Таблица 7-6

Диапазон волн синфазных настроенных антенн в зависимости от конструкции

фазных схемой питания антенны (рис. 7-35). Перенесение точек присоединения распределительных фидеров и основного фидера в геометрические центры системы вибраторов позволяет добиться равенства амплитуд и фаз токов во всех вибраторах антеииы в большом диапазоне воли (1,56;<Я<4 0.

Рис. 7-36. Согласование антенны и фидера с помощью четвертьволнового трансформатора.

а - схема включения; 6 - конструктивное выполнение согласования двухпроводной линии; в - ко-аксильного кабеля; г - волновода.

Согласование антенн

В случае применения несимметричных антенн могут использоваться схемы согласования, представленные в табл. 7-4. На коротких волнах обычно применяются симметричные вибраторы. В этом случае катушки индуктивности автотрансформаторной схемы согласования должны быть включены в каждый провод фидера и иметь индуктивность, равную L/2.

В ряде случаев на коротких (и ультракоротких) волнах удается провести согласование путем иепосредствеиного подбора волнового сопротивления фидера (/?а.вх== =2оф). При этом отпадает необходимость включения дополнительных элементов согласования.

Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора. Двухпроводная линия длиной X является трансформатором сопротивления: если ,на одном ее конце включить сопротивление iRa.bx, то на другом конце сопротивление окажется равным Zo тр/-.вх, где Zo TP - волновое сопротивление четвертьволнового трансформатора.

Таким образом, если значения Яа.вж антенны и 1оф фидера не равны,- то для согласования необходимо включить четвертьволновый трансформатор (рис. 7-36), обла-дающий волновым сопротивлением Zo тр=

= RAвs.Zoф.

Если, например, необходимо получить режим бегущей волиы в 200-омном фидере, питающем полуволновый вибратор, достаточно между антенной и фидером включить четвертьволновый трансформатор с волновым сопротивлением Zo ip= = У 73,1 100 120 ом.

Согласование с помощью шунтового питания полуволновых вибраторов. Изменение точки присоединения фидера к вибра-

тору ведет к изменению его входного сопротивления по следующей закономерности:

A.Bx=7sinx, (7-71)

где Zqj - волновое сопротивление вибратора;

X - расстояние от центра вибратора до точки присоединения (рис. 7-37, а).

Пример. Определим параметр х при шунтовом питании полуволнового вибратора (Zoa-350 ом) двухпроводным фидером (Zo$=200 ом) в случае, если Я=10 м.

С целью определения места включения фидера в антенну формулу (7-71) преобразуем к виду

2 1 Ra ex-73,1

sin - - -

= 0,36.

Из тригонометрических таблиц находим -х=;21,2. Выражая результат в радиа-

нах, получаем х~0,59 м.

Согласование с помощью реактивного шунта (шлейфа). Метод В. В. Татаринова.

Сопротивление фидера при отсутствии режима бегущей волны меняется по его длине в широких пределах как по величине, так и по знаку. Так, входное сопротивление двухпроводной линии в точке, отстоящей на расстояние х от пучности напряжения, при произвольной нагрузке, состоящей из активного и реактивного сопротивлений, определяется формулой

cos kx + jke X sin kx

6 cos kx-\-i sm kx

где kc - коэффициент бегущей волиы (см. §7-9).

Можно найти на фидере такие точки б-б (рис. 7-37,6), при подключении к которым реактивного согласующего щуита, например, в виде короткозамкнутого на конце отрезка линии длиной Б, в основном lepe от генератора до сечеиия 6-6 уста-

Из уравнений (7-73) и (7-74) получаем: 11

Рис. 7-37. Схемы шунтового питания.

а - шунтоЕОе питание полуволнового вибратора; б - согласующий шунт в виде короткозамкнутого отрезка двухпроводной линии; в - волноводный согласующий шунт.

новится бегущая волиа. Для этого расстояние X от максимума напряжения до точек подключения согласующего щуита должно быть выбрано так, чтобы активная составляющая входного сопротивления линии равнялась волновому сопротивлению фидера; реактивная составляющая входного сопротивления компенсируется равным по величине и противоположным по знаку реактивным сопротивлением щунта Х. При этом выполняются условия согласования аитеины с фидером.

Эти условия, с учетом формулы (7-72), представляются в виде

{coskx + kl smkx]

= оф = Zom . (7-73)

cos kx -f kl sin kx

]2оф-.---=-/X. (7-74)

II - ftg j sin kx cos kx

- arcsin

Vk6 + i

оф]/ fe6

(7-75)

(7-76)

Итак, достаточно на расстоянии х пучности напряжения в сторону передатчика (приемника), определяемом по формуле (7-75), включить реактивный щунт с сопротивлением Хш, определяемым по формуле

C,f8 0.16 0,14 0,12 D,W 0,8 0,6 0!t

О 1231-56789 W

Рис. 7-38. Определение длины согласующего шунта (£) и его положения на фидере (X).

(7-76), чтобы получить бегущую волну на участке фидера от щунта до передатчика (приемника). В качестве компенсирующих щунтов применяют катущки индуктивности, конденсаторы или отрезки короткозамкнутых двухпроводных линий - щлейфов (рис. 7-37,6). Даииый метод применяется при согласовании волноводов, когда в качестве реактивных щунтов применяются вводимые внутрь волновода вииты, диафрагмы или короткозамкнутые отрезки волновода регулируемой длины (рис. 7-37, в). На рис. 7-38 приведены графики для расчета величии X и Б согласующего щунта.

В экранированных (например, коаксиальных) фидерах подбирать точки подключения щунтов очень трудно, поэтому применяются двух- и трехщлейфные согласующие устройства, расположенные друг от друга на расстоянии, равном четверти длины волны (в фидере) (см. § 7-9).

7-8. АНТЕННЫ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН

Широкое применение ультракоротких волн (УКВ) в радиовещании, телевидении, радиолокации, радиотелеуправлении, радиосвязи и т. п. привело к созданию разнообразных по принципу действия и устройству антеин. Небольшая длина волн позволяет

создать на УКВ высоконаправленные антенны при сравнительно небольших их размерах [Л. 8-11, 15-17, 19].

В диапазоне УКВ применяются различные виды симметричных и несимметричных вибраторов, многовибраторные антенны, различные антенны с направляющими поверхностями, предназначенными для увеличения направленного действия первичного источника излучения (приема) и в случае необходимости - преобразования фронта волиы источника для придания специальной формы , характеристике направленности. К антеннам с направляющими поверхностями относятся антенны с параболическим рефлектором, линзовые, рупорные и диэлектрические, а также антенны поверхностных волн. Кроме того, на сантиметровых волнах, а иногда и на более длинных получили распространение щелевые антенны.

Антенны метровых волн

Симметричные вибраторы - это простейшие, обычно полуволиовые, вибраторы. Весьма часто в качестве направленных антенн применяются д и р е к т о р и ы е антенны, называемые также антеннами волновой канал (рис. 7-39).

Рис. 7-39. Антенна волновой канал . (В зарубежной литературе известна как антенна Уда-Яги.)

i - акгивный вибратор; 2 - директоры; 3 - рефлектор.

В отличне от синфазных аитеин питание вибраторов антенны волновой канал осуществляется с запаздыванием по фазе на 90° (от вибратора к вибратору). Сами вибраторы расположены друг от друга на расстоянии около Д Я. В этом случае максимум излучения (приема) антенны совпадает с плоскостью, в которой расположены вибраторы. Активным обычно является только один полуволновый вибратор, остальные питания не получают, т. е. являются пассивными. Нужная фазиров-ка достигается обычно подбором длины пассивных вибраторов, ориентировочные значения которой указаны на рис. 7-39. Чтобы добиться отставания фазы тока в пассивных вибраторах - директорах (направляющих излучение в свою сторону).

Их укорачивают на 4-10% по сравнению с активным вибратором. Опережение тока в рефлекторе (отражающем излучение в сторону активного вибратора) достигается удлинением вибратора на 3-5% относительно длины активного вибратора. При атом, как уже известно, сам активный вибратор для настройки укорачивается по

е.в гв

о 1,0 2,0 3,0 Ч-,В 5.0-

Рис. 7-40. Зависимость коэффициентов Л и В при расчете антенны волновой канал от электрической длины антенны.

сравнению с размером Я/2. Расстояние между вибраторами обычно меньше четверти длины волиы - в пределах 0,1-0,2 Я. Существующие методы расчета антеии волновой каиал позволяют получить только ориентировочные результаты [Л. 9, 15]. Поэтому расстояние между вибраторами подбирают опытным путем. Как правило, ширину главного лепестка характеристики направленности и к. н. д. аитениы также вычисляют по эмпирическим формулам.

Ширина характеристики направленности по половине мощности приближенно составляет:

0,5

В

(7-77)

где L - длина антенны;

В - коэффициент, зависящий от длины антенны (рис. 7-40).

Коэффициент направленного действия антенны равен:

D Л- или D = 5(R -f 1), (7-78) Я

где Л-коэффициент, зависящий от длины аитениы (рис. 7-40); Пд - число директоров (при наличии одного рефлектора).

Пассивные вибраторы могут крепиться непосредственно к основанию аитениы (металлический стержень), что не приводит к нарушению распределения тока вдоль вибраторов или к потерям энергии. Элементы опоры могут также крепиться непосред-ствеиио к основанию антенны. Если активный вибратор имеет шунтовое питание (см. рис. 7-38), то он также мбжет крепиться непосредственно к основанию; обычный симметричный вибратор должен крепиться с помощью изоляторов.