Несимметричные вибраторы




 

Любую из рассмотренных выше симметричных вибраторных антенн можно превратить в несимметричную, если использовать только одно плечо вибратора, располагая его перпендикулярно проводящей поверхности и подсоединяя один зажим генератора к вибратору, другой – к металлической плоскости (рис. 17, а). В качестве проводящей плоскости может быть использован металлический корпус автомобиля, самолета, корабля и т. д. или специальный экран. Возбуждение осуществляется обычно с помощью коаксиального кабеля.

Рисунок 17. Несимметричная антенна

 

Расчет направленных свойств несимметричных вибраторов при бесконечном экране также можно произвести методом зеркальных изображений, переходя при определении поля в верхнем полупространстве от несимметричного вибратора с длиной плеча, равной l к СЭВ с такой же длиной плеча (рис. 17, а). При этом ДН несимметричного вибратора соответствует верхней половине ДН СЭВ (рис. 17, б). Конечность экрана приводит к отклонению максимума излучения от его плоскости и появлению излучения в заднем полупространстве.

Для несимметричных вибраторов достаточно просто можно рассчитать входное сопроти вление. Поскольку мощность излучения несимметричного вибратора в 2 раза меньше мощности, излучаемой СЭВ при том же токе на входе (интегрирование вектора Пойнтинга осуществляется здесь только по верхней полусфере) то, значение несимметричного вибратора в 2 раза меньше, чем СЭВ, при той же длине плеча. Это же относится и к реактивной части .

Рассмотрим некоторые варианты несимметричных антенн. Простейшая несимметричная вибраторная антенна (штыревая антенна) представлена на рис. 17, а.

Рисунок 18. Несимметричные вибраторные антенны

Высота антенны выбирается в пределах четверти волны. При подстройке антенны в резонанс входное сопротивление чисто активно и близко к 36 Ом, что позволяет без специальных согласующих устройств осуществить питание коаксиальным кабелем с Для уменьшения высоты антенны при сохранении удовлетворительного согласования вибратор иногда выполняют проводом, навитым по спирали.

На рис. 18, б изображен вариант несимметричного петлевого вибратора, снабженного перемычкой для настройки. Преимуществом антенны в конструктивном отношении является возможность непосредственного крепления ее к экрану. Вариант этой же антенны, показанный на рис. 18, в, позволяет увеличивать действующую высоту антенны при малых вертикальных размерах за счет более равномерного распределения тока на вертикальной части антенны. В несимметричном варианте используются также широкополосные конические вибраторы, в частности плоские вибраторы с шунтами (рис. 18, г).

В отдельных случаях экран антенны может быть выполнен в виде системы радиальных штырей длиной порядка четверти волны (рис. 19, а). В диапазоне УКВ широко применяются несимметричные дискоконусные антенны, представляющие собой конический излучатель с экраном малого радиуса (диском). Питание к антенне подводится коаксиальным кабелем со стороны конуса, причем центральный проводник подсоединяется к диску, а оболочка – к конусу (рис. 19 б). Угол 2Ψ выбирается равным 30...60°. Антенна работает в широком диапазоне частот, причем на нижней части диапазона длина образующей конуса должна быть больше четверти волны. Диаметр диска где D - диаметр основания конуса. Диаграмма направленности имеет ненаправленную форму в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости максимум излучения отклоняется в сторону конуса, причем тем сильнее, чем выше частота колебаний.

а) б)

Рисунок 19. Несимметричные вибраторные антенны

 

Активные вибраторные антенны. Важной проблемой при разработке практических конструкций вибраторных антенн является уменьшение их размеров. Известно, что КНД слабонаправленных антенн достаточно малых размеров почти не уменьшается при их дальнейшем уменьшении (так, КНД симметричного вибратора при уменьшении длины плеча от l=0,25λ почти до нуля изменяется от 1,64 до 1,5). Однако при уменьшении длины обычного вибратора резко уменьшается активная и увеличивается реактивная составляющие входного сопротивления. Попытка согласовать такую антенну с фидером или со входом приемника с помощью пассивного четырехполюсника из реактивных элементов не дает требуемых результатов даже в весьма узкой полосе частот из-за уменьшения КПД.

Решение задачи расширения полосы рабочих частот малогабаритной антенны может быть осуществлено с помощью активных антенн, т.е. излучателей с встроенными непосредственно в них активными полупроводниковыми приборами.

Рисунок 20. Несимметричный вибратор с широкополосным транзисторным усилителем

 

Подобные антенны являются невзаимными устройствами и обычно применяются в приемном режиме. Рассмотрим в качестве примера несимметричный вибратор (рис. 20, а), на входе которого подключен широкополосный транзисторный усилитель, собранный по схеме с общим коллектором (цепи питания транзистора на рисунке не показаны), эквивалентная схема устройства приведена на рисунке 20, б. При длине плеча вибратора l < 0,25λmin величина эквивалентной ЭДС практически не меняется при изменении частоты колебаний из-за постоянства действующей длины l д. В отличие от обычного принятого в пассивных приемных антеннах режима комплексно-сопряженного согласования входного сопротивления антенны и входного сопротивления усилителя в данной схеме выбирается следующий режим Такой рассогласованный режим обеспечивает практически неизменное значение напряжения на входе усилителя, несмотря на изменение входного сопротивления антенны в процессе работы. Соответственно обеспечивается частотная независимость напряжения на нагрузке усилителя, если коэффициент передачи по напряжению при изменении частоты остается постоянным. Поскольку указанное свойство сохраняется независимо от изменения то длину вибратора также можно уменьшить до требуемых, достаточно малых размеров. При этом уменьшение величины ЭДС, наводимой полем падающей волны, может быть скомпенсировано за счет усилителя.

Естественно, что введение усилительного каскада в антенну приводит к увеличению тепловых внутренних шумов, однако в низкочастотном диапазоне УКВ (до 30...50 МГц), где существуют большие уровни внешних шумов и соответственно не предъявляют особых требований к уровню внутренних шумов, это вполне допустимо. Подобные устройства применяют обычно в качестве автомобильных и телевизионных антенн.



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: