Antenne HF directionnelle à sept bandes BMA-7. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Une antenne toutes ondes, ou du moins une antenne fonctionnant sur la plupart des neuf bandes HF amateurs, est le rêve de nombreux ondes courtes. La tâche de création d'une antenne multibande devient beaucoup plus compliquée lorsqu'il s'agit d'une antenne directionnelle. Une solution intéressante est proposée dans l'article publié. Les idées utilisées par UT1MA dans cette conception peuvent être utiles aux ondes courtes dans leur propre développement d'antennes KB.

Les antennes directionnelles multibandes « canal d'onde » pour les communications radioamateurs sont très populaires, elles sont produites par des dizaines d'entreprises dans de nombreux pays. De telles antennes sont principalement réalisées à l'aide de circuits résonants séparateurs - TRAP, ou échelles [1, 2]. Malgré les commodités évidentes, cette technologie est rarement utilisée dans la conception d'antennes amateurs, ce qui s'explique tout d'abord par la complexité de la fabrication artisanale d'une échelle fiable et finement réglée.

Récemment, des conceptions d'antennes sont apparues dans lesquelles le problème du fonctionnement multibande est résolu de manière plus simple, en utilisant ce que l'on appelle les circuits de charge multibandes (LOad Multiband ou LOM en abrégé). L'élément principal d'une telle antenne est une bobine avec une certaine inductance, située à un certain endroit de l'élément actif ou passif. Le mécanisme d'action de la charge LOM est qu'à des fréquences relativement élevées, la bobine provoque une réflexion importante du courant, de sorte que sa répartition sur la partie "pré-bobine" est proche de la répartition dans un dipôle conventionnel avec une longueur d'épaule d'environ 0,25λ. Aux basses fréquences, le courant se propage sur toute la longueur du bras d’antenne et la bobine fonctionne comme une bobine d’extension [3].

Essayons de comparer les principaux paramètres de deux dipôles à trois bandes : avec échelles et avec bobines LOM. Les calculs ont été effectués à l'aide du programme d'antenne MMANA (TNX JE3HHT et DL2KQ pour un excellent programme).

La figure 1a montre un dessin d'un dipôle pour les portées de 10, 20 et 40 mètres. Les bras du dipôle sont symétriques, ce qui permet de ne montrer que la moitié du dipôle pour simplifier la figure. On part du fait que les condensateurs pièges L1C1 (fréquence de résonance f1 = 28,3 MHz) et L2C2 (f2 = 14,15 MHz) sont formés de tubes situés à l'intérieur et à l'extérieur de la bobine. Notez que cette conception technologiquement pratique des condensateurs présente un inconvénient important - en raison de l'influence de ces tubes, le facteur de qualité des bobines (et du circuit dans son ensemble) diminue de 3 à 4 fois et dans de nombreux modèles ne dépasse pas Q = 80 ... 100. En conséquence, les pertes dans les circuits et leur échauffement augmentent d'autant.

Nous acceptons C1 = 25 pF, C2 = 15 pF, Q1 = 100 et Q2 = 80, et le diamètre du conducteur d'antenne (tube) est de 30 mm. Les sections dipolaires ab, cd, par exemple, ont des longueurs auxquelles la composante réactive de la résistance d'entrée est proche de zéro dans les trois plages.

Des diagrammes de changement de l'amplitude du courant le long du dipôle dans différentes plages sont présentés sur les Fig. 1b (portée 10 mètres), fig. 1,c (20 mètres) et fig. 1, g (40 mètres). Les flèches sur les diagrammes montrent la direction du courant dans les parties correspondantes du dipôle. MMANA montre qu'il existe également un petit courant sur les parties du dipôle situées derrière les échelles, qui apparaît à la suite d'interférences provenant de la zone de travail de l'antenne.

Sur une portée de 10 mètres, ce courant augmente significativement, d'environ 0,4 dB, le gain de l'antenne en rétrécissant le diagramme de rayonnement (DN) et augmente également l'impédance d'entrée de l'antenne.

Les résultats du calcul sont résumés dans le tableau. Dans celui-ci, R est l'impédance d'entrée de l'antenne à la résonance. Le gain G est donné par rapport à un dipôle demi-onde sans pièges.

Séparément, les pertes thermiques totales dans deux bobines PL1 et deux PL2 sont mises en évidence, puisque la fiabilité de l'antenne dépend directement de ces pertes. G est la largeur du lobe principal du motif à -3 dB, soit 0,707 du maximum. Lors de l'estimation des pertes thermiques, on peut supposer que 0,1 dB correspond à environ 2,4 % de la puissance totale. La longueur totale du dipôle est de 2x6,7 m.

Sur la fig. 2, et montre également un dipôle pour les portées de 10, 20 et 40 mètres, mais contrairement au premier, il n'utilise pas d'échelles, mais des bobines LOM. Les valeurs L1 et L2, les longueurs des sections ab, cd, par exemple et les charges capacitives EH1 et EH2 sont choisies de manière à ce que la composante réactive de la résistance d'entrée soit proche de zéro dans les trois plages. En particulier, la longueur du premier tronçon ab sera alors d'environ 0,25 longueur d'onde pour une portée de 10 mètres. En raison de la présence de L1 dans cette plage, la forme de la courbe de courant dans la section ab est presque la même que celle d'un dipôle demi-onde.

Le courant derrière la bobine dans la section cd est plusieurs fois inférieur à celui de la première section. Ceci est important, car ici le courant a la direction opposée et son action conduit à l'expansion du RP et, par conséquent, à une baisse du gain dipolaire. Pour minimiser cet effet indésirable, une charge capacitive EH1 est introduite, qui « prend le relais » et exclut une partie du contre-courant du rayonnement. L'amplitude du courant dans la section cd dépend également de l'inductance de la bobine L1 et sera d'autant plus petite qu'elle est grande. En revanche, augmenter l'inductance de la bobine entraîne une diminution de la bande passante sur la deuxième bande (20 mètres), le choix de l'inductance de cette bobine est donc un compromis inévitable. Sur une portée de 20 mètres, les éléments L2 et EH2 fonctionnent de manière similaire, et la bobine L1 fonctionne comme une bobine d'extension. Sur 40 mètres les deux bobines sont des bobines d'extension. Les diagrammes des courants le long du conducteur de cette version du dipôle sont donnés sur la fig. 2,6 (10 mètres), fig. 2,c (20 mètres) et fig. 2, g (40 mètres).

Le calcul a montré que les valeurs optimales seraient L1 = 3,5 µH et L2 = 18 µH. La longueur totale du dipôle est de 2x5,8 m avec un diamètre de tube de 20 mm dans la section extrême et de 30 mm dans le reste. La longueur de EH1 est de 0,8 m et celle de EH2 est de 0,6 m, les tubes ont un diamètre de 16 mm. Les paramètres calculés sont également indiqués dans le tableau, ce qui facilite la comparaison. Dans les calculs, le facteur de qualité des bobines L1 et L2 est pris à 250, ce qui est tout à fait réaliste.

La comparaison des pertes thermiques dans les dipôles TRAP et LOM montre que la deuxième perte est 2 à 3 fois moindre. Dans les mêmes autres conditions de conception, l'antenne LOM est capable de supporter plus de puissance. Cependant, si des condensateurs externes sont utilisés dans les pièges, les deux types d'antennes seront à peu près égaux dans cet indicateur.

Une propriété utile de l'antenne LOM est sa non-criticité sur la valeur de l'inductance des bobines. S'il s'écarte de 10 % de la valeur calculée, l'accord résonnant est facilement restauré en ajustant la longueur des éléments EH. Dans ce cas, les paramètres de l'antenne changent de manière insignifiante. Il existe également un avantage évident : il n'est pas nécessaire d'utiliser des condensateurs haute tension conçus pour une puissance réactive élevée.

Après avoir utilisé avec succès la technologie LOM dans une antenne multibande verticale [3, 4], l'auteur a tenté d'appliquer cette technologie dans un vibrateur actif (AB) d'une simple antenne directionnelle pour sept bandes KB - de 10 à 40 mètres. AB est conçu pour utiliser un chargeur de 50 ohms sans aucune commutation. En plus de l'AB, l'antenne comprend cinq réflecteurs dans les gammes de 10, 12, 15, 17, 20 mètres, et sur les bandes de 30 et 40 mètres, seul un vibrateur actif fonctionne dans l'antenne. L'apparence de l'antenne expérimentale, qui a reçu le nom de l'auteur BMA-7 (Beam Multiband Antenna for 7 bands), est représentée sur la fig. 3.

Schématiquement, le circuit électrique de son vibrateur actif est représenté sur la fig. 4. Chaque bras AB (représenté conditionnellement un seul des deux) est constitué de quatre conducteurs dont les débuts convergent au point d'alimentation.

La base structurelle de l'antenne est un vibrateur central, composé de trois segments de tuyaux en duralumin, entre lesquels se trouvent les bobines L1 et L2. Ce vibrateur fonctionne sur 10, 20 et 40 mètres. Des portées de 15 et 17 mètres sont assurées par les vibrateurs à fil PV15 et PV17. La bobine L4 à faible inductance permet de réduire la longueur du vibrateur PV17 aux dimensions requises pour des raisons de conception. Le vibrateur PV12 fonctionne dans une portée de 12 mètres, et avec la bobine L3 et le conducteur supplémentaire PVZO, on obtient un émetteur d'une portée de 30 mètres. Naturellement, il existe des influences mutuelles entre les composants de l'AB, mais néanmoins, en général, sept résonances et SWR claires sont obtenues aux fréquences moyennes de toutes les plages comprises entre 1,1 et 1,4 (uniquement AB - sans réflecteurs).

Un dessin plus détaillé de AB avec les dimensions principales en deux projections est schématisé sur la fig. 5.

Les vibrateurs à fil PV sont constitués de fil toronné en isolation vinyle de la marque PVZ d'une section de 2,5 mètres carrés. mm. Pour soutenir les vibrateurs à fil, de petits isolateurs à écrous IO et des isolateurs d'antenne en plastique IE de la société "Antennopolis" (Zaporozhye) ont été utilisés. Ces isolants mesurent 17 x 17 x 115 mm et comportent quatre trous : deux sur les bords et deux au milieu. La bobine L4 comporte 7 tours et est enroulée directement sur la partie médiane de l'isolant à partir du fil émetteur PV17. Le fil émetteur PV12 est fixé à distance du vibrateur central par des entretoises diélectriques RP. Les extrémités éloignées (du centre de l'antenne) des émetteurs PV15 et PV17 sont fixées via des vergetures en polypropylène PP sur le tube EH2.

Le réflecteur de portée 10 mètres est constitué d'un tube d'un diamètre de 20 mm et a une longueur de 5,3 m, la portée de 15 mètres - de tubes d'un diamètre de 30, 20, 16 et 10 mm (longueur totale 7,235 m) , la gamme 20 mètres - à partir de tubes d'un diamètre de 30 et 20 mm (longueur totale 10,51 m). Les distances de AB aux réflecteurs des gammes de 10, 15 et 20 mètres sont respectivement de 2,05, 2,6 et 3,7 m. Les réflecteurs des gammes 12 et 17 mètres sont constitués de torons en isolant vinyle de marque PVZ-2,5 et sont situés respectivement au-dessus des réflecteurs de 15 et 20 mètres (voir Fig. 3) de telle sorte que la partie médiane de le réflecteur en fil est 0,5 m plus haut que le réflecteur à tube et ses extrémités sont à 0,2 m. La longueur totale du réflecteur de la portée de 12 mètres est de 5,5 m, celle de 17 mètres est de 7,75 m. Les charges capacitives proviennent d'un tube avec un diamètre de 16 mm, la longueur de EH1 est de 1,3 m et celle de EH2 est de 1,6 m. Données de la bobine : L1 - cadre d'un diamètre de 33 mm, fil MGTF d'une section de 1 m². mm, nombre de tours - 9, enroulement serré, imperméabilisation avec ruban isolant NOVA ROLL ; L2 - cadre d'un diamètre de 32 mm, MGTF 0 m². mm, nombre de tours - 75 ; L24 - cadre d'un diamètre de 3 mm, MGTF 40 m². mm, 0,75 tours.

L’antenne a d’abord été testée expérimentalement sur une maquette, puis un échantillon réel a été prélevé. Le vibrateur actif a été réglé à l'aide d'un pont SWR-mètre : sur les plages de 10 et 20 mètres en modifiant la longueur des charges capacitives, et sur la plage de 40 mètres en modifiant la longueur de la section d'extrémité. Les plages restantes sont ajustées en sélectionnant les longueurs des vibrateurs à fil. Il était difficile de calculer la longueur des réflecteurs en fil en raison de la présence d'isolant en vinyle sur le fil et de la proximité des réflecteurs en tube ; ils ont été réglés à l'aide du GIR sur une fréquence qui différait de 3 % de la fréquence moyenne de cette gamme. vers le bas. La longueur totale du vibrateur actif est de 2x6,35 m.

Après réception du programme informatique MMANA, le calcul du vibrateur actif (portées de 10, 20 et 40 mètres) a montré comment les mêmes paramètres peuvent être obtenus en réduisant les longueurs d'EH et la longueur totale du vibrateur actif (voir les données de calcul au-dessus de).

Le câble d'alimentation est associé à l'AB en utilisant un seul élément supplémentaire - un condensateur d'une capacité de 56 pF / 2,5 kVA, connecté en parallèle à l'entrée de l'antenne. L'équilibrage est réalisé à l'aide d'une self de protection L5 de 15 tours du câble coaxial du départ RG-58, enroulé sur un noyau magnétique annulaire en ferrite d'un diamètre de 65 mm en matériau 300VN. L'inductance et le condensateur correspondant sont placés dans un boîtier de protection et montés sur une entretoise en acier RP1 au centre de l'AB, supportant les éléments PV15 et PV17. Il ne faut pas oublier (lors de la modélisation d'une antenne notamment) que les segments de fil allant au transformateur (d'environ 10 cm de long chacun) sont compris dans la longueur électrique AB.

La partie centrale AB (jusqu'aux bobines L2) est constituée d'un tube d'un diamètre de 30 mm, et les segments d'extrémité sont constitués de tubes d'un diamètre de 20, 18 et 10 mm, insérés les uns dans les autres.

L'antenne est alimentée par un câble PK50-7 de 30 mètres de long.

Après une légère correction des longueurs des éléments AB, les valeurs suivantes ont été obtenues : SWR - aux fréquences moyennes des plages comprises entre 1,1 et 1,4 ; la bande de fréquence de fonctionnement pour ROS ≤ 2 est de 10 MHz sur la bande des 1 mètres, 12 MHz sur les bandes des 15, 17 et 0,5 mètres, 20 MHz sur la bande des 0,32 mètres, 30 MHz sur la bande des 0,09 mètres et sur dans la gamme de 40 mètres - 0,18 MHz. Les mesures ont été réalisées avec un instrument DRAKE WH7.

La vérification de l'antenne "en direct" a montré que le rapport avant/arrière sur les routes moyennes sur une portée de 20 mètres se situe entre 12 ... 15 dB, sur les plages supérieures - 15 ... 18 dB. Sur 40 mètres par rapport à l'Inv. V, il s'est avéré que dans la direction de son rayonnement maximum, l'antenne BMA-7 n'était pas inférieure à l'Inv pleine grandeur. V, mais dans le sens latéral, il dépassait de 1...2 points. Les valeurs calculées du gain dans les plages de 10 à 20 MHz sont de 4 à 4,5 dBd.

Est-il possible d'améliorer les paramètres de cette antenne en ajoutant des directeurs ? C'est assez difficile pour les raisons suivantes. Premièrement, les directeurs des gammes inférieures aggravent considérablement les paramètres des gammes supérieures. Pour éliminer ce phénomène, il faudra introduire des échelles, des bobines LOM ou prendre d'autres mesures spéciales. Deuxièmement, il sera difficile d'utiliser des méthodes de correspondance standard avec un seul départ en raison de la répartition des résistances d'entrée sur différentes plages.

C'est peut-être sous la forme décrite que l'antenne peut intéresser les ondes courtes « moyennes ». En termes de paramètres, l'antenne BMA-7 est proche d'une antenne log-périodique de 6 ... 8 mètres de long, mais elle comporte des éléments de 30 et 40 mètres.

On peut également noter que parmi les ondes courtes occidentales, une simple antenne FORCE-4 C12 avec une longueur de flèche de 3,6 m est populaire, comportant deux éléments chacun sur les bandes de 10, 15, 20 mètres et un sur la bande de 40 mètres avec deux mangeoires (le prix est d'environ 700 $).

En conclusion, nous pouvons dire que, comme le montrent ces travaux, la technologie LOM peut être appliquée avec succès dans les antennes multibandes, rivalisant à armes égales avec la technologie TRAP.

L'auteur tient à remercier Boris Kataev (UR1MQ) pour son aide précieuse lors de l'installation et du réglage de l'antenne BMA-7.

littérature

1. Rothammel K. Antennes. - M. : Energie, 1979.
2. Benkovsky 3., Lipinsky E. Antennes amateurs d'ondes courtes et ultracourtes. - M. : Radio et communication, 1983.
3. Gutkin E. Antenne KB toutes bandes VMA-10 NP. Application. - hamradio.online.ru/vma-10_2.htm
4. Gutkin E. Antenne multibande verticale VMA-9NP. - Radio, 2001, n°4, p. 63-65.

Auteur : E. Gutkin (UT1MA), Lugansk, Ukraine

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