Г

Рис. 3.8. Некоторые типы антенн ДВ и СВ: а - распределение тока в антенне с катушкой; б - распределение тока в Г~ обраэной антенне; в - Т-образиая аитениа; г - зонтичная антенна

зонтальной частью, расположенный вертикально. Иа ДВ и СВ земная поверхность имеет хороплую проводимость, поэтому применение горизонтальных антенн оказывается невозможным. Они вместе со своим зеркальным отображением создают противофазные поля, компенсирующие друг друга. Чтобы антенна была резонансной, имела достаточный КПД и сопротивление излучения, ее минимальная длина должна быть Я/4. Сделать антенну выше 200... 300 м трудно, и поэтому прп л>1000 м последовательно с антенной включают удлинительную катушку (рис. 3.8,а). На СВ при работе антенны в широком диапазоне частот может оказаться, что частота подводимых колебаний ниже резонансной. В этом случае последовательно с проводом антенны подключается укорачивающий конденсатор.

При увеличении длины волны действующая высота антенны уменьшается и для несимметричного вибратора лежит в пределах от 0,5/г до 0,64/г. Сопротивление излучения такого вибратора, а следовательно, и мощность, и КПД находятся в прямой зависимости от действующей высоты. Небольшое увеличение действующей высоты дают горизонтальные или наклонные провода, расположенные в верхней части антенны. Горизонтальная часть антенны вместе с зе.млей образует некоторую емкость, благодаря чему амплитуда тока на конце антенны увеличивается. Горизонтальная часть антенны не излучает, зато распределение тока в излучающей верхней части становится существенно лучше, площадь тока, а следовательно, и действующая высота аптегшы увеличиваются. Наибольшее распространение получили Г-образные, Т-образные и зонтичные антенны (рис. 3.8,6-г).

Помимо указанных применяют также рамочные антенны с хорошо выраженными направленными свойствами, антенны-мачты, представляющие собой жесткие конструкции, укрепленные на изоляторах; в СВ диапазоне в качестве приемных антенн широко используются ферритовые антенны. 78

.Лнтенны коротких волн. С укорочением длины волны используемых типов антенн становится больше. На KB проводимость почвы ухудп1ается, потери в заземлении увеличиваются, поэтому использование заземленного вибратора становится нецелесообразным. Чаще всего в KB диапазоне используется горизонтальный полуволновый вибратор. Для получения максимальной связи наибольшее излучение должно быть направлено под небольшим углом к горизонту (15...20°). Форма диаграммы направленности в обоих плоскостях - горизонтальной и вертикальной - в значительной степени зависит от высоты подвеса. Xoponian диаграмма получается при высоте подвеса /г от 0,5 до Я; / более Я получить трудно.

На рис. 3.9 показаны диаграммы направленности симметричного полуволнового вибратора в зависимости от высоты подвеса и под разными углами к горизонту. Из рисунка видно, что с увеличением высоты подвеса растет число лепестков в диаграмме направленности и улучшается направленность излучения, причем чем выше подвешена антенна, тем ближе ее нижний лепесток к линии горизонта. На форму диаграммы направленности и величину сопротивления излучения оказывает влияние длина вибратора. Оптимальная длина вибратора выбирается из соотношения

0.8/<Х<4/.

Для нормальной работы антенны в широком диапазоне частот необходимо, чтобы диаграмма направленности и входное сопротивление антенны мало менялись с изменением длины волны. Таким свойством обладает так называемый диполь Надененко

h-JAh,

п=1/гк а)

Рнс. 3.9. Диаграммы направленности симметричного горизонтального вибратора при различных высотах подвеса:

о - в вертикальной плоскости; б - в горизонтальной плоскости под разными углами и горизонту

Рис. 3.10. Диполь Надененко

<рис. 3.10), который имеет малое волновое сопротивление, а следовательно, и малое входное сопротивление /?Bx = pVz- При диаметре излучателя Д = 0,03Я, р=300 Ом антенна хорошо согласуется в широком диапазоне частот с 200-омным кабелем. Конструктивно диполь Надененко представляет собой 6-8 проводов, натянутых по образующим цилиндрам, что с успехом заменяет сплоиь ную металлическую поверхность.

Узкие диаграммы направленности можно получить в KB диапазоне с помощью системы вибраторов, определенным образом расположенных и запитанных по отношению друг к другу. Принцип действия таких систем основан на пространственной интерференции радиоволн, излучаемых всеми элементами. Складываясь в определенных направлениях, волны дают увеличение напряженности поля, а вычитаясь - уменьшение или полное его отсутствие. На таком принципе работают фазированные антенные решетки, которые в настоящее время широко используются на летательных аппаратах.

Антенны УКВ диапазона. Антенны УКВ диапазона отличаются очень большим разнообразием. Они могут быть разделены на две группы: вибраторные и поверхностные. К вибраторным относятся как одиночные симметричные вибраторы, так и многовнбраторные антенны типа волновой канал . Поверхностные антенны бывают рефлекторными, линзовыми, щелевыми, рупорными, диэлектрическими, спиральными и др.

Антенна типа волновой канал (рис. 3.11) состоит из активного вибратора, к которому подводится питание, и пассквных вибраторов, токи в которых наводятся волной, создаваемой активным вибратором. Пассивный вибратор, расположенный сзади активного, называется рефлектором, а размещенный впереди активного вибратора в направлении излучения - директором. В такой антенне очень важно обеспечить определенный фазовый сдвиг между токами, наводимыми в вибраторах. Величину фазового сдвига задают расстояниями между вибраторами и выбором их длины. Диаграмма направленности антенны зависит в основном от числа директоров, приблизительно коэффициент направленного действия в 5 раз больше числа директоров (Д 5п). Достоинством вибраторных антенн является простота конструкции, а недостатком- сложность регулировки и довольно большая ширина диаграммы направленности, во

Диреторы

<л..я;*

рис. 3.11. Антенна типа волновой канал> (а) и ее диаграмма направленности (б)

Рнс. 3.12. Параболический рефлектор

Среди антенн поверхностного типа наиболее широко применяются в авиации параболические зеркала (рефлекторы), выполненные обычно из дюралюминиевого листа. Метод получения узкой диаграммы направленности в них основан на том, что лучи, идущие параллельно оси зеркала, собираются в одной точке, называемой фокусом. Если сделать обратное, т. е. поместить в фокусе зеркала излучатель, то его лучи будут собраны зеркалом в параллельный пучок (рис. 3.12).

Узкая диаграмма направленности получается при изготовлении параболического зеркала с очень высокой степенью точности. Ширина диаграммы может быть подсчитана по формуле B=60X/D. Например, при D = 20k ширина луча 0 = 3°, что вполне реализуемо на дециметровых и сантиметровых волнах.

Рупорная антенна представляет волновод, один конец которого открыт. Волны, перемещающиеся по волноводу, будут частично отражаться от конца, частично излучаться в окружающее пространство. Чтобы уменьшить эффект отражения от открытого конца волновода, надо согласовать его волновое сопротивление со свободным пространством. Это достигается изменением площади отверстия. На рис. 3.13 показаны различные виды рупорных антенн.

Рис. 3.13. Рупорные антенны

Рис. 3.14. Диэлектрическая ан теина

Диаграмма направленности рупорных антенн зависит от длины угла раскрыва рупора и длины волны из лучаемых колебаний. Чем больше длина рупора и угол раскрыва, тем уже диаграмма направленности.

Щелевые антенны - это одна или несколько щелей, прорезанных в объемном резонаторе или волноводе. Чтобы излучалась или принн--малась энергия, щель должна быть вырезана п проводящей поверхности возбужденного полновода или объемного резонатора вдоль линий магнитного поля с максимальной напряженностью. Если длина щели равняется Я/2, то поле такой антенны аналогич но магнитному полю полуволнового вибратора. Для получения более узкой диаграммы направленности применяют мпогощелевые антенны.

В диэлектрических антеннах используется эффект преломления радиоволн на границе двух сред с ра.зличпымн диэлектрическими постоянными. Такая антенна представляет собой диэлектрический стержень, в котором вибратор возбуждает волны (рис. 3.14). Ширина диаграммы направленностп диэлектрической антенны зависит от длины стержня. Антенна с более длинным стержнем имеет более узкую диаграмму направленности. Например, при длине стержня 5Я ширина диаграммы около 30°.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В каком случае отрезок разомкнутой линии длиной л/4 начинает излучать радиоволны?

2. С помощью эквивалентной схемы полуволиового вибратора объясните процесс возникновения колебаний в вибраторе.

3. Покажите диаграмму направленности четвертьволнового вибратора в полярной системе координат в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

4. Объясните физический смысл сопротивления излучения.

5. К<1кова величина входного сопротивления вибратора, если питающий его генератор включен в узел тока?

6. Каким образом можно увеличить действующую высоту антенны?

7. Укажите способы настройки антенн

8. Какое влияние оказывает земля на направленные свойства антенны?

9. Как нужно запитать и на каком расстоянии друг от друга расположить два вибратора, чтобы излучение было только в одном направлении?

10. Имеет ли значение, на какой стенке и в каком месте вырезать щель в волноводе?

11. Будет ли принимать сигналы вертикальный четвертьволновый вибратор с вертолета, который находится точно иад ним?

12. От чего зависит ширина диаграммы иаправлениостн параболического зеркала, рупора, диэлектрической антенны.

13. Можно ли использовать параболическое зеркало для приема длинных волн?

3.5. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ

НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Условия распространения радиоволн определяются свойствами атмосферы, космоса, землн н различны для волн разных диапазонов. В любой реальной среде (воздухе, земле, воде) есть огромное количество нейтральных и заряженных частиц - атомов, молекул, электронов и ионов, поэтому, когда появляется электромагнитное поле, заряженные частицы начинают колебаться с частотой этого поля, т. е. получают дополнительную энергию. В результате увеличивается скорость их движения, вероятность столкновения с другими частицами, что приводит к повышению температуры вещества. Часть энергии радиоволн расходуется на нагревание окружающего воздуха, земли, воды, и напряженность поля по мере удаления от передатчика становится меньше. Ее можно подсчитать по формуле

где Ет - амплитуда напряженности поля, В/м; Р - мощность излучения антенной, Вт; R - расстояние от антенны, м.

Из приведенного выражения следует, что напряженность поля увеличивается с повышением мощности излучения, но в меньшее число раз. Например, если мощность излучения увеличилась в. 9 раз, то напряженность - всего лингь в 3 раза, т. е. дальность действия утраивается. Излученные антенной волны расходятся во всех направлениях, но их распространение ограничивается, с одной стороны, поверхностью земли, а с другой - поверхностью ионосферы, т. е. волны распространяются по своеобразному коридору тремя путями (рис. 3.15): огибанием поверхности земли (о),

/ioHocipepa

Приемтк

Рис. 3.15. Пути распространения радиоволн 6