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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Effet d'antenne d'alimentation. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radiocommunications civiles Le fonctionnement normal du trajet antenne-alimentation détermine en grande partie l'efficacité d'une station de radio amateur dans son ensemble. L'effet discuté dans cet article peut le réduire considérablement, car il se manifeste dans la plupart des conceptions d'antennes pratiques (y compris celles fabriquées en usine). La première partie de l'article révèle les causes de l'effet antenne feeder et son influence sur le fonctionnement du trajet antenne-feeder. Dans la deuxième partie, des recommandations pratiques seront données pour éliminer cette influence. Presque toutes les ondes courtes sont bien conscientes de la situation où le travail de transmission interfère avec l'équipement électronique de la maison - le néon brille lorsqu'il est amené au corps de l'émetteur allumé et la réception s'accompagne de fortes interférences d'origine locale. Ce sont les manifestations les plus frappantes de l'effet d'antenne d'alimentation familier depuis longtemps, mais relativement peu étudié, dont l'essence et les caractéristiques sont décrites dans l'article. L'essence et les causes de l'effet d'antenne du chargeur Il est d'usage d'appeler effet d'antenne le phénomène de rayonnement ou de réception d'ondes radio par des objets non destinés à cela. La ligne d'alimentation ne doit être utilisée que pour transmettre de l'énergie à haute fréquence d'un émetteur à une antenne ou d'une antenne à un récepteur. L'examen des causes de l'effet d'antenne d'alimentation (AEF) commencera par le mode de transmission. Comme on le sait, le champ électromagnétique émis par une antenne est créé par des courants alternatifs circulant dans ses conducteurs constitutifs. L'antenne n'est presque toujours pas dans un espace libre. Il peut y avoir de nombreux objets à proximité immédiate (par exemple, dans la longueur d'onde a). Il s'agit des fils des lignes d'alimentation électrique, de radiodiffusion et de communication, des mâts conducteurs, des supports et haubans, des canalisations, des gréements, des raccords, des carrosseries et fuselages de véhicules, des toits et murs de bâtiments, du corps de l'opérateur et de la surface de la terre. . Si des courants apparaissent d'une manière ou d'une autre dans les objets environnants (induits, par exemple, par le champ proche d'une antenne), alors le champ de rayonnement créé par ces courants s'ajoutera au champ des courants d'antenne. L'antenne et son environnement seront appelés un système d'antenne (AS). Dans ces conditions, les caractéristiques des enceintes peuvent différer fortement des caractéristiques calculées de l'antenne elle-même. Pour rendre les caractéristiques des enceintes moins dépendantes de l'environnement, ils tentent d'élever l'antenne plus haut, de l'installer plus loin des structures conductrices et de fabriquer des mâts et des haubans non métalliques. L'un des objets les plus proches et fondamentalement non amovibles entourant l'antenne est le chargeur qui l'alimente. Le départ le plus simple est une ligne ouverte à deux fils. Dans un cas idéal, les valeurs instantanées des courants dans les fils de ligne dans n'importe quelle section de l'alimentation et à tout moment sont identiques en amplitude et en direction opposée, c'est-à-dire que la somme des courants des deux fils d'alimentation dans n'importe quelle section est zéro. Nous appellerons de tels courants antiphase. Une ligne ouverte à deux fils rayonnera même dans ces conditions, la raison en est la distance finie d entre les fils de la ligne. Une ligne verticale émet des ondes polarisées verticalement dans le plan horizontal avec des maxima dans le plan de la ligne et des ondes polarisées horizontalement avec des maxima perpendiculaires à ce plan. Le champ de rayonnement est proportionnel au rapport d/X. Le rayonnement d'une ligne à deux fils est minime avec une charge de ligne adaptée et augmente sensiblement en cas de désadaptation, lorsque des ondes de courant stationnaires apparaissent. Le phénomène décrit (sous condition de courants strictement antiphases dans le système de fil d'alimentation) est appelé effet d'antenne du câble d'alimentation du 2ème type (AEF-2) [1]. En pratique, cela se manifeste très faiblement. Par exemple, à une fréquence de 145 MHz, une ligne d'un câble de télévision KATB (ou KATP) d'une longueur de a/2 et d = 10 mm, du fait de cet effet, émet un champ environ 50 fois plus faible qu'un demi- vibrateur à boucle d'onde connecté à cette ligne. Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles la somme des courants de tous les fils dans la section transversale d'une ligne d'alimentation peut différer de zéro. Le diagramme vectoriel (Fig. 1) montre qu'avec une différence arbitraire dans les phases et les amplitudes des courants I1 et I2 dans des fils individuels, ces courants peuvent être représentés comme une somme de composants en antiphase I1n = I2n et en phase I1c = l2c. (ces derniers sont parfois appelés asymétriques). Les champs créés par les courants de mode commun de différents fils ne sont pas compensés (comme ceux en antiphase), mais sont résumés. Si la longueur du chargeur est comparable à X, alors leur somme peut créer un rayonnement supplémentaire important. Ce phénomène est appelé effet d'antenne du feeder du 1er type (AEF-1) [1]. C'est nettement plus grave que l'AEF-2. qui sera discuté ci-dessous.
Les AEF de 1er type (ci-après simplement AEF) étant associés à des courants de mode commun, le problème de la détermination de ses causes peut être réduit à rechercher les causes de l'apparition des courants de mode commun de la ligne d'alimentation en mode transmission (en le mode de réception, de tels courants apparaissent toujours sous l'influence de champs électromagnétiques externes). Considérons une antenne dipôle horizontale avec une alimentation à deux fils sans tenir compte de la "masse". Nous supposerons que l'UA se compose uniquement d'une antenne et d'un feeder. Le champ de rayonnement du haut-parleur en chaque point de l'espace est la somme vectorielle des champs créés par les courants de tous les conducteurs du haut-parleur. Le champ total en chaque point dépend de la répartition des courants le long des conducteurs du système. Cette distribution à une fréquence donnée est uniquement déterminée par la forme, la taille et l'emplacement des fils d'enceinte. ainsi que la méthode de stimulation. Des considérations assez évidentes conduisent à la conclusion (confirmée par le calcul et la pratique) qu'avec une symétrie géométrique du haut-parleur et une excitation symétrique (strictement antiphase), la répartition des courants sera également symétrique aussi bien le long des fils d'antenne que le long des fils d'alimentation. Dans ce cas, la somme des courants de mode commun de tous les fils d'alimentation sera égale à zéro.
Un exemple d'un tel cas est présenté dans le modèle de la Fig. 2, une. Les courants des fils d'une alimentation symétrique sont égaux en amplitude et en antiphase, ceci est déterminé par la symétrie des bras de l'antenne vibrante et l'emplacement symétrique de l'alimentation symétrique par rapport à ces bras, ainsi que la connexion symétrique du générateur jusqu'au début de la ligne d'alimentation. L'une des raisons suivantes peut conduire à l'apparition de courants d'alimentation en mode commun : asymétrie de l'antenne (asymétrie géométrique des bras, la puissance n'est pas au milieu, Fig. 2, b) : asymétrie de l'alimentation (différents diamètres ou longueurs de fils, Figure 2, c); asymétrie du système de haut-parleurs dans son ensemble (position relative asymétrique de l'antenne et du chargeur, Fig. 2,d). En prenant en compte le « sol », l'asymétrie géométrique de l'AS par rapport au « sol » (Fig. 2, e) et l'asymétrie électrique de la source par rapport au « sol » (Z1-Z2. Fig. 2, f) sera ajouté ici. Si dans la situation précédente une symétrie complète est en principe possible, alors lors de l'alimentation d'une antenne symétrique avec un chargeur coaxial (fondamentalement asymétrique) sans prendre de mesures particulières, l'AEF-1 est tout simplement inévitable, bien qu'un tel chargeur soit exempt d'AEF-2. Une particularité d'une ligne coaxiale est que... qu'aux hautes fréquences radio, elle peut être considérée non pas comme une ligne à deux fils, mais comme une ligne à trois fils. Les courants le long des surfaces intérieures et extérieures de la tresse du câble peuvent différer en raison de l'effet de peau. Pour analyser les courants de mode commun dans un modèle, vous pouvez représenter la surface extérieure de la tresse du câble comme un seul fil et connecter le générateur directement à l'antenne. Dans le cas où le conducteur central du câble est connecté à un bras d'une antenne symétrique et la tresse à l'autre (modèle - Fig. 3, a), alors même avec un emplacement géométriquement symétrique du câble par rapport à l'antenne , AEF se produira dans le haut-parleur. La raison en est l'asymétrie électrique de la connexion d'une source équivalente à un haut-parleur géométriquement symétrique (la source est censée être une source ponctuelle et allumée exactement au centre de l'antenne, mais à gauche se trouve un bras d'antenne, et à droite est l'autre plus la surface extérieure de la gaine du câble !). La distribution du courant dans ce cas dépend fortement de la longueur électrique de la surface extérieure de la tresse du câble (en raison de l'isolation externe, elle est supérieure d'environ 1% à la longueur géométrique), avec une longueur de résonance (un nombre entier d'alternances en tenant compte de la longueur de mise à la terre pour l'extrémité inférieure mise à la terre ou d'un nombre entier d'alternances plus a/4 pour l'extrémité non mise à la terre du câble, comme dans notre cas), l'amplitude maximale du courant de mode commun lc du câble est maximale et peut atteindre 43% de l'amplitude maximale du courant I du bras gauche de l'antenne (Fig. 3,b).
Dans cet exemple, il convient de montrer un "mécanisme" simplifié d'induction de courants le long de la surface extérieure de la tresse, ce qui aidera à présenter plus clairement les processus physiques conduisant à l'AEF. L'une des raisons du courant de mode commun est évidente : il s'agit d'une source d'excitation équivalente, à l'une des bornes de laquelle un conducteur extérieur est connecté. Cependant, ce conducteur se trouve également dans le champ proche des bras de l'antenne, dont les courants ne sont pas les mêmes. Par conséquent, il existe une autre raison aux courants de mode commun: asymétrique, et donc non compensé à l'emplacement du départ, le champ proche de l'antenne elle-même. Une telle idée est, bien sûr, très primitive, mais parfois dans la pratique de la lutte contre l'AEF, pour une raison quelconque, cette deuxième raison n'est pas du tout prise en compte. Les antennes à polarisation verticale situées à basse altitude sont significativement asymétriques par rapport au « sol » (ou au toit). Même si l'on assure une symétrie relative formelle de l'antenne et du feeder (dipôle vertical lorsqu'il est alimenté par le côté). L’AEF est inévitable. Ainsi, pendant le fonctionnement de la transmission, des courants de mode commun de départ peuvent se produire pour l'une des raisons principales suivantes :
En mode réception, sous l'influence de champs électromagnétiques externes sur la ligne d'alimentation, des courants antiphasés et inphasés peuvent apparaître dans ses fils. Les premiers apparaissent dans des lignes ouvertes à deux fils et affectent directement l'entrée du récepteur (AEF du 2ème type). Des courants de mode commun se produisent dans n’importe quelle ligne d’alimentation. En raison du principe de réciprocité, l'influence de ces courants sur l'entrée du récepteur (AEF du 1er type) est d'autant plus forte que l'intensité relative des courants de mode commun de l'alimentation d'un haut-parleur donné en mode émission est grande. . Seuls les courants d'alimentation en antiphase peuvent agir directement sur une entrée de récepteur correctement configurée. Le « mécanisme » de conversion des courants de mode commun en mode réception en courants anti-phase est similaire à celui décrit ci-dessus pour une alimentation coaxiale en mode émission. L'une des méthodes consiste à connecter la surface extérieure de la tresse avec la surface intérieure au point de connexion de l'antenne, et la seconde - à travers l'antenne, en utilisant les courants de mode commun en champ proche qui sont asymétriques pour les différents bras de l'antenne avec une enceinte asymétrique. Les caractéristiques du système de haut-parleurs prenant en compte l'alimentation qui en fait partie diffèrent des caractéristiques calculées de l'antenne sans prendre en compte l'influence de l'alimentation. Ainsi. AEF n'est pas seulement une réception ou une transmission directement par le chargeur, le concept peut donc être étendu. L'AEF au sens large est l'influence du feeder sur les caractéristiques du système d'antenne (à la fois en réception et en émission). Examinons cette influence plus en détail. Manifestations de l'effet d'antenne du feeder Les manifestations les plus frappantes de l’AEF ont été notées ci-dessus. Examinons plus en détail ces manifestations ainsi que d'autres manifestations significatives possibles de l'AEF. A titre d'exemple, prenons un vibrateur demi-onde horizontal et la célèbre antenne GP verticale de hauteur λ/4 avec trois contrepoids de même longueur, montés à un angle de 135° par rapport au radiateur. L'impédance d'entrée d'une telle antenne en espace libre et sans tenir compte de l'influence du feeder est purement active et est d'environ 50 Ohms. En figue. La figure 4 montre le diagramme directionnel (DP) dans le plan vertical et la répartition des courants le long des fils de la broche (I1) et des contrepoids (I2 - I4) pour ce cas. Toutes les caractéristiques données ici sont obtenues par simulation informatique sans tenir compte des pertes.
Pendant la transmission, les manifestations suivantes de l'ADF peuvent se produire. 1. Apparition du rayonnement AS avec polarisation non primaire. Si la polarisation principale de l'antenne est verticale et que le chargeur n'est pas vertical, un rayonnement du chargeur avec une composante horizontale apparaîtra. Si la polarisation de l'antenne principale est horizontale et que le chargeur n'est pas horizontal, un rayonnement du chargeur avec une composante verticale apparaîtra. Exemple - motif dans le plan vertical Fig. 5 pour un dipôle horizontal. La composante verticale du champ En due à l'AEF est d'environ 30% de la composante horizontale utile En. Et c'est un effet très indésirable, par exemple pour la réception de la télévision.
2. Changement de motif avec la polarisation principale. Le rayonnement d'une source d'alimentation avec la polarisation principale peut entraîner une modification significative du diagramme principal (par exemple, pour les antennes verticales dans le plan vertical) : la directivité dans la direction principale change (elle peut diminuer ou augmenter) et les lobes indésirables apparaître dans d’autres directions. Exemple - fig. 6 pour antenne GP avec longueur de câble non mise à la terre 9λ/4. Si un câble avec la polarisation principale ne rayonne pas, le motif peut changer en raison de la rupture de la symétrie d'excitation (Fig. 7 pour Ep, un dipôle horizontal) 3 Modification de la résistance d'entrée complexe. Pour l'antenne GP, selon la longueur de la ligne d'alimentation coaxiale, la composante active R de l'impédance complexe aux points d'excitation Z = R + jX peut varier de 42 à 100 Ohms. et la composante réactive X est comprise entre -40 et +17 Ohms. 4. Une modification de la résistance d'entrée est associée à une modification du rapport d'onde stationnaire (ROS) dans la ligne d'alimentation. En figue. La figure 8 montre les dépendances du ROS pour l'antenne GP à λ=10.9 m : 1 - avec une connexion par câble « normale » à l'antenne ; 2 - avec une « isolation » idéale de la surface extérieure de la tresse au point de connexion à l'antenne. Comme le montrent les graphiques, le ROS dans les deux cas dépend de la longueur du départ, ce qui ne devrait pas se produire en l'absence de courants de mode commun (AEF) et de pertes dans le départ [2]. Notons ici que ce sont les courants de mode commun qui entraînent une variation du ROS (par Z), mais pas l'inverse ! La dépendance de l'AEF-2 à l'égard du SWR a un « mécanisme » différent.
5. Un SWR médiocre signifie la présence d'une proportion importante d'ondes stationnaires dans les courants d'alimentation qui ne sont pas impliquées dans le transfert d'énergie RF. Dans un vrai câble, les pertes augmentent, par conséquent, l'efficacité du système antenne-alimentation diminue. Les courants de mode commun eux-mêmes entraînent également des pertes supplémentaires d'énergie fournie au courant alternatif. 6. Détérioration du DP et du SWR. une diminution du rendement réduit le potentiel énergétique de la liaison radio. La portée de réception fiable diminue et pour obtenir la qualité de communication attendue, il est nécessaire d'augmenter la puissance. Et c'est une consommation d'énergie supplémentaire. Dans le même temps, les problèmes mentionnés aux points 7 à 9 s’aggravent. 7. La modification du diagramme entraîne l'apparition de rayonnements dans des directions imprévues, ce qui peut créer des interférences intenses ou des niveaux de champ inacceptables selon les normes sanitaires. 8. Si l'alimentation est située à proximité d'autres lignes, par exemple des lignes électriques ou téléphoniques, la présence d'un couplage inductif avec elles en présence d'un AEF peut entraîner de sérieuses difficultés pour assurer le fonctionnement conjoint de la station radio avec d'autres radio- équipements électroniques (fortes interférences mutuelles lors de l'émission et de la réception). 9. Près du chargeur de l'appareil émetteur, un champ électromagnétique notable peut apparaître, comparable aux champs proches des parties actives de l'UA. Tous. concernant les changements dans les caractéristiques générales des locuteurs émetteurs. s'applique également aux haut-parleurs de réception (DP. impédance d'entrée. SWR. Efficacité) Sources externes d'interférences avec polarisation non principale ou dans la zone des lobes DP supplémentaires. ou à proximité du départ créera, en présence d'un AEF, un bruit de fond supplémentaire lors de la réception. Nous notons quelques caractéristiques générales de la manifestation d'AEF: 1. L'AEF se manifeste plus fortement avec les dimensions résonnantes du chargeur et plus faible - avec les dimensions non résonnantes. 2. La nature du changement de RP en présence d'AEF dépend de la longueur du chargeur. Plus l'alimentation verticale est longue, plus le DN devient en retrait dans le plan vertical. 3. L'amplification de l'AS dans la direction principale en présence de l'AEF peut être à la fois supérieure et inférieure à celle sans tenir compte de l'AEF. 4. L'AEF se manifeste d'autant plus fort que le champ proche de l'antenne est le chargeur. En ce sens, l'antenne GP considérée est l'une des plus vulnérables. 5. Pour les antennes vibrantes (dipôles), l'AEF est plus prononcé que pour les boucles. 6. Pour les antennes polarisées verticalement, AEF apparaît plus souvent et plus fort que pour les antennes polarisées horizontalement. 7. L'influence du chargeur sur les caractéristiques du haut-parleur est d'autant plus forte que plus l'antenne est petite et plus son efficacité est faible. L'ADF est très dangereux pour les antennes électriquement petites. 8. L'AEF est particulièrement dangereux pour les personnes hautement ciblées et. en particulier, les antennes radiogoniométriques. 9. La manifestation de l'AEF chez les locuteurs récepteurs n'est pas moins, et même plus grave, que chez les locuteurs émetteurs. C'est pour la réception des enceintes que ce problème s'est d'abord posé littérature
Auteurs : Anatoly Grechikhin (UA3TZ), Dmitry Proskuryakov
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