Articole electronica, kituri, scheme
Antene

Antena cubica (Cubical-quad) multiband VK2AOU

Practica, a dovedit superioritatea antenei quad fata de antenele directionale cu elemente orizontale, ca urmare a unui unghi de radiatie verticala mai mic decit in cazul antenelor orizontale. Acesta are ca efect o influenta mai redusa a solului asupra antenei si, respectiv, la o inaltime efectiva egala, cistigul de cimp electromagnetic este superior antenei cu elemente orizontale.

Elementul de dificultate in constructia antenei quad ramine fragilitatea intregii-constructii, ca urmare a rezistentei opuse vintului. Quadul multiband realizat de VK2AOU elimina in mare parte acest element, reducind cele trei elemente existente la quadul clasic pe trei benzi la unul singur, rezonant in toate cele trei benzi.

Pentru a intelege mai bine principiul de functionare a antenei quad tip VK2AOU, sa analizam circuitele oscilante cu trei frecvente de rezonanta prezentate in fig. 232.

Figure 232

Daca analizam separat fiecare din circuitele componente, nici unul nu se va gasi pe cite o frecventa de lucru dorita, dar intregul ansamblu este rezonant pe cele trei frecvente de lucru dorite.

Inlocuind la circuituldin fig. 232 circuitul de rezonanta in serie cu un element de antena corespunzator, caracteristica de frecventa nu se schimba. Daca acest element este un patrat din conductor, vom obtine schema din fig. 233 a, in care el reprezinta circuitul cu rezonanta in serie din fig. 232, avind inductanta si capacitatea dispersate de-a lungul conductorului.

Pentru asigurarea simetriei electrice si mecanice, circuitele f.2 si f.3 se amplaseaza in ambele parti ale punctelor de alimentare (fig. 233 b), iar in cazul frecventei de 28 MHz, circuitele f.2 si f.3 se amplaseaza imperecheat in ambele planuri (fig. 233 c).

Figure 233

In baza principiilor expuse, pentru mai multe frecvente pot fi folosite elementele mai lungi sau mai scurte, inregistrindu-se insa cresterea sau scaderea corespunzatoare a eficientei. Din experimentarile facute a rezultat ca latura patratului de 4,27 m se apropie cel mai mult de randamentul optim.

Elementul quad alimentat, respectiv vibratorul, va avea rezonanta pe frecventele de 14,15 MHz, 21,3 MHz si 28,6 MHz. In acest caz frecventele de rezonanta pentru elementul quad reflector vor trebui sa corespunda la 13,43 MHz, 21,20 MHz si 27,30 MHz.

Quadurile de acest gen prezinta urmatoarele caracteristici principale :
— Frecventele de lucru pot fi dispersate in domeniul de la 1,6 : 1 pina la 3 :1.
— intre frecventele de lucru alese nu trebuie sa existe relatii armonice de rezonanta, deci antena nu functioneaza pe armonicile frecventelor sale de lucru decit in cazul particular, cind frecventa armonicii corespunde uneia din frecventele de lucru.
— Toate elementele antenei lucreaza pentru cele trei frecvente de lucru.
— Pentru o lungime totala a elementului antenei ce nu depaseste 1,5 din cea mai mica lungime de unda aleasa pentru lucru, este suficienta o singura pereche de circuite de rezonanta, iar pentru o lungime totala ce depaseste 1,5, sint necesare doua perechi de circuite de rezonanta, acordate pentru fiecare element, ca sa se evite dificultatile de acord pe frecventa cea mai mare.

Pozitia de montare a circuitelor de rezonanta acordate in cadrul elementului antenei nu este critica, iar pierderile de putere pe care le provoaca sint reduse; practic, circuitele nu se incalzesc in timpul lucrului. Lungimea totala a elementului 17,08 m depasind 1,5 lungimi de unda ale frecventei celei mai mari de lucru (10 m), se folosesc cite doua perechi de circuite acordate cu rezonanta paralela.

Capacitatile circuitelor sint formate fie din trimeri ceramici, fie, si mai practic, din bucati deschise de cablu coaxial, care prezinta o anumita capacitate intre conductorul central si camasa metalica. Astfel, la cablurile obisnuite, cu impedanta caracteristica de 60 Ω, aceasta capacitate este de circa 85 pF/m.

Ca inductante ale circuitelor acordate se folosesc doua bucle in forma de potcoava din conductor de cupru de 2 mm diametru, cu distanta intre conductori de circa 60 mm.

Datele de realizare a acestor bucle pentru fiecare circuit, ca si capacitatile necesare sint indicate in tabelul 18.

Figure 233 (table 18)

Lungimea totala a conductorului intins, plus lungimea totala a conductorilor celor patru bucle in potcoava, corespunde aproximativ cu lungimea de unda a celei mai mici frecvente de lucru.

Constructia antenei. Suportul orizontal A ce fixeaza cele doua elemente ale antenei are lungimea de 2,60 m, stabilind astfel distanta dintre vibrator si reflector la 2,45 m, care corespunde pentru banda de 14 MHz cu 0,115 X, pentru 21 MHz cu 0,173 X, iar pentru 28 MHz cu 0,232 X. Suportul se confectioneaza din teava de duraluminiu de 2 toii (50,8 mm), cu grosimea peretelui de 1/8 toii (3,2 mm). Vederea de ansamblu a antenei montate este prezentata in fig. 234.

Figure 234Suporturile in cruce ale celor doua elemente quad ale antenei sint realizate de asemenea din teava de duraluminiu. Suporturile formate din piesele B, C si D se fixeaza in cruce pe suportul orizontal A. Piesele B sint tevi din duraluminiu cu diametrul 7/8 toii (22,2 mm), grosimea peretelui 1/16 toii (1,6 mm) si lungimea a = 3,66 m. La cele patru capete deschise sint introduse si fixate patru bucati de tevi din metal usor, de 3/4 toii, avind lungimea de 1,22 m, respectiv piesele C care se introduc cu 200 mm iri piesele B si se fixeaza astfel.

In capetele pieselor C sint fixate piesele D din tevi PVC, avind diametrul 3/4 toii (19 mm) si lungimea 250 mm. Pentru fixarea lor in capetele tevilor C, ele se incalzesc usor si se largesc, pentru a fi imbracate pe piesele C pe o distanta de 100 mm. Prin racire ansamblul devine rigid si bine fixat.

Capetele libere ale tuburilor de PVC se incalzesc, se aplatizeaza si se prevad cu cite o gaura prin care va trece conductorul de 2 mm diametru ce formeaza elementul antenei. Lungimea completa a intregului sistem det sustinere in cruce este de 6,15 m pe fiecare diagonala, pentru o lungime calculata, a laturii elementului de 4,30 m.

Suporturile in cruce se fixeaza la 90°, cu bolturi in forma de U, de suportul orizontal A. Desigur, structura mecanica a intregului suport al antenei, poate fi modificata in raport de materialul existent.

Circuitele de rezonanta, respectiv L3, C.3, L.4 si C.4 pentru vibrator, iar L.1, C.1 si L.2, C.2 pentru reflector, se intercaleaza in colturile superioare si inferioare ale elementului (fig. 235). Conductorul de 2 mm diametru se intrerupe electric in aceste locuri cu cite o banda de polistiren cu dimensiunile de 75 x 13 x 6 mm.

Circuitele de rezonanta, compuse din cite o bucla potcoava c si cite un conductor d din cablu coaxial, se prind de aceste piese izolante si se conecteaza la capetele conductorului d de 2 mm diametru.

Figure 235

Buclele in forma de potcoava c sint executate din conductor de cupru emailat cu diametrul minim 2 mm si fixate mecanic de bratele verticale prin intermediul pieselor izolante. Lungimea conductoarelor din bucle, a buclelor, capacitatea condensatoarelor si lungimile din cablu cu impedanta de 60 Ω, necesare pentru aceste capacitati, sint indicate in tabel. Bucatile de cablu coaxial ce se folosesc pentru capacitati se fixeaza direct pe bratele verticale de sustinere, cu ajutorul unor benzi speciale de fixare, unde conductorul exterior al cablului se racordeaza cu punctele corespunzatoare nodurilor de tensiune ce se gasesc in imediata apropiere a bratelor verticale. Pentru ca la capatul sectiunilor de cablu coaxial conductorul central sa fie bine izolat de camasa metalica exterioara, aceasta din urma se indeparteaza pe o lungime de circa 20 mm, dupa care capetele se izoleaza contra umiditatii.

Pentru asigurarea unui cuplaj optim intre elementul vibrator simetric si cablul de alimentare nesimetric, se foloseste un balun pe miez de ferita toroidal, fie, in lipsa acestuia, un balun realizat pe o bara de ferita cu diametrul de 13 mm si lungimea de 75 mm. Pe aceasta bara de ferita se bobineaza o infasurare bifilara avind noua spire din conductor de cupru emailat cu diametrul de 1,6— 2 mm. Unul din bobinaje se conecteaza la vibrator, iar celalalt la cablul coaxial de alimentare cu impedanta caracteristica 52— 75 Ω. Transformatorul balun se fixeaza in imediata apropiere a capetelor vibratoruluj si se-izoleaza de mediul exterior intr-o carcasa de material plastic prevatuza cu o bucse de cablu coaxial.

Acordul antenei. Daca elementele antenei se realizeaza exact dupa indicatiile date, nu mai sint necesare decit acorduri fine. Metoda folosita este urmatoarea:

Elementul quad gata confectionat se asaza orizontal fata de sol, pe treapta superioara a unei scari de lemn de circa 1,5 m inaltime, astfel incit toate elementele antenei sa fie usor manevrate.

Pentru reglajele fine ale elementelor antenei vom folosi un grid-dip-metru prevazut cu frecventele de rezonanta indicate pentru elementele antenei si pe care il vom verifica cu mare atentie si cu receptorul de trafic acordat pe aceleasi frecvente.

Vom tine seama de capacitatile suplimentare ale elementului antenei asezat la numai 1,5 m de sol si care in momentul ridicarii definitive a antenei dispar, si vom scadea din frecventele indicate un procent de circa 3%.

Cu ajutorul grid-dip-metrului ce se cupleaza in semicercurile buclelor in potcoava stabilim frecventele de rezonanta existente. Pentru fiecare bucla vom avea trei frecvente de rezonanta, si anume, una ce nu se gaseste pe frecventele de lucru si alte doua identice sau asemanatoare frecventelor de lucru (tabelul 19).Figure 235 (table 19)Frecventa medie de lucru (banda 21 MHz) se afla atit la buclele lungi, cit si la cele scurte, frecventa aferenta benzii de 28 MHz se afla numai la buclele scurte, iar cea aferenta benzii de 14 MHz, numai la cele lungi. Pentru reglajul pe frecventele de rezonanta optima indicate pentru vibrator si reflector, se modifica:
— pentru banda de 14 MHz — lungimea conductorului de la buclele lungi sau lungimea conductorului intins pe laturile quadului;
— pentru banda de 21 MHz — condensatorul buclei lungi sau lungimea conductorului de la bucla mica;
— pentru banda de 28 MHz — condensatorul buclei mici.

Un exemplu: daca frecventa de lucru trebuie sa fie de 14,25 MHz, iar rezonanta se constata a fi 14 MHz, se impune scurtarea conductorului intins sau reducerea inductantei buclei potcoava.

Aceasta din urma operatie se face putin cite putin, indoind cite 5 cm din conductorul de la capetele rotunjite, astfel incit conductorul buclei se scurteaza mecanic.

La modificarea capacitatilor se va avea in vedere ca la rezonanta in banda de 28 MHz reducerea capacitatii cu 2 pF poate provoca o crestere a frecventei cu circa 500 MHz, iar pentru celelalte benzi de frecventa mai joasa, 21 si 14 MHz, este corespunzator mai redusa. Capacitatea bucatilor de cablu coaxial se reduce impingind camasa metalica exterioara cu circa 1 cm inapoi.

Compensarea va incepe cu banda de 14 MHz, continua cu banda de 21 MHz si se incheie cu banda de 28 MHz. Pentru acordarea vibratorului, respectiv elementului alimentat, este foarte indicata folosirea unui reflectometru, deoarece rezonantele acestui element se afla intotdeauna pe frecventele la care raportul undelor reflectate (SWR) este cel mai mic.

Elementul reflector se aduce in acelasi mod pe frecventele de rezonanta indicate. Eficacitatea antenei poate fi marita prin adaugarea unui element suplimentar director realizat cu celelalte doua si avind frecventele de rezonanta cu circa 5% mai mari decit ale vibratorului. Un reglaj final de finete se mai poate face, daca acesta este posibil dupa montarea si ridicarea definitiva a antenei.

In acest caz, alimentind antena cu emitatorul in functie, se determina cu reflectometruI frecventele pentru care coeficientul de unde reflectate este cel mai mic si care coincid cu frecventele de rezonanta ale antenei. In cazul cind aceste frecvente prezinta abateri de la cele dorite, vom reface acordul fin, folosind de aceasta data un masuratpr de cimp prevazut cu o mica antena dipol si asezat la distanta de antena (100-300 m) . Racordarea fina se va face actionind numai asupra elementului reflector, pina se obtin frecventele de rezonanta dorite.

Raportul de unde reflectate ale antenei reglate este sub 1,5 :1 pe toate benzile, putind ajunge la capetele unor benzi pina la 1,8 :1.

Cistigul antenei este de circa 6 dB pe toate cele trei benzi si, datorita unghiului de radiatie optim si a influentei mai mici a solului asupra antenei, rezultatele obtinute in trafic sint uneori superioare antenei Yagi cu trei elemente.

Fata de rezultatele ce se obtin si constructia sa, relativ simpla, antena quad pentru trei benzi construita de VK2AOU se recomanda in suficienta masura pentru traficul de radioamatori.


Articole din aceasi publicatie
Subscribe
Notify of
guest

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
back to top