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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Sur l'influence d'une traverse métallique sur le fonctionnement d'une antenne. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes. La théorie Dans l'article proposé, les auteurs ont tenté de clarifier les recommandations disponibles dans la littérature radioamateur concernant l'effet d'une antenne métallique sur un vibrateur demi-onde. En conséquence, des valeurs de correction de la longueur du vibrateur, adaptées à une utilisation pratique, ont été obtenues en fonction du rapport des dimensions "vibrateur-traversée", de la fréquence de fonctionnement et de la distance de l'abrateur à l'extrémité de la traversée. , pour trois méthodes principales de sa fixation. La traverse métallique, sur laquelle sont fixés les éléments de l'antenne vibrante, est située dans le champ proche de l'antenne et peut avoir un effet significatif sur ses paramètres. En particulier, les dimensions de tous les éléments de l'antenne « canal d'onde », calculées sans tenir compte de cette influence, nécessitent une correction. Dans la littérature dont disposent les auteurs, aucune analyse détaillée de cet effet, aucune méthode pour en tenir compte, ni une correction efficace et à forte intensité de main d'œuvre n'ont été trouvées. Dans les descriptions des antennes, au mieux, il est indiqué que les dimensions sont données pour un montage sur une traverse métallique d'un certain diamètre [1] ou il y a une remarque que dans la bande 432 MHz, la méthode de fixation des vibrateurs sur la structure porteuse a une grande influence sur les propriétés de l'antenne [2] . Dans [3] il est recommandé d'allonger les vibrateurs de 0,5...1% en présence d'une traverse métallique, et dans [4] une recommandation est donnée sur la nécessité de prendre en compte l'influence de la traverse en augmentant la longueur calculée des vibrateurs aux 2/3 du diamètre transversal. Il est noté dans le livre [5] que pour le réflecteur et le dernier directeur la condition "2/3" n'est valable que si les extrémités correspondantes de la traverse dépassent d'au moins cinq diamètres de traverse. Dans la traduction russe du livre de K. Rothammel et A. Krishke [6], on note le rapprochement et les limites de la règle empirique "2/3" et l'influence de la méthode de fixation de l'élément, ainsi que l'épaisseur et la forme de la section transversale de la traverse est indiquée. Au même endroit, en référence aux travaux de DL6WU [7, 8], un bref tableau des corrections de longueur des éléments passifs des antennes « canal d'onde » dans les bandes 145 et 432 MHz est donné. Méthodologie et modèles L'influence de la traversée conductrice sur la longueur de résonance du vibrateur demi-onde a été étudiée par simulation électrodynamique à l'aide du programme WIPL [9], qui est utilisé pour analyser les structures rayonnantes et diffusantes des fils et des plaques sans prendre en compte les pertes. Trois méthodes typiques de fixation symétrique d'un vibrateur rond sur une traverse hexagonale ont été modélisées (Fig. 1) : 1 - le vibrateur est isolé de la traverse, les axes du vibrateur et de la traverse ne se croisent pas ; 2 - le vibrateur est isolé de la traverse, leurs axes se croisent ; 3 - le vibrateur est connecté à la traverse (il y a un bon contact électrique - soudage), les axes du vibrateur et de la traverse se croisent.
On croyait également qu'il n'y avait qu'un seul vibrateur sur la traverse et que rien d'autre que la traverse n'affectait sa longueur de résonance. L'effet des vibrateurs non résonants dans les antennes multi-éléments et leur correction de longueur seront discutés ci-dessous. La longueur de résonance exacte d'un vibrateur demi-onde d'un diamètre donné avec une excitation symétrique à une fréquence donnée a été déterminée par la condition X=0, où X est la partie imaginaire de la résistance d'entrée complexe Z=R+jX du vibrateur. Tout d'abord, la longueur résonante Lo dans l'espace libre (sans traverse) a été déterminée, puis, de la même manière, la longueur résonante L dans les conditions données de fixation de l'élément sur une traverse donnée. La valeur de correction requise a été calculée sous la forme l=L-Lo ou en pourcentage sous la forme σ=(l/Lo)·100 %. L'influence sur la longueur résonante du mode de fixation de l'élément sur la traverse (1, 2. 3), le diamètre b de la traverse équivalente de section circulaire, la longueur de l'extrémité saillante de la traverse t lorsque le vibrateur est attaché à son extrémité, le diamètre du vibrateur d et sa longueur (indirectement par la fréquence f, qui détermine la longueur d'onde X), ainsi que l'influence de l'écart s entre le vibrateur isolé et la traverse. Dans le tableau. Le tableau 1 montre les intervalles des paramètres de simulation relatifs, dont les résultats sont ensuite utilisés pour obtenir des ratios calculés empiriques. Pour une traverse hexagonale avec méthode de montage du vibrateur 3, taille b=1,09D. Une estimation de la "longueur active" de la traverse, c'est-à-dire une telle distance du vibrateur aux extrémités de la traverse, dont l'augmentation n'entraîne pratiquement pas de modification de la valeur de correction, peut être réalisée à l'aide des résultats de la simulation. montré sur la fig. 2. Compte tenu des limites du programme WIPL, pour la modélisation dans la plage de fréquences de 150 ... 1200 MHz et dans toute la plage des diamètres transversaux de 7,4 ... 29,6 mm, la longueur efficace t1 est prise égale à 92 mm.
Résultats de la simulation Sur la fig. Les figures 2 à 4 montrent des tracés sélectifs montrant la nature des dépendances de la correction sur les paramètres de simulation. Notons quelques régularités générales. La présence d'une traverse métallique dont l'épaisseur est supérieure à l'épaisseur du vibrateur, avec tous les modes de fixation, entraîne un raccourcissement électrique notable du vibrateur, c'est-à-dire une augmentation de sa fréquence de résonance. Pour restaurer la longueur de résonance à la fréquence précédente, il est nécessaire d'augmenter la longueur calculée du vibrateur du montant du raccourcissement l. L'analyse a montré que cet effet est dû aux courants transversaux de la traverse. Il ne peut donc pas être détecté par simulation transversale à l'aide de programmes pour conducteurs minces (MININEC, ELNEC, MMANA), où seuls les courants longitudinaux des conducteurs sont pris en compte, même si un diamètre de fil suffisamment grand est spécifié. De la fig. 2 il s'ensuit que plus le vibrateur est long, plus la valeur de la correction l est faible. Aux fréquences de 600 et 1200 MHz, l'effet de résonance de la traverse est perceptible, bien qu'insignifiant. L'influence de la traverse est la plus prononcée dans les connexions réalisées selon la méthode 3, et lors du montage du vibrateur sans contact électrique, elle dépend de manière significative de la taille de l'espace s dans la méthode 1 et ne dépend presque pas de la taille de l'espace. (dans des limites raisonnables) dans l'option de montage 2. La valeur de correction pour une épaisseur donnée de la traverse dépend différemment de l'épaisseur du vibrateur (Fig. 3) : pour les connexions avec contact de type 3, avec une augmentation du diamètre du vibrateur, elle diminue sensiblement, pour les connexions de type 2 sans contact, au contraire, elle augmente, et dans la méthode 1, cette dépendance est très faible et pratiquement absente à jeu nul. L'effet de la fréquence est réduit à une augmentation modérée de la valeur de l avec une fréquence croissante - 1,5 ... 2 fois dans la plage de 100 ... 1200 MHz.
L'épaisseur (diamètre) de la traverse a la plus forte influence sur la valeur de correction (Fig. 4). Ainsi, à une fréquence de 800 MHz, un diamètre de vibrateur de 2 mm (longueur de résonance sans traverse 176,2 mm) et un diamètre de traverse b = 14,8 mm, la correction était de 9,74 mm (ce qui, d'ailleurs, dans ce cas est proche à la valeur 2b/3 , citée dans la littérature comme recommandation pour corriger la longueur de tout vibrateur doté d'un raccordement du 3ème type). Une double augmentation de b a entraîné une augmentation de I de 2,47 fois et une double diminution - à une diminution correspondante de l de 2,59 fois.
Une augmentation significative de la correction lorsque le lieu de fixation du vibrateur est retiré de l'extrémité de la traverse est déterminée jusqu'à des distances de 3 ... 5 diamètres de la traverse (Fig. 4), et si le vibrateur est monté à la toute fin de la traversée (t = 0), alors la valeur de l peut être d'environ 60 à 70 % du maximum. Sur la fig. 5 montre des croquis de plusieurs modèles avec des sections transversales rectangulaires et carrées.
Sur le modèle de la fig. Sur la figure 5a, des calculs de corrections sont effectués pour comparaison avec une méthode de fixation similaire (1) sur une traverse hexagonale de mêmes diamètres de section circulaire équivalente à la 3ème méthode (b = 14,8 mm). Cette comparaison est présentée sur la Fig. 6, d'où il résulte que dans ce cas, lorsque le vibrateur est parallèle à l'une des faces d'une traverse carrée, l'influence d'une telle traverse est sensiblement plus forte. Le diamètre d'une traverse circulaire, équivalente à une traverse carrée avec fixation réalisée selon la méthode 3 (Fig. 5, d), est considéré comme b = 1.14D.
Application pratique Sur la base des résultats de la modélisation des différentes manières de fixer le vibrateur à la traverse, des expressions empiriques ont été obtenues qui relient la valeur de la correction requise aux données initiales (dimensions et fréquence). Pour trouver ces dépendances, plusieurs procédures de régression ont été utilisées (Stat-graphtcs plus v.2.1 [10]). L'erreur quadratique moyenne dans le calcul de la valeur relative de la correction l/b selon les formules est de 0,0115 pour la méthode de fixation 1, 0,00758 pour la méthode de fixation 2 et 0,0132 pour la méthode 3. Les formules de calcul sont très lourdes et ne sont pas données ici. Selon les formules obtenues, des programmes de calcul ont été élaborés. Textes du programme : boom_r.bas en russe et boom_e.bas en anglais en Turbo-Basic, ainsi que les fichiers exécutables boom_r.exe et boom_e.exe, respectivement, peuvent être téléchargés par conséquent,. La saisie des données s'effectue en mode dialogue avec des restrictions conformément au tableau. 1. Étant donné que les programmes fonctionnent sur des tailles relatives, la plage de fréquences pour les calculs n'est pas limitée par la plage de simulation.
Dans le tableau. La figure 2 montre à titre de comparaison les valeurs de correction (méthode de montage 3) pour une fréquence de 432 MHz, obtenues par DL6WU [8] pour un diamètre d'élément inconnu d et calculées à l'aide de notre programme pour trois valeurs de d.
Vibreurs non résonnants Les résultats obtenus peuvent également être utilisés pour corriger la longueur des vibrateurs passifs non résonants des antennes « canal d'onde ». Pour ce faire, il faut d'abord calculer la valeur relative 20 de la correction pour un vibrateur résonant dans les mêmes conditions. Le programme Boom convertit la correction absolue l (en millimètres) en relative σ (en pourcentage). Ensuite, la même valeur de correction relative l est appliquée à la longueur calculée (hors influence de la traversée) du vibrateur passif et, par conséquent, la valeur absolue de la correction est obtenue. Par exemple, la longueur calculée d'un réflecteur d'un diamètre de 50 mm à une fréquence de 3060 MHz est de 80 mm. Diamètre de traverse b=140 mm, t=3 mm, fixation type 1 ou type 20 avec jeu s=32,74 mm. Le calcul selon le programme de rampe donne la correction l=1,15 mm (σ=3%) pour le type de fixation 8,44, l=0,3 mm (σ=1%) - pour le type 1,15. Par conséquent, dans le premier cas, le réflecteur est nécessaire pour l'allonger de 3060% de sa longueur estimée, soit de 0,0115-35,2 = 0,3 mm, et dans le second - de 3060% de la longueur estimée, soit de 0,003 9,18 = XNUMX mm. Cette technique, avec une erreur de déphasage allant jusqu'à ±3°, est applicable aux vibrateurs dont la longueur diffère de celle des vibrateurs résonants de ±10 % ou moins. L'influence du déplacement sans correction peut conduire dans ce cas à un écart de phase allant jusqu'à ±15°. L'influence d'autres vibrateurs est également facile à prendre en compte à l'aide de simples simulateurs d'antennes filaires, comme MININEC, etc. L'adéquation de cette technique a été testée dans la pratique, en particulier dans le développement d'antennes fixes à « canal d'onde » à 11 éléments dans la gamme 820 ... 875 MHz pour les abonnés cellulaires distants. Les longueurs calculées de tous les éléments (d = 5,6 mm) ont été augmentées de 2,3 % pour une installation sur une traverse en aluminium d'un diamètre de 15 mm selon la méthode 2 avec une longueur d'extrémités saillantes de la traverse d'au moins 60 mm. Toutefois, si l'élément (réflecteur ou dernier directeur) est installé à une distance de 10 mm de l'extrémité de la traverse, sa longueur ne doit être augmentée que de 1.5 %. Nous espérons que les résultats obtenus pourront être utiles aux radioamateurs, ainsi qu'aux développeurs et concepteurs d'antennes vibrantes pour la télévision, les communications radio et d'autres applications. Les questions, commentaires, suggestions, commentaires et critiques seront reçus avec gratitude à : . Les auteurs remercient V. V. Krylov et I. P. Kovalev pour leurs précieux conseils et commentaires. littérature
Auteurs : A. Grecchikhin (UA3TZ), N. Seleznev, Nizhny Novgorod
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