Antenne- un appareil qui convertit les oscillations du courant électrique en une onde de champ électromagnétique (onde radio) et vice versa.

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.
Il n’est pas nécessaire de confondre impédance d’onde et impédance 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 ne circule pas dans les fils comme le courant continu ; elle peut être réfléchie 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 convertir efficacement le courant alternatif en onde radio et les ondes radio en courant est 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 broche sur une voiture, la broche est le premier morceau de fil (l'« émetteur ») et la carrosserie de la voiture est le deuxième fil (le « 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 est 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, en conséquence 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 : Antennes K. Rothhammel.

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.
Pour un fonctionnement efficace, l'antenne entière doit avoir une longueur de 5 mètres 51 centimètres, respectivement, la broche 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).

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 ne dispose pas toujours des outils 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 réception 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 puissant générateur HF 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 lectures du voltmètre (U1) et sans modifier les réglages du circuit, déplacez le curseur de la résistance variable 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 une 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 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 un capacimètre numérique Master-S, aimablement fourni par son concepteur.

S'il n'y a pas de capacimètre, vous devez faire la même chose qu'avec une résistance - équipez le KPI d'une échelle et calibrez-le 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 . En figue. 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 KPE avec un diélectrique solide issu d'un ensemble pour 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, la réactance globale de 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.

CONFÉRENCE 9.

• 
  ^ Émetteur isotrope
• 
  Vibrateur symétrique
• 
  Principales caractéristiques des antennes. Caractéristique d'amplitude de la directivité de l'antenne
• 
  Résistance aux radiations
• 
  Impédance caractéristique de l'antenne
• 
  Impédance d'entrée
• 
  Résistance aux pertes

^

ÉMETTEUR ISOTROPE.

Un émetteur isotrope est un appareil qui émet de l'énergie électromagnétique de manière uniforme et égale dans toutes les directions.

Cependant, en pratique, les émetteurs omnidirectionnels n’existent pas. Chaque antenne émettrice, même la plus simple, émet de l'énergie de manière inégale et il y a toujours une direction dans laquelle l'énergie maximale est émise.

L'émetteur le plus simple ou élémentaire est un vibrateur électrique électromagnétique, constitué d'un fil très court par rapport à la longueur d'onde, parcouru par un courant électrique dont l'amplitude et la phase sont les mêmes en tout point du fil. Un modèle pratique de vibrateur élémentaire est le dipôle Hertz. La structure du champ de rayonnement d'un dipôle de Hertz a un maximum en un point situé sur une droite perpendiculaire au dipôle. Le long du champ dipolaire = 0.
^

VIBRATEUR SYMÉTRIQUE.

Il se compose de deux conducteurs de même longueur, entre lesquels est connectée une ligne électrique - une alimentation reliant l'antenne à l'émetteur.

À la plupart des fréquences, un vibrateur symétrique d'une longueur de l et demi  est utilisé, appelé vibrateur demi-onde (Fig. 37a.

En raison de la réflexion du courant et de la tension aux extrémités des fils d'antenne, une onde stationnaire de courant et de tension s'établit le long des fils.

Le long du vibrateur demi-onde, une demi-onde de courant et de tension est établie, le long du vibrateur la longueur de l'onde - une onde de courant et de tension, Fig. 37b. Cependant, dans tous les cas, un nœud de courant et un ventre de tension sont installés aux extrémités.
^

PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES DES ANTENNES.

CARACTÉRISTIQUES D'AMPLITUDE DE LA DIRECTIVITÉ DE L'ANTENNE.

Les propriétés directionnelles des antennes sont généralement déterminées par la caractéristique de directivité d'amplitude, c'est-à-dire dépendance de l'intensité du champ émis par l'antenne E (,) au point d'observation à distance constante. Une représentation graphique de la caractéristique directionnelle d'amplitude est appelée diagramme de rayonnement, qui est représenté comme une surface décrite par un rayon vecteur émanant de l'origine, dont la longueur dans chaque direction est proportionnelle à la fonction F (, ) .

Le diagramme de rayonnement est construit dans des systèmes de coordonnées polaires (Fig. 38a) et rectangulaires (Fig. 38b).

La direction du rayonnement maximal des antennes est appelée direction principale. Et le pétale qui lui correspond est le principal. Les pétales restants sont latéraux. Les directions dans lesquelles l’antenne ne reçoit ni ne rayonne sont appelées zéros du diagramme de rayonnement.

Le lobe principal est caractérisé par une largeur à mi-puissance  0,5 et une largeur aux zéros  0. La largeur  0,5 est déterminée à partir du motif au niveau de 0,707, elle est prise sur la base du fait que la puissance au niveau de 0,5 et l'intensité du champ au niveau de 0,707 sont liées par la relation

R. 0,5 / R. balançoire = E 2 0,707 / E 2 balançoire = 0,5 .

Le coefficient de directivité caractérise la capacité de l'antenne à concentrer le champ électromagnétique rayonné dans n'importe quelle direction. Il représente le rapport entre la densité de puissance surfacique émise par une antenne dans une direction donnée et la densité de puissance surfacique moyenne dans toutes les directions. En d’autres termes, lors de la détermination du rendement, l’antenne est comparée à une antenne imaginaire, complètement omnidirectionnelle ou isotrope, émettant la même puissance que celle considérée.

Pour antennes à ouverture

À sd = 4 À FAI S une /  2 ,

Où: À isp – coefficient d'utilisation de la surface rayonnante de l'instrumentation ;

S a est la zone d'ouverture de l'antenne.

Pour la plupart des antennes RRL et des systèmes de transmission par satellite, la largeur du motif à mi-puissance dans le plan vertical est approximativement égale à la largeur du motif dans le plan horizontal.

Pour prendre en compte l'efficacité d'une antenne réelle, la notion de coefficient de gain d'antenne est introduite, qui est déterminée par la relation

G=  un À sd ,

Où:  UN = R.  /R 0 - efficacité de l'antenne ;

R.  - puissance rayonnée par l'antenne ;

R. 0 – alimentation fournie à l’antenne.

Le gain de l'antenne indique combien de fois la puissance fournie à l'antenne doit être réduite par rapport à la puissance fournie à un émetteur isotrope avec une efficacité de 1 afin que l'intensité du champ au point de réception reste inchangée.

Dans la gamme des ondes décimétriques et centimétriques  a  1 , C'est pourquoi

G = K s.d.

Le coefficient d'action protectrice KZD est introduit pour caractériser le degré d'atténuation par l'antenne des signaux reçus des directions latérales et est calculé par la formule À bâtiment = g balançoire /G pob, où g balancer et g ab – gains d'antenne dans la direction du lobe principal du diagramme de rayonnement et dans la direction secondaire.
^

RÉSISTANCE AUX RAYONNEMENTS.

Résistance au rayonnement de l'antenne R. izl - un indicateur qui a la dimension de la résistance et connecte la puissance émise P irs au courant je A, circulant à travers n'importe quelle section de l'antenne

R. izl = R. izl / JE UN 2 .

Étant donné que les courants et les tensions sont inégalement répartis sur la longueur de l'antenne, pour arrondir la valeur R. izl, dans la plupart des cas, la puissance rayonnée est liée au carré de l'amplitude maximale du courant (au ventre) ou à la quadrature du courant aux bornes d'entrée de l'antenne.

Ordre de grandeur R. Le rayon dépend de la relation entre les dimensions de l'antenne et la longueur d'onde, de la forme de l'antenne et d'autres facteurs.

Ainsi, augmenter la longueur d'un vibrateur symétrique solitaire à je =  , conduit à une augmentation de la résistance aux radiations. Cependant, il diminue encore, puis augmente à nouveau.

En général R. Le mal est de nature complexe.

Par exemple, pour un vibrateur demi-onde fin R. izl = 73,1 Oh, ah X izl = 42,5 Ohm.

Une augmentation de l'épaisseur du vibrateur entraîne une diminution de la valeur de la résistance des ondes.
^

RÉSISTANCE AUX ONDES D'UNE ANTENNE.

Impédance caractéristique de l'antenne Z L'OA est l'un des paramètres importants. La résistance des vagues est considérée à l’aide des méthodes de la théorie des lignes longues.

Pour un seul conducteur cylindrique de longueur je , à laquelle peut être classée une antenne en forme de vibrateur symétrique, la formule de calcul a la forme

,

Où: r n est le rayon du conducteur.

L'augmentation de l'épaisseur du conducteur entraîne une diminution de la résistance aux ondes.
^

RÉSISTANCE D'ENTRÉE.

L'impédance d'entrée de l'antenne est un indicateur qui représente le rapport entre la tension aux bornes de l'antenne et le courant qui les traverse. En général, cette résistance est complexe.

Z Avx = R. Avx + iX Avx

Où: R. Авх – composant actif de la résistance d'entrée ;

X Avh est la composante réactive de la résistance d'entrée.
^

RÉSISTANCE AUX PERTES.

La résistance aux pertes est définie comme :

R. P. = R. n + R. Et + R. 3 ,

Où: R. n - résistance aux pertes dues à l'échauffement des fils ;

R. et - la résistance aux pertes dans les isolateurs d'antenne ;

R. 3 - résistance aux pertes dans le sol et dans les systèmes de mise à la terre.

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 obtenir une image de haut niveau sur l’écran du téléviseur, 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 pires conditions de propagation des ondes radio, l’intensité du 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. Lorsqu'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 ses 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 entre l'antenne et le câble, l'onde incidente (tension d'entrée) est réfléchie, par exemple, depuis l'extrémité du câble ou un autre point où sa propriété change fortement. 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 à ondes progressives 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.

Le gain directionnel d'une antenne de réception est un nombre qui indique 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 construit dans un système de coordonnées polaires ou rectangulaires. Sur riz. 12 Les diagrammes de rayonnement d'une antenne de type « canal d'onde » sont présentés.

Riz. 1. Diagramme de rayonnement de l'antenne dans le 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, Pn- 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 la courbe de résonance d'un circuit oscillant. 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 la 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 une bonne qualité de réception, l'antenne 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 méthode la plus efficace pour étendre la bande passante consiste à réduire l’impédance caractéristique 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.

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, c'est pourquoi pour elles un graphique aussi simple comme sur la fig. 6.9 n’a pas pu être obtenu.

Comme le montre ce graphique, un câble coaxial avec une impédance caractéristique 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 d'une antenne hélicoïdale dépasse 5, à l'extrémité du câble coaxial alimentant l'antenne, il est conseillé d'installer une self haute fréquence non pas constituée d'anneaux de ferrite, mais sous la forme de 5 à 20 tours de câble coaxial avec un diamètre de 10…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.