|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Antennes d'émission LW d'amateur. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes HF Dans un certain nombre de pays (dont la Russie), outre les bandes HF et VHF, les radioamateurs se voient également attribuer une petite section dans la gamme DV (135,7...137,8 kHz). Après des expériences dans ce domaine entreprises par l'équipe RU6LWZ (le magazine en a parlé dans le numéro de juin de cette année), l'intérêt pour le KDV parmi les radioamateurs russes a sensiblement augmenté. Beaucoup aimeraient commencer des expériences dans ce domaine, mais son développement est largement entravé par le manque d'informations largement disponibles sur l'équipement nécessaire à cet effet. Cet article est peut-être consacré à l'aspect principal de la technologie DV : les antennes d'émission. Actuellement, la tâche principale à résoudre pour le développement généralisé de la DV par les radioamateurs russes est d'augmenter le nombre de stations DV amateurs émettrices. En effet, avant que les signaux puissent être reçus, ils doivent exister. Si en HF les signaux des stations amateurs sont très forts et à de grandes distances de l'émetteur, pour démarrer des expériences sur le DV, il est hautement souhaitable que la source du signal soit relativement proche. Ce problème est particulièrement aigu pour les radioamateurs de la partie asiatique de notre immense pays. C'est un peu plus facile pour les radioamateurs vivant dans la partie européenne de la Russie. En Europe occidentale, il existe de nombreux radioamateurs émettant sur des ondes longues, dont les signaux peuvent être reçus à des distances allant jusqu'à un à deux mille kilomètres en utilisant un télégraphe ordinaire et jusqu'à plusieurs milliers de kilomètres en utilisant le QRSS (télégraphe lent). avec traitement du signal sur ordinateur). Le principal problème que tout radioamateur qui commence à travailler dans la gamme DV doit résoudre est la construction d'une antenne d'émission. Tout le monde sait qu'en HF, l'antenne influence grandement la réussite au travail, mais en DV, peut-être, cette influence est encore plus grande. Un émetteur pour des fréquences d'environ 136 kHz est relativement simple à fabriquer. Ce n'est pas très différent d'un émetteur en bande KB. Mais l’antenne, c’est une tout autre affaire ! Les propriétés de l'antenne dépendent fondamentalement du rapport entre la longueur d'onde et la taille de l'antenne, et la longueur d'onde correspondant à la bande amateur de 136 kHz est d'environ 2,2 km, soit plus de dix fois la longueur d'onde maximale utilisée auparavant par les opérateurs de radio amateur. Les antennes DV diffèrent sensiblement de celles habituellement utilisées en HF. La copie directe des antennes KB vers l'Extrême-Orient est impossible, car les antennes résultantes seront de tailles totalement inaccessibles aux radioamateurs. De plus, en Extrême-Orient, il n'est généralement pas possible de proposer une conception radioamateur spécifique pour une antenne d'émission. Cela dépend en grande partie des conditions locales et, en règle générale, un radioamateur doit construire lui-même l'antenne. Bien que cela ne soit pas difficile, puisque sur le DV il n'y a pas la variété de types d'antennes observée sur le HF, la conception d'une antenne DV nécessite néanmoins une certaine compréhension de quels sont ses paramètres, comment ils affectent le fonctionnement de l'antenne, ce qu'ils dépendent et comment améliorer le fonctionnement de l'ensemble du complexe de transmission, composé d'un émetteur et d'une antenne. Tout cela a incité l'auteur à écrire cet article, qui traite des principes de base de la création d'antennes d'émission DV amateur. Bien entendu, la plupart du matériel présenté dans l'article peut être trouvé dans la littérature professionnelle, mais une telle présentation n'a pas encore été réalisée spécifiquement pour les radioamateurs. Ce n'est pas surprenant puisque la gamme DV est depuis peu devenue accessible aux radioamateurs. L'auteur a essayé d'éviter les théories complexes, se limitant uniquement à une présentation qualitative et aux formules les plus simples, qui sont encore nécessaires à la conception significative d'une antenne. Dans ce cas, l’attention principale a été portée à la différence fondamentale dans la conception des antennes HF et LW. Il appartient aux lecteurs de juger du succès de cette initiative. Une caractéristique des antennes DV est leur taille, qui est bien inférieure au quart de la longueur d'onde. Cela est vrai même pour les chaînes DV professionnelles, et encore plus pour les stations amateurs. En effet, la broche quart d'onde familière chez KB pour la gamme 136 kHz devrait avoir une hauteur de plus de 500 m, comme celle de la tour TV d'Ostankino ! Le deuxième point important à prendre en compte lors de la conception et de la fabrication d'une antenne émettrice LW est que la polarisation des ondes émises par l'antenne doit être exclusivement verticale. Cela est dû aux propriétés de la Terre : à des fréquences aussi basses, elle est proche d'un conducteur idéal et la hauteur de toute antenne LW réelle est bien inférieure à la longueur d'onde. Il ne sera pas possible de rayonner efficacement un champ électrique horizontal pour la simple raison que la terre « court-circuitera » simplement ce champ. Plus strictement parlant, la raison en est que, comme le sait l'électrodynamique, le vecteur champ électrique à la surface d'un conducteur idéal est toujours perpendiculaire à la surface. Bien entendu, la terre n’est toujours pas un conducteur idéal, et la hauteur de l’antenne, bien que petite, n’est pas nulle. Par conséquent, la question de l'utilisation d'antennes d'émission basses (par rapport à la longueur d'onde) à polarisation horizontale (par exemple, un dipôle horizontal) en Extrême-Orient est extrêmement intéressante et nécessite des expérimentations. Mais il est impossible de recommander de telles antennes émettrices à un radioamateur qui commence tout juste à travailler en Extrême-Orient. Les expériences correspondantes nécessitent une solide expérience et l'antenne expérimentale doit être comparée à quelque chose de connu. Étant donné que les dimensions de toute antenne LW réelle sont bien inférieures au quart de la longueur d'onde, les antennes d'émission LW peuvent être divisées en deux grandes classes : électriques et magnétiques. Les antennes magnétiques sont des cadres fermés, le plus souvent de forme rectangulaire, nécessairement situés dans un plan vertical (polarisation verticale !) et présentant des dimensions d'au moins plusieurs dizaines de mètres. Certains radioamateurs d'Europe occidentale et des États-Unis expérimentent de telles antennes d'émission et parviennent à émettre une puissance qui n'est pas beaucoup inférieure à celle d'antennes électriques de tailles comparables. Mais il s’agit toujours d’une classe expérimentale d’antennes d’émission. Le principal type d'antenne d'émission en Extrême-Orient est un émetteur vertical considérablement raccourci alimenté par rapport au sol. Ce dernier signifie que le deuxième pôle de connexion du générateur est mis à la terre. Beaucoup de ces antennes comportent une masse de fils disposés horizontalement. Mais soulignons que seule la partie verticale de l'antenne est l'émetteur lui-même et que tous les conducteurs horizontaux servent uniquement à créer le courant le plus important et le plus uniformément réparti dans le fil vertical. Certains types d'antennes d'émission LW sont représentés schématiquement sur la Fig. une.
En figue. la figure 1a montre une antenne sous forme de fil vertical sans charge capacitive ; En figue. 1b - antenne verticale avec une charge capacitive en forme de « parapluie », qui peut faire partie des haubans supportant le mât ; En figue. 1,c - antenne T à trois faisceaux ; En figue. 1g - antenne G à faisceau unique avec charge capacitive inclinée ; En figue. 1,d - antenne en T à faisceau unique avec charge capacitive inclinée ; En figue. 1,e - antenne en T à faisceau unique avec une partie « verticale » inclinée, sur la Fig. 1,g - antenne "faisceau incliné". Les configurations d'antenne possibles ne se limitent pas à celles illustrées sur la Fig. 1. Une antenne G multifaisceau est par exemple possible. Le nombre de conducteurs composant le « parapluie » (Fig. 1,b) n'est pas nécessairement quatre. La partie verticale peut également être constituée de plusieurs fils parallèles ou en sortance, etc. Il est également évident que dans de nombreux cas on peut utiliser une antenne HF comme antenne LW en modifiant son mode d'alimentation. Par exemple, un dipôle KB servira avec succès d'antenne en T si vous connectez les deux fils d'alimentation ensemble et les alimentez par rapport à la terre. Veuillez noter qu'aucune de ces antennes n'est alimentée par un câble coaxial. Toutes sont, pour ainsi dire, des « antennes avec une ligne d'alimentation ouverte à un seul fil », bien qu'en fait cette « ligne d'alimentation » soit en fait un radiateur. Un radioamateur qui a rencontré à plusieurs reprises des problèmes liés aux interférences de télévision lorsqu'il travaillait sur KB peut être très sceptique quant à une telle alimentation de l'antenne émettrice. Surtout quand il lui sera en outre recommandé d'utiliser des conduites d'eau comme mise à la terre. L'auteur s'empresse de le rassurer : en LW, les interférences de télévision sont généralement un problème bien moindre que lorsqu'on travaille en HF. Donnons un exemple tiré de la pratique. Le fil de l'antenne était relié à un émetteur d'une puissance d'environ 50 W situé à plusieurs centimètres au-dessus du capot supérieur du téléviseur. Il y avait aussi une lumière au néon qui brillait lorsque vous appuyiez sur la touche. Et il n'y avait absolument aucune interférence avec la réception de la télévision ! La situation n’est peut-être pas toujours aussi favorable, mais apparemment, les téléviseurs sont insensibles aux champs électromagnétiques de si basses fréquences. Étant donné que la hauteur de l'antenne LW est toujours bien inférieure au quart de la longueur d'onde, la partie réactive de l'impédance d'entrée d'un émetteur électrique vertical est toujours de nature capacitive et est très grande par rapport à la partie active de l'impédance d'entrée. Pour que le courant dans l'antenne atteigne une valeur significative, la partie capacitive de la résistance d'entrée de l'antenne doit être compensée par une inductance dont la réactance est égale en valeur absolue à la réactance de la capacité de l'antenne. Ainsi, l'utilisation d'une bobine d'extension sur le DV est absolument obligatoire (la bobine n'est pas représentée sur la Fig. 1). La bobine d'extension est connectée en série avec l'antenne. Afin de pouvoir estimer l'inductance requise de la bobine d'extension, il est nécessaire de connaître la capacité de l'antenne, qui est un paramètre très important de l'antenne émettrice LW. Plus la capacité de l'antenne est grande, moins l'inductance de la bobine d'extension est nécessaire. En conséquence, plus la capacité de l'antenne est grande, moins la perte de puissance inutile de l'émetteur due à la résistance ohmique (active) de la bobine d'extension sera faible. Et les pertes de puissance dans la bobine d'extension sont très importantes lorsqu'on fonctionne en DV. De plus, avec une capacité d'antenne plus grande, la tension diminue, ce qui en Extrême-Orient, même avec un émetteur de puissance relativement faible, atteint des unités, voire des dizaines de kilovolts. La réduction de la tension de l'antenne simplifie le problème d'isolation. Il existe également des raisons, dont nous parlerons plus tard, lorsque nous discuterons de ce que l'on appelle la « perte environnementale », pour lesquelles il faut s'efforcer de rendre la capacité de l'antenne aussi grande que possible. C'est l'augmentation de la capacité totale de l'antenne (associée à l'obtention d'une répartition plus uniforme du courant dans la partie verticale) qui est la raison pour laquelle, dans les antennes d'émission LW, on essaie de rendre la partie horizontale aussi grande que possible et souvent à partir de plusieurs fils parallèles (antennes multifaisceaux en forme de L et de T). La capacité d'une antenne à ondes longues peut être estimée avec une précision acceptable pour la pratique du radioamateur en utilisant une règle simple : chaque mètre de fil d'antenne (à la fois dans la partie verticale et horizontale) donne environ 6 pF de capacité de l'antenne. Si plusieurs fils sont situés parallèlement les uns aux autres, alors avec une petite distance entre eux, la capacité totale diminue. Par conséquent, lors de la fabrication d'une antenne en forme de L ou de T avec une partie horizontale multifaisceau, il est nécessaire, si possible, de maintenir une distance entre les fils d'au moins 2...3 m. Une distance plus grande n'a pas de sens, et une distance plus petite entraîne une diminution de la capacité par mètre de fil. La réactance de la capacité de l'antenne peut être trouvée à l'aide de la formule bien connue Xc = 1/(2πfС). Puisque la réactance de la bobine d'extension doit être la même en valeur absolue, l'inductance peut être trouvée à partir de la relation entre la réactance et l'inductance XL = 2πfL. Pour des raisons pratiques, il est plus pratique d'utiliser les formules obtenues en substituant la valeur de fréquence f = 136 kHz et en convertissant les unités de mesure : Xc = 1170000/C, XL = 0,85 L, L = XL/0.85, où la résistance est remplacée en ohms, la capacité en picofarads et l'inductance en microhenry. Très grossièrement, pour des calculs grossiers, on peut supposer qu'à une fréquence de 136 kHz la réactance d'une capacité de 1000 pF est de 1000 Ohms et augmente proportionnellement à mesure que la capacité diminue par rapport à 1000 pF. En conséquence, pour l'inductance, chaque microhenry fournit environ 1 ohm. Ces chiffres sont faciles à retenir. Une plus grande précision des calculs n'est très souvent pas nécessaire, car les valeurs calculées devront encore être clarifiées expérimentalement. Il est extrêmement difficile de prendre en compte théoriquement l’influence des objets entourant l’antenne ! Pour imaginer l'ordre des paramètres d'antenne dans des conditions typiques de radioamateur, nous ferons une estimation pour un tel exemple. Soit une antenne en forme de L ou de T avec une partie horizontale monofaisceau de 80 m de long, située à une hauteur de 20 m. La longueur de la partie verticale sera de 20 m, la longueur totale du fil sera de 100 m. M. La capacité d'une telle antenne sera d'environ 600 pf, c'est-à-dire la partie réactive de la résistance d'entrée est d'environ 2000 Ohms. Pour compenser la réactance de la capacité de l'antenne, vous aurez besoin d'une bobine d'extension avec une inductance légèrement supérieure à 2000 μH. La question peut se poser, pourquoi ne pas trouver l'inductance de la bobine d'extension, connaissant la capacité de l'antenne et en utilisant la formule d'un circuit oscillant classique ? Bien sûr, cela est possible. Mais le calcul par réactance permet d'estimer, par exemple, la tension sur les antennes à un courant donné et la résistance de perte de la bobine d'extension avec un facteur de qualité connu. Ainsi, dans l'exemple donné, il est immédiatement clair que la tension sur l'antenne sera d'environ 2000 200 V pour chaque ampère de courant dans l'antenne. Étant donné que la partie active de l'impédance d'entrée de l'antenne est beaucoup plus petite que la partie réactive, la tension sur l'antenne en volts est approximativement égale au courant de l'antenne en ampères multiplié par la réactance de l'antenne en ohms. La résistance de perte d'une bobine, sa réactance et son facteur de qualité sont liés par une formule simple : Rcat = XL/Q. Avec un facteur de qualité Q = 2000, la résistance de perte sera de 200/10 = XNUMX Ohms. Le deuxième paramètre extrêmement important d’une antenne à ondes longues est sa hauteur effective. Sans prendre en compte pour l’instant la dépendance de la hauteur effective sur les détails de conception de l’antenne, on note deux cas limites. La hauteur effective d'un seul fil vertical sans charge capacitive au sommet est égale à la moitié de sa hauteur géométrique. Pour une antenne en forme de L ou de T avec une capacité de la partie horizontale bien supérieure à la capacité de la partie verticale, la hauteur effective se rapproche de la hauteur de suspension de la partie horizontale de l'antenne au-dessus du sol. Notons tout de suite qu'il faut s'efforcer de rendre la hauteur effective de l'antenne la plus grande possible, au moins 10... 15 mètres, et de préférence 30... 50. Mais peut-être que 50 m est le maximum réalisable dans des conditions amateurs normales. C'est approximativement la hauteur effective d'une antenne en forme de L ou de T avec une grande partie horizontale suspendue entre deux immeubles de 16 étages. Pourquoi la hauteur effective de l’antenne est-elle si importante ? Le fait est que lorsque les dimensions de l'antenne sont bien inférieures à la longueur d'onde, l'intensité du champ reçu par le correspondant est directement proportionnelle au produit (notons-le A) de l'intensité du courant dans l'antenne et de la hauteur effective du antenne, mesurée en mètres. Plus la hauteur effective de votre antenne est élevée, plus votre signal est fort. La puissance émise par la station émettrice Rizl (à ne pas confondre avec la puissance de sortie de l'émetteur !) est liée à ce produit par une relation simple (pour une fréquence de 136 kHz) : Rizl = 0.00033A2. Pour parcourir les valeurs résultantes, regardons un exemple. Supposons que la hauteur effective de l'antenne soit de 20 M. L'intensité du courant dans l'antenne avec une puissance de sortie d'émetteur de 100 W est généralement comprise entre 1 et 3 A. Soit 2 A. Alors A = 40 mètres et la puissance émise sera de 0,5 W. L'exemple montre que l'efficacité des antennes DV d'émission amateur est très faible, car seulement 0,5 % de la puissance fournie par l'émetteur est rayonnée. Et c'est toujours très bon ! Le rendement est souvent inférieur à 0,1 %. Et ce n'est qu'en utilisant des antennes « géantes » (selon les normes radioamateurs) que l'efficacité peut atteindre plusieurs dizaines de pour cent. Un exemple est l'antenne de la première expédition russe DX à ondes longues réalisée par l'équipe RU6LWZ, lorsqu'un mât d'une hauteur de plus de 100 m a été utilisé. La faible efficacité des antennes DV d'émission amateur conduit au fait que la puissance de rayonnement est généralement mesurée en dixièmes, voire en centièmes de watt, atteignant rarement des unités de watts. Néanmoins, même avec de si maigres puissances émises, les amateurs, utilisant des types de travaux particuliers (principalement QRSS - télégraphe lent), effectuent des communications sur des distances de milliers, voire 10... 15 XNUMX kilomètres ! Avec un télégraphe conventionnel, les communications peuvent s'effectuer sur plusieurs centaines de kilomètres, et parfois, avec une bonne couverture, des antennes de réception spéciales et un faible niveau d'interférence, sur un à deux mille kilomètres. On voit que la situation des antennes émettrices HF est radicalement différente de celle à laquelle nous sommes habitués en HF. Si en HF le rendement est généralement proche de 100% (sauf peut-être sur la portée de 160 mètres, et puis pas toujours), alors en DV il est très faible. Si en HF nous essayons de concentrer le rayonnement dans une direction et d'opérer avec le concept de facteur d'amplification, alors en DV le rayonnement est toujours pratiquement circulaire et il n'est pas nécessaire de parler d'amplification. Si en HF on s'efforce d'obtenir des angles de rayonnement plats, en DV l'angle de rayonnement est toujours quasiment le même. Si en HF l'antenne est généralement alimentée via un câble coaxial et que l'on s'efforce d'obtenir un bon ROS, alors en DV l'antenne est toujours alimentée directement et la notion de ROS perd son sens. La seule chose pour laquelle vous devez « vous battre » lorsque vous travaillez sur le DV est la puissance rayonnée ou, ce qui revient au même, le nombre maximum de « mètres » dans l'antenne. Examinons maintenant plus en détail comment la hauteur effective de l'antenne dépend de ses dimensions géométriques et des détails de conception pour les types d'antennes les plus courants. Comme déjà indiqué, la hauteur effective d'un simple fil vertical avec une charge capacitive en haut (Fig. 1a) est simplement égale à la moitié de la hauteur géométrique de l'antenne. De la même manière, la hauteur effective de l'antenne « faisceau oblique » (Fig. 1,g) est égale à la moitié de la hauteur du point haut de l'antenne. Si l'antenne a une charge capacitive horizontale (par exemple, Fig. 1, c), alors la hauteur effective hd d'une telle antenne est déterminée par le rapport des capacités des parties verticales Cv et horizontales Cr, ainsi que par la géométrie hauteur de suspension h de la partie horizontale. Il peut être trouvé en utilisant la formule hd = h(1-0,5/(Cr/Cv+1)) Les capacités des parties horizontales et verticales de l'antenne peuvent être, comme pour l'antenne entière, déterminées par la règle « 6 pF par mètre de fil ». Il ressort clairement de la formule que si Cg est très supérieur à C, alors la hauteur effective hd se rapproche de la hauteur géométrique n. Une attention particulière est requise pour les cas d'une partie « verticale » inclinée (Fig. 1, f) et d'une partie inclinée. charge capacitive (Fig. 1,6, 1, d, d). Si la "partie verticale" est inclinée et que la charge capacitive est presque horizontale (Fig. XNUMX, e), alors presque rien ne change, seul Cv augmente légèrement en raison du fil plus long et la formule reste la même. Si la partie verticale de l'antenne en T est connectée assez précisément au milieu de la charge capacitive inclinée (Fig. 1, d), la formule fonctionne également, seulement comme h nous devons prendre la hauteur au-dessus du sol du point de connexion de la partie verticale à l'horizontale. Dans cette antenne, les composantes verticales du champ électrique créé par les deux épaules de la charge capacitive se compensent mutuellement. Mais dans une antenne en forme de L (Fig. 1d), ou dans une antenne « parapluie » (Fig. 1,6), une telle compensation n’a pas lieu. Par conséquent, la formule devient légèrement différente : hd = 0,5h( 1 + a - a2/(Cr/Cv+ 1)), où a = h1/h est le rapport des hauteurs des extrémités supérieure et inférieure de la charge capacitive. Nous soulignons que pour les cas présentés sur la Fig. 1,b et fig. 1g, il n'est pas souhaitable d'abaisser l'extrémité inférieure de la charge capacitive jusqu'au sol. Cela réduira l'altitude effective à 0,5 h. S'il n'est pas possible de surélever ces points (par exemple s'il n'y a qu'un seul mât), il est préférable de prolonger les fils qui composent la charge capacitive jusqu'à la terre avec un cordon isolant (on peut aussi utiliser du fil en le cassant en deux ou trois places avec isolateurs). Si les points de montage de l'antenne sont déterminés par la « situation locale » et que le radioamateur n'a aucune envie de se lancer dans des calculs, alors vous pouvez utiliser cette règle simple : vous devez vous efforcer de faire en sorte que la quantité maximale de fil soit située aussi haut que possible. possible (et, comme cela ressortira clairement de ce qui suit, plus loin des arbres, des murs, etc.). Eh bien, quelle hauteur efficace ce sera ! Après avoir traité du premier facteur du « paramètre principal » - le produit de la hauteur effective et de l'intensité du courant dans l'antenne, nous examinerons de quoi dépend le deuxième facteur - l'intensité du courant dans l'antenne - et comment le réaliser. plus grand. Bien entendu, le courant dépend de la puissance de l’émetteur. Mais pas seulement. Cela dépend également de la partie active de la résistance d'entrée R, qui, à son tour, est la somme de la résistance de perte Rп et de la résistance de rayonnement Rizl, comme le montre le circuit équivalent de la Fig. 2.
La résistance au rayonnement (en ohms) à une fréquence de 136 kHz est déterminée par la formule Rizl = 0,00033hd2 et pour les antennes radioamateurs, elle ne dépasse généralement pas quelques dixièmes d'ohm. Dans la grande majorité des cas, la résistance aux pertes est bien supérieure à la résistance aux radiations. En fait, c'est pourquoi on obtient un faible rendement, égal à Rizl / (Rizl + Rp). Dans ces conditions, le courant dans l’antenne dépend principalement de la résistance aux pertes, et la résistance au rayonnement n’a quasiment aucun effet sur le courant. C'est ce rapport entre la résistance aux pertes et la résistance aux radiations qui explique la différence radicale entre les antennes DV et HF. Chez KB, où l'intensité du courant dans l'antenne est principalement déterminée par la résistance au rayonnement, l'ampleur de cette intensité de courant elle-même n'a pas d'importance. L'antenne peut être « alimentée par le courant » ou « alimentée par la tension », l'intensité du courant sera différente, mais la puissance de rayonnement sera la même. En Extrême-Orient, la situation est fondamentalement différente. Le courant dans l'antenne est déterminé par la résistance de perte et la puissance rayonnée est proportionnelle au carré du courant. Par conséquent, il est nécessaire de s'efforcer de rendre le courant aussi grand que possible, pour lequel il est nécessaire de rendre la résistance de perte aussi petite que possible. Si la résistance de perte dans l'antenne Rп est connue, alors avec une puissance de sortie connue de l'émetteur P, il est facile de trouver l'intensité du courant I dans l'antenne : I =v (P/Rп). La résistance de perte se compose de la résistance ohmique du fil d'antenne, de la partie active de la résistance de la bobine d'extension, de la résistance de mise à la terre et de ce que l'on appelle la résistance de perte d'environnement. Cette dernière est associée aux pertes d’énergie dues aux courants induits dans les objets environnants (maisons, arbres…). La résistance d'un fil d'antenne en cuivre d'un diamètre d'au moins 2 mm est généralement très faible et peut être ignorée. Une exception peut être le cas lorsque la partie horizontale de l'antenne (charge capacitive) est très longue (des centaines de mètres) et est réalisée sous la forme d'un seul fil mince. Les composantes restantes de la résistance aux pertes sont bien supérieures. La résistance aux pertes de la bobine d'extension est déjà importante, surtout avec un faible facteur de qualité. Le facteur de qualité est le rapport entre la réactance réactive (inductive) de la bobine à une fréquence donnée et la résistance de perte. Ces dernières sont constituées de pertes dans le noyau magnétique, le cadre et le fil. Les antennes d'émission DV n'utilisent pas de bobines à noyau magnétique, qui sont associées à des courants élevés auxquels il est difficile d'éviter sa saturation. Les pertes dans le diélectrique du cadre sont généralement faibles, mais la recommandation est juste : moins il y a de matière dans le cadre, mieux c'est. Bien entendu, il est conseillé d'utiliser un diélectrique de haute qualité Mais le courant RF circule principalement le long de la surface du fil (effet de peau) et la résistance est donc nettement supérieure à celle du courant continu ou des fréquences audio. Dans de nombreux livres, vous pouvez trouver une formule pour la résistance spécifique (en Ohm/m) d'un fil de cuivre, prenant en compte l'effet de peau : Rsp = (0,084/d)vf où d est le diamètre du fil en mm ; f - fréquence en MHz. Il semblerait que vous puissiez calculer la résistivité du fil de la bobine à l'aide de cette formule, la multiplier par la longueur du fil et obtenir la résistance de perte dans la bobine. Malheureusement, en plus de l'effet de peau, il existe également un effet de proximité, ce qui conduit au fait que la résistance du fil dans la bobine s'avère nettement supérieure à la résistance d'un fil droit. En raison de l'influence des spires les unes sur les autres, le courant ne circule pas uniformément sur toute la surface du fil, mais principalement le long de la partie de la surface tournée vers l'intérieur de la bobine. Par conséquent, une surface moins efficace signifie plus de résistance. Selon les résultats d'une étude menée par l'auteur, en raison de l'effet de proximité, la résistance du fil d'une bobine monocouche augmente de 1 + 4,9(d/a)2 fois, où d est le diamètre du fil ; a est le pas sinueux. Si le pas d'enroulement est réduit (enroulement tour à tour), l'inductance de la bobine augmentera d'un tour, moins de tours seront nécessaires et la longueur du fil diminuera. Mais l’effet de proximité va s’accentuer considérablement. Si vous faites un grand pas d'enroulement, l'augmentation de la résistance due à l'effet de proximité sera moindre, mais vous devrez enrouler plus de tours et la longueur du fil deviendra plus longue. Il s'avère qu'il existe un optimal qui est observé lorsque le pas d'enroulement est environ deux fois le diamètre du fil. En d’autres termes, l’écart entre les spires doit être approximativement égal au diamètre du fil. La résistance de perte dans une bobine dépend-elle du diamètre du fil ? Étonnamment, pratiquement pas. Avec un diamètre de fil plus grand, la longueur d'enroulement augmentera et si vous réalisez la bobine multicouche, l'effet de proximité augmentera. En conséquence, vous devrez faire plus de virages. Si tout cela est analysé mathématiquement en détail, un résultat très inattendu est obtenu : le facteur de qualité de la bobine (et, par conséquent, la résistance de perte pour une inductance donnée) dépend principalement du diamètre du cadre de la bobine ! De plus, le facteur de qualité est directement proportionnel à ce diamètre. Et le facteur de qualité ne dépend presque pas du diamètre du fil. Pour éviter les malentendus, notons que cela n'est vrai que dans le cas où le diamètre du fil est nettement supérieur à l'épaisseur de la couche cutanée. À une fréquence de 136 kHz, cela est effectué pour un fil de cuivre d'un diamètre de 0,5 mm ou plus (c'est généralement le cas). Ainsi, pour obtenir de faibles pertes il est nécessaire de réaliser une bobine de grand diamètre. Le rapport entre le diamètre du cadre et la longueur de l'enroulement revêt également une certaine importance. Il a été établi que le facteur de qualité de la bobine est maximum lorsque le diamètre du cadre est 2 à 2,5 fois la longueur de l'enroulement. Dans ces conditions, pour une estimation très grossière (ou plutôt, ce n'est généralement pas nécessaire) à une fréquence de 136 kHz avec un fil de cuivre massif, des rapports optimaux entre le pas d'enroulement et le diamètre du fil, ainsi que le diamètre du cadre et la longueur d'enroulement , le facteur de qualité d'une bobine monocouche peut être supposé égal au diamètre du cadre en millimètres. Revenons à l'exemple ci-dessus, où la réactance de la bobine doit être d'environ 2000 Ohms, celle active de 10 Ohms et le facteur de qualité de 200. Le diamètre du cadre doit être d'environ 200 mm. Un diamètre de cadre encore plus grand devra être choisi pour obtenir une résistance aux pertes plus faible dans la bobine. On voit que la bobine d'extension de l'antenne d'émission DV doit être réalisée dans de très grandes dimensions. Par conséquent, la bobine n’est généralement pas intégrée à l’émetteur, mais placée séparément. Certes, il existe une possibilité de réduire considérablement les dimensions de la bobine avec les mêmes pertes ou de réduire les pertes avec les mêmes dimensions. Il est nécessaire d'enrouler la bobine non pas avec du fil de cuivre massif, mais avec un fil de Litz spécial pour émetteurs. Il se compose d’un grand nombre (plusieurs centaines) de conducteurs en cuivre très fins et isolés. Il y a généralement une tresse de soie sur les conducteurs. Lors de l'utilisation d'un permis, une attention particulière doit être portée à ce que chaque fil (!!!) soit soudé aux points de connexion de la bobine. Malheureusement, l'auteur ne connaît aucune théorie permettant de calculer le facteur de qualité d'une bobine de licence ; on sait par expérience qu'avec les mêmes dimensions, le facteur de qualité d'une bobine de licence est environ deux fois plus élevé que lorsqu'elle est enroulée. avec fil de cuivre massif. La résistance aux pertes de la bobine d’extension est un élément important de la résistance aux pertes globale de l’antenne. Mais si vous réalisez une bobine d'un diamètre suffisamment grand mais néanmoins acceptable (200...400 millimètres), la principale contribution aux pertes totales viendra de la résistance de terre et de la résistance des pertes environnantes. Ils sont généralement difficiles à séparer et cette résistance commune est souvent appelée résistance de terre. Notons tout de suite que la résistance de terre RF ne coïncide pas du tout avec la résistance de terre aux basses fréquences. Donc, s'il existe une terre « électrique » avec une résistance connue, alors, bien sûr, elle peut et doit être utilisée, mais sa résistance à une fréquence de 136 kHz sera bien supérieure à celle d'une fréquence industrielle de 50 Hz. Malheureusement, il est généralement impossible pour les radioamateurs de calculer les pertes au sol. Les formules utilisées par les professionnels ne sont pas applicables pour des antennes radioamateurs si petites par rapport à la longueur d'onde. Et contrairement aux antennes professionnelles, les antennes amateurs sont généralement situées parmi les maisons, les arbres et autres objets, ce qui affecte considérablement les pertes dans l'antenne. Les radioamateurs ne font généralement pas de mise à la terre particulière, mais utilisent des conduites d'eau, etc. Cela complique également le calcul. Ainsi, nous devrons nous limiter à souligner que la résistance de perte de terre ainsi que la résistance de perte environnante sont généralement d'environ 30 à 100 Ohms, ainsi que des recommandations pour réduire l'ampleur de ces pertes. Comme déjà mentionné, il est nécessaire de maximiser le courant dans l’antenne. Plus la résistance aux pertes est faible, plus elle est grande. Pour réduire la résistance des pertes à la terre dans la pratique radioamateur, il est nécessaire de connecter tout ce qui est possible à partir du métal enfoui dans le sol et situé à la surface de la terre. Il peut s’agir de conduites d’eau, de structures métalliques diverses, etc. N’utilisez pas de conduites de gaz ! C'est inacceptable pour des raisons de sécurité incendie ! Dans la pratique professionnelle, pour réduire les pertes dans le sol, la mise à la terre est réalisée sous la forme dite de « métallisation du sol » sous l'antenne. Il s'agit d'un système de fils enfouis à faible profondeur ou reposant à la surface de la terre. La zone de métallisation doit, si possible, couvrir toute la surface sous la partie horizontale de l'antenne, en s'étendant au-delà de la projection de l'antenne sur le plan de sol d'une distance de l'ordre de la hauteur de l'antenne. S'il n'y a pas de partie horizontale (charge capacitive), alors le rayon de métallisation doit être de l'ordre de la hauteur de l'antenne. Il n'est pas du tout nécessaire de réaliser une métallisation en forme de cercle régulier, par rayon on entend simplement une taille caractéristique. Vous pouvez agrandir le rayon de métallisation, mais le doubler n'a plus beaucoup de sens. Là encore, dans la pratique professionnelle, la distance entre les fils individuels du système de « métallisation de masse » est choisie à environ 1 mètre, et parfois même des tôles pleines sont utilisées. Il est peu probable que cela soit possible dans la pratique des radioamateurs. Par conséquent, même si un semblant d'un tel système de mise à la terre est créé, la distance entre les fils sera probablement plus grande. Cela dépend des capacités d'un radioamateur particulier. Naturellement, avec une métallisation plus « rare » de la terre, les pertes dans la terre augmentent. La métallisation du sol peut augmenter considérablement l'efficacité d'une antenne émettrice LW en réduisant considérablement les pertes. Mais si un radioamateur n'a pas la possibilité de métalliser le sol sous l'antenne (ce qui est le plus souvent le cas), ne désespérez pas ! La plupart des radioamateurs d'Europe occidentale fonctionnent avec succès en utilisant l'approvisionnement en eau existant comme mise à la terre. C'est en fait pourquoi il s'avère que la résistance de terre des radioamateurs est si élevée, bien supérieure à la résistance de terre des antennes DV professionnelles, où la résistance de perte de terre est souvent de l'ordre de 1 Ohm, même pour des antennes relativement petites et de faible puissance. -stations DV électriques. Et aux antennes des stations de diffusion DV, lorsque des dizaines voire des centaines de tonnes (!!!) de métal sont enfouies dans le sol, encore moins - des dixièmes et parfois des centièmes d'ohm. En conséquence, l'efficacité dans ce cas devient très proche de 100 pour cent. Mais les radioamateurs ne peuvent généralement pas compter sur cela, à moins que, de temps en temps, ils ne parviennent à utiliser une antenne DV professionnelle. Mais ce n’est pas seulement la qualité du système de mise à la terre qui détermine les pertes dans l’antenne. Si les conducteurs de l'antenne passent à proximité de maisons, d'arbres, etc., des pertes supplémentaires d'énergie RF se produisent, qui servent à chauffer ces objets environnants. En fait, c'est la perte de l'environnement. Il est nécessaire que les fils d'antenne soumis à un potentiel HF élevé soient situés, si possible, à une distance d'au moins 1...3 m des objets environnants. Et si un tel fil est long et parallèle à « l'objet interférant », la distance doit être choisie encore plus grande. La situation est illustrée sur la Fig. 3.
Pertes dans le cas de la Fig. 3, mais nettement moins que dans le cas de la Fig. 3, b. Dans ce dernier cas, le fil vertical induira des courants RF importants dans le mur de la maison, entraînant des pertes inutiles de puissance d'émission, la consacrant au chauffage du mur. Cette situation doit être évitée. Mais que faire s'il est impossible de retirer le fil d'antenne vertical du mur ? Dans ce cas, il est judicieux de modifier l'antenne comme indiqué sur la Fig. 3, ch. Et bien que le courant dans le fil vertical soit presque le même que dans le cas de la Fig. 3a, mais le potentiel RF par rapport à la terre sera faible (il n'est grand qu'après la bobine d'extension). En conséquence, l'influence du mur de la maison diminuera. La bobine devra cependant être constituée d'une inductance légèrement supérieure, puisque la capacité de l'antenne à laquelle la bobine est connectée ne sera que la capacité du fil horizontal. Dans ce cas, il n'est pas pratique de régler une bobine montée en hauteur. La solution est simple : placez la majeure partie de l'inductance « en haut » et allumez un petit variomètre près de l'émetteur, juste pour affiner l'antenne en résonance. Dans ce cas, la tension sur le fil passant près du mur augmentera légèrement, mais elle ne sera pas aussi importante que dans le cas de la Fig. 3, b. Une situation similaire est représentée sur la Fig. 3d, lorsque l'émetteur est situé au dernier étage d'un immeuble à plusieurs étages. Il semblerait que l'antenne n'ait pas de partie verticale, mais en fait elle en a. C'est juste que son rôle est joué par un fil de terre, par exemple des conduites d'eau. Ils sont situés à proximité immédiate des murs, mais comme il n'y a pratiquement aucun potentiel RF sur eux, comme sur la partie verticale de l'antenne de la Fig. 3,c, l’influence des murs est faible. L'antenne fonctionnera donc de manière tout à fait satisfaisante. Les exemples considérés montrent que des pertes environnementales particulièrement importantes se produisent lorsque des parties de l'antenne porteuses d'un potentiel élevé sont situées à proximité d'objets environnants. Bien entendu, la réduction de la tension sur l’ensemble de l’antenne, ainsi que la réduction de la tension sur une partie de l’antenne, réduisent les pertes environnementales. Ceci explique la remarque précédente selon laquelle l'augmentation de la capacité totale de l'antenne augmente l'efficacité de l'antenne. En effet, une augmentation de la capacité de l'antenne entraîne une diminution de la tension aux bornes de celle-ci et, par conséquent, une diminution des pertes environnementales. Avec la même puissance d'émission dans la partie verticale de l'antenne, il sera possible d'obtenir une intensité de courant plus élevée et, par conséquent, le signal émis augmentera. Bien entendu, les chiffres donnés et leurs commentaires n'épuisent pas toutes les situations pouvant survenir lors de la mise en œuvre pratique de l'antenne. Mais l’auteur espère qu’ils illustreront une approche générale pour concevoir une antenne à ondes longues avec des pertes environnementales minimales dans des conditions données. Eh bien, dans chaque cas spécifique, le radioamateur devra réfléchir, expérimenter et prendre des décisions de manière indépendante. En conclusion, quelques mots sur la connexion de l'antenne à l'émetteur. D'après ce qui précède, il est clair que l'impédance d'entrée de l'antenne après l'avoir réglée pour entrer en résonance avec la bobine ne sera dans la plupart des cas pas égale à 50 ou 75 Ohms. Mais ce n’est pas nécessaire, il n’y a pas de câble coaxial. Il vous suffit de fournir à l'émetteur la possibilité d'ajuster l'impédance de sortie. Le moyen le plus simple de procéder consiste à utiliser un circuit de transformateur push-pull de l'étage de sortie de l'émetteur. Dans ce cas, l'enroulement secondaire du transformateur doit être réalisé avec des prises et un interrupteur doit être installé. Il semble que la gamme d'impédances de sortie 5, 7, 10, 15, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200 Ohms soit tout à fait suffisante pour toutes les antennes radioamateurs, y compris les « très mauvaises » et les « très bonnes ». . Un interrupteur à bascule standard à 11 positions fera l'affaire. Pour affiner l'antenne à la résonance, il est hautement souhaitable de disposer d'un variomètre provenant d'un émetteur à ondes longues ou moyennes. L'auteur utilise un variomètre de l'unité à ondes moyennes de la station radio RSB-5, qui a une inductance maximale d'environ 700 μH. Bien sûr, cela ne suffit pas, et une bobine d'inductance constante supplémentaire assez grande est connectée en série avec le variomètre, et le variomètre ne sert qu'au réglage. Dans la version décrite de la connexion entre l'antenne et l'émetteur, le réglage revient à sélectionner la position du commutateur qui fournit un courant maximum dans l'antenne et à régler l'inductance de la bobine d'extension. Après chaque commutation de l'impédance de sortie de l'émetteur, il est nécessaire d'ajuster l'inductance (variomètre) pour obtenir une résonance, obtenant ainsi un courant maximum dans l'antenne. Il existe d'autres options pour le circuit de sortie de l'émetteur et d'autres méthodes de configuration, mais en discuter nous éloignerait trop du sujet principal de l'article. Par conséquent, pour conclure la présentation, je souhaite au lecteur des expériences réussies et à bientôt aux ondes longues ! Auteur : Alexandre Iourkov (RA9MB)
Cuir artificiel pour émulation tactile
15.04.2024 Litière pour chat Petgugu Global
15.04.2024 L’attractivité des hommes attentionnés
14.04.2024
▪ Les téléphones portables avec des caméras de 3 mégapixels apparaîtront cette année ▪ Communication avec des capteurs à travers le mur ▪ Gaz d'échappement des avions ▪ Nous avons peur des serpents et des araignées dès la naissance
▪ rubrique du site Technologies radioamateurs. Sélection d'articles ▪ Article de Tsushima. Expression populaire ▪ article Pourquoi un faux s'appelle-t-il un tilleul? Réponse détaillée ▪ article sur la dryade. Légendes, culture, méthodes d'application ▪ article Récolter du venin d'abeille. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Page principale | bibliothèque | Articles | Plan du site | Avis sur le site
www.diagramme.com.ua |
Voir d'autres articles section 
Dernières nouvelles de la science et de la technologie, nouvelle électronique :
Toutes les langues de cette page