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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Antenne cadre électriquement raccourcie. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes VHF Dans un certain nombre de cas pratiques, les dimensions de l'antenne, proportionnelles à la longueur d'onde, sont inacceptablement grandes. C’est pourquoi des (petites) antennes électriquement raccourcies ont été développées. Il est également important que l’antenne soit le seul élément à émettre ou à recevoir de l’énergie électromagnétique. L'une des variantes de ces antennes, une antenne cadre électriquement raccourcie, est abordée dans l'article. Les expériences ont été réalisées à des fréquences de 14, 27 et 430 MHz. Une antenne cadre a les meilleures propriétés lorsqu’elle couvre la plus grande surface pour un périmètre donné, c’est-à-dire qu’il s’agit d’un cadre rond. Mais pour plus de commodité, tournons-nous vers le cadre carré et la polarisation verticale des ondes émises (reçues) (Fig. 1a).
Le coefficient de directivité (DAC) d'un cadre carré de périmètre e = λ (λ est la longueur d'onde) en espace libre par rapport à un dipôle demi-onde est de 1,35 dB avec une résistance de rΣ = 100 Ohm [1]. Une boucle carrée polarisée verticalement peut être considérée comme constituée de deux dipôles verticaux demi-onde chargés aux extrémités (chargement capacitif) et séparés par un quart de longueur d'onde. Il n'y a pas de rayonnement ascendant et descendant, puisque les courants dans les conducteurs horizontaux du cadre s'annulent. La distribution du courant I et de la tension U le long du conducteur du cadre est illustrée à la fig. 1b. Les points A et C, ventres de courant, sont des points de potentiel nul. Lorsque l'antenne est connectée à l'espace au point A, un dipôle est alimenté en courant et l'autre - aux points B et D - en tensions antiphases. Les diagrammes de rayonnement du cadre situé en espace libre, dans les plans vertical et horizontal, sont représentés sur la fig. 1 c, d et ont une forme proche du diagramme de rayonnement d'un dipôle demi-onde [2]. Le raccourcissement électrique de l'antenne cadre peut être effectué en augmentant la charge capacitive des dipôles en activant les ventres de tension, c'est-à-dire, aux points B et D, les capacités, ce qui modifie en outre la phase de la tension à ces points de 180 ° (Fig.2, a). Appelons cette antenne une antenne cadre raccourcie de deux demi-cadres.
Le courant dans le circuit du cadre circule désormais dans une seule direction (Fig. 2, b), c'est-à-dire que les courants dans les conducteurs opposés du cadre s'avèrent être dirigés de manière opposée les uns par rapport aux autres. Cela signifie qu'il n'y a pas de rayonnement dans la direction perpendiculaire au plan du cadre, c'est-à-dire que le diagramme de rayonnement est approximativement un cercle dans le plan vertical et un « chiffre huit » dans le plan horizontal (Fig. 2, c, d). Si nous considérons deux dipôles demi-onde avec des courants égaux dirigés de manière opposée comme analogues de cette antenne, alors le gain dans le plan horizontal par rapport au diagramme de rayonnement circulaire est de 3,8 dB [1]. Ainsi, cette antenne dans ses propriétés se rapproche d'une antenne magnétique - une antenne avec une répartition de courant constante le long du contour de la boucle et rayonnant principalement la composante magnétique du champ électromagnétique dans la zone proche. L'antenne considérée a quatre points de potentiel zéro : A, C - ventres du courant et B, D - points médians des distances entre les plaques des condensateurs - nœuds de tension. En conséquence, l'antenne peut être alimentée à proximité de ces points. Le moyen le plus simple consiste à utiliser une adaptation en forme de T lorsqu'il est alimenté dans le ventre de courant (Fig. 3, a) [2] ou un diviseur de tension capacitif lorsqu'il est connecté à un nœud de tension (Fig. 3, b) [1].
Les paramètres approximatifs du circuit de connexion peuvent être déterminés à partir des considérations suivantes.
Une autre version d'une antenne cadre électriquement raccourcie est connue - un dipôle demi-onde avec une charge capacitive, plié dans un cadre (Fig. 4, a). Pour mettre en œuvre cette antenne, le périmètre de la boucle doit être inférieur à la moitié de la longueur d'onde. Points de potentiel nul - point A et milieu de la distance entre les armatures du condensateur C (Fig. 4, b). Le diagramme de rayonnement coïncide approximativement avec le diagramme de rayonnement d'une antenne cadre composée de deux demi-cadres. La ligne électrique est connectée à proximité des points de potentiel zéro, comme cela se fait dans une antenne cadre à deux demi-cadres.
Une antenne cadre raccourcie de deux demi-cadres se caractérise par une répartition plus uniforme de l'amplitude du courant le long du conducteur boucle par rapport à une antenne cadre avec une boucle continue, donc, avec les mêmes périmètres, elle a une grande résistance au rayonnement rΣ et, en conséquence, un rendement ηA (rendement) plus élevé. Le gain selon les données de mesure atteint 3 dB à e/λ = 0,2. L'étude d'une antenne cadre raccourcie de deux demi-cadres a été réalisée aux fréquences de 14, 27 et 430 MHz. Pour une fréquence de 14 MHz, une monture carrée en fil de cuivre d'un diamètre de 2 mm avait un périmètre e = 0λ, capacité 2C = 22 pF, facteur de qualité d'une trame non chargée Q = 100, résistance au rayonnement rΣ = 2 Ω, résistance d'entrée dans le ventre de courant rin = 10 Ω, efficacité ηA - 0,1 et bande passante 0,3 MHz. Pour connecter un câble avec une impédance d'onde Pl = 50 Ohm, le diviseur de tension capacitif était composé de condensateurs C = 47 pF et Cn = 510 pF, et la longueur de la section du conducteur du cadre pour l'adaptation en forme de T eτ = 160 mm. L'équilibrage a été réalisé à l'aide d'un anneau de ferrite et de plusieurs tours d'un câble coaxial [2]. L'antenne était utilisée comme récepteur de salle pour surveiller le travail des stations de radio amateur. Dans certains cas, il a été possible de réduire le niveau des signaux brouilleurs grâce à la symétrie de l'antenne, qui atténue les interférences de mode commun, et à la présence de « nuls » dans le diagramme de rayonnement. Pour une fréquence de 27 MHz, plusieurs antennes ont été réalisées à partir de deux demi-cadres de périmètres e = (0,1 ... 0,5)%. Leur étude a donné ce qui suit. Pour l'antenne cadre considérée, la résistance au rayonnement diminue très fortement avec une diminution de la taille. Cela dépend du carré de l’aire (ou de la puissance quatrième du périmètre du cadre circulaire). Par conséquent, pour les antennes-cadres avec un périmètre e < 0,1 A, la résistance au rayonnement est bien inférieure à la résistance aux pertes et la bande passante de l'antenne est déterminée uniquement par les paramètres du circuit LC de l'antenne. Pour une antenne cadre avec un périmètre e > 0.2A. la résistance au rayonnement devient proportionnelle à la résistance à la perte, le facteur de qualité commence à baisser et la bande passante et l'efficacité de l'antenne augmentent. De plus, lors de l'alimentation de l'antenne, il est souhaitable de s'efforcer de garantir que les parties centrales des vibrateurs, c'est-à-dire les ventres du courant, soient exemptes d'éléments de liaison. Par conséquent, un diviseur de tension capacitif est préférable à une adaptation en forme de T. L'antenne cadre de 430 MHz mesurait 36 x 22 mm et était constituée d'un fil de cuivre plaqué argent d'un diamètre de 1,5 mm. Les capacités 2C étaient constituées de condensateurs ajustables de 1 à 5 pF. Une correspondance asymétrique en forme de T a été utilisée. La tresse de câble avec Pl = 50 Ω a été connectée au point de potentiel zéro - le ventre du courant et l'âme centrale - à une distance de 10 mm de celui-ci. La bande passante de l'antenne chargée est de 4,5 MHz, l'efficacité est de 0,05 ... 0,1. L'antenne cadre considérée est symétrique, ne nécessite pas de contrepoids, possède des points de potentiel nuls (ce qui permet l'utilisation de méthodes d'alimentation conventionnelles), peut être réglée par des condensateurs variables, est peu sensible à la présence d'objets diélectriques et faiblement conducteurs dans son voisinage immédiat et ne contient pas d'éléments d'adaptation inductifs. Pour un périmètre donné, l'antenne boucle ronde la plus courte, composée de deux demi-cadres, alimentés par un diviseur de tension capacitif avec les pertes les plus faibles possibles dans le matériau du cadre et les condensateurs, a le rendement le plus élevé. littérature
Auteur : N. Turkin, Saint-Pétersbourg
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