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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Antennes émetteur-récepteur KB. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Antennes HF À propos de la hauteur d'installation de l'antenne Lors du choix de la conception d'une antenne de réception-émission pour sa station de radio amateur, un opérateur ondes courtes doit prendre en compte de nombreux facteurs, rechercher des solutions de compromis pour de nombreux problèmes techniques. L'un d'eux est la hauteur de l'installation de l'antenne. Les possibilités d'un radioamateur dans ce domaine (quel que soit l'endroit où il habite - dans une ville ou dans un village) sont très, très limitées. Existe-t-il des solutions optimales ici ? Dans une certaine mesure, l'expérience menée par DJ2NN[1] apporte une réponse à cette question. Il convient de souligner qu'il n'est pas facile de mesurer la dépendance de l'efficacité de l'antenne à la hauteur de son installation en ondes courtes. Bien entendu, ces données sont très intéressantes pour les longs trajets (c'est-à-dire pour les liaisons DX), ce qui signifie que les résultats de mesure sont considérablement affectés par la propagation des ondes radio dans l'ionosphère (en particulier les fluctuations de propagation rapides). De plus, dans le cas général, ces dépendances peuvent avoir un caractère différent pour des trajets de longueurs et d'azimuts différents. La fiabilité des résultats ne peut être augmentée que par de multiples mesures répétées, un ensemble de données statistiques.
DJ2NN a mesuré la dépendance de l'efficacité de l'antenne en fonction de la hauteur de son installation sur les bandes amateur 14. 21 et 28 MHz en mode de réception des signaux des stations DX (la longueur de la route est d'au moins 5000 km). De plus, des dépendances similaires ont été mesurées à partir des signaux des stations situées dans la zone "proche", où la connexion est due à l'onde de surface. Dans ces expériences, DJ2NN a utilisé des antennes "canal d'onde", dont la hauteur d'installation pouvait être modifiée très rapidement dans les 2,5 ... 25 m. Il a pris des mesures spéciales qui élimineraient les erreurs de mesure dues au désaccord de l'antenne à de faibles hauteurs d'installation (en raison de l'influence de la "terre"). Les résultats de ces expériences pour les bandes 14 et 28 MHz sont représentés sur les Fig. 1a et 1b. L'évolution générale des dépendances similaires pour la bande 21 MHz est très proche des données présentées à la Fig. 1, un. Les courbes marquées du chiffre 1 se réfèrent aux mesures basées sur les signaux des stations DX, et celles marquées du chiffre 2 se réfèrent aux mesures des stations situées dans la zone "proche".L'analyse de ces courbes nous permet de tirer plusieurs conclusions. Tout d'abord, la mesure des paramètres d'une antenne à ondes courtes et l'élaboration de son diagramme de rayonnement par l'intensité du champ dans la zone "proche" ne peuvent pas toujours fournir des informations objectives sur son efficacité lors de communications DX. En d'autres termes, les mesures dans la zone "proche" sont une étape nécessaire, mais parfois insuffisante dans l'établissement d'une antenne KB directive. Deuxièmement, dans la plage de hauteur de 2,5 ... 15 m, l'efficacité d'une telle antenne sur les bandes 14 et 21 MHz change beaucoup. Une situation peut survenir lorsqu'une antenne à deux éléments plus simple et plus légère, élevée à une hauteur de 10 ... 12 m, sera plus efficace que, par exemple, une antenne à trois éléments, qu'un radioamateur ne peut pas élever au-dessus de 5 .. 7 m (en raison de plus de masse, d'un dispositif rotatif plus volumineux et lourd, etc.).
Et troisièmement, augmenter la hauteur de l'installation de l'antenne au-dessus d'environ 17 m n'est pas justifié. Les gains d'efficacité sont marginaux et les coûts de fabrication et les complexités techniques associées à l'installation et au fonctionnement de l'antenne sont multipliés plusieurs fois.
Antennes omnidirectionnelles La plupart des ondes courtes sont obligées de se limiter à installer une seule antenne, ce qu'ils essaient bien sûr de rendre multibande et omnidirectionnelle. Il existe de nombreuses conceptions de telles antennes dans lesquelles ces exigences sont plus ou moins satisfaites. L'une de ces antennes - "G5RV" (selon l'indicatif d'appel du radioamateur qui l'a proposé [2] - est conçue pour fonctionner sur les bandes amateur 3,5 ... 28 MHz. Les dimensions de l'antenne et de la ligne d'adaptation à deux fils sont indiquées à la fig. 3.a, l'antenne est alimentée par un câble coaxial d'impédance caractéristique de 75 ohms. La hauteur d'installation recommandée de l'antenne au-dessus du sol ou au-dessus du toit est d'environ 10 m. Si la portée dans laquelle l'antenne est installée est inférieure à 32 m, les sections d'extrémité de la bande d'antenne jusqu'à 3 m de long peuvent être laissées suspendu (c'est-à-dire, pour installer l'antenne dans ce cas, une portée d'environ 26 m convient). L'antenne "G5RV" permet en principe une installation à l'aide d'un seul mât sous forme de "V INVERSÉ", mais pour ne pas dégrader sensiblement ses performances, l'angle au sommet doit être d'au moins 120°.
Une ligne d'adaptation à deux fils auto-fabriquée est formée de deux fils, dont la distance est maintenue par des isolateurs constants (Fig.3, b) constitués d'un bon diélectrique non hygroscopique (plexiglas, textolite, etc.) Après imprégnation, vous pouvez également utiliser du bois ou du contreplaqué. Les fils de la ligne sont placés dans des découpes en forme de V aux extrémités des isolateurs et fixés avec de petits morceaux de fils (Fig. 3. 0) passés à travers les trous des isolateurs. La ligne d'adaptation doit être perpendiculaire à la nappe de l'antenne sur au moins 6 m. Pour un fonctionnement efficace de l'antenne G5RV sur toutes les bandes, son chargeur doit être connecté à l'émetteur via un dispositif d'adaptation. Étant donné que cette antenne dans le chargeur a presque toujours une onde stationnaire à un degré ou à un autre, cela n'a aucun sens d'utiliser un dispositif d'équilibrage (BALUN) pour passer d'une ligne d'adaptation à un câble coaxial. Cependant, pour réduire le rayonnement de la tresse extérieure du câble (ceci, notamment, peut perturber la télévision), il est conseillé [3] de réaliser une self haute fréquence à partir de la partie supérieure du départ (Fig. 3. d). Le nombre de tours est de 8 .. 10, le diamètre d'enroulement est d'environ 180 mm, les tours sont fixés à trois endroits avec du ruban adhésif.
Une autre version de l'antenne KB multibande basée sur "G5RV" [4] est illustrée à la fig. 4. un. Sur le mât central 1, d'environ 12 m de haut, à un angle d'environ 30° l'un de l'autre, deux nappes d'antenne "G5RV" sont suspendues. Les extrémités de ces nappes sont fixées par des isolateurs 4 à quatre mâts auxiliaires 3 d'une hauteur d'environ 6 m. Au centre, les antennes nappes sont reliées par paires à une ligne bifilaire commune 5 (voir Fig. 4.b), qui est le même que dans le "G5RV" habituel, fait de l'air sur les isolateurs 6. Pour la fixation des extrémités des toiles sur le mât 1, sert l'isolateur central 2. Il convient de noter que les dimensions données ne sont pas critiques. Ils peuvent être variés dans une gamme assez large, en se concentrant sur les capacités du radioamateur et la place dont il dispose pour installer l'antenne. Dans la littérature amateur, il existe souvent des descriptions d'antennes horizontales multibandes, qui sont des radiateurs connectés en parallèle (par exemple, des dipôles demi-onde) pour des bandes KB séparées. Ce principe peut également être appliqué pour créer des antennes à polarisation verticale. La conception d'une telle antenne KB à trois bandes [5] est illustrée à la Fig. 5. Un mât métallique 3, qui sert de radiateur dans la gamme des 14 MHz, est monté sur un isolateur de support 2. Dans sa partie supérieure, à une distance d'environ 350 cm de l'isolateur de support, une entretoise diélectrique 9 est fixée. Des émetteurs filaires 4 sont fixés à la base du mât (et reliés électriquement à celui-ci) sur les bandes 21 et 28 MHz. La tension des émetteurs est assurée par des rallonges en nylon 5, qui leur sont reliées par l'intermédiaire d'isolateurs 6. L'antenne est alimentée par un câble coaxial 8 d'une impédance d'onde de 50 Ohm, dont l'âme centrale est reliée au mât 3, et la tresse au système de contrepoids 7. Les longueurs de tous les émetteurs diffèrent de la valeur */4 pour la plage correspondante, ce qui est dû à l'influence mutuelle des émetteurs. Montré sur la fig. 5, les dimensions des radiateurs ont été sélectionnées expérimentalement en fonction des valeurs SWR minimales dans les plages de fonctionnement.
Une variante d'antenne large bande [b], fonctionnant sur toutes les bandes KB, y compris 160 m, est représentée sur la fig. 6. L'antenne est un émetteur filaire de 22,6 m de long, à une distance d'un tiers de l'extrémité duquel un circuit LR est connecté, élargissant la bande de fréquences de fonctionnement.
Ce circuit (Fig. 6, b) est formé d'une résistance R d'une résistance de 370 Ohm (6 résistances d'une résistance de 2,2 kOhm et d'une puissance de dissipation maximale de 1 W) et d'une bobine L (55 tours de fil 1 mm de diamètre, enroulement continu ordinaire sur un cadre d'un diamètre d'environ 50 mm ). L'antenne est connectée au chargeur (impédance 50 Ohm) via un transformateur d'adaptation (Fig. 6, c). Il est réalisé sur un anneau de ferrite d'un diamètre d'environ 50 mm avec une perméabilité magnétique initiale d'environ 20. Chacun des bobinages comporte 24 spires de fil d'un diamètre de 1 mm. L'antenne est connectée au robinet du 18ème tour de l'enroulement secondaire. Le point de connexion est sélectionné expérimentalement lors de la configuration de l'antenne. L'antenne est accordée en sélectionnant tout d'abord l'inductance de la bobine L et le point de connexion de l'antenne au transformateur d'adaptation. Le critère est le SWR minimum dans les bandes amateur. Bien que l'article note la possibilité d'un fonctionnement d'antenne même sur la bande de 160 m, en réalité, apparemment, il n'est possible d'obtenir des caractéristiques satisfaisantes qu'à des fréquences de 7 MHz et plus. L'influence de la "terre" L'antenne décrite ci-dessus, ainsi que de nombreuses autres antennes "fil" et fouet, nécessite une bonne "masse électronique" pour son fonctionnement normal (efficace). Dans des conditions urbaines (et pas seulement urbaines), il est généralement fourni en connectant un équivalent - des contrepoids. Combien de contrepoids et combien de temps peut créer une bonne "terre radio-technique" ? Les mesures montrent [7] que leur nombre doit dépasser 20 ... 30. Avec plusieurs balances (cas très typique dans la pratique radioamateur), la résistance aux pertes est d'environ 30 ohms. Cela signifie qu'environ 50 % de la puissance de l'émetteur est perdue. En d'autres termes, il convient de considérer: ce qui est le plus facile - entrer en conflit avec l'Inspection nationale des télécommunications, augmenter la puissance de l'émetteur au-delà des limites autorisées, ou ajouter plusieurs dizaines de soldes à l'antenne et obtenir la même efficacité de la station de radio qu'un ensemble.
Les dépendances typiques de la résistance d'entrée d'une broche quart d'onde (valeur théorique 37 Ohm) sur le nombre d'équilibres quart d'onde pour diverses conditions (1 - sol sec, 2 humide, 3 - valeur théorique) sont illustrées à la Fig. 7. Compte tenu de ces dépendances, il ne devrait pas être surprenant qu'un GP avec trois contrepoids fournisse un SWR de ~ 1 lorsqu'il est alimenté par un câble coaxial de 75 ohms (valeur SWR théorique de ~ 2). Il devient clair et efficace de faire fonctionner certaines antennes verticales dans une large bande de fréquences - les pertes dans le "sol" l'étendent considérablement. Circuits notch pour antennes KB Les antennes avec circuits à encoche ("W3DZZ" et similaires) sont largement utilisées dans la pratique de la radio amateur. Ils ont des caractéristiques tout à fait acceptables, mais d'un point de vue constructif, ils ne sont pas très pratiques. Des difficultés particulières (de fabrication ou d'achat) sont causées par un condensateur inclus dans le circuit de rejet LC. Il doit avoir un calibre bien défini et des paramètres électriques très élevés, fonctionnant dans des conditions d'exposition à une atmosphère humide. Le circuit à encoche pour les antennes de type "W3DZZ" peut être réalisé à partir d'un morceau de câble coaxial dont la tresse formera l'inductance nécessaire, et la "tresse centrale" créera la capacité nécessaire | 8].
La conception d'un tel circuit de rejet est illustrée à la Fig. 8. Un câble coaxial 1 est enroulé sur le cadre diélectrique 2. Les extrémités du câble 3 sont passées dans les trous du cadre et soudées (5) conformément à la figure. Les supports 4 sont utilisés pour connecter les feuilles d'antenne 6. Pour les antennes simples avec des circuits réjecteurs, le choix des paramètres de la bobine est assez arbitraire (il suffit de fournir la fréquence de réjection requise). Dans l'antenne "W3DZZ". de plus, il est nécessaire d'avoir un rapport bien défini de l'inductance de la bobine L et de la capacité du condensateur C - sans cela, il est impossible de réaliser les propriétés multigammes de l'antenne. Antennes directionnelles Une antenne directionnelle rotative KB est le rêve de tous les ondes courtes. Cependant, de nombreux radioamateurs ne peuvent pas se permettre de fabriquer une antenne pleine grandeur ("canal à ondes", "double carré", etc.). L'une des raisons en est la zone très limitée sur le toit d'un immeuble résidentiel qu'une onde courte peut utiliser pour installer une antenne (en particulier les tours). C'est pourquoi dans les magazines de radio amateur, il y a si souvent des descriptions de diverses options pour les antennes KB mono ou multibandes de petite taille.
L'antenne, dont le croquis est illustré à la fig. 9, s'appelait "DOUBLE-D" ("double delta") [9]. De petite taille, léger, il pourrait bien être le premier design d'un ondes courtes qui souhaite augmenter l'efficacité de sa radioamateur en y installant une antenne directionnelle rotative. Sur le mât 1 à une distance D de son sommet, il y a quatre entretoises 2 en bambou ou en bois imprégné de composés étanches à l'humidité. Les nappes de l'élément actif 5 et du réflecteur 3 sont fixées aux extrémités de ces entretoises et à travers les prolongements 4. Les deux nappes sont constituées de fil de cuivre ou d'un cordon d'antenne, et les prolongements sont constitués d'un cordon de nylon. La configuration de l'élément actif et du réflecteur ressemble à la lettre latine D, d'où le nom de l'antenne. L'antenne est alimentée par un câble coaxial 6 avec une impédance d'onde de 50 ohms. La longueur des éléments de fil d'antenne en mètres est calculée à l'aide des formules suivantes (f est la fréquence de fonctionnement en MHz): A = B = 85,1/f C = 60,2/f D=17,8/f Mi = 34/f La valeur de fréquence f est choisie soit au milieu de la gamme amateur correspondante, soit au milieu de sa section, qui intéresse le plus les ondes courtes (par exemple, au milieu de la section télégraphique). Sur la base des données [9], l'antenne "DOUBLE-D" n'est pratiquement pas inférieure à l'antenne "canal d'onde" à deux éléments en termes de directivité et de rapport de rayonnement avant-arrière. Cependant, il a une bande passante plus faible, comme le montre la Fig. 10, qui montre le SWR en fonction de la fréquence (bande 28 MHz) pour l'antenne "DOUBLE-D" (courbe 1) et le "canal d'onde" pleine grandeur (courbe 2).
Cette antenne est accordée en sélectionnant la longueur de l'élément actif et du réflecteur. A la fréquence de résonance, son impédance d'entrée est purement active et est d'environ 40 ohms. En utilisant ce principe de construction d'une antenne, il est possible de fabriquer une conception multibande. Dans ce cas, il est souhaitable d'alimenter chacun des éléments actifs avec un câble coaxial séparé. Des expériences avec une antenne bi-bande (14 et 21 MHz) ont montré que le réglage des éléments sur la deuxième gamme sur la même conception ne modifie pas les diagrammes d'antenne. Lorsque les deux éléments actifs étaient alimentés, même via un câble coaxial, le SWR ne dépassait pas 2 dans les deux bandes amateur. Un "double carré" compact tri-bande (14, 21 et 28 MHz) (Fig. 11) a été proposé. 9H1GL [10]. En termes de dimensions, il ne dépasse pas le "double carré" à deux bandes à 21 et 28 MHz. Cette antenne se compose essentiellement de deux "doubles carrés" pleine grandeur pour les bandes 21 et 28 MHz, et la troisième bande, 14 MHz, est obtenue en connectant des capacités de charge aux éléments de la bande 21 MHz.
Sur le mât 1, une courte poutre porteuse 2 est fixée, à laquelle, à leur tour, des supports 3 "hérissons" sont fixés. L'utilisation d'une combinaison de "traversée d'appui" - "hérissons" (chacun d'eux séparément est largement utilisé dans les "doubles carrés") a permis d'obtenir un point d'attache très élevé pour les haubans 6. L'antenne tourne avec le mât 1 (un moteur avec une boîte de vitesses est installé à sa base), donc des haubans sont fixés au palier intermédiaire 5. La hauteur du mât est d'environ 5,5 m, le palier est installé 0,8 ... 1 m en dessous du point de fixation du porteur faisceau. Dans ce cas, avec l'angle maximal autorisé entre le mât et les haubans de 30°, les points d'attache des haubans au toit seront à environ 2.7 m de la base du mât. La configuration des éléments "hérissons" 3 (ils sont constitués d'une cornière en acier) est représentée sur la Fig. 11. c. Les entretoises en bambou 4 sont fixées aux parties pliées de ces éléments avec des étriers ou des clips. La longueur des entretoises est d'environ 2,4 m, la longueur de chaque côté du cadre pour la bande 21 MHz est de 3,6 m et pour la bande 28 MHz de 2,75 m. Les éléments capacitifs de charge qui assurent le fonctionnement de l'antenne sur la bande 14 MHz sont situés à l'intérieur des cadres de la bande 21 MHz (un peu plus près du mât que ces cadres). Ils sont "éteints" par quatre circuits à encoche - deux pour chaque trame. La fréquence de résonance des circuits notch (avant connexion à l'antenne) est de -20,2 MHz. Structurellement, ils sont constitués de câble coaxial de la même manière que celle décrite dans la section précédente de l'examen. Les circuits sont connectés entre le châssis et les charges capacitives aux points indiqués sur la fig. onze. La méthode de réglage des éléments d'antenne sur les bandes 28 et 21, MHz ne diffère pas de la norme. Sur la bande 14 MHz, l'antenne est accordée en sélectionnant la longueur des éléments - charges capacitives. Si la modification de la longueur de ces éléments affecte de manière significative les paramètres de l'antenne sur la bande 21 MHz, cela indique que les circuits d'encoche ne sont pas réglés avec précision (c'est-à-dire qu'ils ne « désactivent » pas complètement la charge capacitive lorsqu'ils fonctionnent sur la bande 21 MHz). bande MHz). Lors de l'alimentation de l'antenne avec un câble coaxial de 50 ohms, le SWR n'a pas dépassé 2 sur les trois bandes. littérature
Auteur : B. Stepanov (RU3AX) ; Publication : cxem.net
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