Após uma série de experimentos com antenas helicoidais, um gráfico foi construído

impedância de entrada de antenas dipolo e helicoidais verticais dependendo do fator de encurtamento (Fig. 6.9) na faixa de 7...28 MHz. As antenas foram confeccionadas em uma moldura dielétrica com diâmetro de 10 mm a 10 cm, o enrolamento da espiral foi uniforme e foi utilizado um fio com diâmetro superior a 0,5 mm.

Como os experimentos mostraram, para antenas helicoidais encurtadas com K = 2...10, alterar o diâmetro de sua estrutura dentro de 1...10 cm não afeta significativamente a impedância de entrada. No entanto, para antenas helicoidais altamente encurtadas com K > 10, os resultados que obtive mostraram que a impedância de entrada depende em grande parte do diâmetro da sua estrutura dielétrica e da frequência na qual a antena helicoidal ressoa, então para eles isso gráfico simples, como na Fig. 6,9 não pôde ser obtido.

Como pode ser visto neste gráfico, um cabo coaxial com impedância de onda de 50 Ohms, comprimento elétrico múltiplo da metade do comprimento de onda da antena, é adequado para alimentar antenas dipolo e helicoidais verticais com K > 3. Em alguns casos, as antenas verticais inicialmente tinham uma impedância de entrada muito maior do que na Fig. 6.9, mas ajustar o “solo” da antena para ressonância possibilitou baixá-la. Conectar um cabo coaxial a uma antena vertical geralmente altera ligeiramente sua impedância de entrada na extremidade do transceptor do cabo, caso em que a mudança na impedância de entrada

ocorre em uma direção decrescente. Antena dipolo helicoidal

Comparado ao vertical, geralmente possui uma impedância de entrada mais próxima daquela mostrada no gráfico. No entanto, conectar um cabo coaxial a uma antena dipolo helicoidal pode fazer com que a resistência da antena seja significativamente diferente daquela indicada no gráfico, tanto para cima quanto para baixo. Anéis de ferrite de pelo menos 10 peças instalados nas extremidades do cabo coaxial reduzem sua influência

à resistência de entrada, mas não são completamente eliminados. Se a relação de aspecto da antena helicoidal exceder 5, na extremidade do cabo coaxial que alimenta a antena, é aconselhável instalar uma bobina de alta frequência não feita de anéis de ferrite, e na forma de 5 a 20 voltas de cabo coaxial com diâmetro de 10 a 20 cm.

Alterar o diâmetro da hélice e o diâmetro do fio usado para enrolar a antena encurtada real não tem um efeito significativo na impedância de entrada da antena. Isso acontece porque à medida que o diâmetro da hélice aumenta, a antena irradia com mais eficiência, portanto, a resistência à radiação da antena aumenta e sua impedância de entrada aumenta. À medida que o diâmetro da espiral diminui, a eficiência da radiação de ondas eletromagnéticas da antena diminui, portanto a resistência à radiação diminui, mas as perdas dielétricas na estrutura espiral aumentam. Um aumento nas perdas dielétricas leva a um aumento na resistência de entrada de uma antena helicoidal. Obviamente, para aumentar a eficiência de uma antena helicoidal, é necessário utilizar um fio de maior diâmetro possível para fazer sua hélice, e o diâmetro das voltas da hélice deve ser o máximo possível para a implementação prática da antena. A moldura sobre a qual é feita a espiral da antena deve ter baixas perdas dielétricas. No projeto de uma antena helicoidal, é desejável utilizar enrolamento uniforme da hélice.

Medir os parâmetros da antena? Não é nada difícil!

Parâmetros de antena determinados corretamente em um sistema de recepção de rádio são a base para a capacidade de receber estações de rádio remotas com sucesso. Mas um radioamador nem sempre tem em mãos fundos necessários para tais medições. Neste artigo, o autor propõe a utilização de um método simples que produz resultados bastante aceitáveis.

Depois de pendurar uma antena de fio externa, um amante do rádio em ondas longas e médias (LW e SW) muitas vezes se pergunta: quais são seus parâmetros? Existem dois parâmetros principais - a resistência à perda do sistema de aterramento da antena rп e a capacitância da própria antena em relação ao mesmo solo SA. A eficiência do sistema de antenas depende desses parâmetros e, portanto, da possibilidade de receber estações distantes, alimentar o dispositivo receptor com “energia livre” de sinais recebidos do ar, sintonizar o sistema de antenas em diferentes frequências, etc.

As medições de antenas são “terra incógnita” para a maioria dos rádios amadores, e não apenas para iniciantes. Todos os métodos conhecidos requerem um poderoso gerador de alta frequência e uma ponte de medição - equipamento raramente encontrado entre rádios amadores. Freqüentemente, esses dois dispositivos são combinados para formar um alimentador ou ohmímetro de antena (como são chamados), usado, por exemplo, para sintonizar e ajustar as antenas de centros de rádio transmissores. Um poderoso gerador de HF é necessário porque a antena, aberta a todos os ventos, possui alta tensão de diversas interferências, incluindo sinais de outras estações de rádio que interferem nas medições.

No método de medição proposto, um gerador não é necessário. Mediremos os parâmetros da antena usando sinais do ar, já que existem muitos deles lá. Preciso fazer um dispositivo especial ou um suporte para medições? Isso é opcional. Considerando que as antenas não são trocadas todos os dias, não será difícil montar circuitos simples de medição diretamente na sua mesa ou no parapeito de uma janela, mesmo sem usar protoboards.

Medição de resistência a perdas. Você precisará de uma haste de ferrite de uma antena magnética com um par de bobinas, de preferência nas faixas DV e MV, um resistor variável com resistência de 0,47...1 kOhm (necessariamente sem fio), qualquer germânio de baixa potência e alta frequência diodo e um voltímetro DC com alta resistência de entrada interna (pelo menos 0,5...1 MOhm). Para identificar de ouvido as estações de rádio recebidas, é útil ter telefones de alta impedância.

Montamos o dispositivo de acordo com o diagrama da Fig. 1 e, movendo a haste na bobina da antena magnética, sintonizamos a frequência do sinal de uma poderosa estação de rádio local.

Arroz. 1

Neste caso, o resistor variável R1 deve ser colocado na posição de resistência zero (mova o controle deslizante para a posição superior conforme o diagrama). O momento de ajuste fino do circuito em ressonância com a frequência da estação de rádio será marcado pelo desvio máximo da agulha do medidor e pelo volume mais alto dos fones. Os telefones conectados em série com o voltímetro praticamente não afetam suas leituras e, ao mesmo tempo, o volume não é muito alto. Para aumentá-lo durante a identificação da estação de rádio, o voltímetro pode ser curto-circuitado, comutado para o limite inferior de medição, onde sua resistência é menor, ou um capacitor com capacidade em torno de 0,05...0,1 µF pode ser conectado em paralelo ao voltímetro para passar as frequências de áudio para os telefones (quando tal capacitor, o som pode ficar um pouco distorcido devido à desigualdade na carga do detector nas frequências de áudio e em corrente contínua).

Tendo anotado as leituras do voltímetro (U1) e sem alterar as configurações do circuito, o motor resistor variável Mova R1 até que as leituras do voltímetro sejam reduzidas à metade (U2). Neste caso, a resistência do resistor será igual à resistência à perda do sistema de antena em uma determinada frequência. As mesmas medições podem ser realizadas em outras frequências.

A resistência do resistor é medida com um ohmímetro, desconectando-o do circuito de medição. Se você não possui um ohmímetro, é necessário equipar o resistor com uma alça com mira e escala, que você pode calibrar em ohms usando um dispositivo padrão.

Utilizando o método acima é possível escolher, por exemplo, a melhor opção de aterramento. Em condições urbanas, são possíveis as seguintes opções: tubos de abastecimento de água, tubos de aquecimento, acessórios para vedações de varandas, etc., bem como várias combinações dos mesmos. Você deve se concentrar no sinal máximo recebido e na resistência mínima à perda. EM casa de campo Além do aterramento “clássico”, recomenda-se experimentar um poço de água ou canos de água, uma cerca de malha metálica, um telhado de chapa galvanizada ou qualquer outro objeto metálico maciço, mesmo que não tenha contato com a terra real.

Medição de capacitância de antena. Em vez de um resistor variável, agora você precisará ligar um KPI (de qualquer tipo) com capacidade máxima de 180...510 pF. Também é aconselhável ter um medidor de capacitância com limite de medição de dezenas a centenas de picofarads. O autor usou medidor digital Contentores "Master-S", gentilmente cedidos pelo seu designer.

Se não houver medidor de capacitância, você precisa fazer o mesmo que com um resistor - equipar o KPI com uma escala e calibrá-lo em picofarads. Isso pode ser feito sem instrumentos, pois a capacidade é proporcional à área da parte inserida das placas. Desenhe o formato da placa do rotor em papel milimetrado (quanto maior o tamanho, mais precisa será a graduação), divida o desenho em setores a cada 10 graus angulares e conte a área de cada setor e de toda a placa S0 em células . Na Fig. 2 o primeiro setor com área S1 está sombreado. Na primeira marca de escala correspondente, você precisa colocar a capacitância C1 = CmaxS1/S0, etc.

Arroz. 2

Se as placas do rotor tiverem formato semicircular (capacitor direto), a escala acaba sendo linear e então não há necessidade de fazer desenhos e calcular áreas. Por exemplo, um KPI com dielétrico sólido de um conjunto para criatividade infantil tem capacidade máxima de 180 pF. Basta dividir a escala em 18 setores de 10 graus, e colocar 10, 20 pF, etc. em torno das divisões. Mesmo que a precisão seja baixa, é suficiente para nossos propósitos.

Depois de calibrado o KPI, montamos a instalação conforme diagrama da Fig. 3.

Arroz. 3

Conectando a antena ao soquete XS1 e desligando o KPI com a chave SA1, sintonizamos o circuito formado pela capacitância da antena e bobina L1 para a frequência da estação de rádio. Sem tocar mais na bobina, trocamos a antena para o soquete XS2 e conectamos o capacitor C2 (nosso KPI) ao circuito com a chave SA1. Sintonizamos novamente a mesma frequência, desta vez usando C2. Determinamos sua capacitância Sk usando uma escala ou usando um medidor de capacitância conectado às tomadas XS3, XS4 (para isso, comutamos SA1 para a posição mostrada no diagrama). Resta encontrar a capacitância da antena SA usando a fórmula

CA = C2(1 + quadrado(1 +4C1/C2))/2.

O significado de nossas manipulações é o seguinte: quando conectamos a antena através do capacitor de acoplamento C1, a capacitância total do circuito ficou menor, e para restaurá-la tivemos que adicionar a capacitância C2. Você mesmo pode derivar a fórmula acima com base na igualdade da capacitância da antena CA (no primeiro caso) e da capacitância do circuito complexo C2 + CAC1/(CA + C1) no segundo caso. Para aumentar a precisão das medições, é aconselhável escolher uma capacitância menor do capacitor de acoplamento, na faixa de 15...50 pF. Se a capacitância do capacitor de acoplamento for muito menor que a capacitância da antena, a fórmula de cálculo será simplificada:

CA = C2 + C1.

Experimento e sua discussão. O autor mediu os parâmetros de uma antena desse tipo disponível na dacha: um fio PEL 0,7 com 15 m de comprimento, que foi esticado até a cumeeira do telhado e longe da casa até uma árvore vizinha. O melhor “aterramento” (contrapeso) acabou sendo uma coluna de aquecimento de água isolada do solo com uma pequena rede de tubulações e radiadores de aquecimento local. Todas as medições foram realizadas na faixa CB usando uma bobina de antena magnética CB padrão de um receptor transistor. Se não houvesse indutância suficiente para sintonizar na extremidade de baixa frequência da faixa, outra haste de ferrite era colocada próxima à antena magnética, paralela à primeira.

Os resultados da medição estão resumidos em uma tabela. Eles precisam de um pequeno comentário. Em primeiro lugar, é surpreendente que em diferentes frequências tanto a resistência à perda como a capacitância da antena sejam diferentes. Estes não são erros de medição. Vamos primeiro considerar a dependência da capacitância com a frequência. Se o fio da antena também não possuísse alguma indutância LA, os valores de capacitância seriam os mesmos. A indutância do fio é conectada em série com a capacitância da antena, como pode ser visto no diagrama de circuito equivalente do circuito da antena mostrado na Fig. 4.

Arroz. 4

O efeito da indutância é mais forte em altas frequências, onde a reatância indutiva aumenta e compensa parcialmente a reatância capacitiva. Como resultado, o geral resistência ativa a antena diminui e a capacitância medida torna-se maior. A antena tem uma frequência natural f0 - a frequência de ressonância do circuito LACA, na qual a reatância vai para zero e o valor da capacitância medida tende ao infinito. O comprimento de onda natural da antena Lambda0 correspondente a esta frequência é aproximadamente igual a quatro vezes o comprimento do fio da antena e geralmente está dentro da banda HF.

A frequência natural pode ser calculada a partir de medições de capacitância em duas frequências arbitrárias, mas as fórmulas são muito complexas. Para sua antena o autor obteve CA = 85 pF. LA = 25 µH e f0 - cerca de 3,5 MHz. Para estimativas aproximadas, podemos assumir que cada metro de fio da antena (juntamente com a redução) introduz uma indutância de cerca de 1...1,5 μH e uma capacitância de cerca de 6 pF.

A resistência à perda com uma bobina L1 de qualidade suficientemente alta consiste principalmente na resistência de aterramento. Este, por sua vez, é calculado usando a fórmula empírica (obtida com base em dados experimentais) de M.V. Shuleikin: rп = А*Lambda/Lambda0. Aqui A é um coeficiente constante dependendo da qualidade do aterramento, com dimensões em ohms. Para bons aterramentos, A são unidades e até frações de ohms. Como podemos ver, a resistência à perda aumenta com o aumento do comprimento de onda (diminuição da frequência), o que foi confirmado pelos dados da tabela. A dependência da resistência à perda em relação à frequência foi descoberta no início do século passado, mas o autor não encontrou uma explicação detalhada desse efeito na literatura.

Nesse sentido, muitos dos dados obtidos pelos rádios amadores ao medir os parâmetros de suas antenas podem ser muito úteis.

Literatura

1. Fradin A. Z., Ryzhkov E. V. Medindo parâmetros de antena. - M.: Svyazizdat, 1962.
2. Andreev V. Medidor de capacitância simples "Master-S". - Rádio, 2002. Nº 1, p. 50-52; Nº 2, pág. 51-53; Nº 3, pág. 52-54.
3. Belotserkovsky G. B. Antenas. - M.: Oborongiz, 1956.

Questões de projeto, fabricação e uso de antenas para bandas de ondas longas (LW), médias (MV) e curtas (HF) contêm significativamente menos problemas do que antenas para a faixa VHF, especialmente as de televisão. O fato é que nas faixas DV, SV, KB os transmissores, via de regra, possuem alta potência, a propagação das ondas de rádio nessas faixas está associada a grandes valores de difração e refração na atmosfera, e os dispositivos receptores são altamente sensível.

Ao transmitir e receber um sinal na faixa VHF e, em particular, um sinal de televisão, garantir os valores exigidos destes parâmetros provoca uma série de dificuldades, nomeadamente: atingir a potência dos transmissores de televisão, como os de radiodifusão, não tem ainda foi possível; os fenômenos de difração e refração na faixa VHF são insignificantes; A sensibilidade de um receptor de televisão é limitada pelo nível do seu próprio ruído e, devido à necessidade de receber um sinal de banda larga, é de aproximadamente 5 μV. Portanto, para receber na tela da TV alto nível imagens, o nível do sinal de entrada deve ser de pelo menos 100 µV. No entanto, devido à baixa potência do transmissor e às más condições de propagação de rádio, a tensão campo eletromagnético no ponto de recepção é baixo. Isto dá origem a um dos principais requisitos para uma antena de televisão: para uma determinada intensidade de campo no ponto de recepção, a antena deve fornecer a tensão de sinal necessária para o funcionamento normal do receptor de televisão.

A antena receptora é um único fio ou um sistema de fios projetado para converter a energia das ondas eletromagnéticas em energia de correntes de alta frequência. Os parâmetros das antenas quando operando para recepção e transmissão são idênticos, portanto é possível aplicar o princípio da reciprocidade dos dispositivos antenas, possibilitando determinar algumas características e parâmetros das antenas no modo de transmissão, e outros no modo de recepção modo.

As ondas de rádio que atingem os objetos circundantes induzem neles correntes elétricas de alta frequência. Estes últimos criam um campo eletromagnético e a onda eletromagnética é refletida. A antena recebe ondas de rádio diretas e refletidas, o que leva à distorção da imagem na tela da TV.

Estudos experimentais mostraram que ao usar a polarização vertical, significativamente mais ondas refletidas chegam ao local receptor do que quando se usa a polarização horizontal. Isto é explicado pelo facto de no espaço envolvente, especialmente nas cidades, existirem muitos obstáculos verticais e altamente reflectores (edifícios, postes, tubos, ímanes). Na escolha do tipo de polarização, as propriedades das antenas também são levadas em consideração. Estruturalmente, as antenas horizontais são mais simples que as verticais. Quase todos possuem diretividade no plano horizontal, o que enfraquece a recepção de interferências e ondas refletidas devido à seletividade espacial.

As antenas receptoras de televisão devem atender aos seguintes requisitos básicos:

Tenha um design simples e fácil de usar;

Alta seletividade espacial;

Passe uma ampla gama de frequências;

Garantir uma alta relação entre o nível do sinal e o nível de interferência durante a recepção;

Têm uma fraca dependência da impedância de entrada e do ganho na frequência.

Impedância de entrada da antena

A antena é uma fonte de sinal caracterizada por força eletromotriz (EMF) e resistência interna, chamada impedância de entrada da antena. A impedância de entrada é determinada pela relação entre a direção nos terminais da antena e a corrente na entrada do alimentador. O valor da impedância de entrada da antena deve ser conhecido para que a antena corresponda corretamente ao cabo e à TV: somente nesta condição a maior potência flui para a entrada da TV. Se combinada corretamente, a impedância de entrada da antena deverá ser igual à impedância de entrada do cabo, que, por sua vez, deverá ser igual à impedância de entrada da TV.

A impedância de entrada da antena possui componentes ativos e reativos. A impedância de entrada de uma antena sintonizada de forma ressonante é puramente ativa. Depende do tipo de antena e de sua recursos de design. Por exemplo, a impedância de entrada de um vibrador linear de meia onda é de 75 ohms e de um vibrador de loop é de cerca de 300 ohms.

Combinando a antena com o cabo alimentador

A correspondência da antena com o cabo é caracterizada pelo coeficiente de onda viajante (TWC). Na ausência de combinação perfeita entre antena e cabo, ocorre a reflexão da onda incidente ( tensão de entrada), por exemplo, da extremidade de um cabo ou outro ponto onde sua propriedade muda abruptamente. Neste caso, as ondas incidentes e refletidas se propagam ao longo do cabo em direções opostas. Nos pontos onde as fases de ambas as ondas coincidem, a tensão total é máxima (antinodo), e nos pontos onde as fases são opostas, é mínima (nó).

O coeficiente da onda viajante é determinado pela relação:

No caso ideal, KBV = 1 (quando ocorre o modo de onda viajante, ou seja, um sinal de máxima potência possível é transmitido para a entrada da TV, pois não há ondas refletidas no cabo). Isto é possível combinando as impedâncias de entrada da antena, do cabo e da TV. Na pior das hipóteses (quando U min = 0) KBV=0 (ocorre o modo de onda estacionária, ou seja, as amplitudes das ondas incidentes e refletidas são iguais e a energia não é transmitida ao longo do cabo).

A proporção da onda estacionária é determinada pela relação:

Diretividade e ganho da antena

A antena omnidirecional receptora recebe sinais de todas as direções. A antena receptora direcional possui seletividade espacial. Isto é importante porque com um baixo nível de direção do campo no local de recepção, tal antena aumenta o nível do sinal recebido e enfraquece a interferência externa vinda de outras direções.

Coeficiente direcional antena receptoraé um número que mostra quantas vezes a potência recebida na entrada da TV quando recebida por uma antena direcional é maior que a potência que pode ser recebida quando recebida por uma antena omnidirecional (com a mesma intensidade de campo).

As propriedades direcionais de uma antena são caracterizadas pelo seu padrão de radiação. O padrão de radiação da antena receptora é uma representação gráfica da dependência da tensão do sinal na entrada da TV com o ângulo de rotação da antena no plano correspondente. Este diagrama caracteriza a dependência do EMF induzido na antena pelo campo eletromagnético na direção de chegada do sinal. Está sendo construído no pólo ou sistema retangular coordenadas Sobre arroz. 1, 2 São apresentados os padrões de radiação de uma antena do tipo “canal de ondas”.

Arroz. 1. Padrão de radiação da antena em um sistema de coordenadas polares

Os padrões de radiação da antena são geralmente multilobados. O lóbulo correspondente à direção de chegada da onda na qual o EMF máximo é induzido na antena é denominado lóbulo principal. Na maioria dos casos, o padrão de radiação também possui lobos reversos (posteriores) e laterais. Para facilitar a comparação de diferentes antenas entre si, seus padrões de radiação são normalizados, ou seja, são plotados em quantidades relativas, tomando o maior EMF como um (ou cem por cento).

Os principais parâmetros do padrão de radiação são a largura (ângulo de abertura) do lóbulo principal nos planos horizontal e vertical. A largura do lóbulo principal é usada para avaliar as propriedades direcionais da antena. Quanto menor for essa largura, maior será a direcionalidade.

Arroz. 2. Padrão de radiação da antena em um sistema de coordenadas retangulares

O nível dos lóbulos laterais e traseiros caracteriza a imunidade a ruídos da antena. É determinado usando o coeficiente de ação protetora (PAC) da antena, que é entendido como a razão entre a potência alocada pela antena para uma carga correspondente ao receber da direção traseira ou lateral, e a potência na mesma carga quando recebendo da direção principal.

Freqüentemente, o coeficiente de proteção é expresso em unidades logarítmicas - decibéis:

As propriedades direcionais da antena também são caracterizadas pelo coeficiente direcional (DC) - um número que mostra quantas vezes a potência do sinal recebido na entrada de TV quando recebido por uma determinada antena direcional é maior que a potência que poderia ser obtida quando recebida por uma antena de referência omnidirecional ou direcional. Um vibrador de meia onda (dipolo) é mais frequentemente usado como antena de referência, cujo coeficiente direcional em relação a uma hipotética antena omnidirecional é de 1,64 (ou 2,15 dB). O ganho de eficiência caracteriza o ganho máximo possível de potência que uma antena pode fornecer devido às suas propriedades direcionais, assumindo que não haja perdas nela. Na realidade, qualquer antena tem perdas e o ganho de potência que proporciona é sempre inferior ao máximo possível. O ganho real de potência da antena em relação a um hipotético emissor isotrópico ou vibrador de meia onda é caracterizado pelo ganho de potência Kr, que está relacionado ao índice de eficiência:

Onde η - coeficiente de desempenho (eficiência) das antenas.

A eficiência da antena caracteriza as perdas de potência na antena e é a razão entre a potência de radiação e a soma das potências e perdas de radiação, ou seja, a potência total que é fornecida à antena pelo transmissor:

Onde Você- potência de radiação, P n- perdas de energia.

Largura de banda da antena

A largura de banda de uma antena receptora de televisão é um espectro de frequência dentro do qual são mantidos todos os valores básicos de suas características elétricas. A resposta de frequência de uma antena sintonizada é semelhante a uma curva de ressonância circuito oscilatório. Portanto, por analogia com a largura de banda do circuito, a largura de banda da antena também pode ser determinada.

Em uma frequência ressonante (fixa), a antena possui um certo valor de impedância de entrada, que é consistente com a impedância de carga. Esta frequência é geralmente considerada a frequência média do canal de televisão na qual a reatância da antena é zero. Em frequências abaixo da ressonância é de natureza capacitiva, e em frequências acima da ressonância é indutivo.

Assim, uma mudança na frequência leva a uma mudança no componente ativo e ao aparecimento de um componente reativo na resistência de entrada. Como resultado, a potência fornecida à carga é reduzida.

Isto é especialmente perceptível em frequências extremas, mais distantes frequência ressonante. É permitido reduzir a potência em no máximo duas vezes. Com base nesta largura de banda 2Af Considera-se que um espectro de frequência próximo à frequência de ressonância é aquele dentro do qual a potência fornecida à carga diminuirá em não mais que a metade.

Para garantir boa qualidade A antena receptora deve passar todo o espectro de frequências do sinal de televisão, que para um canal é de 8 MHz. A qualidade da imagem ainda é muito boa se a antena passar por uma banda de frequência de pelo menos 6 MHz. O estreitamento adicional da banda de frequência leva à deterioração da qualidade da imagem e à perda de clareza. Maioria método eficaz expansão da largura de banda - reduzindo a impedância de onda equivalente do vibrador aumentando suas dimensões transversais. Desta forma, a capacitância linear aumenta e a indutância linear do vibrador diminui. Entre outras coisas, a largura de banda da antena é limitada pela largura de banda do alimentador de redução.

Antena- dispositivo de conversão de vibração corrente elétrica em uma onda de campo eletromagnético (onda de rádio) e vice-versa.

As antenas são dispositivos reversíveis, ou seja, assim como uma antena funciona para transmissão, ela também funcionará para recepção, se funcionar efetivamente para recepção, também funcionará bem para transmissão;

Alimentador- cabo que conecta a estação de rádio à antena.
Os cabos vêm em diferentes impedâncias e designs.
Como em estações de rádio civis a impedância de saída/entrada é de 50 Ohms e a saída é desequilibrada, cabos coaxiais com impedância característica de 50 Ohms são adequados para nós como alimentador, por exemplo: RK 50-3-18 ou RG 8 ou RG 58.
Não há necessidade de ficar confuso impedância característica e ôhmico. Se você medir a resistência do cabo com um testador, o testador mostrará 1 ohm, embora a impedância de onda deste cabo possa ser de 75 ohms.
A impedância característica de um cabo coaxial depende da relação entre os diâmetros do condutor interno e do condutor externo (um cabo com impedância característica de 50 Ohms tem um núcleo central mais espesso do que um cabo de 75 Ohm com o mesmo diâmetro externo).

Cabo de aço- coeficiente de onda estacionária, ou seja, a relação entre a potência que percorre o cabo até a antena e a potência que retorna ao longo do cabo, refletida na antena devido ao fato de sua resistência não ser igual à resistência do cabo .
Sim, a tensão de alta frequência viaja pelos fios de maneira diferente DC, pode ser refletido na carga se a carga ou o cabo tiver a impedância característica errada.
O SWR mostra a qualidade da transmissão de energia da estação de rádio para a antena e vice-versa; quanto menor o SWR, melhor será a correspondência entre a estação de rádio e o alimentador e a antena. O SWR não pode ser inferior a 1.
O SWR não indica a eficiência da antena e em que frequência ela opera com mais eficiência. Por exemplo, a ROE será 1 se um resistor de 50 Ohm estiver conectado à extremidade do cabo, mas ninguém ouvirá você no resistor e você não ouvirá ninguém nele.

Como funciona a antena?

A corrente alternada, como se sabe, muda sua polaridade com uma certa frequência. Se estamos falando de 27 MHz, então 27 milhões de vezes por segundo sua polaridade (+/-) muda de lugar. Assim, 27 milhões de vezes por segundo, os elétrons no cabo se movem da esquerda para a direita e depois da direita para a esquerda. Considerando que os elétrons correm à velocidade da luz 300 milhões de metros por segundo, então para uma frequência de 27 megahertz eles só conseguem percorrer 11 metros (300/27) antes que a polaridade da corrente mude e depois retornem.
Comprimento de onda é a distância que os elétrons percorrem antes de serem puxados de volta pela mudança de polaridade da fonte.
Se conectarmos um pedaço de fio à saída da estação de rádio, cuja outra extremidade está simplesmente suspensa no ar, então os elétrons correrão nele, os elétrons em movimento criarão um campo magnético ao redor do condutor e, em sua extremidade, um potencial eletrostático, que mudará com a frequência de operação da estação de rádio, ou seja, o fio criará uma onda de rádio.
A distância mínima que os elétrons devem percorrer para que ocorra uma conversão efetiva AC em uma onda de rádio e as ondas de rádio em corrente é igual a metade do comprimento de onda.
Como qualquer fonte de corrente (tensão) tem dois terminais, a antena mínima efetiva consiste em dois pedaços de fio com 1/4 de comprimento de onda (1/2 dividido por 2), com um pedaço de fio conectado a um terminal da fonte (rádio de saída). estação), outro para outra saída.
Um dos condutores é denominado radiante e está conectado ao núcleo central do cabo, o outro é um “contrapeso” e está conectado à trança do cabo.
* Se você colocar 2 pedaços de fio cada um com 1/4 de comprimento de onda, um acima do outro, a resistência dessa antena será de aproximadamente 75 Ohms, além disso, ela será simétrica, ou seja, conectando-a diretamente com um cabo coaxial ( não simétrico) o cabo não é uma boa ideia.

Espere, como funcionam então as antenas encurtadas (por exemplo, 2 metros a 27 MHz) e as antenas que consistem apenas em um pino em um carro?
Para um pino em um carro, o pino é o primeiro pedaço de fio (o “emissor”), e a carroceria do carro é o segundo fio (o “contrapeso”).
Nas antenas encurtadas, parte do fio é torcida em uma bobina, ou seja, para os elétrons o comprimento do pino é igual a 1/4 do comprimento de onda (2 metros 75 cm a 27 MHz), e para o dono do pino são apenas 2 metros, o resto está na bobina, que fica escondida das intempéries na base da antena.

O que acontece se você conectar fios muito curtos ou muito longos a uma estação de rádio como antena?
Conforme mencionado acima, a impedância de onda de saída/entrada da estação de rádio é de 50 ohms, respectivamente, a antena, que é uma carga para ela, também deve ter uma resistência de 50 ohms;
Fios menores ou maiores que 1/4 de comprimento de onda terão uma impedância característica diferente. Se os fios forem mais curtos, então os elétrons terão tempo de chegar à ponta do fio e quererão correr mais antes de serem puxados para trás, respectivamente, eles vão se enterrar na ponta do fio, vão entender que há uma ruptura aí, ou seja, existe uma resistência grande e infinita e a resistência de toda a antena será tanto maior quanto mais curto for o fio. Um fio muito longo também não funcionará corretamente, sua resistência também será maior que o necessário.
É impossível tornar eficaz uma antena eletricamente curta; ela sempre perderá 1/4 do comprimento elétrico;
* A diferença entre “eletricamente curto” e “fisicamente curto” é que você pode torcer um fio de comprimento suficiente em uma bobina, mas fisicamente a bobina não será tão longa. Essa antena será bastante eficaz, mas em um pequeno número de canais e, em qualquer caso, perderá 1/4 do comprimento de onda para um pino.
Também é importante entender que depende muito também do ângulo em que os condutores da antena, o emissor e o contrapeso estão localizados entre si - sua diretividade (a direção de sua radiação) e sua impedância de onda.

Existe também um fenômeno como o coeficiente de encurtamento da antena, esse fenômeno se deve ao fato dos condutores serem grossos e a extremidade do condutor ter uma capacitância para o espaço circundante. Quanto mais grosso for o condutor da antena e quanto maior for a frequência na qual a antena deve operar, maior será o encurtamento. Além disso, quanto mais grosso for o condutor do qual a antena é feita, maior será a banda larga (mais canais ela cobre).

Antenas direcionais e polarização de radiação

As antenas são:
+ Com polarização horizontal - os condutores da antena estão localizados horizontalmente;
+ Com polarização vertical - os condutores são dispostos verticalmente.
Se você tentar receber sinais transmitidos por uma antena com polarização horizontal em uma antena com polarização vertical, haverá uma perda de 2 vezes (3 dB) em relação à recepção em uma antena de mesma polarização da transmissora.

Além disso, as antenas podem ser:
+ Direcional - quando a emissão e recepção das ondas ocorre em uma ou mais direções.
+ Não direcional (com padrão de radiação circular) - quando as ondas de rádio são emitidas e recebidas uniformemente de todas as direções.

Exemplo: um pino vertical possui um padrão de radiação circular no plano horizontal, ou seja, emite e recebe igualmente ondas de rádio de fontes ao seu redor.

O que é ganho de antena?

Se estamos falando especificamente de amplificação de antena, e não de um amplificador conectado à antena e necessitando de fios de alimentação, então amplificação de antena é sua capacidade de concentrar ondas de rádio em um determinado plano ou direção, onde estão localizados os correspondentes desejados para comunicação.
Por exemplo, dois pinos localizados verticalmente de 1/4 de comprimento de onda (dipolo vertical) irradiam uniformemente em um círculo, mas isso se você olhar de cima e de lado, verifica-se que parte da energia é irradiada para o chão e parte para o espaço. O ganho dipolo é 0 dBd. Não existem sinais úteis para nós na Terra e no espaço, portanto, alterando a configuração do dipolo (alongando uma parte dele para 5/8 do comprimento de onda), é possível garantir que a radiação esteja concentrada em no horizonte, e pouca radiação será emitida para o espaço e para a terra, o ganho dessa antena será de aproximadamente 6 dBd.

Se você tiver interesse em aprender detalhadamente como funcionam as antenas e alimentadores, e ver fórmulas completas, leia o livro: K. Rothhammel Antennas.

Vamos lembrar o principal:

Comprimento de onda = 300 / frequência do canal de comunicação

Comprimento mínimo efetivo da antena = comprimento de onda / 2

Quanto mais grossos forem os condutores com os quais a antena é feita, maior será a contribuição do fator de encurtamento para o seu comprimento.

SWR indica a qualidade da transmissão de energia do rádio para a antena, mas não indica a eficiência da antena.

Agora, para exemplos:
300 / 27.175 = 11 metros e 3 centímetros de comprimento de onda.
Toda a antena para trabalho eficiente deverá ter comprimento de 5 metros e 51 centímetros, respectivamente, o pino terá comprimento de 2 metros e 76 centímetros.
Levando em consideração o encurtamento K_, para um pino feito de um tubo com diâmetro de 20 mm, o comprimento do pino será de aproximadamente 2 metros e 65 centímetros.

Quais antenas costumam ser utilizadas na banda civil?

Antena 1/4 GP ("gepeshka" ou "quádrupla")

Pino em encaixe ou base magnética, dentro do qual é instalada uma bobina de extensão, totalizando 1/4 de seu comprimento elétrico. O contrapeso é a carroceria do carro, que é conectada diretamente (para antenas embutidas) ou através da capacitância do capacitor formada pela base do ímã e pela superfície da carroceria.

Em bandas de alta frequência, como LPD e PMR, costumam ser utilizados gaps ou 5/8, mesmo em carro e na versão vestível são utilizadas antenas colineares (sistemas de antenas de vários 1/2 ou 5; /8 antenas interligadas elétrica e mecanicamente, o que permite obter um K_ganho da antena de 10 dbi ou mais, ou seja, comprimir a radiação em uma fina panqueca horizontal).

V. Polyakov, RA3AAE

Não há nada de novo neste artigo; ele apenas nos permite olhar para o passado de um ângulo diferente. fatos conhecidos, e também pode servir a propósitos educacionais gerais. Também há um pouco de nostalgia...

É bem conhecido que antenas de fio eletricamente curto ou chicote (menos de um quarto de comprimento de onda) têm reatância capacitiva X e baixa resistência à radiação ativa r, a primeira aumentando com o encurtamento da antena, e a última diminuindo. As perdas na própria antena são muito pequenas, isso também é confirmado por programas de modelagem de antenas, por exemplo MMANA, mostrando alta eficiência. As perdas ocorrem na bobina correspondente (extensão ou loop) e no aterramento.

O circuito equivalente de uma antena receptora aterrada em curto é normalmente representado como na Fig. 1 à direita. E denota a intensidade do campo do sinal recebido e hd é a altura efetiva da antena. A própria antena e a distribuição de corrente nela são mostradas à esquerda. É sinusoidal, mas para antenas curtas é aproximadamente considerado triangular.

A capacitância X e a resistência à radiação r da antena são determinadas usando as fórmulas fornecidas em muitos livros e livros didáticos:
X = Wctg(2ph/l) er = 160p2(hд/l)2,

onde W é a impedância do fio da antena.

As fórmulas podem ser simplificadas introduzindo o número de onda k = 2p/l e substituindo a multiplicação por cotangente pela divisão por tangente, e por sua vez substituindo-a por um argumento, devido à sua pequenez (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 e r = 10(kh)2.

Infelizmente, o circuito equivalente da Fig. 1 não é suficientemente claro porque não mostra o desvio real da entrada do receptor pela antena. É aconselhável usar as regras para converter uma conexão em série de capacitância e resistência ativa em paralelo (ver livros sobre teoria de circuitos). Para o nosso caso, quando r<< X, они очень просты (рис. 2).


O circuito equivalente resultante da antena receptora é mostrado na Fig. 3, e a partir dela pode-se observar que a impedância da antena é determinada por um capacitor C e um resistor R conectados em paralelo. Essa impedância desvia a entrada do receptor independentemente de haver tensão de sinal na antena ou não. A capacitância C é simplesmente a capacitância da antena; para um fio fino é fácil encontrá-la na taxa de 5...7 pF/m, e para antenas telescópicas relativamente “grossas” - 8...12 pF/m.

Encontraremos a resistência R substituindo-a na última fórmula da Fig. 2 valores de X e r encontrados acima:
R = W2/10(kh)4.

Para um fio fino no espaço livre, W é geralmente assumido como 600 ohms. Substituindo este valor, assim como k = 2p/l, obtemos a fórmula de cálculo:
R = 23(l/h)4.

Utilizando-o, para ilustração, vamos calcular a capacitância e a resistência de uma antena vertical de fio curto para uma frequência de 1 MHz (frequência média da faixa CB) e assumindo que a resistência de aterramento é zero.

Os resultados do cálculo estão resumidos na tabela:

Altura da antena 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 TeraOhm	2 Giga Ohm	20 megaohms	230 quiloohms

Eles são incríveis. A tabela mostra que a resistência ativa equivalente (paralela à entrada) de uma antena vertical curta é enorme. Praticamente não ignora a entrada do receptor. Isso permite, com uma baixa impedância de entrada do receptor, não levar em conta a resistência ativa da antena R e assumir que apenas a corrente capacitiva através de C é fornecida à entrada do receptor (Fig. 3). Então a tensão na entrada do receptor pode ser calculada simplesmente usando a lei de Ohm.

Exemplo: uma antena vertical de 3 metros é conectada à entrada de 50 ohms de um receptor operando na faixa CB. Sua resistência capacitiva (18 pF) na frequência de 1 MHz é superior a 8 kOhm. Se a intensidade do campo da estação de rádio for 10 mV/m, a tensão induzida na antena será: E.hd = 10 mV/m 1,5 m = 15 mV. A corrente capacitiva é de cerca de 15mV/8kOhm = 2μA. Multiplicando pela resistência de entrada (50 Ohms) obtemos uma tensão de entrada de cerca de 100 µV.

O exemplo mostra que antenas curtas não podem desenvolver alta tensão na entrada de baixa impedância do receptor. Ao mesmo tempo, na entrada de um receptor com entrada de alta impedância (significativamente mais de 8 kOhm), a mesma antena pode desenvolver uma tensão próxima de E.hd, ou seja, cerca de 15 mV. Isso é exatamente o que eram os rádios antigos - regeneradores de tubo único, amplificação direta e até mesmo super-heteródinos de tubo.

Nos regeneradores de circuito único, a antena era conectada ao circuito diretamente ou através de um capacitor de acoplamento de pequena capacidade (Fig. 4). A conexão direta (soquete A2) só é adequada para antenas muito curtas com pequena capacitância, que é compensada por uma diminuição correspondente na capacitância do circuito C2. Uma antena longa não pode ser conectada ao soquete A2, pois isso levaria a uma desafinação severa e introduziria grande atenuação no circuito. Foi incluído no soquete A3, e o capacitor de acoplamento C2 em designs inteligentes foi feito ajustável, por exemplo 8...30 pF, o que possibilitou enfraquecer a conexão com a antena com sinais fortes e grandes interferências.

A resistência ressonante do circuito atinge centenas de quilo-ohms nas frequências MF e ainda mais nas frequências DV. Nos regeneradores, também deve ser multiplicado pelo coeficiente de regeneração, para obter muitos megaohms. Como você pode ver, os receptores antigos eram muito adequados para trabalhar com antenas de fio curto, possuindo uma impedância de entrada muito alta. A situação não mudou nos receptores de amplificação direta com UHF e super-heteródinos.

Na era anterior ao uso generalizado de antenas magnéticas, uma bobina L1 era usada para se comunicar com a antena, que tinha 4...5 vezes mais voltas do que uma bobina loop. Esperava-se que esta bobina com capacitância de uma antena “padrão” formasse um circuito ressonante sintonizado em uma frequência abaixo da frequência mais baixa da faixa. Em seguida, o coeficiente de transmissão do circuito de entrada foi equalizado ao longo da faixa. Cálculos e gráficos podem ser encontrados em livros didáticos de rádio. Mas não mencionam outro efeito de tal decisão. A resistência do loop foi transformada na antena em 16...25 vezes com acoplamento forte e um pouco menos com acoplamento fraco. Novamente, a impedância de entrada do receptor era de vários megaohms ou mais.

Os dados apresentados mostram claramente que para experimentos com antenas exclusivas de baixa corrente (vassoura, fogueira, etc.), são necessários receptores com entrada de alta impedância, incluindo um circuito sintonizado, lâmpada ou transistor de efeito de campo.