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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Antennes fouet. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes VHF 1. Définition et notions Les antennes asymétriques (fouet) sont appelées antennes situées directement au sol (ou un écran métallique) perpendiculairement (moins souvent obliquement) à sa surface. Si l'on considère que la terre est idéalement conductrice et que l'on tient compte de l'image miroir, alors le vibrateur déséquilibré peut être considéré comme la moitié du vibrateur équilibré équivalent (Fig. 1).
La résistance au rayonnement d'un vibrateur asymétrique est deux fois inférieure à celle d'un vibrateur symétrique équivalent, car aux mêmes courants le premier émet la moitié de la puissance (il n'y a pas de rayonnement dans le demi-espace inférieur) [1]. La résistance d'entrée d'un vibreur asymétrique est deux fois inférieure à celle d'un vibrateur symétrique équivalent, car avec les mêmes courants d'alimentation, la première tension d'alimentation est deux fois moindre (Fig. 1). Le coefficient d'action directionnel d'un vibrateur asymétrique est le double de celui d'un vibrateur symétrique équivalent, car, à la même puissance de rayonnement, le premier fournit le double de la densité de puissance angulaire, puisque toute sa puissance est rayonnée dans un demi-espace (Fig. 2) . Tout ce qui précède est vrai pour un vibrateur asymétrique idéal, c'est-à-dire lorsque la terre est un conducteur idéal. Si la terre a de mauvaises propriétés conductrices, le champ de rayonnement du vibrateur change. De plus, cela entraîne une diminution de l'amplitude du courant dans le vibreur et, par conséquent, une augmentation de sa résistance et une diminution de la puissance rayonnée. Le sol est un diélectrique à permittivité élevée (près de 80), ce qui entraîne une modification de la longueur électrique du dipôle imaginaire, ainsi que de la longueur du trajet des courants de déplacement. Il en résulte une distorsion complète du diagramme de rayonnement (remontée des lobes et disparition du rayonnement aux petits angles par rapport à l'horizon) et une augmentation de la résistance de la broche. Pour cette raison, le sol n'est pratiquement pas utilisé comme "terre", mais des terres artificielles sont utilisées. 2. Fouet moulu Les calculs théoriques montrent que les plus grandes pertes se produisent dans une zone avec un rayon de 0,35 longueur d'onde, par conséquent, dans cette zone, il est souhaitable de "métalliser" la terre: connectez les fils radiaux les uns aux autres avec des cavaliers (Fig. 3). C'est très bien si cette métallisation est réalisée sur toute la distance des contrepoids.
Les contrepoids doivent être isolés du sol. S'ils reposent sur le sol, leur longueur électrique ne résonnera pas pour l'antenne à cause de l'humidité. De plus, leurs extrémités doivent être isolées du sol. Dans un seul cas, il est possible de ne pas isoler les extrémités des contrepoids du sol: s'ils sont solidement reliés par un anneau de pontage (Fig. 3). Il ne faut jamais oublier qu'une antenne fouet idéale a un rendement de 47%, alors qu'une antenne à 3 contrepoids a un rendement inférieur à 5%. Ainsi, lorsque vous travaillez avec une antenne tige à trois contrepoids, sur vos 200 watts fournis à la tige, 180 watts (!!!) sont gaspillés en vain, créant TVI en cours de route. De nombreux processus dans l'ionosphère ne sont pas linéaires ; La réflexion des ondes radio commence à, disons, 7 watts de puissance vers votre antenne, et n'est plus complètement à 5 watts. Cela signifie que vous manquez l'expérience unique de DX QSO en économisant sur le fil de poids. Il convient également de prendre en compte la distorsion du diagramme de rayonnement avec un petit nombre de contrepoids. De sphérique, il devient pétale, ayant une direction le long des contrepoids. Le problème de trouver le nombre optimal de contrepoids a été résolu par moi à l'aide d'un ordinateur. La solution est illustrée à la fig. 4. On peut en déduire que le nombre minimum requis de contrepoids est de 12. Avec un plus grand nombre d'entre eux, l'efficacité augmente lentement. Les contrepoids doivent être situés à la même distance les uns par rapport aux autres.
L'angle de leur emplacement par rapport à la broche doit être compris entre 90 ° et 1350. À des angles plus grands et plus petits, l'efficacité et le d.n. est déformé. Les contrepoids doivent être au moins aussi longs que la goupille principale. Ceci peut s'expliquer par le fait que les courants de polarisation circulant entre la broche et les contrepoids occupent un certain espace, qui participe à la formation du diagramme de directivité. En réduisant la longueur des contrepoids, et, par conséquent, en réduisant la quantité d'espace qui sert à former le DP, on dégrade considérablement les caractéristiques de l'antenne. Avec une grande approximation, on peut dire que chaque point sur la goupille correspond à son propre point sur le contrepoids. Cependant, il n'est pas nécessaire d'utiliser des contrepoids plus longs que la goupille principale. Les contrepoids et la goupille elle-même doivent être recouverts d'une peinture de protection. Cela est nécessaire pour que le matériau à partir duquel l'antenne est fabriquée ne s'oxyde pas. L'oxydation des vibrateurs rend l'antenne inutilisable du fait que le film mince d'oxyde a une résistance importante, et comme l'effet de surface est fortement prononcé sur la RF, l'énergie de l'émetteur est absorbée et dissipée en chaleur par ce film. Il est hautement souhaitable d'utiliser de la peinture radio pour cela (celle avec laquelle les localisateurs sont peints). La peinture conventionnelle contient des particules de colorant qui absorbent l'énergie RF. Mais, dans les cas extrêmes, vous pouvez utiliser de la peinture ordinaire. 3. Dimension de l'antenne fouet Comme on le sait, la résistance au rayonnement de l'antenne Rizl est proportionnelle au rapport L/d, où L est la longueur et d est le diamètre de l'antenne. Plus le rapport L/d est petit, plus l'antenne est large et plus l'efficacité est grande. Il convient de noter que lors de l'utilisation de vibrateurs épais, "l'effet final" affecte. Elle est déterminée par la capacité entre les extrémités du vibrateur et la masse. Physiquement, cela se traduit par le fait que l'antenne s'avère "plus longue" que celle calculée. Pour le réduire, les broches à large bande sont généralement effilées. Les calculs montrent que l'épaisseur minimale requise des contrepoids doit être d=D/2,4n, où d est le diamètre des contrepoids, D est le diamètre de la goupille, n est le nombre de contrepoids. Souvent, les radioamateurs ne peuvent pas installer une broche quart d'onde et utiliser une broche plus petite. En principe, il est possible d'adapter une broche de n'importe quelle longueur à l'aide de dispositifs d'adaptation. Cependant, les broches courtes ont une faible réactance active et élevée [3] et seront adaptées de manière très non optimale (jusqu'à 90% de l'énergie peut être dissipée sur les dispositifs d'adaptation eux-mêmes). Et si des contrepoids courts de substitution sont également utilisés, l'efficacité d'un tel système d'antenne sera très faible. Cependant, dans les communications mobiles, de telles antennes de substitution sont souvent utilisées. Mais c'est uniquement parce que d'autres types d'antennes raccourcies fonctionneront encore moins bien ! 4. Diagrammes directionnels des antennes fouet Beaucoup s'intéressent à la façon dont la hauteur de la broche augmente sur son diagramme de rayonnement dans le plan horizontal et si sa résistance dépend de la hauteur de la suspension. Le résultat le plus important [4] est que la répartition des courants dans la broche ne dépend pas de la hauteur de sa suspension en présence d'un "sol" idéal. En pratique, cela signifie que quelle que soit la hauteur de la broche, sa résistance sera constante. Le résultat global de la solution montre que si la broche est réglée sur la résonance, son extrémité inférieure peut être mise à la terre. De plus, il peut être alimenté à tout moment. Sur la base des résultats de cette importante conclusion, des antennes fouet (antennes drapeau, antennes mât) ont été créées, dont l'extrémité inférieure est connectée à la "terre" et qui sont alimentées par adaptation gamma. Les diagrammes de rayonnement du plan vertical de la broche demi-onde sont illustrés à la fig. 5. Cette figure montre que plus l'antenne s'élève, plus l'angle de rayonnement vers l'horizon est plat. Ceci est dû au fait que l'addition de l'onde émise par la broche et de l'onde réfléchie par le sol a lieu. Si le sol a de mauvaises propriétés conductrices, le diagramme de rayonnement sera proche de celui d'une épingle au-dessus du sol. Élever l'antenne à une hauteur de plus d'une longueur d'onde n'a pas de sens, car. dans ce cas, il n'y a plus de diminution de l'angle de rayonnement, mais seuls les lobes latéraux supérieurs commencent à se fragmenter.
Il convient de rappeler une autre caractéristique intéressante des broches, dont la hauteur est égale ou supérieure à la longueur d'onde. De telles antennes sont utilisées dans les communications professionnelles comme antennes anti-évanouissement [5]. Cela signifie qu'une telle antenne recevra sans problème un signal arrivant avec évanouissement sur une broche ou un dipôle quart d'onde. 5. Correspondance d'antenne fouet Pour un fonctionnement réussi, l'antenne fouet doit être adaptée. Malgré toute la variété apparente d'appareils et de broches correspondants, ils peuvent être divisés en 3 groupes. 1. La broche est appariée, la longueur électrique est égale au quart de la longueur d'onde ; 2. Une broche d'une longueur électrique supérieure à celle requise, cette longueur est "enlevée" à l'aide d'un récipient ; 3. La broche mesure moins d'un quart de longueur d'onde. La longueur manquante est "ajoutée" par une inductance. Il faut se rappeler que le condensateur et la bobine doivent avoir le facteur de qualité le plus élevé possible, et il est également souhaitable que le TKE et le TKI soient aussi bons que possible. En règle générale, la capacité d'un condensateur de raccourcissement peut être inférieure à 100 pF à 28 - 18 MHz, les paramètres de la bobine d'extension sont des unités de μH jusqu'à 21 MHz, des dizaines - jusqu'à 3,5 MHz. En conclusion, il convient de noter que cette pratique d'appariement est applicable aux broches dont la longueur est un multiple d'un quart de longueur d'onde. 6. Types d'antennes fouet Vibreur asymétrique à tamis de dimensions finies (Fig. 3). Cette antenne est principalement utilisée par les radioamateurs. En tant qu'écran, des contrepoids d'une longueur d'au moins un quart de longueur d'onde sont généralement utilisés. Vibreur à boucle asymétrique (Fig. 6). Son doctorat. coïncide avec d.s. broche classique. Cependant, il a l'avantage qu'une extrémité est mise à la terre. En choisissant l'épaisseur dl et d2, vous pouvez modifier sa résistance d'entrée sur une large plage. Avec d1=d2, la résistance du vibrateur sera de 146 ohms.
La résistance d'un vibrateur asymétrique ayant différentes épaisseurs est calculée par la formule /1 / : Ra=(1+n2).36n, où n=ln(d/d1)/ln(d/d2). Les vibrateurs à large gamme sont constitués de tuyaux épais, de broches, de plaques. Ils peuvent être à la fois coniques et rhombiques, cylindriques, solides et en treillis (Fig. 7). La couverture de fréquence dépend du rapport E/S. Plus il est petit, plus le vibreur est large. L'antenne bien connue UW4HW est un monopôle à large bande et le radiateur vertical UA1DZ est un dipôle à large bande . Les antennes coniques sont un cas particulier des vibrateurs large bande (Fig. 8).
Le champ de rayonnement est créé par les courants circulant autour du cône, et le disque joue le rôle d'écran et ne rayonne presque pas. Avec un angle d'ouverture de 600, le plus grand rapport de chevauchement de plage de cinq est atteint, avec KBV > 0,5 dans un chargeur avec une impédance caractéristique de 50 Ohm. Dans ce cas, la longueur d'onde maximale est de 3,6. Le diagramme de rayonnement d'une antenne disque-cône HF et VHF est approximativement le même que celui d'une broche ordinaire. Sur KB, une version filaire d'une antenne conique est utilisée (Fig. 8b), dans laquelle un ventilateur à fil plat est utilisé à la place d'un cône, et un système de mise à la terre de fils radiaux est utilisé à la place d'un disque. Séparément, je veux faire attention aux mâts d'antenne. Une caractéristique de ces antennes est que leur extrémité inférieure est mise à la terre.
L'antenne d'alimentation par le haut (Fig. 9) est excitée à l'aide d'un feeder posé à l'intérieur du mât. C'est fondamentalement. D.Sc. c'est le même que celui d'une broche classique, mais les pertes lors de l'émission et de la réception sont plus importantes, car l'onde radio est réfléchie par le sol lorsqu'elle est émise. L'antenne de moyenne puissance (Fig. 10) est un mât en deux parties, excité en série aux points 1 et 2 par une tension fournie par un feeder disposé à l'intérieur de la partie inférieure. Résistance de l'antenne aux points d'alimentation Ra=Rb/cos2kll, où k est le coefficient de raccourcissement, Rb est la résistance du vibreur "propre" au point 3. En choisissant un rapport entre 11 et 12, il est possible d'adapter l'antenne au feeder. Il est d'une importance fondamentale que le feeder passe à l'intérieur du bas de l'antenne. L'inconvénient est la difficulté avec l'isolant pour sa partie supérieure.
L'antenne de puissance shunt (Fig. 11) est excitée en parallèle à l'aide d'un shunt connecté au mât à une certaine hauteur 11. Habituellement, les réactances d'entrée des parties inférieure et supérieure de l'antenne sont de nature inductive et, par conséquent, de nature capacitive, et en termes de résistance d'entrée au point 1, l'antenne équivaut à un circuit parallèle. La sélection de la valeur 11 offre la meilleure adéquation avec l'alimentation. La répartition des courants est telle qu'elle atténue partiellement le rayonnement de l'antenne, il convient donc de rendre le shunt le plus petit possible. L'implémentation classique de l'alimentation shunt est l'adaptation gamma. Souvent, notamment lors de la réalisation d'antennes pour les bandes basses fréquences, il n'est pas possible de positionner le vibreur verticalement par rapport au sol. Lorsque la broche est inclinée par rapport au sol, le diagramme de rayonnement sera bien sûr déformé. Placez autant de contrepoids que possible sous la partie de l'antenne qui est inclinée. Il est également nécessaire, si possible, de relever les contrepoids afin qu'ils forment un angle ne dépassant pas 135 ° avec l'antenne. Rappelons qu'une telle antenne est plus difficile à adapter du fait de la présence d'une composante réactive importante. littérature
Auteur : I. Grigorov (UZ3ZK) ; Publication : cxem.net
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