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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Antenne à fente squelettique : mythes et réalité. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes VHF À en juger par la littérature radio amateur étrangère, l'antenne squelettique à fente est populaire à des fréquences supérieures à 20 MHz. Dans l'article publié, une tentative a été faite pour répondre à la question - dans quelle mesure son coefficient d'action directionnelle, indiqué dans la littérature, correspond à la réalité. Dans les livres sur les antennes VHF, l'antenne dite à fente squelettique a été décrite à plusieurs reprises, et toutes les publications sans exception ont rapporté ses paramètres très élevés, son grand facteur de directivité (CND), sa large bande de fréquences et sa facilité de réglage. L'idée d'une antenne a été proposée par J. Ramsey en 1949 [1], sa conception est illustrée à la Fig. 1, empruntée à [2]. L'élément actif de l'antenne est constitué de trois dipôles demi-onde parallèles situés à trois étages les uns au-dessus des autres. Pour réduire les dimensions de l'antenne, les extrémités des dipôles supérieur et inférieur sont pliées à angle droit vers le dipôle médian et reliées à celui-ci. De lui, ils sont excités. Le dipôle central est divisé et connecté à une ligne bifilaire quart d'onde correspondante, qui sert simultanément à monter le réflecteur. Le réflecteur est réalisé sous la forme d'un canal d'onde sous la forme d'un seul vibrateur dont la longueur électrique est un peu supérieure à une demi-onde. Les dimensions de l'antenne en longueurs d'onde et les valeurs du coefficient de raccourcissement k, en fonction du diamètre des conducteurs (tubes) d, sont indiquées sur la Fig. . 1. En déplaçant le point d'alimentation XX le long de la ligne à deux fils, vous pouvez modifier l'impédance d'entrée de l'antenne de zéro (près du réflecteur) à environ 400 ohms (au point YY près de l'élément actif).
La répartition du courant dans l'élément actif est illustrée à la fig. 2. On peut voir que les ventres (maxima) du courant sont situés juste au milieu des parties horizontales de l'élément, formant un système en phase à trois étages. Dans les parties verticales de l'élément actif, les courants sont faibles et dirigés les uns vers les autres. De plus, il y a quatre nœuds de courant, il n'y a donc pas de rayonnement des parties verticales dans la zone éloignée. Rappelons que dans la zone lointaine, le diagramme d'antenne est presque complètement formé. La distance à la zone lointaine est de plusieurs longueurs d'onde. C'est le plus grand, le plus grand facteur de directivité de l'antenne.
L'élément actif d'une antenne à fente squelette peut également être considéré comme deux carrés, combinés par un côté et des points d'alimentation. Cependant, par rapport à deux carrés pleine grandeur, le périmètre de l'élément actif de l'antenne squelettique à fente est un peu plus petit, probablement en raison de l'effet de raccourcissement de la capacité entre les conducteurs verticaux de l'élément. Une antenne similaire a été proposée par K. Kharchenko [3], mais dans celle-ci, deux carrés sont alimentés par les coins et combinés avec des points d'alimentation. Une simple antenne à fente squelette a un réflecteur insuffisamment efficace. Cet inconvénient peut être éliminé en rendant le réflecteur exactement identique à l'élément actif (sous la forme de la même conception de vibrateur à trois étages). Des lignes à deux fils ne peuvent plus être placées entre les éléments, mais personne ne prend la peine de les tracer dans le plan de chaque élément jusqu'à un point à potentiel nul au milieu du vibreur horizontal inférieur. Le résultat après cette modification est montré sur la Fig. 3. Les dimensions des éléments eux-mêmes restent les mêmes et la distance entre l'élément actif et le réflecteur est réduite à 0,18. Cette antenne a un autre avantage. En déplaçant les cavaliers de court-circuit le long des lignes à deux fils, les éléments parviennent à l'ajuster à la fréquence souhaitée, et en déplaçant le cavalier du réflecteur, il est facile de régler l'antenne sur le facteur de directivité maximum ou le rayonnement avant-arrière rapport.
Pour une telle antenne à deux éléments, décrite dans [2 et 4], un gain inhabituellement élevé de 14...16 dB est signalé ! Si le deuxième de ces livres n'était pas une publication sérieuse, alors vous pourriez toujours agiter la main et ne pas prendre ce chiffre au sérieux. Mais ce livre dans son ensemble est très bon et ne contient presque pas d'erreurs. Son auteur, bien sûr, n'a pas pu tester toutes les nombreuses constructions qui y sont données. Par conséquent, s'il s'agit d'une erreur, elle est apparue plus tôt, dans d'autres publications, et il est maintenant difficile de trouver la source originale. Il est tout à fait clair qu'un système de vibrateurs en phase devrait donner une plus grande efficacité qu'un seul vibrateur, mais la question est de savoir combien ? Bien que dans [2] à la p. 100 et il est indiqué que l'antenne "... est en fait une phase à trois étages à six éléments", mais les vibrateurs sont assez proches les uns des autres, et également raccourcis. Cela réduira inévitablement l'efficacité. Ainsi, il y avait plus de questions que de réponses. De plus, les radioamateurs familiers à l'auteur allaient construire une telle antenne pour une portée de 10 mètres et étaient déjà prêts à dépenser de l'argent en matériel, mais maintenant ce n'est pas bon marché! Afin d'obtenir une réponse claire et précise à la question du SOI, une expérience a été réalisée dans la bande 432 MHz. Les éléments ont été pliés conformément à la fig. 3 à partir de morceaux de fil de cuivre émaillé d'un diamètre de 1,5 mm, les connexions sont soudées et les conducteurs des lignes sur les sites d'installation des cavaliers de fermeture et de la connexion par câble sont dénudés. L'ensemble de la structure a été assemblé sur une ossature bois constituée de lattes fines sèches. Le câble d'alimentation partait des points d'alimentation le long du conducteur de la ligne à deux fils à laquelle la tresse était connectée, verticalement vers le bas et directement connecté à la sortie du générateur de signal standard. Un dipôle demi-onde avec un détecteur et un microampèremètre servait d'indicateur de champ. Il était situé sur un trépied à une distance de plusieurs mètres de l'antenne. L'antenne était également fixée sur un support pivotant primitif, ce qui permettait de changer son orientation. L'antenne a été réglée assez facilement et rapidement, juste au maximum de rayonnement dans la direction principale. Avec les dimensions indiquées à une fréquence de 432 MHz, les distances des cavaliers de fermeture à partir de la base des lignes à deux fils pour l'antenne accordée se sont avérées être les suivantes: pour le réflecteur - 43 mm, pour l'élément actif - 28 mm. La distance au point de connexion du câble de 50 ohms était de 70 mm. Lorsqu'il est ajusté à la directivité maximale, un petit lobe arrière est détecté. En ajustant le réflecteur, il peut être supprimé presque complètement. Il n'y avait pas de rayonnement de côté, de haut en bas. Le gain de directivité, plus précisément le gain de l'antenne, égal au produit de la directivité et du rendement, a été déterminé comme suit : l'indicateur marquait le niveau du signal généré par l'antenne dans la direction principale, puis à la place de l'antenne, un demi -le dipôle d'onde situé au même point dans l'espace était connecté au câble d'alimentation. Le niveau du signal du générateur a suffisamment augmenté pour obtenir les mêmes lectures sur l'indicateur. La variation du niveau de signal comptée par l'atténuateur du générateur est numériquement égale au gain de l'antenne par rapport au dipôle demi-onde. Pour cette antenne, il s'est avéré être de 7 dBd. Par rapport à un émetteur isotrope (omnidirectionnel), il sera de 2,15 dB de plus et sera d'environ 9,2 dBi. Faites attention aux lettres d et i dans la désignation des décibels - dans la littérature sur les antennes, il est d'usage d'indiquer de cette manière, par rapport à quel radiateur la directivité est mesurée. La largeur du diagramme de rayonnement à mi-puissance était d'environ 60° dans le plan horizontal (en azimut) et d'environ 90° dans le plan vertical (en élévation). Avec ces données, le facteur de directivité peut être calculé d'une autre manière : l'angle solide dans lequel rayonne l'antenne est égal au produit des angles linéaires correspondant à la largeur du diagramme et exprimés en radians. On obtient une valeur d'environ 1,5 stéradians. Dans le même temps, une antenne isotrope rayonne dans un angle solide de 4π, soit 12,6 stéradians. Le gain, par définition, est le rapport de ces angles solides et est de 12,6/1,5 = 8,4 ou 9,2 dBi. Ayant obtenu un si bon accord entre les valeurs de directivité déterminées par les deux méthodes, l'auteur a décidé qu'il n'y avait plus rien à mesurer et, avec une légère déception, a de nouveau été convaincu que les miracles ne se produisent pas dans la technologie des antennes. Néanmoins, l'antenne fonctionne très bien et avec de petites dimensions (330x120x120 mm dans la bande 432 MHz) offre un gain très correct. littérature
Auteur : Vladimir Polyakov (RA3AAE)
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