Материал: 736

75

где wв определяется по формулам (3.17) или (3.18).

Как следует из (3.42), для расширения полосы необходимо увеличивать входное сопротивление Rвх и уменьшать волновое сопротивление wв. Необ-

ходимо также компенсировать изменение реактивной составляющей Xвх при изменении частоты.

∙ Уменьшение волнового сопротивления wв.

Из формул (3.17), (3.18) для wв следует, что для уменьшения wв надо увеличивать поперечные размеры (радиус) вибратора. С этой целью плечи вибраторов выполняют в виде “ толстых” цилиндров или конусов. Однако с увеличением радиуса возрастают торцевые емкости. Для их снижения концы вибраторов делают коническими или полусферическими, что одновременно улучшает согласование. Плечи вибраторов могут быть также в виде плоских секторов различной формы (рис. 3.14). У вибраторов с пониженным волновым сопротивлением и более плавное изменения Rвх с частотой.

Рис. 3.14. Вибраторы с пониженным волновым сопротивлением

В метровом диапазоне для уменьшения веса и парусности вибраторы выполняют из отдельных проводников, расположенных по образующей цилиндрической поверхности (рис. 3.15). Последняя конструкция, разработанная применительно к диапазону коротких волн, называется вибратором Надененко.

Рис. 3.15. Вибратор Надененко

76

Сокращенно эта антенна обозначается как ВГД l a – вибратор горизон- h

тальный диапазонный, где l – длина плеча, a – радиус плеч вибратора, h – высота его подвеса. Обычный вибратор, выполненный из сплошного провод-

ника, обозначается как ВГ l – вибратор горизонтальный. Все значения бе- h

рутся в метрах.

Наибольшее распространение получили полуволновые ( 2l = λ / 2 ) симметричные вибраторы. Собственная (резонансная) длина волны такого вибратора, определяемая из условия обращения в нуль реактивной составляющей его входного сопротивления, без учета эффекта укорочения равна

Волновые сопротивления полуволновых горизонтальных вибраторов могут быть найдены по формулам:

определить соответствующий ему радиус а цилиндрической поверхности, образующей плечи вибратора, то пользуются формулой

Биконический вибратор, образованный двумя обращенными друг к другу вершинами металлическими конусами, является широкополосным как по входному сопротивлению, так и по форме диаграммы направленности. Для него

77

где w – волновое сопротивление среды, γ – половина угла при вершине конуса.

В монографии [12] приведены результаты расчетов ДН и входного импеданса биконических вибраторов. Некоторые из результатов показаны на рис. 3.16 и 3.17. На рис. 3.16 изображены ДН симметричного биконического вибратора при противофазном, как и у обычного вибратора, возбуждении его плеч; а – длина плеча. Как и у обычного вибратора, ДН симметричны относительно оси антенны, поэтому их левые части на рис. 3.16 опущены. Видно, что наиболее диапазонными в смысле сохранения формы ДН

являются вибраторы с углами раскрыва 30O ≤ γ ≤ 45O . На рис. 3.17 приведены зависимости активной (сплошная линия) и реактивной (пунктир) составляющих входного импеданса антенны от электрической длины ka ее плеч,

Рис. 3.16. Диаграммы направленности симметричной биконической антенны при противофазном возбуждении плеч: компонента Еθ

78

изменяемой в пределах от 0 до 9. Штрих – пунктиром показано волновое сопротивление соответствующей биконической линии (ka → ∞). Точками на рис. 3.16 и 3.17 нанесены экспериментальные результаты.

Рис. 3.17. Входной импеданс симметричной биконической антенны при противофазном возбуждении плеч

∙Увеличение входного сопротивления Rвх

Квибраторам с более высоким значением входного сопротивления относятся петлеобразные вибраторы. Ветвей может быть несколько. Для пет-

где Rвх1 – входное сопротивление одной ветви в виде линейного вибратора.

пропорционально N 2 . Из условия равенства мощностей, подводимых к петлеобразному и линейному вибраторам, и следует формула (3.52).

∙Компенсация реактивной составляющей Xвх

Уполуволновых вибраторов компенсация Xвх может осуществляться

посредством включенного параллельно четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа, который также называется шунтом. Некоторые конструкции симметричных вибраторов с шунтовым питанием уже были рассмотрены.

На рис. 3.18,а показана конструкция несимметричного петлеобразного вибратора с шунтом. Один конец вибратора замкнут на экран. Шунт приводит к увеличению эквивалентной толщины вибратора, что дает уменьшение

79

wв и расширение частотного диапазона. Несимметричный вибратор с приподнятой точкой питания изображен на рис.3.18,б. Ёмкостная реактивная часть входного сопротивления антенны в точках а и b (разомкнутый на конце отрезок линии длиной l2 < λ4 ) компенсируется последовательно включенным с ним (относительно земли) индуктивным сопротивлением нижней части вибратора (короткозамкнутый отрезок линии длиной l1 < λ4 ).

Подбирая диаметр вибратора и размеры l1 и l2, можно получить (10…15) % полосу пропускания антенны.

Рис. 3.18. Несимметричные вибраторы с расширенной полосой частот

Турникетный вибратор

Систему двух взаимно ортогональных (скрещенных) вибраторов с совмещенными центрами принято называть турникетной антенной (рис. 3.19,а). В зависимости от фазовых соотношений между токами на входах вибраторов в антенне могут быть реализованы режимы с управляемой (от круговой до линейной) поляризацией излучения.

При возбуждении вибраторов токами с равными амплитудами и фазовым сдвигом между ними, равным π / 2, пространственная ДН имеет вид, показанный на рис. 3.19,б. Нули в ДН отсутствуют, максимумы излучения формируются в направлениях, перпендикулярных плоскости расположения вибраторов. В этой плоскости поляризация излучения линейная, в направлении оси z – круговая противоположных направлений вращения для

z < 0. В остальных направлениях поляризация эллиптическая. Фазовая диаграмма в плоскости xоy имеет вид спирали Архимеда (рис. 3.19,в). Незамкнутость линий равных фаз при обходе вокруг антенны в дальней зоне свидетельствует об отсутствии у антенны точечного фазового центра.