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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE À propos de l'antenne Cinq huitièmes de lambda. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes VHF Une affirmation correcte peut être fausse. Ce n'est pas un jeu de mots, mais un constat. Une déclaration correcte prise hors contexte peut être trompeuse si, par exemple, les restrictions sous lesquelles elle est vraie ne sont pas nommées. Quelque chose de similaire, selon l'auteur de cet article, s'est produit avec les caractéristiques de la populaire antenne 6λ / 8. Ondes courtes et ultracourtes, ainsi que parmi les propriétaires de stations de radio C-B, une antenne verticale d'une longueur de 5λ / 8 est populaire. Il est bien connu de la littérature radioamateur et de la publicité qu'un émetteur vertical d'une longueur de 5λ / 8 donne le lobe de diagramme de directivité maximal appuyé au sol dans le plan vertical (dans le diagramme horizontal est circulaire) et a donc l'efficacité maximale. La version la plus simple de l'antenne est illustrée à la Fig. 1a. La longueur de l'émetteur 5λ/8 n'est pas résonante, donc on l'amène à Zλ/4 en introduisant un élément inductif dans la nappe émettrice : une bobine L ou un segment de ligne fermée de longueur électrique λ/8. Le courant "inverse" de la tresse du câble se propage sur des balances quart d'onde. Ils ne participent pas au rayonnement, car les courants qu'ils contiennent sont dirigés dans des directions opposées. Il est impossible de plier les contrepoids vers le bas, car dans ce cas, la longueur électrique de l'antenne augmentera en raison de la composante verticale du courant des contrepoids, ce qui affectera négativement le diagramme de rayonnement. Souvent, la sortie inférieure de l'inducteur sur la figure est connectée à des contrepoids. La tresse est connectée au même point et le conducteur central du câble est connecté à la sortie de la bobine. Dans la bande 27 MHz, les contrepoids sont souvent rendus plus courts que λ / 4, augmentant d'autant l'inductance pour régler l'antenne en résonance. La répartition du courant dans l'antenne est illustrée à la fig. 1b. Il peut être considéré comme sinusoïdal avec une bonne précision. Le diagramme de rayonnement (Fig. 1c) a un "zéro" à un angle par rapport à l'horizon et un lobe latéral inutile à un angle encore plus grand. Ce lobe est le paiement du lobe principal plaqué contre l'horizon et du facteur de directivité maximal mentionné. Ici, peut-être, bref, c'est tout. ce qui était connu de l'auteur (ainsi que d'autres radioamateurs) à propos de cette antenne, et ... a provoqué une certaine perplexité.
La partie inférieure de l'émetteur n'a pas donné de repos, où le courant est dirigé dans le sens opposé par rapport au courant dans la partie supérieure à demi-onde. Après tout, on sait que le diagramme de rayonnement est formé comme suit: les champs de chaque petit segment de l'émetteur sont additionnés dans n'importe quelle direction, en tenant compte de leurs amplitudes et de leurs phases. Dans la direction de l'horizon, les longueurs des trajets de propagation des ondes de tous les segments sont les mêmes et il n'y a pas d'incursion de phase supplémentaire. Les champs des sections de la partie supérieure à demi-onde de l'antenne sont en phase et s'additionnent en amplitude, et les champs de la partie inférieure (où la direction du courant est opposée) sont déphasés et ... sont soustraits ! De ces considérations, il s'est avéré qu'un radiateur vertical demi-onde plus court devrait mieux fonctionner qu'un vibrateur d'une longueur de 5λ / 8. Et si la direction du courant dans la partie inférieure de l'émetteur d'une longueur de 5λ/8 est en quelque sorte inversée, alors ce sera plus efficace. Pour prouver cette conclusion, il était possible soit de calculer théoriquement la SPV, soit de mettre en place une expérience appropriée. Mais soupçonnant que tout cela était fait depuis longtemps, l'auteur a préféré étudier les anciennes sources littéraires. Et que s'est-il passé ? Pour la première fois, un mât d'antenne vertical d'une longueur de 5λ/8 a été décrit par S. Ballantyne en 1924 [1]. Il a été développé comme une antenne anti-évanouissement de diffusion à ondes moyennes. Un avantage supplémentaire de cette antenne, qui est immédiatement devenue très populaire, s'est avéré être qu'elle crée vraiment l'intensité de champ maximale vers l'horizon, mais uniquement dans la classe des antennes avec une distribution de courant naturelle (sinusoïdale) le long du vibrateur situé directement au-dessus d'une surface parfaitement conductrice. Beaucoup de gens se souviennent bien de la première partie de la déclaration, mais les auteurs d'articles dans la littérature radioamateur ont apparemment un peu oublié la deuxième partie. Dans le professionnel, il est rapporté [2] : "Si des moyens spéciaux sont pris pour empêcher une inversion des courants en dessous de la demi-longueur d'onde supérieure du radiateur, un gain horizontal supplémentaire peut être obtenu...". Autrement dit, si vous inversez le sens du courant dans la partie inférieure de l'antenne, vous obtiendrez un gain supplémentaire de rayonnement vers l'horizon. Dans le même temps, il est possible d'augmenter encore la longueur de l'antenne afin d'augmenter le gain. Rappelons que pour une antenne classique d'une longueur de 5λ/8, il n'est plus possible d'augmenter la longueur, puisque le lobe latéral du diagramme augmente fortement et le lobe principal diminue. Après avoir inversé le courant dans la partie inférieure de l'antenne, il convient d'augmenter sa longueur d'un autre λ/8 afin de se débarrasser de la bobine d'adaptation. Le résultat est une antenne colinéaire en phase bien connue, proposée en 1911 par l'ingénieur Marconi Franklin. L'antenne de Franklin est un fil vertical divisé en segments demi-onde, entre lesquels des bobines sont connectées (Fig. 2, a) ou des lignes quart d'onde (Fig. 2,6). Dans ces éléments, les alternances inverses du courant sont "cachées". Les courants dans les segments rayonnants s'avèrent être en phase (Fig. 2c), ce qui rétrécit le diagramme et réduit significativement le lobe latéral (Fig. 2d). La bande passante d'une telle antenne est de quelques pour cent.
La dynamique du changement du diagramme de directivité avec une augmentation de la hauteur de l'antenne et du nombre d'"étages" (selon Franklin) est illustrée sur la Fig. 3 emprunté à (2).
Les schémas sont redonnés pour le cas d'une terre parfaitement conductrice. Il est possible d'attribuer le sol sous l'antenne à des conducteurs ou des diélectriques en calculant la tangente de perte (le rapport des courants de conduction aux courants de déplacement) : tgδ = jnp/jcm = δ/ωεε0. Pour les conducteurs, elle est bien supérieure à l'unité, et pour les diélectriques, elle est bien inférieure. La tangente de perte dépend de la fréquence. Le même sol sera proche du conducteur lorsque l'on travaille sur les ondes moyennes, et sur les bandes HF haute fréquence et sur VHF (la gamme de fréquence qui nous intéresse!) Il se révélera être un diélectrique. Et cela changera la phase de la réflexion du sol à l'opposé, et dans la direction de l'horizon, ce ne sera plus le maximum du diagramme de rayonnement, mais le minimum. Dans ce cas, le lobe principal du diagramme de rayonnement sort de la surface et est dirigé à un certain angle (plus il est petit, plus l'antenne est installée au-dessus du sol). En d'autres termes, lorsqu'elle fonctionne sur un sol conducteur, l'antenne 5λ/8 surpasse en fait le dipôle demi-onde. Cela peut s'expliquer par le rétrécissement du diagramme de rayonnement dû au fait que la partie rayonnante principale est plus haute au-dessus de la surface, ce qui compense la diminution du champ due au rayonnement de la partie inférieure. Si l'antenne 5λ/8 est située dans un espace ouvert, une telle compensation ne se produira pas, son avantage sur le dipôle demi-onde disparaît. Ce qui précède s'applique dans une moindre mesure aux systèmes d'antennes à plusieurs étages composés d'antennes VHF d'une longueur de 5λ/8. L'espacement des principaux segments rayonnants demi-onde sur une plus grande distance, comme dans le cas d'une terre conductrice, permet de rétrécir le diagramme et de compenser la perte par rayonnement des sections à courant inverse. Mais même dans ce cas, l'exclusion des segments "inverses" devrait apporter un gain. On ne sait pas s'il y a eu des différends entre Ballantyne et Franklin sur les mérites de leurs antennes. Très probablement non. parce que les antennes ont été créées à des fins complètement différentes. Mais parmi les radioamateurs, de tels conflits surviennent à plusieurs reprises. J'espère que les arguments donnés dans l'article aideront les partisans des antennes en mode commun dans ces conflits. Et la conclusion pratique à laquelle parvient l'auteur de ces lignes est la suivante. Si vous décidez de fabriquer une antenne omnidirectionnelle verticale et que vous avez en même temps la possibilité de la rendre supérieure à λ / 2, mais inférieure à λ, vous obtiendrez le plus grand effet positif non pas avec l'antenne lambda cinq huitièmes, mais avec l'antenne Franklin (voir Fig. 2). littérature
Auteur : V. Polyakov (RA3AAE)
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