Facteur Q et efficacité de l'antenne cadre. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes VHF

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Les antennes cadres de petite taille suscitent l’intérêt des radioamateurs depuis de nombreuses années. Récemment, des antennes produites commercialement sont apparues et peuvent être réglées à distance à l'aide d'unités de commande motorisées.

Il est bien connu que le facteur de qualité Q d'une trame petite (par rapport à la longueur d'onde X) est élevé, et donc la bande passante 2Δf = f 0/Q ne dépasse pas quelques pour cent de sa fréquence de résonance f 0. L'efficacité ( efficacité) du cadre est soit une information légendaire, soit une information totalement peu fiable.

Dans des conditions radioamateurs, il n'est pas difficile de fabriquer une antenne cadre, de la régler sur la fréquence souhaitée f 0 et de la coordonner avec le chargeur. Il est facile de déterminer la bande passante 2Δf, au moins par l'augmentation du module de la résistance d'entrée de 1,4 fois lorsqu'elle est désaccordée de Δf. Le ROS dans le chargeur varie de l'unité à la fréquence f 0 à environ 2,6 aux fréquences f 0 ± Δf. Il s'avère que ces données sont tout à fait suffisantes pour évaluer l'efficacité de l'antenne cadre construite, dont les dimensions, bien entendu, sont également connues. Dérivons, avec l'auteur, quelques formules simples qui nous permettront d'estimer le efficacité. Si quelqu'un n'aime pas les mathématiques, il peut simplement regarder la fin de l'article avec les conclusions et les résultats. J'espère qu'il ne les trouve pas difficiles (salut).

Nous parlerons donc d’un cadre « rond » de périmètre p = πD, sensiblement plus petit que λ/2 (Fig. 1). L'inductance du cadre est compensée par la capacité du condensateur d'accord C, ainsi l'antenne est accordée en résonance, et sa résistance devient purement active et égale à R∑ + Rn, où R∑ est la résistance au rayonnement ; Rn - résistance aux pertes. Dans ce cas, un courant annulaire d'amplitude maximale avec une répartition presque uniforme le long du périmètre s'établit dans le cadre. La coordination avec le câble se fait de différentes manières : avec une boucle de communication, un transformateur en ferrite ou un câble gamma, comme sur la Fig. 1.

Présentons d'abord les formules connues de la théorie des antennes qui sont utiles pour calculer une antenne cadre. Sa résistance aux radiations R∑ = 20π2р4/λ4, comme nous le voyons, est assez faible et diminue rapidement avec la diminution du périmètre. Ils essaient également de réduire la résistance de perte, puisque efficacité = R∑/(R∑ + Rn).

Le facteur de qualité du cadre, ainsi que d'un circuit oscillant conventionnel, est égal au rapport de la réactance inductive à la fréquence de résonance X = 2πf 0L à la réactance active : Q = X/2(R∑ + Rn). Le deux au dénominateur est introduit pour prendre en compte l'impédance de sortie de l'émetteur ou l'impédance d'entrée du récepteur transformée en trame, égale (selon les conditions d'adaptation) à l'impédance active de l'antenne. Pour une antenne sans perte (Rn = O, efficacité = 100%), le facteur de qualité est une valeur finie, puisque les pertes de rayonnement utiles subsistent : Q0 = X/2R∑. Il est également facile de montrer que efficacité = Q/Q0.

Pour calculer l'inductance d'un châssis, pas mal de formules ont été proposées dans la littérature, légèrement différentes par les coefficients numériques (il n'existe pas de formule absolument exacte, car il est difficile de prendre en compte les petits effets : la différence de forme d'un cercle, le diamètre final du fil, la répartition du courant sur sa surface, l'effet peau, etc.) d.). L'auteur préfère utiliser la formule la plus simple et assez précise - L = μ0R ln(R/r), où μ0 = 4π10-7 H/m est la constante magnétique ; R = D/2 et r = d/2 sont respectivement les rayons du cadre et du fil. Toutes les dimensions ici sont en unités SI. On voit que l'inductance est directement proportionnelle au diamètre du cadre D, multiplié par le facteur de forme β = ln(D/d). Ses valeurs sont indiquées sur le graphique (Fig. 2)

Calculons la réactance inductive X = 2πf0L = πf0Lμ0Dβ et passons de la fréquence à la longueur d'onde, en tenant compte du fait que f0 = c/λ. c = 1√µ0/e0(vitesse de la lumière) et √µ0/e0 = 120π (impédance caractéristique de l'espace libre) :

Reste à trouver le facteur qualité :

Comme pour les autres petites antennes (voir les articles précédents de l’auteur sur ce sujet), le facteur de qualité s’est avéré inversement proportionnel au cube de dimensions linéaires ou au volume du champ proche de l’antenne. Simplifions la formule : puisque π ≈ 3 avec une erreur de pas plus de 5 %, nous l'écrirons enfin :

Q0 = β(λ/p)3.

Cela devrait être le facteur de qualité d'une antenne cadre avec une efficacité = 100 %. Si la valeur mesurée de Q est inférieure (et théoriquement elle ne peut pas être supérieure), alors efficacité = Q/Q0. Désormais, les radioamateurs pourront, en calculant le facteur de qualité Q0 requis le long du périmètre connu du cadre et en mesurant le facteur de qualité réel Q, déterminer l'efficacité de leur antenne.

Auteur : Vladimir Polyakov (RA3AAE), Moscou

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