формуле

где /о - шаг витка спирали.

Коэффициент направленного антенны

D=15

(7-96)

действия

(7-97)

Входное сопротивление антенны активно и находится по формуле

?А.вх=140-~-. (7-98)

Щелевые антенны выполняются в виде щелей той или иной формы, прорезанных в стенках волновода, оболочке коаксиального кабеля или металлическом листе (рис. 7-65). При возбуждении радиоволн внутри полых систем, например в волноводах, по их- внутренним стенкам протекают в определенных направлениях токи проводимости. Если под углом 90° к направлению протекания токов прорезать узкую щель, то в этом месте возникает резкое изменение характера распределения токов, что равносильно нарушению экранировки замкнутой проводящей полости. Этим объясняется излучающее (приемное) действие щели.

На основании принципа двойственности щелевая антенна имеет своим аналогом проволочную антенну (вибратор) с такими же поперечным сечением и длиной, как и щель; при этом структура электрического (магнитного) поля щелевой антенны аналогична структуре магнитного (электрического) поля соответствующей вибраторной антенны (рис. 7-65, а).

Подобная эквивалентность полей обусловливает одинаковое направленное действие щелевой и соответствующей проволочной антенн. При этом необходимо только учитывать, что щелевая антенна обычно выполняется в замкнутой полости и, следовательно, излучает радиоволны только по одну сторону экрана, в то время как вибратор излучает радиоволны во всех направлениях.

Необходимо также учитывать, что поляризация щели отлична на 90° от поляризации аналогичного вибратора. Например, вертикальный вибратор излучает вертикально-поляризованные волны, а вертикальная щель - горизонтально-поляризованные волны.

Обычно применяются резонансные щели, чаще всего полуволновые. При этом длина щели должна быть близка к половине длины волны в волноводе (Хв), а ширина щели - мала по сравнению с длиной.

С целью увеличения направленного действия щелевые антенны выполняются в виде ряда синфазно питаемых щелей (рис. 7-65,6), для чего они располагаются друг от друга на расстоянии Яв/2.

Для системы равноамплитудных щелей с одинаковым сдвигом фаз характеристика направленности многощелевой антенны определяется по формуле

f (в)=

f(f - -*)

(7-99)

где Я - длина волны в воздухе;

d - расстояние между серединами щелей;

я - число щелей;

в - угол относительно перпендикуляра

к оси волновода; tf-разность фаз между соседними

щелями.

Коэффициент направленного действия многощелевой антенны при ориентировочных расчетах можно найти из выражения

D 3,2п.

Направление максимума (вм) характеристики направленности многощелевой антенны можно найти из условия

sin в

Я.

(7-100)

При d=XJ2 сдвиг фаз al)=0, т. е. имеет место синфазное возбуждение щелей. Из формулы (7-100) при этом получаем вы- =0, т. е. максимум излучения ориентирован в направлении нормали к оси волновода.

Поршень

Узнав сгг>еина

Г У Фидер

Рис. 7-65. Щспевые антенны. а - щель в металлическом листе; 6 - синфазная многощелевая антенна.

При значении d, несколько большем Яв/2, максимум излучения будет отклонен от мормали к оси волновода в сторону движения бегущей волны по волноводу (и наоборот).

Как показывает формула (7-100), в случае многощелевых антенн можно осуществить электрическое управление лучом антенны, изменяя каким-либо образом сдвиг фаз между соседними щелями.

7-9. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ФИДЕРНЫХ УСТРОЙСТВАХ

Линия передачи (фидер) служит дляка-Еализации электромагнитной энергии от генератора к нагрузке. В радиопередающих устройствах генератором является радиопередатчик, а нагрузкой - передающая (излучающая) антенна; в радиоприемных устройствах генератор - приемная антенна, нагрузка - приемник.

Линии передач имеют разнообразные конструктивные особенности в зависимости от области их применения, но все они

должны удовлетворять следующим требованиям: иметь малые потери энергии при передаче (высокий к. п. д.); передавать широкий спектр частот (большая диапазонность); иметь малые габариты при достаточно большой передаваемой мощности; должны быть просты и экономичны.

Все существующие типы линий передачи делятся на две группы: открытые и закрытые линии передачи (рис. 7-66).

К открытым линиям передачи относят: проволочные линии (двух- и многопроводные); линии с поверхностной волной (диэлектрические волноводы, провода с диэлектрическим покрытием, провода с замедляющими структурами); полосковые (ленточные) линии.

К закрытым линиям относят: радиочастотные кабели (коаксиальные кабели различных типов, экранированные двухпроводные линии); волноводы в виде металлических труб. (В принципе любую линию передачи можно назвать волноводом, но на практике название волновод относят только к линиям передачи в виде металлических труб.)

Рнс. 7-66. Некоторые типы линий передачи.

о - двухпроводная линия; б - четырехпроводная линия; е - диэлектрический волновод; г - провод д: диэлектрическим покрытием; д - провод с ребристой структурой; е - полосковая (ленточная) линия; ж - коаксиальный кабель; з - экранированная двухпроводная лнння; и - волновод (металлическая труба) (7 - проводник, 2 - диэлектрик).

Каждый из указанных типов линий передач может быть разбит еще на несколько видов в зависимости от конструктивного оформления и назначения.

Основные свойства двухпроводных линий передачи и волноводов рассмотрены в разд. 5. Ниже приводятся основные расчетные характеристики, а также сведения по конструкции основных элементов линий передач.

Проволочные линии передачи

Открытые проволочные линии передачи нашли широкое применение в диапазонах длинных, средних и коротких волн. Применение таких линий на волнах короче нескольких метров оказывается нецелесообразным, так как при малом отношении длины волны % к расстоянию между проводами линии d потери на излучение оказываются значительными. Уменьшение расстояния между проводами для снижения потерь на излучение ведет к росту потерь в проводах и диэлектрике линии и уменьшению максимальной мощности, пропускаемой линией.

Двухпроводные линии передачи. Параметры линии из двух одинаковых проводов при условии d с я, r<d могут быть определены по следующим формулам.

Волновое сопротивление двухпроводной линии (без учета потерь)

d- расстояние между осями прово-

водов линии; г - радиус провода; 8 - относительная диэлектрическая проницаемость среды, в которой расположена линия.

Коэффициент затухания Р равен:

неп/ж, (7-102)

где R - сопротивление двухпроводной линии на единицу длины (погонное сопротивление) для частот f> >1 Мгц.

2-10-3

2 W / J

OMiM, (7-103)

где l-* - относительная магнитная проницаемость материала проводов линии;

р - удельное сопротивление проводов,

ом мм/м; /-рабочая частота; G - погонная проводимость линии; -

G; со Ctg б, (7-104)

где tg6 -тангенс угла диэлектрических потерь среды, в которой расположена линия; С -погонная емкость линии, равная:

е-10-s

, ф/м. (7-105$

83 Ig

Для воздушных линий проводимость G зависит от метеорологических условий, к для ее определения можно воспользоваться эмпирической формулой [Л. 7-31]

G = Go + nf,

(7-106)

где Go - проводимость при постоянном токе, равная 10- сим при сухой погоде и 5 10- при сырой; п- коэффициент, равный 5 10 для сухой погоды и 25 10- для сырой.

При достаточно высоких частотах б двухпроводной линии будет происходить дополнительное затухание вследствие излучения. Для длинной прямой линии коэффициент затухания этого вида можно определить по приближенной формуле [Л. 32

800 2оф

неп, (7-107)

где Я - рабочая длина волны.

Погонная индуктивность двухпроводной линии равна:

d

Z. = 9,2-10-4g -, гн/м. (7-108 г

Иногда провода двухпроводной линии покрывают слоем пластмассы (полихлорвинилового пластиката), которая образует также мостик между проводами, удерживая их на постоянном расстоянии. Таким образом получают гибкий двухпроводный симметричный кабель с волновым сопротивлением порядка 200-300 ом. Так, кабель КАТВ имеет гоф=280 -ьЗОО ом, затухание при /=50 Мгц не более 0,105 дб/я, и емкость не более 13 пф/м. Кабель предназначен для соединения приемных телевизионных систем с телевизором, имеющим симметричный вход. В тех случаях, когда для двухпроводной линии применяются проводники в виде лент, волновое сопротивление линии равно:

120я

(7?109)

где d - расстояние между лентами, плоскости которых параллельны друг , другу; о - ширина ленты; Формула (7-109) справедлива для очень тонких ленточных проводников и когда 6/d>0,3.