¿Por qué los aviones de la Segunda Guerra Mundial tenían hélices en las alas?
Este artículo cita información escrita por internautas para complementar mi comprensión de las antenas. Soy un entusiasta de la radio. No hace mucho inventé una antena Yagi ajustable y la he solicitado con éxito. Actualmente estamos trabajando en la promoción de esta antena. Aunque el estilo de antena es diferente, el principio es el mismo y me limito a ser simplemente un audiófilo. ¡Corríjame si hay algún error en la descripción! En 1894, cuando el ruso Popov estaba ensamblando un receptor de ondas electromagnéticas, descubrió accidentalmente que un cable metálico estaba conectado al detector, lo que podía mejorar significativamente la sensibilidad de recepción, mejorar la capacidad de recepción y aumentar la distancia de comunicación.
Este cable se convirtió en la primera antena del mundo. De hecho, la parte principal de trabajo de la antena es un conductor de metal sólido. Entonces, ¿qué tipo de conductor puede darle a la antena un rendimiento excelente?
Aquí clasifico las propiedades electromagnéticas de los materiales metálicos comunes de mayor a menor,
Plata (Ag), cobre (Cu), aluminio (Al) y hierro (Fe)
Por supuesto, también hay algunos metales líquidos recientemente inventados, como el galio (Ga), que es el último invento de Yingjiang. La aleación de galio se sella en un trozo de material aislante y luego se conecta al dispositivo transmisor o receptor a través de una línea de alimentación para convertirse en una antena líquida.
Muchos amigos preguntan ¿por qué la mejor antena no es la dorada (Au)? La respuesta es que, aunque el oro es dorado, sus propiedades electromagnéticas son muy inferiores a las de la plata. Más de cien años de práctica de producción industrial lo han verificado y yo no lo inventé.
Unos meses después del inesperado triunfo del ruso Popov, el italiano Marconi conectó un gran trozo de metal a un extremo del explosor del transmisor y lo colgó de un árbol. El otro extremo del explosor estaba conectado. la tierra. La intensidad de las ondas de radio emitidas por el transmisor aumentó varias veces y la distancia de envío y recepción alcanzó varios kilómetros. En 1899, realizó con éxito la aplicación de ondas de radio a través del Canal de la Mancha.
(Si viajas en el tiempo y quieres conseguir una estación de radio, recuerda conseguir estas dos.)
Inserta una imagen para ilustrar este punto.
El cable coaxial marcado en la imagen superior también es habitual en nuestras vidas. Línea de señal de circuito cerrado para televisión doméstica implementada por el Ministerio de Radio, Cine y Televisión en las décadas de 1980 y 1990. Este tipo de cable y el cable plano de la figura siguiente se denominan colectivamente alimentadores, pero tienen diferentes valores de impedancia. En los sistemas CCTV originales, el cable coaxial utilizado tenía una "impedancia característica" de 75 ohmios. En el campo de la radio, este tipo de sistema de radio conectado con un alimentador con una impedancia característica de 75 ohmios se denomina colectivamente sistema 75, y la impedancia característica del cable plano es de 300 ohmios. Hoy en día utilizamos para el acceso diario a Internet inalámbrico (comúnmente conocido como WiFi) el sistema 50, el cual se conecta con un alimentador de impedancia característica de 50 ohmios.
Nota: Cuando el cable plano está conectado al transmisor, los componentes electrónicos deben reducir la impedancia para que coincida con el transmisor y el receptor. Son los valores de ohmios 50, 75 y 300 mencionados aquí, pero no el valor de resistencia de los cables en el circuito de CC.
Otro avance en el desarrollo de antenas fue la creación del dipolo de Diógenes basado en el principio de equilibrio del balancín. Un cable está conectado a la carcasa del transmisor, el otro cable está conectado al extremo de salida del transmisor y los dos cables están dispuestos simétricamente para formar una antena dipolo.
En 1923, basándose en el principio de que objetos de diferentes pesos pueden equilibrarse en un balancín ajustando el punto de apoyo, los científicos inventaron la antena Windom, que fue publicada en la revista estadounidense "QST" en 1929 por Loren. Ventana (W8GZ).
El anciano en la imagen de abajo es el Sr. Roland Winton, el inventor de la antena Winton.
Antes de la Segunda Guerra Mundial, con el aumento de las capacidades de procesamiento de componentes electrónicos. Las antenas son cada vez más pequeñas (el tamaño geométrico de la antena está determinado por la frecuencia de funcionamiento, que está determinada por las frecuencias de transmisión y recepción de la estación). La mayoría de los tubos de electrones durante la Segunda Guerra Mundial funcionaron por encima de los diez MHz. Tomando 15MHz como ejemplo, la longitud de onda es de 20M y la longitud del elemento activo de la antena es básicamente de aproximadamente 5M. ¿Por qué 5M? Porque la longitud del brazo vibratorio activo suele ser de al menos 1/4 de longitud de onda.
Nota: Si el rendimiento electromagnético de la antena no coincide con el del transmisor, la relación de onda estacionaria será demasiado alta, lo que no solo conducirá a una baja eficiencia de transmisión, sino que también puede causar daños a los componentes electrónicos del transmisor. Permítanme dar una explicación. Suponiendo que la potencia del transmisor es de 10 W, entonces la potencia transmitida a través de la antena también debería ser de 10 W en condiciones ideales. Pero en realidad la potencia emitida por la antena no llega a los 10W. Suponga que los parámetros de la antena requieren que la relación de onda estacionaria sea menor o igual a 1,5. Suponiendo que el parámetro de relación de onda estacionaria de la antena sea exactamente 1,5, entonces el 20% de la energía se transmitirá de regreso al transmisor a través. el alimentador, y sólo el 80% de la energía se emitirá a través de la antena. Una vez que la relación de onda estacionaria sea superior a 1,5, lo siento, la radio se quemará si se utiliza a plena carga durante mucho tiempo y los componentes electrónicos deberán reemplazarse.
Las antenas Winton se utilizaron ampliamente en los principales aviones de combate de los principales países participantes en la Segunda Guerra Mundial, como el caza japonés A6M2 Zero, el caza soviético LaGG-3, el británico MK1 Spitfire, el alemán Fw190 transparente caza de papel y el italiano MC205 Hound Fighter, el estadounidense F6F Hellcat. Estas antenas sólo se pueden utilizar para comunicaciones entre aeronaves o entre aeronaves y sistemas de mando en tierra.
El Zero y el Spitfire en la imagen de abajo, así como los cables entre la columna de la cabina del Me-262 y la cola, son todos antenas, pero muchos amigos piensan erróneamente que son cables de acero o cables de conexión del timón. Se utiliza para fortalecer la estructura del cuerpo.
Otro avance importante en antenas en la década de 1920 fue la antena Yagi, inventada por Hidetsugu Yagi y Ota Taichi en Japón. La antena Yagi es una antena transmisora direccional que consta de un oscilador activo (normalmente un oscilador plegado), un reflector pasivo y varios directores pasivos en paralelo. Las antenas Yagi tienen una fuerte directividad y una mayor ganancia que las antenas dipolo, y pueden usarse para radiogoniometría y comunicaciones de larga distancia. En la década de 1980, entre los cultivadores de flores, las antenas Yagi eran las alguna vez gloriosas "ramas" en los techos de muchos edificios de gran altura. Ahora que se menciona a Japón, tengo que contar esta historia: en febrero de 1942, el ejército japonés, que arrasaba el sudeste asiático, ocupó Singapur y descubrió dos nuevas armas de radio y telecomunicaciones en la base militar británica. Estaban compuestas de huesos de hierro. y alambres de cobre y estaban marcados con "Yagi" "Dos palabras". Los japoneses se miraron unos a otros, preguntándose cuál sería el arma secreta. Como un gran secreto, fue transportado a Tokio. Los funcionarios y expertos del Cuartel General de Armas Nacionales de Japón también se miraron, preguntándose qué era, especialmente el "Yagi", ¿qué era?
No fue hasta la guerra que los japoneses se dieron cuenta de que se trataba de una antena direccional de alta frecuencia en un dispositivo de radar de aviación militar. La verdad sobre el "Yagi" les hizo vomitar sangre: se trataba del eléctrico japonés. ingeniero Hideji que utilizó esta antena en Alemania y al solicitar patentes en Reino Unido y Estados Unidos se utilizó la romanización del apellido "Yagi". Alrededor de la Restauración Meiji, se creó el Libro Negro de los Misioneros Americanos y se deletreó en romaji mediante la pronunciación del kana japonés. Ocho hechizos "Ya", madera hechizos "Ji".
Ya en febrero de 1925, Yagi Hideji solicitó una patente en Japón para la teoría y la estructura técnica de la antena direccional de alta frecuencia que inventó, y solicitó una patente en los países occidentales al año siguiente. Después de varios años de práctica científica, se ha demostrado que con el gran invento de la antena Yagi es posible desarrollar un radar de alto rendimiento. Sin embargo, esta es la historia de "flores dentro de la pared, fragancia fuera de la pared". En ese momento, el gobierno japonés y la comunidad científica japonesa simplemente no comprendieron el valor y la importancia de este invento. En cambio, los países occidentales fueron recompensados con tesoros. Se puede decir que se trata de una versión moderna del "cañón urbano". Si no lo crees, mira la imagen de abajo. Durante la Segunda Guerra Mundial, los aviones alemanes utilizaron antenas Yagi, pero Hans construyó un conjunto de antenas Yagi para aumentar la distancia entre el enemigo y nosotros.
A mediados de los años 30, además de las antenas mencionadas, también existía una antena parabólica alimentada con forma de teja, plana o semiesférica. Este tipo de antena tiene una gran superficie reflectante de ondas electromagnéticas, que puede ser una malla hueca o una superficie completa. Al utilizar alimentación de ganancia media, tiene una fuerte directividad y ganancia. En aquella época, este tipo de antena se utilizaba principalmente para la detección por radar. Hemos visto en películas que las antenas de radar que utilizan los buques de guerra o las estaciones de radar para detectar aviones y barcos son antenas parabólicas. (262) Hablamos de antenas parabólicas en el primer episodio de "Military Power" en 2016. ¿Recuerdas las señales X y C? ), y el conjunto Yagi de elementos múltiples utilizado en algunos barcos, porque la frecuencia de transmisión era baja en ese momento y el tamaño de la antena no se podía reducir. Sólo los vehículos grandes, como los barcos, pueden llevar antenas parabólicas y antenas Yagi. Los vehículos pequeños, como aviones y tanques, solo pueden usar antenas dipolo o antenas Winton, pero estas antenas tienen ciertos puntos ciegos de cobertura y solo pueden usarse para comunicación. Existen enormes vulnerabilidades si se utilizan para atacar a los enemigos. El avión de alerta temprana Air Police 200 de fabricación propia de mi conejo tuvo un problema con la antena cilíndrica que cubría el punto ciego, por lo que finalmente fue reemplazado por un Air Police 2000 con una placa trasera.
Para poder transmitir señales electromagnéticas a mayor distancia, los humanos añadieron un subreflector a la antena parabólica original para hacer una antena Cassegrain. No engañaré a la gente aquí. Es más fácil de entender mirando el diagrama a continuación.
La señal de alimentación es reflejada por dos paraboloides. Las siguientes son las aplicaciones prácticas de esta antena, la mayoría de las cuales están equipadas en aviones de combate de segunda y tercera generación.
Durante la Segunda Guerra Mundial, Hans dispuso varias antenas Yagi en un conjunto a cierta distancia. El grupo montó el JU88 como caza nocturno y, por supuesto, el propio 262 no se salvó.
La siguiente imagen muestra el Me262 usando una antena Yagi.
Los científicos descubrieron que dado que la "compra grupal" tiene tantos beneficios, ¡todo el mundo está jugando con conjuntos de antenas!
Cuando se utilizó el JU88 alemán y la Formación Yagi, que no podía moverse mecánicamente, se convirtió en una batalla nocturna, Yingjiang encontró otra manera y comenzó a jugar al "bote". 1944 Salió el P-61 "Black Widow" y el método de instalación de antenas fue más práctico y bonito. Instale la antena parabólica en la parte delantera de la máquina y agregue una cubierta protectora.
No sólo es pequeño, también se puede hacer. La pequeña rotación mecánica aumenta el alcance del enemigo y su rendimiento es, naturalmente, mucho mayor que el de la Formación Yagi no giratoria.
Nota:
La cubierta protectora de la antena debe estar hecha de materiales que puedan penetrar fácilmente las ondas electromagnéticas. De lo contrario, afectará la relación de onda estacionaria del sistema de alimentación de la antena y más. Reducir la vida útil de los equipos de radio. Al fabricar cubiertas protectoras para antenas, descubrí que el PE (polietileno) es el más disponible en nuestra vida diaria.
Después de décadas de desarrollo, Yingjiang continuó explorando la tecnología de antenas y finalmente nació el radar de matriz en fase.
En la imagen de arriba, la parte de la antena del radar en fase queda expuesta después de retirar el carenado.
La siguiente figura es un diagrama esquemático de un arreglo en fase.
A través del control de retardo y avance del circuito integrado del tiempo de emisión de ondas electromagnéticas de cada oscilador, se cambia el ángulo de escaneo, de modo que el escaneo electromagnético simple reemplaza el escaneo mecánico torpe, la antena se hace más pequeña y la detección El alcance es más amplio, más lejano.
Con la popularización de la tecnología de simulación electromagnética por computadora, los amigos ahora pueden desarrollar virtualmente antenas mientras están sentados en casa.
La siguiente imagen es un cálculo de simulación electromagnética por computadora. Cuando un avión de combate es iluminado por un radar, reflejará y difractará las ondas del radar.
Esto no solo ayuda a nuestros ingenieros a diseñar la forma del avión, sino que también nos ayuda a comprender qué tipo de recubrimiento especial está cubierto en la superficie del modelo de avión a través de análisis por computadora, reduciendo así la probabilidad de ser detectado. por radar. Por supuesto, los parámetros electromagnéticos de este recubrimiento deben introducirse previamente en la base de datos del software. Sin embargo, la probabilidad de encontrar este modelo de avión en la imagen es bastante alta.
Además de los propósitos anteriores, la simulación electromagnética también puede ayudar a los amigos a diseñar algunas antenas simples y prácticas, como la antena Yagi mencionada en el artículo anterior y, por supuesto, la antena Biling, la antena de trébol de cuatro hojas, antena de cobre, etc. espere. Si tiene un alto nivel de precisión de procesamiento, también puede asumir el desafío de crear su propio sistema en fase. Las siguientes imágenes son algunas capturas de pantalla de simulación de la antena Yagi que solicité con éxito.
¿No es genial? Tenga en cuenta que los objetos hechos a mano que hice están en la banda de frecuencia de 2,4 GHz (banda de frecuencia de funcionamiento de WiFi). La banda de frecuencia de 2,4 GHz también es la banda de frecuencia de funcionamiento de los hornos microondas. No es bueno dejar el WiFi de casa encendido durante mucho tiempo. ¡Primero lanza un ladrillo y espera el jade del Dios de la Guerra!
Artículos citados en este artículo: 1. Lecciones del radar PK “Cat's Eye Magic” de Japón en la Segunda Guerra Mundial; Autor original: Mao Xinhua Hora de publicación: 18 de septiembre de 2015. 2065 438+06 Los asientos de la oficina también se mencionaron en el programa Phoenix.com del 6 de mayo. 2. Comprender la estructura y el método de instalación de las antenas en las antenas Winton de los aviones de la Segunda Guerra Mundial. 3. Seguimiento de antenas de comunicaciones de radio desde aviones de la Segunda Guerra Mundial: la revista CQ Modern Communications espera publicarlo.