et d'autres systèmes radio où les antennes avec un rayonnement unidirectionnel est nécessaire. Le point de départ d'études comparatives sur les possibilités de synthèse d'une nouvelle antenne peut être le symétrique bien connu sous la forme de deux conducteurs linéaires parallèles situés dans le même plan et ayant des extrémités réunies, le vibrateur à boucle de Pistohlkors [2]. Les conducteurs parallèles forment des demi-boucles symétriques - les épaules du vibrateur par rapport à l'axe de symétrie passant par le milieu des conducteurs linéaires. Leur longueur totale est proportionnelle à la longueur d'onde (λesclave), et la longueur des épaules est d'environ son quart (0,25λesclave). Le nœud de puissance du vibrateur à boucle est constitué des extrémités des conducteurs dans la section de la partie médiane de l'un des conducteurs linéaires, et le point de potentiel zéro au milieu du deuxième conducteur permet la fixation de l'appareil sans l'utilisation d'un isolant. La boucle-vibrateur à toutes caractéristiques positives a un gain égal à l'unité et un diagramme de rayonnement isotrope dans un plan perpendiculaire aux conducteurs parallèles. Transformation connue du vibrateur à boucle en un carré ou d'autres formes de cadres avec un périmètre égal à la longueur d'onde (λesclave), avec une impédance d'entrée plus faible et un gain plus élevé par rapport au vibrateur de boucle. Ceci est confirmé par les données du tableau "Paramètres des cadres de formes diverses", où dans le cas d'une forme ronde, le gain devient égal à 3,49 dB [3]. Les antennes à boucle de conceptions similaires, contrairement au vibrateur à boucle, fournissent une directivité bidirectionnelle du rayonnement axial, perpendiculaire au plan de la boucle. Ils ont un gain accru en raison de la plus grande ouverture - la "zone de capture" de l'espace par la conception de la bande d'antenne. Parallèlement, on connaît des dispositifs d'antennes plus complexes en combinaison avec plusieurs vibrateurs actifs à châssis homogène. Les conceptions d'antennes en zigzag (antennes Z) de Kharchenko, par exemple, à partir de deux cadres triangulaires ou en forme de losange, ont une efficacité accrue. Les conducteurs des bras de ces antennes ont une longueur de l'ordre de 0,25λesclave, et leur longueur totale est comparable à λesclave. Dans le même temps, dans le cas de réseaux de vibrateurs en phase classiques, dans lesquels le nombre de paires de points d'alimentation est égal au nombre de vibrateurs inclus dans le réseau, des difficultés surviennent dans leur coordination avec l'alimentation d'alimentation. L'antenne Z a une paire de points d'alimentation, auxquels le chargeur est directement connecté [4]. Contrairement aux réseaux d'antennes vibrantes classiques classiques, un espacement spatial spécial des conducteurs d'une nappe d'antennes en zigzag alimentée par un seul nœud de puissance intégré, auquel le chargeur est directement connecté, forme une sorte de réseau plat en phase et une excitation spéciale des courants dans ses conducteurs. L'excitation des courants dans les conducteurs caractéristique d'une antenne en zigzag assure le fonctionnement de l'antenne avec un type prononcé de polarisation et une bande de fréquence de fonctionnement étendue. L'ouverture accrue de l'antenne planaire offre un gain élevé avec une directivité bidirectionnelle du rayonnement le long de son axe, perpendiculaire au plan des cadres, et la connexion parallèle de vibrateurs dont le périmètre est égal à λesclave, au nœud de puissance réduit l'impédance d'entrée de l'antenne à des valeurs correspondant aux impédances d'onde des câbles de puissance coaxiaux RF utilisés. Montré sur la fig. 1 combinaison non standard de vibrateurs à boucle et à cadre permet la mise en œuvre d'une nouvelle antenne à boucle triangulaire, mais déjà à rayonnement unilatéral. Dans le même temps, d'autres caractéristiques de la solution technique innovante proposée méritent une attention particulière.
Comparé aux antennes dipôles raccourcies, le ROV a des dimensions plus petites le long de l'axe longitudinal et un gain accru. La conception prévoit un travail sur le rayonnement de tous les conducteurs du dispositif d'antenne. Le premier vibrateur à boucle du côté de la direction de réception et d'émission du ROV est réalisé sous la forme d'un triangle isocèle avec des points d'alimentation au sommet, avec une base de 0,4λ de longesclave et de côtés 0,3λesclave chaque. Le deuxième vibrateur à boucle est réalisé sous la forme d'un vibrateur à boucle Pistohlkors avec une longueur de conducteurs linéaires correspondant à λesclave. Les vibrateurs à boucle sont placés dans le même plan et la connexion au nœud de puissance des conducteurs des côtés du vibrateur triangulaire se fait avec leur croisement, c'est-à-dire déphasé. Un câble d'alimentation coaxial avec une structure rigide, par exemple, dans une version tubulaire des conducteurs, est posé avec une entrée passant par le point de potentiel zéro, c'est-à-dire le milieu du conducteur linéaire non coupé du vibrateur à boucle Pistohlkors. Dans le nœud de puissance, la tresse de câble est connectée dans une section à l'extrémité d'un conducteur et l'âme centrale à l'extrémité de l'autre. L'antenne fonctionne comme suit. Lorsqu'un générateur haute fréquence (voir Fig. 1) est connecté aux points de puissance "a" et "b" de l'unité de puissance 7, les courants circulent de manière inversement proportionnelle à la résistance du circuit. Dans le conducteur 2, un courant accru circulera par rapport aux conducteurs 3 et 1 en raison de la résistance d'entrée inférieure du vibrateur de cadre 5 à celle du vibrateur de boucle 6, mais le rayonnement de ce dernier sera augmenté en raison de deux conducteurs 4 et 2 étroitement espacés En même temps, du fait que dans le vibrateur à boucle 5, les conducteurs 6 et 1 sont situés à proximité l'un de l'autre, et dans un triangle isocèle 4, le conducteur 5 est connecté entre les conducteurs des côtés croisés 6 , alors les courants dans les conducteurs 4 et 5 seront en phase avec un déphasage par rapport au conducteur 6. Ceci assure avec une commutation croisée, une approximation de phase aux courants, similaire aux courants dans un réflecteur et un vibreur actif ou dans un vibreur actif et le premier directeur des antennes Uda-Yagi, mais entièrement dû aux courants de conduction, contrairement aux courants induits, c'est-à-dire plus faibles, dans les vibrateurs d'antenne passifs Uda Yagi. Compte tenu du fait que les conducteurs de la boucle-vibreur 1 et 2 sont séparés dans l'espace d'une distance de 3λesclave, du conducteur 2 à la hauteur d'un triangle isocèle et sont parallèles, alors le système spatial formé de conducteurs rayonnants du réseau d'antennes crée un rayonnement dirigé du champ électromagnétique selon l'axe 8, perpendiculaire à l'emplacement de ces conducteurs. En plus de cela, les courants dans les conducteurs 3, situés symétriquement, mais à un angle par rapport à cet axe, rayonnent également un champ électromagnétique dans l'espace, mais avec une compensation mutuelle des composantes longitudinales opposées et des composantes transversales dirigées unilatéralement s'intégrant dans le champ électromagnétique rayonné total. Ainsi, contrairement aux systèmes rayonnants avec des lignes de connexion, dans la solution technique proposée, tous les conducteurs 2, 3, 5 et 6 participent au rayonnement d'un champ électromagnétique, fournissant une augmentation totale du coefficient directionnel du système et de l'efficacité de son fonctionnement. Le fonctionnement de l'antenne proposée a été simulé dans le programme MMANA (Fig. 2 et Fig. 3) à une fréquence de 300 MHz (longueur d'onde - 1 mètre) pour plus de simplicité et de clarté lors de la modélisation et de la normalisation ultérieure de la taille. Machine de moulage par injection d'une longueur correspondant à 0,2 λesclave, présente une directivité sectorielle avec une largeur de diagramme de rayonnement différente dans le plan des conducteurs des vibrateurs et dans le plan perpendiculaire à celui-ci, avec un gain accru. Le rapport du rayonnement avant sur arrière caractérise la sélectivité spatiale améliorée correspondant aux antennes Uda-Yaga à six éléments avec deux fois la longueur de la traverse. Les points de potentiel zéro des deux vibrateurs peuvent être connectés à une traverse de support métallique mise à la terre offrant une protection ESD et une protection contre la foudre.
Pour l'utilisation d'antennes sur les bandes radioamateurs de 144 et 432 MHz, une comparaison visuelle des configurations et du rapport des tailles de l'antenne raccourcie à deux éléments envisagée par les auteurs du livre [1] (Fig. 4) avec les versions du ROV proposé (Fig. 5) et du ROV avec un directeur installé en interne (Fig. 6). Les valeurs numériques des paramètres de ces antennes sont résumées dans le tableau, et graphiquement, le plus clairement, les caractéristiques électriques sont affichées sous la forme de diagrammes de rayonnement (respectivement, Fig. 7-9).
La mise en œuvre pratique de la conception sous la forme d'une antenne indépendante est similaire à l'antenne à deux éléments "canal d'onde" décrite à plusieurs reprises, uniquement avec un vibrateur à boucle tourné dans le plan des dispositifs vibreurs. Таблица
La fabrication de la version antenne avec le directeur est également réalisée de manière similaire à celle décrite. Un conducteur supplémentaire est placé entre la boucle et les vibrateurs linéaires en respectant strictement sa section, son emplacement d'installation et sa longueur. Dans les cas où d'autres matériaux sont utilisés, une vérification préliminaire des capacités de l'antenne doit être simulée dans le programme MMANA. Les fichiers du programme MMANA pour les antennes indiquées dans le tableau peuvent être téléchargés à partir de ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/07/maa.zip. littérature
Auteurs : V. Milkin, N. Kalitenkov, V. Lebedev, A. Shulzhenko
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