Простые вибраторные антенны




Простые антенны используются либо как элементы более сложных антенн (например, в составе антенных решеток, в качестве облучателей зеркальных антенн), либо как самостоятельные излучатели. Общими электрическими требованиями к антеннам рассматриваемого диапазона являются: относительно широкая полоса пропускаемых частот, большая электрическая прочность и высокая степень согласования с питающим трактом.

Возбуждение (питание) симметричных вибраторов может осуществляться как симметричной, так и несимметричной линией. Наиболее просто осуществляется питание вибраторов с помощью симметричной линии, проводники которой подсоединяются непосредственно к плечам вибратора (рис. 8).

Рисунок 8. Питание вибраторов с помощью симметричной линии

 

Токи, равные по величине, но противоположные по направлению в проводах линии, переходя на проводники вибратора, протекают в одном направлении, что обеспечивает синфазное возбуждение плеч вибратора. Для улучшения диапазонных свойств, механической прочности, а также снижения напряженности поля у поверхности провода вибраторы обычно выполняют из труб или пластин с большим периметром поперечного сечения (вибраторы с пониженным волновым сопротивлением).

Форма поперечного сечения может быть различной: круглой, прямоугольной, треугольной. Для уменьшения шунтирующего действия емкости между торцами плеч вибратора поперечное сечение вибраторов постепенно уменьшается к точкам питания. Крепление вибраторов может осуществляться с помощью металлического «изолятора», представляющего собой замкнутый отрезок симметричной линии длиной в четверть волны (см. рис. 8). Входное сопротивление такой линии весьма велико и не оказывает шунтирующего действия на линию питания.

Длина вибратора определяется требованиями к его ДН и согласованию вибратора с питающей линией. Для получения высокого коэффициента бегущей волны (КБВ) в питающей линии необходимо, чтобы входное сопротивление вибратора было чисто активным (условие резонанса) и близким к волновому сопротивлению линии которое в диапазоне УКВ составляет примерно 200...500 Ом. Для сравнительно тонких вибраторов условие резонанса выполняется при длине вибратора, близкой к 0,5λ или 1,0λ. Однако в первом случае оказывается существенно меньше, а во втором случае - существенно больше . Обеспечить хорошее согласование симметричного вибратора с питающей линией можно, если вибратор выполнить по петлевой схеме, предложенной А.А. Пистолькорсом (шлейф-вибратор, рис. 9, а). Вибратор состоит из двух параллельных проводов, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга ( = 1/20...1/40). Концы проводов замкнуты накоротко, длина вибратора выбирается равной примерно λ/2.

Распределение тока в петлевом вибраторе в первом приближении совпадает с распределением тока в эквивалентной короткозамкнутой двухпроводной линии, переход к которой показан на рис. 9, б. Провода петлевого вибратора возбуждаются в фазе. Ввиду малости расстояния между проводами при расчете поля излучения петлевого вибратора его можно заменить обычным полуволновым симметричным вибратором, ток в котором равен , где ток в шлейф-вибраторе.

Рисунок 9. Петлевой вибратор – а; распределение тока - б

 

Очевидно, что ДН шлейф-вибратора практически не отличается от ДН обычного полуволнового вибратора. Однако входное сопротивление этих двух излучателей оказывается разным. Активную часть входного сопротивления шлейф-вибратора можно найти, приравняв мощности излучения петлевого вибратора и симметричного вибратора с током

где - активное входное сопротивление симметричного полуволнового вибратора. Отсюда Реактивная составляющая входного сопротивления шлейф-вибратора может быть обращена в нуль, если настроить вибратор в резонанс, т.е. несколько укоротить его длину по сравнению с λ/2. Если питание шлейф-вибратора осуществлять типовым симметричным фидером с , то КБВ в фидере будет близок к единице.

Крепление шлейф-вибратора к опоре можно осуществить с помощью металлического стержня, подсоединенного к середине верхнего провода (см. рис. 9, а). Так как в центре этого провода имеет место узел напряженности электрического поля, то наличие стержня практически не влияет на работу вибратора. Петлевые вибраторы широко применяются в диапазонах метровых и дециметровых волн (например, в приемных телевизионных антеннах).

Для расширения рабочего диапазона вибраторов целесообразно (наряду с уменьшением волнового сопротивления, достигаемого увеличением диаметра вибратора) выполнять антенну из двух частей, имеющих различные частотные зависимости входных сопротивлений. Иллюстрацией может служить диапазонный шунтовой вибратор, предложенный Г. 3. Айзенбергом (рис. 10, а). Шунт 3-7-4 одновременно выполняет функции крепления. Упрощенная эквивалентная схема антенны представлена на рис. 10, б. При соответствующем подборе геометрических размеров вибратора и шунта реактивная составляющая разомкнутого отрезка эквивалентной линии 3-5-6-4 компенсируется реактивным входным сопротивлением замкнутого отрезка 3-7-4.

Рисунок 10. Диапазонный шунтовой вибратор

 

При этом удается получить удовлетворительное согласование (КБВ ≥ 0,3) примерно в пятикратном диапазоне волн (0,15 λ ≤ l/λ ≤ 0,65). Угол φ (рис. 10, а) обычно не превосходит 45°, причем с увеличением этого угла возрастает неравномерность ДН в H-плоскости (максимум излучения направлен в сторону, противоположную шунту).

Для уменьшения массы вибраторов при большом диаметре их можно выполнять полыми (в виде трубки). Однако в диапазоне метровых волн даже полые вибраторы могут иметь слишком большую массу. В этом случае целесообразнее выполнять вибратор из проводов, расположенных по образующей цилиндра (так называемый диполь Надененко, рис. 11).

Рисунок 11. Диполь Надененко

 

При расчете волнового сопротивления диполя Надененко его можно заменить сплошным цилиндром с эквивалентным диаметром

где n – число проводов (обычно n = 6…8); диаметр проводов; d - диаметр диполя Надененко. Питание диполя Надененко целесообразно осуществлять фидером с волновым сопротивлением .. При этом в диапазоне 0,25 λ ≤ l/λ ≤ 0,63 значение КБВ не падает ниже 0,3. Улучшение согласования может быть достигнуто применением проволочного варианта шунтового питания.

Весьма широкополосны, причем не только по входному сопротивлению, но и по направленным свойствам, биконические антенны (рис. 12).

Рисунок 12. Биконическая антенна

 

При малых углах входное сопротивление биконических антенн, как и тонких цилиндрических вибраторов, резко зависит от частоты. При увеличении зависимость от частоты сглаживается, активное входное сопротивление колеблется вокруг величины где - волновое сопротивление бесконечной биконической линии, реактивное сопротивление колеблется относительно нулевого значения. Удовлетворительное согласование с питающим фидером достигается практически в полубесконечной полосе частот, начиная с некоторой граничной частоты.

К числу широкополосных антенн относятся также плоские вибраторы с плечами треугольной формы. Если угол при вершине равен 90°, подобные вибраторы называют самодополнительными, поскольку конфигурация щелевой части антенны полностью соответствует форме проводящей части. Реально антенну из плоских конусов выполняют по схеме, изображенной на рис. 13, а. Металлические шунты, замыкающие края конусов, предназначены для улучшения степени согласования.

Рисунок 13. Плоские вибраторы с плечами треугольной формы

 

Угол выбирается в пределах 35...50°, в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера. Подобные антенны работают практически в полубесконечной полосе частот, однако их длина L, (рис. 13, а), необходимая для удовлетворительного согласования на граничной частоте, несколько превышает длину биконических антенн (0,3λmax и 0,2λmax соответственно).

Для уменьшения длины плоских вибраторов без ухудшения уровня согласования подключение шунтов можно выполнять по схеме, изображенной на рисунке 13, б. Роль дополнительного согласующего элемента здесь играет емкостное сопротивление, значение которого определяется зазором между торцами вибратора и металлической перемычкой, соединяющей шунты, и поперечными размерами перемычки.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-12-21 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: