С целью определения места включения фидера в антенну преобразуем формулу для д.

. 2п

200-73,1

3502

= 0,36.

Из тригонометрических таблиц находим: -х 21.2°.

Л

Переводя результат в радианную меру, получаем:

=-2i°-3 =

10-0,37 2-3,14

0,59 м.

Согласование с помощью индуктивного или емкостного шунта. Сопротивление фидера при отсутствии режима бегущей волны меняется по его длине в широких пределах как по величине, так и по знаку. Поэтому можно всегда найти сечение фидера, в котором активная составляющая входного сопротивления равна волновому сопротивлению фидера, а реактивная составляющая обладает определенной индуктивностью или емкостью.

Для компенсации реактивной составляющей необходимо в данной точке фидера включить реактивное сопротивление той же величины, но противоположное по знаку. Например, если реактивная составляющая входного сопротивления обладает индуктивностью, то необходимо включить шунт в виде емкости (Хс = Xi).

В качестве компенсирующих шунтов применяют катушки индуктивности и конденсаторы, а также отрезки короткозамкнутых двухпроводных линий - шлейфов (рис. 6-27, б), изменение длины которых позволяет получить необходимую величину индуктивности или емкости (см. стр. 63). Размеры А и Б шлейфа рассчитываются в зависимости от требований к качеству согласования антенны с фидером.

6-8. ТИПЫ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АНТЕНН УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН

по принципу действия и устройству антенн. Небольшая длина волн позволяет создать на УКВ высоконаправленные антенны при сравнительно небольших их размерах. Кроме направленного действия, к антеннам УКВ в большинстве случаев предъявляется требование значительной широкополосности (до нескольких мегагерц) и часто, кроме того, требование диапазонности.

На УКВ применяются различные виды симметричных и несимметричных вибраторов, многовибраторные антенны, в том числе антенны типа волновой канал , различные типы антенн с направляющими поверхностями, предназначенными для увеличения направленного действия первичного источника излучения (приема) и преобразования фронта волны первичного источника с целью обеспечения специальной формы характеристики направленности. К антеннам с направляющими поверхностями относятся антенны с параболическим рефлектором, линзовые, рупорные и диэлектрические антенны, а также антенны -поверхностных волн. Кроме того, на сантиметровых волнах; а иногда и на более длинных все большее применение находят щелевые антенны, которые в определенной степени эквивалентны вибраторным антеннам.

Антенны метровых волн

В качестве антенны индивидуального пользования широко применяется полуволновый вибратор, выполненный из сравнительно толстых дюралюминиевых трубок

1Д

г

п

Рис. 6-28. Схемы расположения вибраторов антенн типа волновой канал .

Широкое применение ультракоротких волн (УКВ) в радиовещании, телевидении, радиолокации, радиотелеуправлении и др. привело к созданию разнообразных

для обеспечения широкополосности. С этой же целью применяется петлевой вибратор Пистолькорса.

Из направленных антенл наиболее широкое применение нашли антенны типа волновой канал . На рис. 6-28

Таблица 6-5

Геометрические размеры антенн типа волновой канал

Размеры, мм

ж

Телевизионные

Радио любительские

144-146 Мгц 420-435 Шц

17 7

970 320

- I 1 010

- 333

920 307

915 305

405 133

405 133

405 133

представлены возмсжные, наиболее часто применяющиеся схемы расположения вибраторов, а в табл. 6-5 приведены размеры антенн, примекяюшлхся в телевидении (1-12-й каналы) и в радиолюбительских диапазонах 144-146 и 420-435 Мгц.

В случае применения в качестве фидера симметричной двухпроводной линии активный вибратор можно соединять с линией непосредственно. Однако в качестве фидера

--ГПТПТ

:lИl!l -r и'lмl;;,Гr,-,

irlllirJ,l,fN,

TO ответвления тока иа внешнюю поверхность ие происходит.

Если выполнить симметрирование по схеме U-колена то может быть нарушено согласование фидера с антенной. Действительно, полуволновый вибратор можно заменить сопротиБлениехМ J?a. вх с заземленной средней точкой

Рис. 6-29. Влияние несимметричности коаксиального кабеля на питание симметричного вибратора.

на метровых и дециметровых волнах преимущественно применяется коаксиальный кабель, не являющийся симметричной линией, так как его- внешний проводник заземлен. Поэтому ток (рис. 6-29) идет не только в плечо 1 вибратора, ио и по внешней поверхности оболочки кабеля.

Между поверхностью кабеля и плечом 2 вибратора возникают токи смещения, замыкающие токи проводимости, текущие по оболочке кабеля и в плече 2 вибратора через емкости Св. В результате токи в плечах 1 vi 2 вибратора не будут равны, что приводит к искажению характеристики направленности и снижению к. п. д. антенны.

Симметрирующие устройства. Симметрирование при питании симметричных вибраторов коаксиальными кабелями осуществляется несколькими способами. Принципиально наиболее простым способом является применение четвертьволнового стакана', представляющего собой четвертьволновую короткозамкнутую линию (рис. 6-30, а), входное сопротивление которой равно бесконечности. В связи с этим ток 1 не будет ответвляться на внешнюю оболочку кабеля. Длина цилиндра берется равной четверти средней длины волны рабочего диапазона.

На практике симметрирование более легко выполнить с помощью схемы U-колена, в которой путь тока от-внутренней жилы кабеля до одного из плеч симметричного вибратора (на рис. 6-30, б плечо 1) вследствие подключения дополнительного отрезка коаксиального кабеля оказывается на полволны длиннее пути тока до второго плеча вибратора. Поэтому на линии длиной в полволны фаза изменяется на 180° и токи в точках а и б имеют одинаковые амплитуды, но противоположные фазы, что и нужно для симметричного возбуждения. Так как оболочка кабеля при таком питании не соединена с плечами - вибратора.

Рис. 6-30. Способы симметрирования при использовании коаксиального кабеля.

а - схема четвертьволнового стакана; б - схема U-колена.

(рис. 6-31) И тогда по входу кабеля параллельно подсоединяются два сопротивления: сопротивление /?а. вх/2 антенны (в точках а-б) и сопротивление полуволновой линии, замкнутой на дальнем конце (в точках б-е) на сопротивление /а. вх/2 антенны. Между внутренней жилой кабеля и его оболочкой оказываются подключенными параллельно два сопротивления величиной i?a. вх/2, так как полуволновая линия трансформирует сопротивление с одного конца на другой без изменений. В результате кабель нагружен на сопротивление Ra, = Ra. вх/ 4.

Рис. 6-31. Входное сопротивление и-колена с- полуволновы-м вибрато^эом.

Например, для обычного полуволнового вибратора 73,1 ,о

это дает всего -18 ом, а в случае петлевого вибра-290

тора я 72 ом. Если применяется кабель с дф= 75 ом,

то в первом случае необходимо выполнить согласование.

Если при использовании U-колена необходшкЮ выполнить согласование, то U-колено удлиняется на Я/4 с каждой стороны (рис. 6-32), т. е. к вибратору присоединяются четвертьволновые трансформаторы. В этом случае к питающему фидеру в точках г-д оказываются подключенными параллельно два- сопротивления, трансформированные

четвертьволновыми участками до величины - --

каждое, где о™ - волновое сопротивление U-колена.

Общее сопротивление в точках г-д будет = -.

Ra- вх

Для выполнения условий согласования оно должно быть равно волновому сопротивлению фидера Qф, т. е.

дф=етр/.А-вх и Qtp = VRa. вхРф-

50 40 30

Рис. 6-32. Применение схемы и-колена с включением четвертьволновых трансформаторов.

Рис. 6-33. Зависимость входного сопротивления антенны типа волновой канал от общего числа п вибраторов. / - для обычного активного вибратора; г-для петлевого активного вибратора.

Пример. Определить параметры симметрирующего и-колена в случае питания полуволнового вибратора коаксиальным кабелем с = 75 ом.

Для этой цели используем схему U-колена с четвертьволновыми трансформаторами. Волновое сопротивление отрезка кабеля U-колена должно составлять

При расчете симметрирующих и согласующих устройств антенн типа волновой канал необходимо знать величину Ra- вх> которая в зависимости от общего числа вибраторов антенны может быть приближенно определена из графика на рис. 6-33.

Особенности конструкции телевизионных приемных антенн

К приемным телевизионным антеннам предъявляются следующие основные требования.

1. Антенна должна обладать полосой пропускания, достаточной для того, чтобы телевизионный сигнал черно-белого телевидения, занимающий полосу частот около 8 Мгц, передавался антенной на вход приемника без заметных искажений. Для приема цветного телевидения полоса пропускания должна быть значительно шире.

2. Антенна должна быть хорошо согласована с кабелем питания. Отсутствие согласования может повести к появлению повторных изображений на экране телевизора.

3. Схема соединения антенны с кабелем питания должна быть симметрирована.

4. Антенна, предназначенная для приема на больших расстояниях .от телевизионного центра, должна иметь достаточно большой коэффициент усиления.

Резонансная длина вибратора может быть рассчитана по формуле

Qtp= 173,1-75 74 ом.

Таким образом, U-колено можно выполнить из того же кабеля, который применяется в качестве фидера.

При определении длины U-колена необходимо учитывать эффект укорочения длины волны в кабеле, заполненном диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью е, а именно:

где к - длина волны в воздухе.

2 \ 100/

где - длина.волны, соответствующая средней частоте телевизионного канала, берется из табл. 6-6;

А% - коэффициент укорочения (в процентах), определяется по графику на рис. 6-4.

Если вибратор изготавливается из металлической полосы, то под его диаметром , который нужно знать для определения коэффициента укорочения, следует понимать половину ширины этой полосы.

Чтобы обеспечить полосу пропускания, диаметр трубок вибратора должен быть не меньше 8 мм. Подключение полуволнового вибратора к симметричному 300-омному входу приемника можно выполнить при помощи симметричного ленточного кабеля типа КАТВ (рис. 6-34). Соединение кабеля КАТВ с вибратором производится через симметричный согласующий четвертьволновый трансформатор, который может быть выполнен либо jia того же кабеля, либо из двух отрезков коаксиального -сабеля, имеющего волновое сопротивление дф = 75 ом. Необходимую для этого длину кабеля можно взять из табл. 6-7.

Подключение полуволнового вибратора к 75-омному несимметричному входу приемника лучше всего производить коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 75 ом. Кабель должен быть соединен с вибратором либо

Таблица 6-6

Длины волн, соответствующие средней частоте каждого телевизионного канала

Примечание.

ср

где fjg Е fgg-несущие частоты (в мегагерцах), соответствующие сигналам изображення и звука данного канала.