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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Antenne VHF avec correspondance J. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes VHF Cette antenne est depuis longtemps et à juste titre populaire auprès des radioamateurs. Sa conception est simple, il se règle facilement et s'adapte au feeder quelle que soit l'impédance des vagues. Cependant, sa grande taille (la longueur totale est de 0,75λ) rend son utilisation difficile sur les bandes HF. Mais dans les bandes VHF, il est assez souvent utilisé.
L'antenne (Fig. 1) est un vibrateur d'une longueur de λ/2, alimenté depuis l'extrémité par un dispositif d'adaptation, réalisé sous la forme d'une ligne ouverte quart d'onde, fermée à l'extrémité inférieure. L'impédance d'entrée élevée d'un vibrateur demi-onde lorsqu'il est alimenté par l'extrémité (plusieurs kiloohms) se transforme facilement en impédance caractéristique du câble en choisissant la distance optimale entre les points d'alimentation (X1, X2) et l'extrémité fermée de la ligne. . L'utilisation d'une ligne ouverte comme transformateur garantit de faibles pertes à des taux de transformation élevés. Le gain de l'antenne J est de +0,25 dBd, ce qui est légèrement supérieur au gain du dipôle (en raison de la ligne à deux fils). L'antenne J verticale, en raison d'une symétrie incomplète, a un faible rayonnement à polarisation horizontale (Fig. 2).
Nous modifions l'antenne J en pliant la ligne quart d'onde de 90 degrés (Fig. 3). Avec un peu de raffinement des dimensions, il n'est pas difficile d'obtenir une bonne adéquation et un gain de 0 dBd. Cependant, dans cette version de l’antenne, une partie notable du rayonnement est déjà polarisée horizontalement. Elle est provoquée par un courant de mode commun dans une ligne à deux fils, qui joue le rôle de contrepoids (collecteur de courant) dans l'antenne J.
Ajoutons un autre vibrateur demi-onde en le connectant à l'extrémité libre de la ligne bifilaire (Fig. 4). Nous obtenons une conception complètement symétrique dans le plan vertical. Il n'y a pas de courant de mode commun dans la ligne à deux fils, ni de rayonnement à polarisation horizontale. Cette option est une antenne colinéaire de deux vibrateurs demi-onde alimentés par une ligne quart d'onde fermée à son extrémité.
Une telle antenne est décrite par SM0VPO sur son site internet dans l'article "Antenne VHF colinéaire 6 dB par Harry Lythall - SM0VPO". Son gain (environ 2,4 dBd) est obtenu en rétrécissant le diagramme de rayonnement dans le plan vertical. Dans le plan horizontal, le diagramme de rayonnement est circulaire. L'antenne est structurellement très simple et peut être fabriquée à partir d'une seule pièce de tige ou de tube en aluminium. Pour maintenir la symétrie de l'antenne, il est conseillé de connecter le câble d'alimentation via un transformateur d'équilibrage. SM0VPO utilise un balun en U. Vous pouvez vous limiter à quelques anneaux de ferrite portés sur le câble à proximité du point d'alimentation de l'antenne. Appelons cette conception l'antenne Super-J en abrégé. Et quelle est sa possible modification ultérieure ?
En ajoutant des réflecteurs à la conception, nous obtenons une antenne Super-J à deux éléments (Fig. 5). Il s'agit déjà d'une antenne colinéaire directionnelle avec un gain de +5,8 dBd. Et si l'on ajoute des directeurs, on obtient une antenne Super-J à trois éléments (Fig. 6) avec un gain de +8 dBd (Fig. 7). Essayer d'ajouter un deuxième directeur entraîne un gain de seulement 0,8 dB, mais augmente sensiblement la longueur de l'antenne...
Quel est l'avantage de ces antennes par rapport aux multi-éléments Yagi ? À surface égale, leurs gains sont à peu près égaux, mais les avantages des antennes Super-J sont la courte longueur de la flèche, le petit rayon de braquage associé et la facilité d'adaptation. Les inconvénients incluent la nécessité d'utiliser un mât diélectrique, au moins dans sa partie supérieure. Sur la fig. La figure 8 montre une photographie d'une antenne Super-J à trois éléments pour la bande 144 MHz, constituée d'une barre d'aluminium d'un diamètre de 8 mm.
Un mât diélectrique (par exemple en fibre de verre) et une entretoise isolante sont situés dans les espaces entre les éléments. Sur la fig. 9, ils sont représentés avec des lignes plus épaisses. Il est préférable de prendre le câble d'alimentation horizontalement derrière les réflecteurs et de le ramener au mât avec une large boucle, à l'écart des extrémités du réflecteur. Dans cette section (près de l'antenne) tous les 0,5 m, il est conseillé de mettre sur le câble les circuits magnétiques tubulaires en ferrite (des câbles d'alimentation du moniteur).
Une antenne Super-J similaire à trois éléments peut également être réalisée pour la bande 430 MHz. Dans le tableau et sur la fig. 10 montre les dimensions structurelles requises pour les fréquences de 145 et 435 MHz. Les dimensions des éléments et la distance entre leurs axes sont indiquées en centimètres (D est le diamètre des conducteurs en aluminium ou en cuivre à partir desquels l'antenne est réalisée). L'impédance d'entrée au point d'alimentation est de 50 ou 200 ohms. Si un coude en U est utilisé pour l'équilibrage, il transformera la résistance de l'alimentation à 200 ohms, de sorte que la connexion à la ligne à deux fils sera légèrement plus éloignée de l'extrémité fermée. Dans ce cas, les dimensions du câble correspondant changent légèrement (voir tableau).
Таблица
Les dimensions des éléments marqués d'un astérisque sont spécifiées lors de la configuration. Pour faciliter la mise en place, il est recommandé de réaliser le dispositif d'adaptation avec deux contacts mobiles (curseurs) : celui qui ferme la ligne à deux fils est utilisé pour s'accorder en résonance, le second, reliant le chargeur, est utilisé pour s'adapter au minimum Niveau SWR. Cela permet de régler rapidement l'antenne, mais après avoir choisi les positions des curseurs, il est impératif d'assurer un contact fiable (par soudure ou boulonnage). L'efficacité de l'antenne dépend extrêmement de la résistance de contact. Il est utile de rappeler l'inadmissibilité du contact cuivre-aluminium et la protection du contact contre l'humidité. En revanche, les exigences en matière de résistance de contact à l'extrémité ouverte de la jambe en J ne sont pas strictes, car le courant y est minime. Initialement, l'antenne était réalisée selon la Fig. 4 pour une fréquence moyenne de 145 MHz à partir d'une barre en aluminium d'un diamètre de 8 mm. Il était fixé à un tuyau en fibre de verre d'un diamètre de 23 mm, utilisé comme mât. Un tube de ferrite a été utilisé comme dispositif d'équilibrage, placé sur le câble à proximité du point d'alimentation de l'antenne. Ses tests ont montré que lorsque l'antenne est posée sur une table en bois parallèle au sol et lorsqu'elle est placée verticalement, les réglages ne correspondent pas. Par conséquent, l’antenne doit être réglée en la plaçant verticalement. Il suffit que la distance entre les extrémités inférieures des vibrateurs et le sol soit d'environ 0,5 M. En déplaçant le cavalier de fermeture le long de la boucle bifilaire et en déplaçant les points de connexion des câbles (ces réglages sont interdépendants), il était assez simple de faites correspondre l'antenne à SWR <1,1 à la fréquence souhaitée. La bande de fréquences de fonctionnement de l'antenne en termes de ROS<1,5 dépassait 5 MHz. Ensuite, des flèches et des vibrateurs actifs ont été fixés au mât, également constitués d'une barre d'aluminium d'un diamètre de 8 mm, car les tubes diélectriques de la rigidité requise n'étaient pas disponibles. Au milieu des vibrateurs, la tension est proche de zéro, la perche conductrice a donc peu d'effet sur les caractéristiques de l'antenne, ce qui a été confirmé par des simulations préliminaires. Des réflecteurs et des directeurs ont été installés sur les rampes, dont les longueurs ont été calculées par le modèle à l'aide du programme MMANA. La ligne bifilaire et les bômes sont fixées au mât au moyen de plaques en plastique vinyle de 10 mm et de supports en forme de U. Les éléments d'antenne sont fixés aux perches avec des supports et des boulons en forme de U en duralumin. Les éléments passifs réduisaient considérablement l'impédance d'entrée de l'antenne. Cependant, un minimum de SWR faiblement exprimé a été trouvé. En déplaçant le cavalier et en décalant les points de connexion des câbles, nous avons trouvé une position où le ROS minimum correspondait à une fréquence de 145 MHz et ne dépassait pas 1,2. Les longueurs des vibrateurs n'étaient pas réglementées. Comparé au réglage d’une antenne à un seul élément, le réglage d’une antenne à trois éléments est beaucoup plus précis et plus critique. La bande passante SWR <1,5 était d'environ 3 MHz. La longueur de la boucle s'est avérée légèrement inférieure et la distance entre l'extrémité fermée de la boucle et la prise de courant avec un câble avec une résistance de 50 Ohm est légèrement supérieure aux valeurs calculées. Le fonctionnement de l'antenne a été préalablement évalué en conditions urbaines (parmi des immeubles de grande hauteur qui couvraient complètement l'horizon) lorsque son axe était situé au-dessus du sol à une hauteur de seulement 1,5 m. Par rapport à une épingle quart d'onde d'automobile, elle donnait un signal augmentation de 2... distances de 3...10 km. La directivité dans le plan horizontal était prononcée. L'impression générale est que l'antenne fonctionne. Des évaluations plus précises des performances de l'antenne Super-J ont été réalisées dans des zones ouvertes dans des conditions estivales lorsque l'antenne a été élevée à un mât de 50 m de haut. Ses performances ont été comparées à celles d'une antenne "carrée" à quatre éléments à polarisation verticale. . Les antennes étaient installées alternativement sur le même mât en fibre de verre au même endroit. Le même câble a été utilisé comme alimentation et comme même émetteur-récepteur. Les travaux sur la découverte et l'audibilité des répéteurs situés à des distances de 7 à 30 km et les évaluations des correspondants lors de la réalisation de QSO dans le canal direct à des distances allant jusqu'à 100 km ont été évalués. Dans la plupart des cas, les scores étaient très proches. Si vous avez entendu « carré », vous avez également entendu Super-J. Le "carré" à quatre éléments avait un diagramme de rayonnement plus étroit dans le plan horizontal, il devait donc être dirigé avec plus de précision vers le correspondant pour obtenir le score maximum, Super-J ne tournait presque pas. L'impression générale est que les antennes ont des gains à peu près égaux et une bonne suppression des lobes arrière. L'antenne testée est deux fois plus légère que les "carrés" et a un couple et une dérive nettement inférieurs. Les fichiers de modélisation des antennes décrites dans le programme MMANA peuvent être téléchargés depuis ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/01/ant86_30.zip. Auteur : Vladislav Shcherbakov (RU3ARJ)
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