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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Antenne directionnelle à trois bandes Spider. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes HF L'idée de créer une antenne KB directionnelle très légère et portable, constituée de fil et tendue entre des tiges télescopiques en verre-plastique, bien que non nouvelle, attire de plus en plus l'attention des radioamateurs. L'émetteur allemand à ondes courtes Cornelius Pohl (DF4SA) a proposé une variante de conception dans laquelle trois antennes filaires "à canal d'onde" sont placées sur un cadre de quatre tiges - deux à trois éléments pour 20 et 15 mètres et une à quatre éléments pour une portée de 10 mètres. . L'antenne, malgré sa portabilité et son faible poids, présente de très bonnes caractéristiques en termes de facteur de directivité et de diagramme de rayonnement. L'intérêt pour l'antenne DF4SA est grand, c'est pourquoi, avec la permission de son créateur, nous proposons une description du "Spider". Introduction. "Spider" ("Spider") est une antenne tri-bande pleine grandeur, très légère, construite à partir de tiges et de fils en verre-plastique. Le poids total de l'antenne d'environ 5,5 kg la rend idéale pour une utilisation sur le terrain. Une photographie de l'antenne dressée sur un mât en aluminium de dix mètres est présentée sur la fig. 1.
Tous les mâts télescopiques légers et dispositifs rotatifs des antennes de télévision conviennent à l'antenne. Les charges de vent sur l'antenne sont faibles. Il est facile à assembler et à installer par une seule personne. La taille de l'antenne pliée et emballée ne dépasse pas 1,2 M. Un croquis simplifié (directeurs et réflecteurs dans le même plan) de sa conception est présenté sur la fig. 2.
En termes de gain (gain) G et de rapport de rayonnement avant/arrière (F/B), la "Spider" n'est pas inférieure aux autres antennes pleine taille, y compris les antennes fixes. La puissance de rayonnement admissible en mode continu est de 2 kW. Les principales données de l'antenne sont présentées dans le tableau 1.
La tâche principale lors de l'installation de l'antenne est de l'élever à la hauteur la plus élevée possible. Les antennes avec un gain même faible, élevées à une hauteur élevée, donnent un meilleur signal que les antennes avec un gain important, mais installées à faible hauteur. Le faible poids du "Spider" permet de le soulever plus facilement à une grande hauteur. Cela simplifie également la sélection de l’emplacement d’installation optimal. Il est pratique d'utiliser l'antenne en voyage, de l'installer au sommet des montagnes environnantes, sur les îles, les tours de châteaux et de phares, et même sur n'importe quel toit. Cette antenne se compare avantageusement aux « faisceaux » tri-bandes lourds conventionnels. L'assemblage de l'antenne est simple, aucun élément complexe particulier n'est utilisé dans la conception. L'absence de procédure de réglage rend l'antenne accessible aux débutants. Le coût des matériaux pour la fabrication de l'antenne est faible et vous pouvez toujours économiser sur le mât et le dispositif rotatif. Le développement de l'antenne a été facilité par la familiarité avec la solution originale et élégante de Dick Bird (G4ZU), qui a proposé son "Bird Yagi" - une antenne "canal d'onde" à trois éléments avec un directeur et un réflecteur à fil incurvé en forme de V. On l'appelle aussi "Arc et Flèche". Cependant, il n'y avait aucune description de conceptions multi-gammes dans la littérature, le DF4SA a donc dû entreprendre un développement indépendant. Après d’innombrables tentatives de simulation informatique, il a finalement été possible d’obtenir une antenne virtuelle répondant aux exigences. Des problèmes structurels et mécaniques subsistaient : l'antenne devait être légère mais rigide, offrir une protection contre l'humidité et avoir des caractéristiques électriques reproductibles quel que soit le nombre de fois où elle était assemblée et démontée. Le montage n'aurait pas dû être difficile et n'a nécessité aucun outil spécial. Toutes ces exigences ont été remplies et l'auteur a apprécié de voir comment l'antenne a facilement résisté à une violente tempête alors qu'elle fonctionnait depuis STZEE lors du CONCOURS CQ WW CW 2002. Principes de base de la construction d'une antenne. "Spider" est un canal de vagues de 10, 15 et 20 mètres. Il est formé de trois antennes filaires emboîtées les unes dans les autres, tendues sur une croix commune en fibre de verre (« araignée »). Ces antennes contiennent à leur tour trois éléments pour la portée de 20 mètres, trois éléments pour la portée de 15 mètres et quatre éléments pour la portée de 10 mètres. L'élément actif de l'antenne est constitué de trois dipôles individuels pour les bandes de 20, 15 et 10 mètres, interconnectés uniquement au point d'alimentation. En conséquence, aucune bobine ou circuit (« échelle ») n’est utilisé dans la conception de l’antenne. Pour le passage d'un câble coaxial asymétrique à un dipôle équilibré, un dispositif d'inductance simple et large bande proposé par W2DU a été utilisé. Cela rend le système électrique très simple et fiable. Aucune ligne de phase ou autre dispositif correspondant n'est requis. Le schéma général de l'antenne (vue de dessus) et les dimensions d'installation des éléments (en centimètres) sont représentés sur la fig. 3.
Les longueurs des fils (en centimètres) des éléments passifs de l'antenne sont données dans le tableau 2.
Il est à noter que ces données ne sont valables que lorsque l'antenne est en cuivre ou en fil cuivré d'un diamètre de 1 mm sans isolation. D'autres types de fils, en particulier les fils isolés, nécessiteront une certaine correction des dimensions des éléments, qui est associée à une modification du facteur de vitesse, qui, à son tour, dépend de la vitesse de propagation des ondes le long du fil. Une correction peut également être nécessaire lors de l'utilisation d'isolants aux extrémités des fils d'antenne. Il est très important de conserver les dimensions exactes de l'antenne lors de sa fabrication. Une erreur même d'un centimètre (!) entraînera une modification des paramètres. Il résulte de ce qui précède que les fils d'antenne ne doivent pas être retirés sous charge. Il est préférable d'utiliser du fil d'acier cuivré, dont les données se trouvent dans [1]. Lorsque le premier exemplaire de l'antenne était constitué d'un fil de cuivre souple ordinaire avec une isolation en émail, certains éléments lors du montage et du démontage de l'antenne se sont rallongés même de 10 cm, ce qui a provoqué la « sortie » des fréquences de résonance et la détérioration du diagramme de rayonnement. Le rapport des radiations avant/arrière en a particulièrement souffert. La conception de l'élément actif est illustrée à la fig. 4. Il se compose de trois dipôles, qui doivent être situés dans un plan vertical, strictement les uns au-dessus des autres. Comme pour les autres dipôles multi-gammes, plus ils sont éloignés les uns des autres, moins ils interagissent.
La distance entre le dipôle supérieur de 20 m et le dipôle inférieur de 10 m doit être d'environ 50 cm. Il est également important que le dipôle de 10 m s'étende d'au moins quelques centimètres du tuyau porteur en fibre de verre. Sinon, le SWR peut fluctuer quelque peu lorsque la tige en fibre de verre est mouillée par la pluie. Les longueurs des dipôles (en centimètres) sont données dans le tableau 3.
Le dispositif d'équilibrage (« balun ») peut être très simple, puisque l'impédance d'entrée de l'antenne aux points d'alimentation est déjà proche de 50 ohms. Par conséquent, aucune adaptation de résistance n’est requise. Il suffit de passer d'un câble d'alimentation coaxial asymétrique à une antenne symétrique. Par conséquent, au lieu du transformateur toroïdal, il a été possible d’utiliser une simple self de câble coaxial dans cette antenne. La version la plus simple d'une self à câble coaxial est une bobine de quelques tours (5...10) directement à proximité du point d'alimentation. Cependant, le fonctionnement d'une telle self dépend fortement de la fréquence, du type de câble lui-même, du diamètre et de la longueur de la bobine. Un autre problème se pose si le diamètre d'enroulement est inférieur à celui autorisé pour un type de câble donné : avec le temps, les paramètres du câble se détériorent. Une bien meilleure solution consiste à utiliser une self coaxiale comme décrit par W2DU [2]. Il est nécessaire de prendre un morceau de câble coaxial mince et de mettre sur son isolation extérieure plusieurs anneaux de ferrite (de 16 à 50, selon le type), qui augmentent efficacement l'impédance des courants circulant le long de la surface extérieure de la tresse. En conséquence, ces courants sont considérablement réduits. Si vous utilisez un morceau de câble avec une isolation en fluoroplastique (téflon), la puissance admissible fournie à l'antenne peut atteindre deux kilowatts. Un morceau de câble sur lequel sont posés des anneaux de ferrite est placé dans une boîte étanche constituée d'un profilé en plastique en forme de boîte avec un couvercle. Un connecteur de câble standard de type S0239 est monté à une extrémité du boîtier et deux boulons pour connecter les moitiés de l'élément actif sont montés à l'autre extrémité. La conception du dispositif d'équilibrage avec le couvercle retiré est illustrée à la Fig. 5.
Le dispositif remplit également une autre fonction : fixé au mât, il surélève le point d'alimentation de l'élément actif au-dessus de la connexion centrale des éléments porteurs en fibre de verre. Conception d'antenne. Sa base est la connexion centrale représentée sur la Fig. 6.
Il est constitué de deux plaques carrées de feuille de duralumin et de quatre morceaux de tuyaux (Fig. 7), dans lesquels sont insérés des éléments porteurs en fibre de verre.
Les tuyaux sont serrés entre les plaques avec huit vis, des trous oblongs dans les plaques permettent d'ajuster le raccordement à un diamètre de mât spécifique, qui peut aller de 30 à 60 mm. La connexion est en outre fixée rigidement au mât avec un morceau de profilé en duralumin en forme de U (il est fixé avec deux boulons à la plaque supérieure) et une pince en forme de U avec des écrous. La conception du nœud central garantit l'emplacement du centre de gravité de l'antenne exactement le long de l'axe du mât, ce qui réduit la charge sur le mât et le rotateur. Les éléments porteurs en fibre de verre de 5 m de long constituent les sections inférieures des tiges en fibre de verre de neuf mètres. Pour rigidifier l'ensemble de la structure porteuse, une série de haubans constitués de cordes Kevlar de 1,5 mm de diamètre a été utilisée - une méthode bien connue depuis l'époque de la flotte à voile. La corde résiste à la rupture jusqu'à 150 kg. Le Kevlar est bon car il ne s'étire pratiquement pas et l'antenne conserve sa forme pendant la rotation et sous des charges de vent importantes. La configuration du contreventement est illustrée à la fig. 8. Pour leur fixation, il est recommandé d'utiliser des nœuds de voile qui retiennent bien la charge et se dénouent facilement lors du démontage de l'antenne.
Après avoir assemblé la structure porteuse, les éléments filaires y sont fixés facilement et rapidement. Aux endroits où ils sont pliés, ainsi qu'aux extrémités, de courts morceaux de tubes isolants en plastique sont posés sur les éléments. Résultats et données techniques. L'antenne a été érigée sur un mât de dix mètres dans une zone dégagée et ses paramètres ont été soigneusement mesurés. Il s'est avéré que les fils d'acier cuivrés d'un diamètre de 1 mm ne nécessitent pas l'introduction d'un facteur de vitesse et que les données obtenues par simulation informatique peuvent être utilisées directement dans la fabrication de l'antenne. Il s'est également avéré que les isolants aux extrémités des fils (tubes en polyamide de 4 cm de long, remplis de résine époxy) affectent sensiblement la fréquence de résonance des éléments, l'abaissant d'environ 100...200 kHz. Cet effet doit être pris en compte en raccourcissant les fils en conséquence. Les résultats des mesures du gain et du rapport de rayonnement avant/arrière et avant/latéral sont présentés dans le tableau 4. Les valeurs de gain sont données par rapport à un radiateur isotrope, et entre parenthèses - par rapport à un dipôle. Environ les mêmes valeurs ont été obtenues que pour une antenne à trois bandes moderne typique avec une longueur de traversée (flèche) de support de 6 ... 7 m.
Les valeurs du rapport de rayonnement avant/latéral sont un peu plus petites, du fait que les éléments actifs ne se trouvent pas dans le même plan horizontal que les éléments passifs. Cependant, cela a un certain mérite : lors d'une recherche à distance, l'opérateur, bien que faiblement, entend des signaux venant d'autres directions. A titre d'exemple, sur la fig. La figure 9a montre les diagrammes d'antenne à 14,12 MHz dans les plans azimut et vertical, calculés à l'aide du programme de simulation d'antenne NEC. Le calcul a été effectué pour une hauteur d'installation de l'antenne de 10 m au-dessus de la surface de la Terre. Sur la fig. La figure 9b montre des diagrammes de rayonnement similaires lorsque l'antenne est installée à une hauteur de 20 m. La figure 9c montre le gain et le rapport de rayonnement avant/arrière en fonction de la fréquence.
Lors de travaux de terrain lors de diverses expéditions, "l'Araignée" a pleinement justifié les espoirs placés en elle. De plus amples informations sur l'antenne et une description détaillée de sa technologie de fabrication sont disponibles sur le site Web de DF4SA [3]. Certaines discussions utiles sur la construction, ainsi que des traductions de la description dans d'autres langues, sont disponibles sur [4]. L'antenne a également été modélisée à l'aide du programme de simulation d'antenne MMANA. Les résultats obtenus diffèrent peu de ceux donnés ci-dessus. littérature
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Commentaires sur l'article : Vladimir Super! Merci pour l'info!
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