Антенно-фиаерные устройства

[i л. 6

Рис. 6-21. Диполь Ладененко.

Пример. Найти волновое сопротивление диполя Надененко, если / = 10 ж; = 0,5 м\ п = 6; d = 4 мм. Определим величину R-:

R = 0.5 = 0,5 /0048 =0,5-0,6 = 0,3 м.

Найдем величину ед: 2-10

qa =

0,435 = 276-1,38 = 380 ом. I

Таким образом, волновое сопротивление диполя Надененко в 2-3 раза меньше волнового сопротивления симметричного вибратора, составленного из одиночного провода. Это и обеспечивает удовлетворительную работу антенны в диапазоне волн 4/ > Х > 1,56/, например в диапазоне волн 40-15,6 м.

Ромбическая антенна представляет собой диапазонную направленную антенну из четырех проводов, расположенных в виде ромба на некоторой высоте над землей (рис. 6-22). В одном из острых углов ромба включается

Рис. 6-22. Ромбическая антенна.

фидер, а в другом - нагрузочное (поглощающее) сопротивление /?н. равное волновому сопротивлению антенны и фидера (/?н = Qa = Сф)- При этом вдоль проводов антенны устанавливается режим бегущей волны, что обеспечивает неизменность входного сопротивления антенны от длины волны (волновое сопротивление от частоты не зависит), т. е. диапазонность антенны по входному сопротивлению. Неизменность характеристики направленности (в диапазоне волн) достигается выбором величин / и 6 из условий

0,2/ < X < 0,6/; cos бмакс =1-- -

При небольших значениях I по сравнению с % угол биакс существенно меняется при изменении Я, что означает изменение направления излучения (приема). Поэтому обычно берут I = 4Яопт при высоте подвеса проводов антенны И = Яопт (при длине линии радиосвязи более 1 500 км). При этом в случае е = 25°

£>макс = ПО(Я = 0,8Яо); £>мин = 35(Я = 2,5\).

При коротких линиях, не превышающих 600 км, можно пользоваться более простыми антеннами, у которых / = Яопт. Я = 0,35?1опт; 6 = 45°. Подобные антенны легко выполнить в радиолюбительской практике.

Сопротивления нагрузки приемной антенны = = 600-Г-700 ом выполняются в виде обычных сопротивлений. В передающих антеннах нагрузка поглощает более 25% мощности передатчика и поэтому выполняется обычно в виде длинной стальной двухпроводной линии с большим погонным затуханием. Длина линии в антеннах магистральных линий радиосвязи достигает нескольких сотен метров.

Радиолюбительские антенны

Несимметричная диапазонная антенна Ground plane работает на любительских диапазонах 10, 14, 20 и 40 м. В горизонтальной плоскости она излучает (принимает) ненаправленно, а в вертикальной - под небольшим углом (10-20°) к горизонту. Антенна представляет собой верти- кальный вибратор длиной / = 5,3 м с противовесом из четырех взаимно-перпендикулярных проводников д;1И-ной 5,3 м каждый и согласующего устройства (рис. 6-23). Вибратор выполняется из дюралюминиевой трубки диаметром 4 см. Провода противовеса диаметром 2 мм могут быть использованы в качестве оттяжек опоры (роль противовеса может играть металлическая крыша). Катушка Lj включается в антенну только в диапазоне 40 м\ на остальных диапазонах она замыкается с помощью реле Р. Пари-метры элементов согласования (табл. 6-3) зависятот волнового сопротивления кабеля и должны выдерживаться достаточно строго (во избежание перенапряжений в питающем кабеле).

Таблица 6-3 Значения параметров согласующего устройства

Антенна типа двойной квадрат является диапазонной направленной антенной, состоящей из двух рамок, расположенных на расстоянии А = 0,1-;-0,25Л друг от друга (рис. 6-24). Работает она на диапазонах 10, 14 н 20 м, обладая коэффициентом усиления G = 8-10 дб (растет с увеличением размера А). Одна из рамок является вибратором, а другая активным, т. е. питаемым, рефлектором, служащим для создания излучения (приема) антенны в одном направлении. Обычно антенна выполняется на вращающейся опоре.

Горизонтальные стороны рамок посередине имеют разрыв, в который включаются короткозамкнутые отрезки ленто'чного кабеля типа КАТВ. Входное сопротивление антенны меняется от 80-90 ом на 10 и 14-метровых диапазонах волн до 30 ом на 20-метровом диапазоне. Поэтому для согласования обычно применяются коаксиальные фидеры с = 70 ом. Для обеспечения согласования

А nepedamvuny tf

Г

Вибратор- ф40мм

1530ем

><

Противовес

Рис. 6-23. Радиолюбительская антенва типа Ground plane.

n - схема антенны; б - конструкция согласующего устройства; 1 - фарфоровый изолятор; 2 - оттяжка-противовес; 3 - дополнительная катушка L, 4 - подпятник вибратора; 5 - вибратор; 6 - опора; 7 - катушка Х,; 8 - коаксиальные кабели - питающий и согласующий).

на 20-метровом диапазоне применяют параллельное включение двух таких фидеров.

В качестве настроенных направленных антенн широко применяются многовибраторные синфазные антенны, составленные из ряда полуволновых вибраторов, расположенных в одной плоскости на определенном расстоянии друг от друга.

Принцип работы любой антенны направленного дей- ствия состоит в том, что электромагнитные поля, излучаемые в разных направлениях отдельными ее участками или элементами, например вибраторами, складываются (интерферируют) с различными фазами в различных точках пространства. При этом в одних направлениях, где поля

отдельных элементов складываются с одинаковыми фазами, имеет место усиление результирующего поля, в других же направлениях, где сложение происходит с существенно различными фазами, результирующее поле ослабляется.

Чтобы фазы полей, создаваемых отдельными участками или элементами антенны, были существенно различны в направлениях, отличных от главного направления излучения (приема), расстояния между этими элементами должны быть достаточно большими в сравнении с длиной волны и число самих элементов должно быть также большим. Таким образом, увеличение числа вибраторов приводит к увеличению направленности антенны. Все это затрудняет получение направленности антенн на коротких и более длинных волнах.

Рис. 6-24. Антенна типа двойной квадрат .

Если все вибраторы питаются синфазно и являются активными, то максимум излучения (приема) лежит в направлении, перпендикулярном решетке вибраторов. Для создания однонаправленного действия позади решетки на расстоянии 1/4Я размещают рефлектор в виде такой же решетки вибраторов (активных или пассивных).

Если же питание вибраторов осуществляется с запаздыванием по фазе на 90° (от вибратора к вибратору) и они расположены друг от друга на расстоянии около V4 X, то максимум излучения (приема) антенны совпадает с плоскостью, в которой расположены вибраторы. Часто в подобных антеннах, называемых дирёкторными или антеннами типа волновой канал , активным является только один вибратор, остальные же питания не получают, т. е. являются пассивными (рис. 6-25). Для обеспечения нужной фазировки соответственно подбирается длина пассивных вибраторов (табл. 6-4).

Таблица 6-4 Размеры антенны типа волновой канал

На коротких волнах такая антенна обычно имеет только два пассивных вибратора, один из которых (короче активного) называется директором, т. е. направляющим вибратором, а другой (длиннее активного) -

рефлектором, т. е. отражающим вибратором. В направлении от рефлектора на директор совместное излучение (прием) вибраторов оказывается синфазным; в этом направлении имеет место максимум излучения (приема) антенны.

Коэффициент направленного действия антенны можно определить ориентировочно по формуле

С 5 (и + 1),

где п - число директоров (при наличии одного рефлектора).

Пассивные вибраторы антенны могут крепиться непосредственно к металлическому стержню, что не приводит

Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора. Двухпроводная линия длиной в 1% является трансформатором сопротивления: если на одном ее конце включить сопротивление /д. вх. то на другом конце сопротивление оказывается равным

где - волновое сопротивление четвертьволнового трансформатора. Таким образом, если имеется антенна и фидер, причем А. вх =5 Сф. то для согласования их необходимо включить четвертьволновый трансформатор (рис. 6-26), обладающий волновым сопротивлением Q-jp = YRk. вх Рф

Рта Щ,

Ввинчивающийся / стержень \

Рис. 6-25. Антенна типа волновой канал .

а - схема антенны (7 - активный вибратор: 2 - директоры: 3 ~ рефлектор): б - эскиз пассивного вибратора переменной длины,

к нарушению распределения тока вдоль вибраторов или к потерям энергии. Для возможности настройки вибраторов они выполняются с регулируемой длиной (рис. 6-25, б). Элементы опоры антенны также могут непосредственно крепиться к стержню. Активный вибратор шунтового питания может крепиться непосредственно к стержню, обычный же симметричный вибратор должен крепиться с помощью изолятора.

Сопротивление излучения антенны резко уменьшается при увеличении числа вибраторов, поэтому для обеспечения достаточной широкополосности в качестве активного вибратора часто применяют петлевой вибратор Пистоль-корса.

Согласование антенн

На коротких волнах в случае применения несимметричных антенн могут использоваться схемы согласования, рассмотренные на стр. 95. Однако на этих волнах чаще применяются симметричные вибраторы. В этом случае катушки индуктивности автотрансформаторной схемы согласования должны быть включены в каждый провод фидера и иметь индуктивность, равную LI2.

В ряде случаев на коротких и ультракоротких волнах удается провести согласование путем непосредственного подбора волнового сопротивления фидера (/д. вх = Сф). При этом отпадает необходимость включения дополнительных элементов согласования.

Рис. 6-26. Согласование антенны и фидера с помощью четвертьволнового трансформатора.

а - схема включения; б - конструктивное выполнение в случае открытой линии; е - конструктивное выполнение в случае коаксиального кабеля.

Пример. Требуется обеспечить бегущую волну в 200-омном фндере, питающем полуволновый вибратор.

Для этой цели между антенной и фидером включаем четвертьволновый трансформатор с волновым сопротивлением

Qtp = Т^73,1-200 120 ом.

Согласование с помощью шунтового питания полуволновых вифаторов. Изменение точки присоединения

Рис. 6-27. Схемы шунтового согласования.

- шунтовое питание полуволнового вибратора; б - согласующий шуит в виде короткозамкнутого отрезка линии.

фидера к вибратору ведет к изменению его входного сопротивления, причем

Ra. вх =

73,1

sinx.

где Qa - волновое сопротивление вибратора;

X - расстояние от центра вибратора до точки присоединения (рис. 6-27, а).

Пример. Требуется согласовать двухпроводный фидер (Сф = 200 ом) с полуволновым вибратором (qa = 350 ом) с помощью шунтового питания, если Л= Юм.