Симметрирующие устройства

Симметричная двухпроводная линия относится к открытым линиям передачи, основными недостатками которых являются подверженность воздействию атмосферных осадков и излучение самой линии (антенный эффект), возрастающие с ростом частоты. Поэтому в диапазоне УКВ для питания симметричных вибраторов желательно применять экранированные линии в виде коаксиальных кабелей или жестких коаксиальных линий.

При непосредственном присоединении коаксиального кабеля к симметричному вибратору (рис. 14, а) ток текущий по внутреннему проводнику, равен току в правом плече вибратора. Ток текущий по внутренней поверхности экрана, разделяется на два тока: (течет по левому плечу вибратора) и (течет по внешней поверхности оболочки кабеля). Так как, то плечи вибратора возбуждаются неодинаковыми по амплитуде и фазе токами, что искажает ДН вибратора. Кроме того, излучение, обусловленное током , создает дополнительное искажение ДН.

а) б)

Рисунок 14. Присоединение коаксиального кабеля к СВ с подошью симметрирующего устройства типа «стакан»

Поэтому питание симметричных вибраторов несимметричным кабелем должно осуществляться с помощью специальных симметрирующих устройств.

Рассмотрим симметрирующее устройство типа «стакан», схема которого приведена на рис. 14, б. Полый металлический цилиндр (стакан), имеющий длину, в четверть волны соединен накоротко с внешней поверхностью питающего фидера и образует с ней коаксиальную линию. Входное сопротивление этой линии в точках ab очень велико (при прочих равных условиях увеличивается с ростом отношения диаметра стакана и внешнего диаметра фидера), вследствие чего ток , текущий по внутренней поверхности экрана, почти целиком переходит на плечо вибратора. Таким образом, металлический стакан играет роль изолятора, препятствующего ответвлению тока на внешнюю поверхность питающего фидера.

Другим типом симметрирующего устройства является устройство типа «U-колено » (рис. 15). Ток , текущий по внутреннему проводнику основного кабеля, идущего от генератора, разделяется в точке 0 на две равные части, которые поступают на плечи вибратора, причем путь ас отличается от пути abd на λ_в/2(где λ_в - длина волны в кабеле). Так как в длинной линий на пути λ_в/2 фаза тока меняется на обратную, то токи в точкахc и d. оказываются в противофазе.

Рисунок 15. Симметрирующего устройства типа «U-колено»

При этом плечи вибратора возбуждаются синфазно токами одинаковой амплитуды. Однако для получения полной симметрии возбуждения необходимо выровнять токи, ответвляющиеся на внешние поверхности кабеля вблизи точек c и d, для чего необходимо внешние поверхности соединить короткозамыкателем К. Обычно короткозамыкатель помещают вблизи точек с и d. Размер l (см. рис. 15) зависит от типа вибратора; соответствующим выбором его возможно обеспечить согласование вибратора с общим кабелем. Так, для симметричного полуволнового вибратора, настроенного в резонанс, расстояние l выбирают равным λ/4. Симметрирующее устройство типа «U-колено», как и устройство типа «стакан», является узкополосным.

Для питания симметричных вибраторов также широко используются устройства с симметрирующей приставкой (рис. 16, а). Здесь рядом с коаксиальной линией параллельно ей помещается специальный проводник, имеющий такие же внешние размеры, что и кабель. С этим проводником соединяется внутренний проводник питающей линии. Для выравнивания токов , ответвляющихся как с внутреннего проводника кабеля, так и с внутренней поверхности его оболочки, оболочка кабеля соединяется с дополнительным проводником короткозамыкателем К. В результате равными получаются и токи , возбуждающие плечи вибратора.

Рисунок 16. Устройство с симметрирующей приставкой

Внешнюю поверхность оболочки кабеля и проводник, по которым протекают токи , можно рассматривать как двухпроводную линию с волновым сопротивлением Так как направление токов противоположно, то они практически не излучают.

Эквивалентная схема устройства приведена на рис. 16, б. При длине линии l равной четверти волнв, входное сопротивление ее очень велико и не шунтирует вибратор, т.е. линия играет роль металлического изолятора, к которому крепят плечи вибратора. Если входное сопротивление вибратора равняется волновому сопротивлению коаксиальной линии, то схема оказывается согласованной (при можно использовать четвертьволновый трансформатор, размещаемый в основном кабеле вблизи точек питания). При изменении частоты симметрирование остается, но согласование ухудшается из-за шунтирующего действия короткозамкнутой линии и изменения входного сопротивления вибратора.

В заключение отметим, что рассмотренные устройства применимы для питания не только симметричных вибраторов с помощью коаксиальных линий, но и других типов антенн с симметричным входом.