Настроєні симетричні антени

 

Настроєні антени на резонансній частоті мають чисто активний вхідний опір. Величина цього опору, а також інші показники, такі як коефіцієнт напрямленої дії, діаграма напрямленості, поляризаційна характеристика, залишаються практично незмінними у вузькій смузі частот. Найпоширеніші настроєні симетричні антенні пристрої будуються на базі півхвильового вібратора та вібратора Пістолькорса.

 

Півхвильовий вібратор

Півхвильовий вібратор (рис. 13.1) використовується як самостійна антена або в складі багатовібраторних систем. Нижче систематизуються його основні властивості та параметри, включно з розглянутими в попередніх темах.

 

Рис. 13.1

 

а) Реальний півхвильовий вібратор скінченної товщини стає резонансним при деякому вкороченні його довжини

 

відносно розрахованої для хвилі у вакуумі величини l/2. Коефіцієнт вкорочення залежить від відношення діаметра вібратора до довжини хвилі.

б) Струм та заряди розподіляються вздовж тонкого вібратора так:

 

; . (13.1)

 

Координата z відраховується від середини вібратора. В його центрі (z = 0) знаходяться пучність струму і вузол заряду. Це дозволяє закріпити нерозрізаний вібратор в середній точці на металевій опорі без ізолятора. Деякі варіанти живлення закріпленого в точці нульового потенціалу нерозрізаного випромінювача розглядаються далі.

в) Враховуючи, що в півхвильової симетричної антени k l = p/2, вираз (3.4) для її діаграми напрямленості може бути переписаний у спрощеному вигляді:

 

f(J) = cos(p/2cosJ) / sinJ. (13.2)

 

г) Коефіцієнт напрямленої дії півхвильової антени у порівнянні з ізотропним випромінювачем D = 1,64. Відповідно, у децибелах коефіцієнт напрямленої дії D = 2,15 дБ.

д) Ефективна площа l/2 - антени A = D l² / 4p = 0,13 l², а її діюча довжина h_Д = l/p.

е) Опір випромінювання в пучності струму R_Sп = 73,1 Ом. Вхідний опір на клемах розрізаної посередині півхвильової антени, тобто у пучності струму, при нехтуванні втратами збігається з опором випромінювання: R_A = R_Sп = 73,1 Ом.

є) Активна частина вхідного опору у вузькій смузі частот, близьких до резонансної, змінюється мало, а реактивна частина змінюється так, як для послідовного коливального контура (рис. 13.2).

 

 

 

Рис. 13.2

 

Добротність півхвильового вібратора як відкритого коливального контура можна обчислити за наступною формулою: Q_A = r_е / 93. Зі збільшенням діаметра вібратора зменшується еквівалентний хвильовий опір r_е і, як наслідок, - добротність випромінювача. Це призводить до розширення смуги робочих частот настроєної півхвильової антени (2 Df = f₀ /Q).

ж) Живлення півхвильового вібратора здійснюється в пучності струму (рис. 13.3) або в пучності напруги (рис. 13.4):

 

 

Рис. 13.3

 

 

Рис. 13.4

 

Однохвильовий вібратор, показаний на рис. 13.4, можна розглядати як синфазну систему з двох півхвильових вібраторів.

Як вже зазначалось, вхідний опір такої антени обчислюється за виразом R_A = r_е² / 200 і для тонких провідників становить 2000 - 5000 Ом.

Для живлення антени в пучності струму існують низькоомні екрановані кабелі з твердим заповненням. Опір реальних повітряних двопровідних ліній становить кілька сот ом, тому їх під’єднують до низькоомних чи високоомних антен через узгоджуючі трансформуючі пристрої.

На рис. 13.5 показано варіант узгодження за схемою шунтового живлення, при якому вібратор у центрі не розривається. Це так звана D-подібна схема. Фідер узгоджується з антеною підбором положення точок А.

 

 

Рис. 13.5

 

За аналогією з опором еквівалентної чвертьхвильової лінії на відстані l ₁ від її короткозамкненого кінця опір антени в точках А становить:

 

R_A = r_e² sin² k l ₁ / 73,1. (13.3)

 

Крім D-подібної схеми, для живлення нерозірваних у центрі антен симетричним фідером використовують W-подібну

 

(рис. 13.6), а несиметричним фідером - g-подібну (рис. 13.7) схеми.

 

 

Рис. 13.6

 

Повного узгодження опорів досягти неможливо через індуктивний опір додаткових провідників, увімкнених між фідером та антеною. В схемах на рис. 13.6 та рис. 13.7 можна отримати КСХ³1,5.

 

 

Рис. 13.7

 

Існують варіанти живлення, в яких КСХ@1 (рис. 13.8 і 13.9). Підстроювальні конденсатори, показані на рисунках, служать для компенсації індуктивного опору додаткових провідників.

 

 

Рис. 13.8 Рис. 13.9

 

Переміщенням перемички підганяється активний вхідний опір антени під хвильовий опір фідера, а зміною ємностей конденсаторів компенсується реактивність додаткових провідників схеми узгодження.