7-2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕДАЮЩИХ АНТЕНН

Сопротивление излучения

Сопротивление излучения антенны (ом) - показатель, имеющий размерность сопротивления и связывающий излучаемую мощность (вт) с током /а (а), протекающим через какое-либо сечение антенны:

зи других вибраторов и земли [Л. 1-4 и др.].

Для несимметричных уединенных вибра торов длиной КХ/4: сопротивление излучения (в омах) может быть вычислено по формуле

(7-11>

где - действующая длина антенны (см.. стр. 287).

(7-9)

Так как токи и напряжения по длине антенны распределены неравномерно, то для определения величины R- необходимо условиться, к какому току (в каком сече-

1,6 г.о

Рис. 7-4. Зависимость сопротивления излучения симметричного вибратора от относительной длины.

Волновое сопротивление

Волновое сопротивление антенны Zoa (ранее встречалось обозначение рд) является одним из важных параметров. Рассчитывается волновое сопротивление методами теории длинных линий. Для одиночного цилиндрического проводника длиной /, к которому может быть отнесена антенна в-виде несимметричного вибратора.

где Гц - радиус проводника. Для симметричного вибратора

(7-12)

(7-13).

Например, на волне длиной 5 м волновое сопротивление полуволнового вибратора толщиной 2г=2,5 см составляет около 500 ом; при толщине 2гп=6 см величина 2оА 400 ом. Таким образом, увеличение толщины вибраторов антенн приводит к уменьщению их волнового сопротивления..

НИИ антенны) относится величина излученной мощности. В больщинстве случаев излучаемую мощность относят к квадрату максимальной амплитуды тока (в пучности тока) или к квадрату тока на входных зажимах антенны. В соответствии с этим различают сопротивление излучения в пучности тока и сопротивление излучения на входе антенны.

Величина Rj зависит от соотнощения между размерами антенны и длиной волны, формы антенны и других факторов. Так, увеличение длины уединенного симметричного вибратора до /=Х ведет к росту сопротивления излучения (рис. 7-4).

В общем случае сопротивление излучения имеет комплексный характер:

2s=i?s + /s- (7-10)

Например, для тонкого полуволнового вибратора i? =73,1 ом, а 4-42,5 ом.

Увеличение толщины вибратора приводит к-уменьщению величины .

Величина сопротивления излучения антенны изменяется при расположении ее вблизи других предметов, в том числе вбли-

Входное сопротивление

Входное сопротивление антенны - пока-затель, представляющий отнощение напряжения на зажимах антенны к протекающему через них току. В общем случае это сопротивление имеет комплексный характер:

2а.вх=А.вх + /А.вх. (7-14)

где .Ra.bx - активная составляющая входного сопротивления; :А.вх - реактивная составляющая

входного сопротивления. В случае вибраторных антенн

А.п . .

А.вх

А.п П1

sin 2л -

2 ;?2

(7-15>

А.п , . Я/

SOOO

4000

3000

.гооо

£00

о 0,4 0,8 1,г 1,6 2,0 г,ч- г.в а)

1800 1500 1200 S00

-300 -ЕОО -900 -1200 -1500 -1800 -210В

1.0 б)

Рис. 7-5. Зависимость входного сопротивления симметричного вибратора от относительной длины.

а - график для активной составляющей: б - график для реактивной составляющей.

где Л А.п=-?Е+пЗ-полное сопротивление антенны, равное сумме сопротивления излучения и сопротивления потерь (Яш), отнесенное к пучности тока.

На рис. 7-5 представлена зависимость активной и реактивной частей входного сопротивления антенны от ее длины для различных значений 2оа-

Рассмотрение графиков показывает, что имеется аналогия между частотными зависимостями входного сопротивления антенны и эквивалентного сопротивления колебательного контура. От добротности антенны [Л. 4], прямо пропорциональной величине Zoa, зависят острота и ширина резонансных кривых. Основной резонанс имеет место в антеннах длиной

Здесь реактивная составляющая Ха-вх равна нулю, а активная

А.вх r

(7-16)

В случае полуволновых антенн (/=Х/2, п1/Х=9СР) также имеет место резонанс: реактивная составляющая Za.bi=0, а активная /?а.в1=73,1 ом и почти не зависит от величины волнового сопротивления антенны.

Фактически реактивное сопротивление обращается в нуль при длине не точно равной Я/2, а несколько меньшей (на 5-8%). Это возникает вследствие умень-

шения фазовой скорости распространения волны вдоль провода антенны за счет потерь энергии на излучение. Уменьшение фазовой скорости становится заметным при толстых вибраторах антенн и относительно длинных антеннах.

Настройка антенны. На коротких и ультракоротких волнах в качестве основного типа антенны или первичных антенн при-

еда;

сооз

OMOS

е,оо7

Рис. 7-6. Зависимость величины укорочения полуволнового вибратора от его толщины.

меняются, как правило, полуволновые антенны, настройка которых в резонанс достигается укорочением вибратора на несколько процентов (рис. 7-6).

На средних и длинных волнах основным типом антенны является несимметричный вибратор с длиной, меньшей (а часто много меньшей) половины длины волны. Настройка антенн длиной /<Х/4, имеющих реак-

тивное сопротивление емкостного характера, производится путем включения в антенну добавочного реактивного сопротивления, компенсирующего реактивное сопротивление антенны. В этом случае применяются удлинительные катушки индуктивности с реактивностью Хцоъ=Ха.в1., определяемой по формуле (7-15). Когда длина антенны Х12>1>хЦ, ее реактивное сопротивление имеет индуктивный характер и для настройки антенны необходимо включить укорачивающий конденсатор, реактивность которого ..до6=.ХА.вх.

Добавочные элементы настройки лучше делать переменными, чтобы иметь возможность производить точную настройку. Поскольку изготовление конденсаторов переменной емкости на большие напряжения высокой частоты вызывает трудности, то в антенну включают постоянные конденсаторы с емкостью, меньшей расчетной, а недостаток емкости при настройке в резонанс компенсируют последовательным включением переменной индуктивности (вариометра) .-

Сопротивление потерь

При расчете полного сопротивления антенны Йа.ш, знание величины которого важно при нахождении активной и реактивной составляющих входного сопротивления [формула (7-15)], необходимо определить сопротивление потерь антенны

Rn = R + RH + R3. (7-17)

где Rb - сопротивление потерь на нагрев проводов;

Rn - сопротивление потерь в изоляторах антенны;

Rs - сопротивление потерь в земле и в системах заземления.

Все составляющие сопротивления потерь обычно вычисляются относительно тока в пучности антенны, как это и нужно для подстановки в формулу (7-15).

Обычно потери учитываются только при разработке антенн длинных, средних и реже- коротких волн.

Для симметричного вибратора сопротивление Rb определяется по формуле

sin kl

Rr, = 2Ril

(7-18)

где Ri - погонное сопротивление провода.

В случае /Д>0,4 значением sin klfkl часто пренебрегают.

Величина Ri( omjm) одиночного цилиндрического проводника (с учетом поверхностного эффекта) составляет:

5,5-10 /

(7-19)

где г - радиус проводника, мм;

Ц -относительная магнитная проницаемость материала провода;

g - удельная проводимость материала

провода, сим/м; К - длина волны, м.

В табл. 7-1 даны значения ц и g для материалов проводов, применяющихся в антенной технике. При этом сопротивление оцинкованных проводов при толщине покрытия 0,1-0,2 мм, рассчитывается как сопротивление проводов, выполненных из цинка.

Таблица 7-1

Значения относительной магнитной проницаемости и удельной проводимости материалов

При параллельном соединении п проводов погонное сопротивление уменьшается в п раз.

Если в токоведущей системе имеются два провода разного диаметра - прямой и обратный, а сами провода выполнены из различных материалов (например, коаксиальный кабель), то

Ri =

1Ы03

\ Г1

gl

СГо

(7-20)

Сопротивление потерь в изоляторах антенны растет с увеличением рабочей длины волны и составляет:

60 и tg б е S

(7-21)

где d VL S - расстояние между пластинами и площадь пластин плоского конденсатора с потерями, равными потерям в изоляторах;

е - относительная диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика; б -угол потерь материала диэлектрика.

На средних и длинных волнах земная поверхность входит в цепь тока антенны: под действием электромагнитного поля антенны в земле возбуждаются токи проводимости и поляризационные токи (токи смещения), что и обусловливает потери энергии на нагрев почвы. Для ориентировочных расчетов сопротивления потерь й земле при-