Après une série d'expériences avec des antennes hélicoïdales, un graphique a été construit

impédance d'entrée des antennes dipôles et hélicoïdales verticales en fonction du facteur de raccourcissement (Fig. 6.9) dans la plage 7...28 MHz. Les antennes ont été réalisées sur un cadre diélectrique d'un diamètre de 10 mm à 10 cm, l'enroulement de la spirale était uniforme et un fil d'un diamètre supérieur à 0,5 mm a été utilisé.

Comme les expériences l'ont montré, pour les antennes hélicoïdales raccourcies avec K = 2...10, la modification du diamètre de leur cadre entre 1...10 cm n'affecte pas de manière significative l'impédance d'entrée. Cependant, pour les antennes hélicoïdales très raccourcies avec K > 10, les résultats que j'ai obtenus ont montré que l'impédance d'entrée dépend largement du diamètre de leur cadre diélectrique et de la fréquence à laquelle l'antenne hélicoïdale résonne, donc pour elles cela graphique simple, comme sur la fig. 6.9 n’a pas pu être obtenu.

Comme le montre ce graphique, un câble coaxial avec une impédance d'onde de 50 Ohms, une longueur électrique multiple de la moitié de la longueur d'onde de l'antenne, convient pour alimenter des antennes dipôles et hélicoïdales verticales avec K > 3. Dans certains cas, les antennes verticales avaient initialement une impédance d'entrée bien supérieure à celle de la Fig. 6.9, mais le réglage du « sol » de l'antenne en résonance a permis de l'abaisser. La connexion d'un câble coaxial à une antenne verticale modifie généralement légèrement son impédance d'entrée à l'extrémité émetteur-récepteur du câble, auquel cas le changement d'impédance d'entrée

se produit dans une direction décroissante. Antenne hélicoïdale dipôle

Par rapport à la verticale, elle a généralement une impédance d'entrée plus proche de celle indiquée sur le graphique. Cependant, la connexion d'un câble coaxial à une antenne hélicoïdale dipôle peut entraîner une résistance de l'antenne très différente de celle indiquée sur le graphique, tant vers le haut que vers le bas. Des anneaux de ferrite d'au moins 10 pièces installés aux extrémités du câble coaxial réduisent son influence

à la résistance d'entrée, mais ne sont pas complètement éliminés. Si le rapport d'aspect de l'antenne hélicoïdale dépasse 5, à l'extrémité du câble coaxial alimentant l'antenne, il est conseillé d'installer une self haute fréquence non constituée de anneaux de ferrite, et sous forme de 5 à 20 tours de câble coaxial d'un diamètre de 10 à 20 cm.

La modification du diamètre de l'hélice et du diamètre du fil utilisé pour enrouler l'antenne raccourcie n'a pas d'effet significatif sur l'impédance d'entrée de l'antenne. Cela se produit car à mesure que le diamètre de l'hélice augmente, l'antenne rayonne plus efficacement, par conséquent, la résistance au rayonnement de l'antenne augmente et son impédance d'entrée augmente. À mesure que le diamètre de la spirale diminue, l'efficacité du rayonnement des ondes électromagnétiques de l'antenne diminue, donc la résistance au rayonnement diminue, mais les pertes diélectriques dans le cadre en spirale augmentent. Une augmentation des pertes diélectriques entraîne une augmentation de la résistance d'entrée d'une antenne hélicoïdale. Evidemment, pour augmenter l'efficacité d'une antenne hélicoïdale, il est nécessaire d'utiliser un fil du plus grand diamètre possible pour réaliser son hélice, et le diamètre des tours d'hélice doit être le maximum possible pour la mise en œuvre pratique de l'antenne. Le cadre sur lequel est réalisée la spirale d'antenne doit présenter de faibles pertes diélectriques. Dans la conception d'une antenne hélicoïdale, il est souhaitable d'utiliser un enroulement uniforme de l'hélice.

Mesurer les paramètres de l'antenne ? Ce n'est pas difficile du tout !

Les paramètres d'antenne correctement déterminés dans un système de réception radio constituent la base de la capacité de recevoir avec succès des stations radio distantes. Mais un radioamateur n'a pas toujours à portée de main fonds nécessaires pour de telles mesures. Dans cet article, l'auteur propose d'utiliser une méthode simple qui produit des résultats tout à fait acceptables.

Après avoir accroché une antenne filaire extérieure, un amateur de radio sur ondes longues et moyennes (LW et SW) se demande souvent : quels sont ses paramètres ? Il existe deux paramètres principaux : la résistance à la perte du système de mise à la terre de l'antenne rп et la propre capacité de l'antenne par rapport à la même masse SA. L'efficacité du système d'antenne dépend de ces paramètres, et donc de la possibilité de recevoir des stations distantes, d'alimenter le dispositif de réception avec « l'énergie gratuite » des signaux reçus de l'air, d'accorder le système d'antenne sur différentes fréquences, etc.

Les mesures d’antennes sont « terra incognita » pour la plupart des radioamateurs, et pas seulement pour les débutants. Toutes les méthodes connues nécessitent un puissant générateur haute fréquence et un pont de mesure - un équipement rarement trouvé chez les radioamateurs. Souvent, ces deux appareils sont combinés pour former un ohmmètre d'alimentation ou d'antenne (comme on les appelle), utilisé, par exemple, lors du réglage et du réglage des antennes des centres radio émetteurs. Un générateur HF puissant est nécessaire car l'antenne, ouverte à tous les vents, présente une haute tension de diverses interférences, y compris des signaux provenant d'autres stations radio qui interfèrent avec les mesures.

Dans la méthode de mesure proposée, un générateur n'est pas du tout nécessaire. Nous mesurerons les paramètres de l'antenne à l'aide de signaux aériens, car ils y sont nombreux. Dois-je fabriquer un appareil spécial ou un support pour les mesures ? Ceci est facultatif. Étant donné que les antennes ne sont pas changées tous les jours, il ne sera pas difficile d'assembler des circuits de mesure simples directement sur votre bureau ou sur un rebord de fenêtre, sans même utiliser de maquettes.

Mesure de résistance aux pertes. Vous aurez besoin d'une tige de ferrite provenant d'une antenne magnétique avec une paire de bobines, de préférence des gammes DV et MV, d'une résistance variable avec une résistance de 0,47...1 kOhm (nécessairement sans fil), de tout germanium haute fréquence de faible puissance diode et un voltmètre DC avec une résistance d'entrée interne élevée (au moins 0,5...1 MOhm). Pour identifier à l'oreille les stations radio reçues, il est utile de disposer de téléphones à haute impédance.

Nous assemblons l'appareil selon le schéma de la Fig. 1 et, en déplaçant la tige dans la bobine de l'antenne magnétique, nous nous accordons sur la fréquence du signal d'une puissante station de radio locale.

Riz. 1

Dans ce cas, la résistance variable R1 doit être réglée sur la position de résistance nulle (déplacez le curseur en position haute selon le schéma). Le moment de mise au point du circuit en résonance avec la fréquence de la station radio sera marqué par l'écart maximum de l'aiguille du compteur et le volume le plus élevé dans les téléphones. Les téléphones connectés en série avec le voltmètre n'ont pratiquement aucun effet sur ses lectures et en même temps le volume n'est pas trop élevé. Pour l'augmenter lors de l'identification de la station radio, le voltmètre peut être court-circuité, commuté sur la limite de mesure inférieure, où sa résistance est inférieure, ou un condensateur d'une capacité d'environ 0,05...0,1 µF peut être connecté en parallèle. au voltmètre afin de transmettre les fréquences audio aux téléphones (avec un tel condensateur, le son peut être quelque peu déformé en raison de l'inégalité de charge du détecteur aux fréquences audio et au courant continu).

Après avoir noté les relevés du voltmètre (U1) et sans modifier les réglages du circuit, le moteur résistance variable Déplacez R1 jusqu'à ce que les lectures du voltmètre soient réduites de moitié (U2). Dans ce cas, la résistance de la résistance sera égale à la résistance de perte du système d'antenne à une fréquence donnée. Les mêmes mesures peuvent être effectuées à d'autres fréquences.

La résistance de la résistance est mesurée avec un ohmmètre, en la déconnectant du circuit de mesure. Si vous n'avez pas d'ohmmètre, vous devez équiper la résistance d'une poignée avec un viseur et une échelle, que vous pourrez calibrer en ohms à l'aide d'un appareil standard.

En utilisant la méthode ci-dessus, il est possible de choisir, par exemple, la meilleure option de mise à la terre. En milieu urbain, les options suivantes sont possibles : conduites d'alimentation en eau, conduites de chauffage, ferrures de clôture de balcon, etc., ainsi que diverses combinaisons de celles-ci. Vous devez vous concentrer sur le signal reçu maximum et la résistance minimale aux pertes. DANS maison de campagne En plus de la mise à la terre « classique », il est recommandé d’essayer un puits ou des conduites d’eau, une clôture en treillis métallique, une toiture en tôle galvanisée ou tout autre objet métallique massif, même s’il n’est pas en contact avec la vraie terre.

Mesure de capacité d'antenne. Au lieu d'une résistance variable, vous devrez désormais activer un KPI (de tout type) d'une capacité maximale de 180...510 pF. Il est également conseillé de disposer d'un capacimètre avec une limite de mesure de dizaines à centaines de picofarads. L'auteur a utilisé compteur numérique Conteneurs "Master-S", aimablement fournis par son concepteur.

S'il n'y a pas de capacimètre, vous devez faire la même chose qu'avec une résistance - équiper le KPI d'une échelle et l'étalonner en picofarads. Cela peut être fait sans instruments, car la capacité est proportionnelle à la surface de la partie insérée des plaques. Dessinez la forme de la plaque du rotor sur du papier millimétré (plus la taille est grande, plus la graduation sera précise), divisez le dessin en secteurs tous les 10 degrés angulaires et comptez l'aire de chaque secteur et toute la plaque S0 en cellules . Sur la fig. 2, le premier secteur de zone S1 est ombré. Au premier repère d'échelle correspondant, vous devez mettre la capacité C1 = CmaxS1/S0, etc.

Riz. 2

Si les plaques du rotor ont une forme semi-circulaire (condensateur direct), l'échelle s'avère linéaire et il n'est alors pas nécessaire de faire des dessins et de calculer des surfaces. Par exemple, un KPI avec un diélectrique solide issu d'un ensemble destiné à la créativité des enfants a une capacité maximale de 180 pF. Il suffit de diviser l'échelle en 18 secteurs de 10 degrés, et de mettre 10, 20 pF, etc. autour des divisions. Même si la précision est faible, cela suffit pour nos besoins.

Après avoir calibré le KPI, nous assemblons l'installation selon le schéma de la Fig. 3.

Riz. 3

En connectant l'antenne à la prise XS1 et en désactivant le KPI avec l'interrupteur SA1, nous accordons le circuit formé par la capacité de l'antenne et la bobine L1 sur la fréquence de la station radio. Sans plus toucher à la bobine, nous commutons l'antenne sur la prise XS2 et connectons le condensateur C2 (notre KPI) au circuit avec l'interrupteur SA1. Nous nous réaccordons à nouveau sur la même fréquence, cette fois en utilisant C2. On détermine sa capacité Sk à l'aide d'une balance ou à l'aide d'un capacimètre connecté aux prises XS3, XS4 (à cet effet, commuter SA1 dans la position indiquée sur le schéma). Reste à trouver la capacité de l'antenne SA à l'aide de la formule

CA = C2(1 + carré(1 +4C1/C2))/2.

Le sens de nos manipulations est le suivant : lorsque nous avons connecté l'antenne via le condensateur de couplage C1, la capacité totale du circuit est devenue plus petite, et pour la restaurer, nous avons dû ajouter la capacité C2. Vous pouvez vous-même dériver la formule ci-dessus en vous basant sur l'égalité de la capacité de l'antenne CA (dans le premier cas) et de la capacité du circuit complexe C2 + CAC1/(CA + C1) dans le second cas. Pour augmenter la précision des mesures, il est conseillé de choisir une capacité du condensateur de couplage plus petite, comprise entre 15 et 50 pF. Si la capacité du condensateur de couplage est bien inférieure à la capacité de l'antenne, alors la formule de calcul est simplifiée :

CA = C2 + C1.

Expérience et sa discussion. L'auteur a mesuré les paramètres d'une antenne de ce type disponible à la datcha : un fil PEL 0,7 de 15 m de long, qui était tendu jusqu'au faîte du toit et éloigné de la maison jusqu'à un arbre voisin. La meilleure « mise à la terre » (contrepoids) s'est avérée être une colonne de chauffage à eau isolée du sol avec un petit réseau de tuyaux et de radiateurs de chauffage locaux. Toutes les mesures ont été effectuées dans la gamme CB à l'aide d'une bobine d'antenne magnétique CB standard provenant d'un récepteur à transistor. S'il n'y avait pas assez d'inductance pour s'accorder à l'extrémité basse fréquence de la plage, une autre tige de ferrite était placée à côté de l'antenne magnétique, parallèlement à la première.

Les résultats des mesures sont résumés dans un tableau. Ils ont besoin d'un petit commentaire. Tout d’abord, il est frappant de constater qu’à différentes fréquences, la résistance aux pertes et la capacité de l’antenne sont différentes. Ce ne sont pas du tout des erreurs de mesure. Considérons d'abord la dépendance en fréquence de la capacité. Si le fil d'antenne n'avait pas également une certaine inductance LA, les valeurs de capacité seraient les mêmes. L'inductance du fil est connectée en série avec la capacité de l'antenne, comme le montre le schéma équivalent du circuit d'antenne illustré à la Fig. 4.

Riz. 4

L'effet de l'inductance est plus fort aux hautes fréquences, où la réactance inductive augmente et compense partiellement la réactance capacitive. En conséquence, le général résistance active L'antenne diminue et la capacité mesurée devient plus grande. L'antenne a une fréquence naturelle f0 - la fréquence de résonance du circuit LACA, à laquelle la réactance passe à zéro et la valeur de capacité mesurée tend vers l'infini. La longueur d'onde naturelle de l'antenne Lambda0 correspondant à cette fréquence est approximativement égale à quatre fois la longueur du fil de l'antenne et s'inscrit généralement dans la bande HF.

La fréquence propre peut être calculée à partir de mesures de capacité à deux fréquences arbitraires, mais les formules sont trop complexes. Pour son antenne, l'auteur a obtenu CA = 85 pF. LA = 25 µH et f0 - environ 3,5 MHz. Pour des estimations approximatives, nous pouvons supposer que chaque mètre de fil d'antenne (avec la réduction) introduit une inductance d'environ 1...1,5 μH et une capacité d'environ 6 pF.

La résistance de perte avec une bobine L1 de qualité suffisamment élevée est principalement constituée d'une résistance de mise à la terre. Il est à son tour calculé à l'aide de la formule empirique (obtenue sur la base de données expérimentales) de M.V. Shuleikin : rп = А*Lambda/Lambda0. Ici A est un coefficient constant dépendant de la qualité de la mise à la terre, de dimensions en ohms. Pour de bonnes mises à la terre, A représente des unités et même des fractions d’ohms. Comme nous pouvons le voir, la résistance à la perte augmente avec l'augmentation de la longueur d'onde (fréquence décroissante), ce qui a été confirmé par les données du tableau. La dépendance de la résistance aux pertes à la fréquence a été découverte au début du siècle dernier, mais l'auteur n'a pas trouvé d'explication détaillée de cet effet dans la littérature.

À cet égard, de nombreuses données obtenues par les radioamateurs lors de la mesure des paramètres de leurs antennes peuvent être très utiles.

Littérature

1. Fradin A. Z., Ryzhkov E. V. Mesure des paramètres d'antenne. - M. : Svyazizdat, 1962.
2. Andreev V. Capacimètre simple "Master-S". - Radio, 2002. N°1, p. 50-52 ; N° 2, p. 51-53 ; N° 3, p. 52-54.
3. Belotserkovsky G.B. Antennes. - M. : Oborongiz, 1956.

Les questions de conception, de fabrication et d'utilisation des antennes pour les bandes d'ondes longues (LW), moyennes (MV) et courtes (HF) posent beaucoup moins de problèmes que les antennes pour la gamme VHF, en particulier celles de télévision. Le fait est que dans les gammes DV, SV, KB, les émetteurs ont généralement une puissance élevée, la propagation des ondes radio dans ces gammes est associée à de grandes valeurs de diffraction et de réfraction dans l'atmosphère, et les dispositifs de réception sont très sensible.

Lors de l'émission et de la réception d'un signal dans la gamme VHF et, en particulier, d'un signal de télévision, garantir les valeurs requises de ces paramètres entraîne un certain nombre de difficultés, à savoir : atteindre la puissance des émetteurs de télévision, tels que ceux de radiodiffusion, n'a pas encore été possible; les phénomènes de diffraction et de réfraction dans le domaine VHF sont insignifiants ; La sensibilité d'un récepteur de télévision est limitée par le niveau de son propre bruit et, en raison de la nécessité de recevoir un signal à large bande, est d'environ 5 μV. Par conséquent, pour recevoir sur l’écran du téléviseur haut niveau images, le niveau du signal d’entrée doit être d’au moins 100 µV. Cependant, en raison de la faible puissance de l'émetteur et des mauvaises conditions de propagation radio, la tension champ électromagnétique au point de réception est faible. Cela donne lieu à l'une des principales exigences d'une antenne de télévision : pour une intensité de champ donnée au point de réception, l'antenne doit fournir la tension de signal nécessaire au fonctionnement normal du récepteur de télévision.

L'antenne de réception est un fil unique ou un système de fils conçu pour convertir l'énergie des ondes électromagnétiques en énergie des courants haute fréquence. Les paramètres des antennes lors du fonctionnement en réception et en émission sont identiques, il est donc possible d'appliquer le principe de réciprocité des dispositifs d'antenne, permettant de déterminer certaines caractéristiques et paramètres des antennes en mode émission, et d'autres en réception mode.

Les ondes radio frappant les objets environnants y induisent des courants électriques à haute fréquence. Ces derniers créent un champ électromagnétique et l’onde électromagnétique est réfléchie. L'antenne reçoit des ondes radio directes et réfléchies, ce qui entraîne une distorsion de l'image sur l'écran du téléviseur.

Des études expérimentales ont montré qu'en utilisant la polarisation verticale, beaucoup plus d'ondes réfléchies arrivent sur le site de réception qu'en utilisant la polarisation horizontale. Cela s'explique par le fait que dans l'espace environnant, notamment dans les villes, il existe de nombreux obstacles verticaux très réfléchissants (bâtiments, poteaux, canalisations, aimants). Lors du choix du type de polarisation, les propriétés des antennes sont également prises en compte. Structurellement, les antennes horizontales sont plus simples que les antennes verticales. Presque tous ont une directivité dans le plan horizontal, ce qui affaiblit la réception des interférences et des ondes réfléchies en raison de la sélectivité spatiale.

Les antennes de réception de télévision doivent répondre aux exigences de base suivantes :

Avoir un design simple et facile à utiliser ;

Haute sélectivité spatiale ;

Passez une large gamme de fréquences ;

Assurer un rapport élevé entre le niveau du signal et le niveau d'interférence lors de la réception ;

Avoir une faible dépendance de l'impédance d'entrée et du gain à la fréquence.

Impédance d'entrée de l'antenne

L'antenne est une source de signal caractérisé par une force électromotrice (FEM) et une résistance interne, appelée impédance d'entrée de l'antenne. L'impédance d'entrée est déterminée par le rapport entre la direction aux bornes de l'antenne et le courant à l'entrée de l'alimentation. La valeur de l'impédance d'entrée de l'antenne doit être connue afin d'adapter correctement l'antenne au câble et au téléviseur : ce n'est que dans cette condition que la plus grande puissance circule vers l'entrée du téléviseur. Si elle est correctement adaptée, l'impédance d'entrée de l'antenne doit être égale à l'impédance d'entrée du câble, qui, à son tour, doit être égale à l'impédance d'entrée du téléviseur.

L'impédance d'entrée de l'antenne comporte des composants actifs et réactifs. L'impédance d'entrée d'une antenne accordée par résonance est purement active. Cela dépend du type d'antenne et de son caractéristiques de conception. Par exemple, l'impédance d'entrée d'un vibrateur demi-onde linéaire est de 75 ohms et celle d'un vibrateur en boucle est d'environ 300 ohms.

Faire correspondre l'antenne avec le câble d'alimentation

L'adaptation de l'antenne avec le câble est caractérisée par le coefficient d'onde progressive (TWC). En l'absence d'adéquation parfaite de l'antenne et du câble, il se produit une réflexion de l'onde incidente ( tension d'entrée), par exemple, depuis l'extrémité d'un câble ou tout autre point où sa propriété change brusquement. Dans ce cas, les ondes incidentes et réfléchies se propagent le long du câble dans des directions opposées. Aux points où les phases des deux ondes coïncident, la tension totale est maximale (nœud), et aux points où les phases sont opposées, elle est minimale (nœud).

Le coefficient d'onde progressive est déterminé par la relation :

Dans le cas idéal, KBV = 1 (lorsque le mode onde progressive se produit, c'est-à-dire qu'un signal de la puissance maximale possible est transmis à l'entrée TV, car il n'y a pas d'ondes réfléchies dans le câble). Ceci est possible en faisant correspondre les impédances d'entrée de l'antenne, du câble et du téléviseur. Dans le pire des cas (quand U min =0) KBV=0 (le mode onde stationnaire se produit, c'est-à-dire que les amplitudes des ondes incidentes et réfléchies sont égales et que l'énergie n'est pas transmise le long du câble).

Le rapport d'ondes stationnaires est déterminé par la relation :

Directivité et gain de l'antenne

L'antenne de réception omnidirectionnelle reçoit des signaux de toutes les directions. L'antenne de réception directionnelle possède une sélectivité spatiale. Ceci est important car avec un faible niveau de direction de champ au lieu de réception, une telle antenne augmente le niveau du signal reçu et affaiblit les interférences externes provenant d'autres directions.

Coefficient directionnel antenne de réception est un nombre indiquant combien de fois la puissance reçue à l'entrée TV lorsqu'elle est reçue par une antenne directionnelle est supérieure à la puissance qui peut être reçue lorsqu'elle est reçue par une antenne omnidirectionnelle (avec la même intensité de champ).

Les propriétés directionnelles d'une antenne sont caractérisées par son diagramme de rayonnement. Le diagramme de rayonnement de l'antenne de réception est une représentation graphique de la dépendance de la tension du signal à l'entrée du téléviseur sur l'angle de rotation de l'antenne dans le plan correspondant. Ce diagramme caractérise la dépendance de la FEM induite dans l'antenne par le champ électromagnétique sur la direction d'arrivée du signal. Il est en cours de construction dans les régions polaires ou système rectangulaire coordonnées Sur riz. 1, 2 Les diagrammes de rayonnement d'une antenne de type « canal d'onde » sont présentés.

Riz. 1. Diagramme de rayonnement d'antenne dans un système de coordonnées polaires

Les diagrammes de rayonnement des antennes sont le plus souvent multilobés. Le lobe correspondant à la direction d’arrivée de l’onde dans laquelle la FEM maximale est induite dans l’antenne est appelé lobe principal. Dans la plupart des cas, le diagramme de rayonnement comporte également des lobes inversés (arrière) et latéraux. Pour faciliter la comparaison des différentes antennes entre elles, leurs diagrammes de rayonnement sont normalisés, c'est-à-dire qu'ils sont tracés en quantités relatives, en prenant la CEM la plus élevée comme un (ou cent pour cent).

Les principaux paramètres du diagramme de rayonnement sont la largeur (angle d'ouverture) du lobe principal dans les plans horizontal et vertical. La largeur du lobe principal est utilisée pour juger des propriétés directionnelles de l'antenne. Plus cette largeur est petite, plus la directivité est grande.

Riz. 2. Diagramme de rayonnement d'antenne dans un système de coordonnées rectangulaires

Le niveau des lobes latéraux et arrière caractérise l'immunité au bruit de l'antenne. Elle est déterminée à l'aide du coefficient d'action protectrice (PAC) de l'antenne, qui s'entend comme le rapport entre la puissance allouée par l'antenne à une charge adaptée lors de la réception depuis l'arrière ou le côté, et la puissance à la même charge lorsque recevoir de la direction principale.

Souvent, le coefficient de protection est exprimé en unités logarithmiques - décibels :

Les propriétés directionnelles de l'antenne sont également caractérisées par le coefficient directionnel (DC) - un nombre indiquant combien de fois la puissance du signal reçu à l'entrée TV lorsqu'il est reçu par une antenne directionnelle donnée est supérieure à la puissance qui pourrait être obtenue lorsqu'elle est reçue par une antenne de référence omnidirectionnelle ou directionnelle. Comme antenne de référence, on utilise le plus souvent un vibrateur demi-onde (dipôle), dont le coefficient directionnel par rapport à une hypothétique antenne omnidirectionnelle est de 1,64 (soit 2,15 dB). Le gain d'efficacité caractérise le gain de puissance maximum possible qu'une antenne peut fournir en raison de ses propriétés directionnelles, en supposant qu'elle ne présente absolument aucune perte. En réalité, toute antenne présente des pertes et le gain de puissance qu’elle procure est toujours inférieur au maximum possible. Le gain de puissance réel de l'antenne par rapport à un hypothétique émetteur isotrope ou vibrateur demi-onde est caractérisé par le gain de puissance K r, qui est lié au rapport d'efficacité :

Où η - coefficient de performance (efficacité) des antennes.

L'efficacité de l'antenne caractérise les pertes de puissance dans l'antenne et est le rapport de la puissance de rayonnement à la somme des puissances et des pertes de rayonnement, c'est-à-dire à la puissance totale fournie à l'antenne par l'émetteur :

Où P tu- puissance de rayonnement, P n- les pertes de puissance.

Bande passante de l'antenne

La bande passante d'une antenne de réception de télévision est un spectre de fréquences dans lequel toutes les valeurs fondamentales de ses caractéristiques électriques sont conservées. La réponse en fréquence d'une antenne accordée est similaire à une courbe de résonance circuit oscillatoire. Ainsi, par analogie avec la bande passante du circuit, la bande passante de l'antenne peut également être déterminée.

À une fréquence de résonance (fixe), l'antenne a une certaine valeur d'impédance d'entrée, qui correspond à l'impédance de charge. Cette fréquence est généralement considérée comme la fréquence moyenne de la chaîne de télévision à laquelle la réactance de l'antenne est nulle. Aux fréquences inférieures à la résonance, il est de nature capacitive et aux fréquences supérieures à la résonance, il est inductif.

Ainsi, un changement de fréquence entraîne à la fois une modification de la composante active et l'apparition d'une composante réactive de la résistance d'entrée. En conséquence, la puissance fournie à la charge est réduite.

Ceci est particulièrement visible aux fréquences extrêmes, les plus éloignées de fréquence de résonance. Il est permis de réduire la puissance de deux fois maximum. Basé sur cette bande passante 2Af Un spectre de fréquence proche de la fréquence de résonance est considéré comme étant celui dans lequel la puissance fournie à la charge ne diminuera pas de plus de moitié.

Pour assurer bonne qualité L'antenne de réception doit transmettre tout le spectre des fréquences du signal de télévision, qui pour une chaîne est de 8 MHz. La qualité de l'image reste assez bonne si l'antenne passe une bande de fréquence d'au moins 6 MHz. Un rétrécissement supplémentaire de la bande de fréquences entraîne une détérioration de la qualité de l'image et une perte de clarté. La plupart méthode efficace expansion de la bande passante - réduction de l'impédance d'onde équivalente du vibrateur en augmentant ses dimensions transversales. De cette manière, la capacité linéaire augmente et l'inductance linéaire du vibrateur diminue. Entre autres choses, la bande passante de l'antenne est limitée par la bande passante du dispositif d'alimentation réducteur.

Antenne- dispositif de conversion des vibrations courant électrique dans une onde de champ électromagnétique (onde radio) et inversement.

Les antennes sont des dispositifs réversibles, c'est-à-dire que tout comme une antenne fonctionne pour la transmission, elle fonctionnera également pour la réception, si elle fonctionne efficacement pour la réception, elle fonctionnera également bien pour la transmission ;

Mangeoire- câble reliant la station radio à l'antenne.
Les câbles sont disponibles dans différentes impédances et conceptions.
Étant donné que dans les stations de radio civiles, l'impédance de sortie/entrée est de 50 Ohms et que la sortie est asymétrique, des câbles coaxiaux avec une impédance caractéristique de 50 Ohms nous conviennent comme alimentation, par exemple : RK 50-3-18 ou RG 8 ou RG 58.
Pas besoin d'être confus impédance caractéristique et ohmique. Si vous mesurez la résistance du câble avec un testeur, celui-ci affichera 1 ohm, bien que l'impédance d'onde de ce câble puisse être de 75 ohms.
L'impédance caractéristique d'un câble coaxial dépend du rapport des diamètres du conducteur intérieur et du conducteur extérieur (un câble avec une impédance caractéristique de 50 Ohms a une âme centrale plus épaisse qu'un câble de 75 Ohms de même diamètre extérieur).

ROS- coefficient d'onde stationnaire, c'est-à-dire le rapport entre la puissance qui circule le long du câble jusqu'à l'antenne et la puissance qui revient le long du câble, réfléchie par l'antenne du fait que sa résistance n'est pas égale à la résistance du câble .
Oui, la tension haute fréquence se propage différemment dans les fils D.C., il peut être réfléchi par la charge si la charge ou le câble a une impédance caractéristique incorrecte.
Le SWR montre la qualité de la transmission de l'énergie de la station radio à l'antenne et inversement ; plus le SWR est bas, meilleure est la correspondance entre la station radio et l'alimentation et l'antenne. Le SWR ne peut pas être inférieur à 1.
Le SWR n'indique pas l'efficacité de l'antenne ni à quelle fréquence elle fonctionne le plus efficacement. Par exemple, le SWR sera de 1 si une résistance de 50 Ohms est connectée à l'extrémité du câble, mais personne ne vous entendra au niveau de la résistance et vous n'entendrez personne au niveau de celle-ci.

Comment fonctionne l'antenne ?

Le courant alternatif, comme on le sait, change de polarité avec une certaine fréquence. Si nous parlons de 27 MHz, alors 27 millions de fois par seconde, sa polarité (+/-) change de place. Ainsi, 27 millions de fois par seconde, les électrons du câble se déplacent de gauche à droite, puis de droite à gauche. Considérant que les électrons courent à la vitesse de la lumière 300 millions de mètres par seconde, alors pour une fréquence de 27 mégahertz, ils ne parviennent à parcourir que 11 mètres (300/27) avant que la polarité actuelle ne change, puis reviennent.
La longueur d’onde est la distance parcourue par les électrons avant d’être retirés par le changement de polarité de la source.
Si nous connectons un morceau de fil à la sortie de la station radio, dont l'autre extrémité est simplement suspendue dans l'air, alors des électrons y circuleront, les électrons en cours d'exécution créeront un champ magnétique autour du conducteur et à son extrémité un potentiel électrostatique, qui changera avec la fréquence à laquelle la station radio fonctionne, c'est-à-dire que le fil créera une onde radio.
La distance minimale que les électrons doivent parcourir pour qu'une conversion efficace se produise CA en onde radio et les ondes radio en courant sont égales à la moitié de la longueur d'onde.
Étant donné que toute source de courant (tension) a deux bornes, l'antenne efficace minimale se compose de deux morceaux de fil d'une longueur de 1/4 de longueur d'onde (1/2 divisé par 2), avec un morceau de fil connecté à une borne de la source (sortie radio). station), un autre vers une autre sortie.
L'un des conducteurs est dit rayonnant et est relié à l'âme centrale du câble, l'autre est un « contrepoids » et est relié à la tresse du câble.
* Si vous placez 2 morceaux de fil chacun d'une longueur de 1/4 de longueur d'onde, l'un au-dessus de l'autre, la résistance d'une telle antenne sera d'environ 75 Ohms, de plus, elle sera symétrique, c'est-à-dire en la connectant directement avec un coaxial ( pas symétrique) le câble n’est pas une bonne idée.

Attendez, comment fonctionnent alors les antennes raccourcies (par exemple, 2 mètres à 27 MHz) et les antennes constituées uniquement d'une broche sur une voiture ?
Pour une épingle sur une voiture, la broche est le premier morceau de fil (« l’émetteur ») et la carrosserie de la voiture est le deuxième fil (« contrepoids »).
Dans les antennes raccourcies, une partie du fil est torsadée en bobine, c'est-à-dire que pour les électrons, la longueur de la broche est égale à 1/4 de la longueur d'onde (2 mètres 75 cm à 27 MHz), et pour le propriétaire de la broche elle ne fait que 2 mètres, le reste est dans la bobine, qui est cachée des intempéries à la base de l'antenne.

Que se passe-t-il si vous connectez des fils très courts ou très longs à une station de radio comme antenne ?
Comme mentionné ci-dessus, l’impédance d’onde de sortie/entrée de la station radio est de 50 Ohms ; par conséquent, l’antenne, qui constitue une charge pour elle, doit également avoir une résistance de 50 Ohms.
Les fils plus courts ou plus longs que 1/4 de longueur d’onde auront une impédance caractéristique différente. Si les fils sont plus courts, alors les électrons auront le temps d'atteindre l'extrémité du fil et voudront courir plus loin avant d'être retirés, donc ils s'enterreront au bout du fil, ils comprendront qu'il y a une rupture là, c'est-à-dire qu'il y a une résistance grande et infinie et la résistance de toute l'antenne sera plus grande, plus le fil est court. Un fil trop long ne fonctionnera pas non plus correctement, sa résistance sera également plus élevée que nécessaire.
Il est impossible de rendre efficace une antenne électriquement courte ; elle perdra toujours 1/4 de la longueur électrique ; une antenne électriquement longue nécessite une adaptation de résistance ;
* La différence entre « électriquement court » et « physiquement court » est que vous pouvez tordre un fil d'une longueur suffisante en bobine, mais physiquement, la bobine ne sera pas aussi longue. Une telle antenne sera assez efficace, mais sur un petit nombre de canaux et perdra dans tous les cas une broche d'un quart de longueur d'onde.
Il est également important de comprendre que beaucoup dépend également de l'angle selon lequel les conducteurs de l'antenne, l'émetteur et le contrepoids sont situés les uns par rapport aux autres - sa directivité (la direction de son rayonnement) et son impédance d'onde.

Il existe également un phénomène tel que le coefficient de raccourcissement de l'antenne, ce phénomène est dû au fait que les conducteurs sont épais et que l'extrémité du conducteur a une capacité par rapport à l'espace environnant. Plus le conducteur de l'antenne est épais et plus la fréquence à laquelle l'antenne doit fonctionner est élevée, plus le raccourcissement est important. De plus, plus le conducteur à partir duquel l'antenne est constituée est épais, plus elle est large bande (plus elle couvre de canaux).

Antennes directionnelles et polarisation du rayonnement

Les antennes sont :
+ Avec polarisation horizontale - les conducteurs de l'antenne sont situés horizontalement ;
+ Avec polarisation verticale - les conducteurs sont disposés verticalement.
Si vous essayez de recevoir des signaux transmis par une antenne à polarisation horizontale sur une antenne à polarisation verticale, il y aura une perte de 2 fois (3 dB) par rapport à la réception sur une antenne de même polarisation que celle émettrice.

De plus, les antennes peuvent être :
+ Directionnel - lorsque l'émission et la réception des ondes vont dans une ou plusieurs directions.
+ Non directionnel (avec un diagramme de rayonnement circulaire) - lorsque les ondes radio sont émises et reçues uniformément dans toutes les directions.

Exemple : une broche verticale a un diagramme de rayonnement circulaire dans le plan horizontal, c'est-à-dire qu'elle émet et reçoit également des ondes radio provenant des sources qui l'entourent.

Qu'est-ce que le gain d'antenne ?

Si nous parlons spécifiquement d'amplification d'antenne, et non d'un amplificateur connecté à l'antenne et nécessitant des fils d'alimentation, alors l'amplification d'antenne est sa capacité à concentrer les ondes radio dans un certain plan ou direction, là où se trouvent les correspondants souhaités pour la communication.
Par exemple, deux broches situées verticalement de 1/4 de longueur d'onde (dipôle vertical) rayonnent uniformément dans un cercle, mais c'est si vous les regardez d'en haut, et si de côté, il s'avère qu'une partie de l'énergie est rayonnée dans le sol et une partie dans l'espace. Le gain dipolaire est de 0 dBd. Il n'y a pas de signaux utiles pour nous dans le sol et dans l'espace, donc en changeant la configuration du dipôle (en allongeant une partie à 5/8 de la longueur d'onde), il est possible de s'assurer que le rayonnement est concentré dans l'horizon, et peu de rayonnement sera émis dans l'espace et dans le sol, le gain d'une telle antenne sera d'environ 6 dBd.

Si vous souhaitez apprendre en détail le fonctionnement des antennes et des mangeoires et voir des formules complètes, lisez le livre : K. Rothhammel Antennas.

Rappelons l'essentiel :

Longueur d'onde = 300 / fréquence du canal de communication

Longueur d'antenne effective minimale = longueur d'onde / 2

Plus les conducteurs de l'antenne sont épais, plus le facteur de raccourcissement contribue à sa longueur.

SWR indique la qualité de la transmission de l'énergie de la radio à l'antenne, mais n'indique pas l'efficacité de l'antenne.

Maintenant pour des exemples :
300 / 27,175 = longueur d'onde de 11 mètres 3 centimètres.
L'antenne entière pour travail efficace devrait avoir une longueur de 5 mètres 51 centimètres, respectivement, la goupille aura une longueur de 2 mètres 76 centimètres.
Compte tenu du K_shortening, pour une épingle réalisée à partir d'un tube d'un diamètre de 20 mm, la longueur de l'épingle sera d'environ 2 mètres 65 centimètres.

Quelles antennes sont habituellement utilisées sur la bande civile ?

Antenne 1/4 GP ("gepeshka" ou "quadruple")

Une broche sur une mortaise ou une base magnétique, à l'intérieur de laquelle est installée une bobine d'extension, ajoutant jusqu'à 1/4 de sa longueur électrique. Le contrepoids est la carrosserie de la voiture, qui est connectée soit directement (pour les antennes intégrées), soit via la capacité du condensateur formée par la base magnétique et la surface de la carrosserie.

Sur les bandes hautes fréquences, telles que LPD et PMR, des gaps ou 5/8 sont généralement utilisés, même dans une voiture et dans une version portable, dans la version de base, des antennes colinéaires sont utilisées (systèmes d'antennes de plusieurs 1/2 ou 5 ; /8 antennes interconnectées électriquement et mécaniquement, ce qui permet d'atteindre un gain K_de l'antenne de 10 dbi ou plus, c'est-à-dire de comprimer le rayonnement en une fine galette horizontale).

V. Polyakov, RA3AAE

Il n’y a rien de nouveau dans cet article ; il nous permet seulement de regarder le passé sous un angle différent. faits connus, et peut également servir à des fins éducatives générales. Il y a aussi un peu de nostalgie...

Il est bien connu que les antennes filaires ou fouets électriquement courtes (moins d'un quart de longueur d'onde) ont une réactance capacitive X et une faible résistance au rayonnement actif r, la première augmentant avec le raccourcissement de l'antenne et la seconde diminuant. Les pertes dans l'antenne elle-même sont très faibles, cela est également confirmé par les programmes de modélisation d'antenne, par exemple MMANA, montrant haute efficacité. Des pertes se produisent dans la bobine correspondante (extension ou boucle) et dans la mise à la terre.

Le circuit équivalent d'une antenne de réception courte mise à la terre est généralement représenté comme sur la Fig. 1 à droite. E désigne l'intensité du champ du signal reçu et hd est la hauteur effective de l'antenne. L'antenne elle-même et la répartition du courant dans celle-ci sont indiquées à gauche. Elle est sinusoïdale, mais pour les antennes courtes, elle est approximativement considérée comme triangulaire.

La capacité X et la résistance au rayonnement r de l'antenne sont déterminées à l'aide des formules données dans de nombreux livres et manuels :
X = Wctg(2ph/l), et r = 160p2(hä/l)2,

où W est l'impédance du fil d'antenne.

Les formules peuvent être simplifiées en introduisant le nombre d'onde k = 2p/l et en remplaçant la multiplication par cotangente par la division par tangente, et en le remplaçant à son tour par un argument, en raison de sa petitesse (h<< l). С учетом того, что действующая высота hд антенны в виде короткого вертикального провода равна половине геометрической h из-за треугольного распределения тока, получим:

X = W/kh et r = 10(kh)2.

Malheureusement, le circuit équivalent de la Fig. 1 n'est pas assez clair car il ne montre pas le shuntage réel de l'entrée du récepteur par l'antenne. Il est conseillé d'utiliser les règles de conversion d'une connexion série de capacité et de résistance active en parallèle (voir les livres sur la théorie des circuits). Pour notre cas, quand r<< X, они очень просты (рис. 2).


Le circuit équivalent résultant de l’antenne de réception est illustré sur la Fig. 3, et on peut voir que l'impédance de l'antenne est déterminée par un condensateur C et une résistance R connectés en parallèle. Cette impédance shunte l'entrée du récepteur, qu'il y ait ou non une tension de signal au niveau de l'antenne. La capacité C est simplement la capacité de l'antenne ; pour un fil fin, elle est facile à trouver à raison de 5...7 pF/m, et pour des antennes télescopiques relativement « épaisses » - 8...12 pF/m.

Nous trouverons la résistance R en la substituant dans la dernière formule de la figure. 2 valeurs de X et r trouvées ci-dessus :
R = W2/10(kh)4.

Pour un fil fin dans un espace libre, W est généralement supposé être de 600 ohms. En substituant cette valeur, ainsi que k = 2p/l, on obtient la formule de calcul :
R = 23(l/h)4.

En l'utilisant, à titre d'illustration, calculons la capacité et la résistance d'une antenne verticale à fil court pour une fréquence de 1 MHz (fréquence moyenne de la gamme CB) et en supposant que la résistance de mise à la terre est nulle.

Les résultats du calcul sont résumés dans le tableau :

Hauteur de l'antenne h, m	1	3	10	30
h/l	1/300	1/100	1/30	1/10
C, pF	6	18	60	180
R, Ohm	11 2.10	9 2,3.10	7 2.10	5 2,3.10
R.	0,2 TéraOhm	2 gigaohms	20 mégaohms	230 kiloohms

Ils sont incroyables. Le tableau montre que la résistance active équivalente (parallèle à l'entrée) d'une antenne verticale courte est énorme. Il ne contourne pratiquement pas l'entrée du récepteur. Ceci permet, avec une faible impédance d'entrée du récepteur, de ne pas prendre en compte la résistance active de l'antenne R et de supposer que seul le courant capacitif passant par C est fourni à l'entrée du récepteur (Fig. 3). Ensuite, la tension à l’entrée du récepteur peut être calculée simplement en utilisant la loi d’Ohm.

Exemple : une antenne verticale de 3 mètres est connectée à l'entrée 50 ohms d'un récepteur fonctionnant dans la gamme CB. Sa résistance capacitive (18 pF) à une fréquence de 1 MHz est supérieure à 8 kOhm. Si l'intensité du champ de la station radio est de 10 mV/m, la tension induite au niveau de l'antenne sera : E.hd = 10 mV/m 1,5 m = 15 mV. Le courant capacitif est d'environ 15 mV/8 kOhm = 2 μA. En le multipliant par la résistance d'entrée (50 Ohms), nous obtenons une tension d'entrée d'environ 100 µV.

L'exemple montre que les antennes courtes ne peuvent pas développer une haute tension à l'entrée basse impédance du récepteur. Parallèlement, à l'entrée d'un récepteur à haute impédance (nettement supérieure à 8 kOhm), la même antenne pourrait développer une tension proche de E.hd, soit environ 15 mV. C'est exactement ce qu'étaient les anciennes radios : régénérateurs monotubes, amplification directe et même superhétérodynes à tubes.

Dans les régénérateurs à circuit unique, l'antenne était connectée au circuit soit directement, soit via un condensateur de couplage de petite capacité (Fig. 4). La connexion directe (prise A2) ne convient qu'aux antennes très courtes avec une faible capacité, qui est compensée par une diminution correspondante de la capacité du circuit C2. Une longue antenne ne peut pas être connectée à la prise A2, car cela entraînerait un désaccord important et introduirait une atténuation importante dans le circuit. Il était inclus dans la prise A3 et le condensateur de couplage C2, dans des conceptions intelligemment conçues, était réglable, par exemple 8...30 pF, ce qui permettait d'affaiblir la connexion avec l'antenne avec des signaux forts et des interférences importantes.

La résistance de résonance du circuit atteint des centaines de kilo-ohms aux fréquences MF, et encore plus aux fréquences DV. Dans les régénérateurs, il faut également le multiplier par le coefficient de régénération, on obtient alors plusieurs mégaohms. Comme vous pouvez le constater, les anciens récepteurs étaient très bien adaptés pour fonctionner avec des antennes à fil court, ayant une impédance d'entrée très élevée. La situation n'a pas changé dans les récepteurs à amplification directe avec UHF et superhétérodynes.

À l'époque précédant l'utilisation généralisée des antennes magnétiques, une bobine L1 était utilisée pour communiquer avec l'antenne, qui avait 4 à 5 fois plus de tours qu'une bobine à boucle. On espérait que cette bobine ayant la capacité d’une antenne « standard » formerait un circuit résonant accordé sur une fréquence inférieure à la fréquence la plus basse de la gamme. Ensuite, le coefficient de transmission du circuit d'entrée a été égalisé sur la plage. Des calculs et des graphiques peuvent être trouvés dans les manuels radiophoniques. Mais ils ne mentionnent pas un autre effet d’une telle décision. La résistance de boucle a été transformée en antenne de 16 à 25 fois en cas de couplage fort et un peu moins en cas de couplage faible. Encore une fois, l'impédance d'entrée du récepteur était de plusieurs mégaohms ou plus.

Les données présentées montrent clairement que pour les expériences avec des antennes uniques à faible courant (balai, feu de camp, etc.), des récepteurs avec une entrée à haute impédance, comprenant un circuit accordé, une lampe ou un transistor à effet de champ, sont nécessaires.