книги / Основы радиотехники и антенны. Антенны

теины, поскольку высота ее порядка XI2, напряжение близко к зна­ чению в пучности. В таких условиях через изолятор, который слу­ жит опорой для мачты, проходят большие емкостные токи. Для уменьшения потерь опорный изолятор соединяют с заземлением через металлический -жран больших размеров.

3.В антифединговой антенне нельзя применять верхнюю часть сколько-нибудь значительных размеров, так как при высоте под­ веса над землей порядка XI2 горизонтальная часть антенны активно излучает и этим искажает диаграмму направленности.

4.В связи с тем, что в антифединговой антенне отсутствует горизонтальная часть и ток ее на верхнем конце шмеет малую вели-

Рис. 4.8. Антифединговая антенна — мачта переменного сече­ ния (/ — распределение тока в антенне).

чину, такую антенну можно сделать одномачтовой. Вблизи ее нель­ зя располагать здание радиостанции, оно исказит диаграмму направ­ ленности и внесет дополнительные потери. Антифединговую антенну соединяют с передатчиком при помощи фидера.

Рассмотрим три конструкции.

На рис. 4.8 антифединговой антенной служит металлическая мачга, сечение которой максимально в середине. Точная подгонка высоты антенны производится при помощи выдвижной грубы. Такая форма мачты позволяет ограничиться одним ярусом оггяжек для ее поддержки.

Во второй конструкции (рис. 4.9) антенна представляет собой вертикальный провод, проходящий внутри свободно стоящей дере­ вянной башни. На вершине башни вертикальный провод соединяет­ ся с зонтом, составленным из латунных трубок. Зонт создает допол­ нительную емкость, необходимую для получения некоторого тока на верхнем конце вертикального' провода, благодаря чему можно уменьшить геометрическую высоту антенны. При правильном под-

боре размеров и конструкции зонта и высоты башни получается требуемая для антифединговой антенны диаграмма направленности.

На рис. 4.10 антенной служит металлическая мачта небольшого и постоянного поперечного сечения. Мачта соединяется с зонтом и поддерживается несколькими ярусами оттяжек.

Все описываемые антенны у основания соединяются через сог­ ласующий контур с фидером, который подключается к передат­ чику.

Впервой конструкции (рис. 4.8) большое поперечное сечение мачты определяет большую погонную емкость и соответственно малое волновое сопротивление излучателя. С этим связано увеличение коэффициента затухания и как следствие отклонение стоячей волны тока в антенне от синусоидальной формы, которое усиливается из­ менением сечения вибратора (мачты) по высоте. В результате диаг­ рамма направленности антенны должна заметно отличаться от требуемой для устранения фединга.

Вантифединговой антенне со свободно стоящей деревянной мачтой (рис. 4.9) излучающий провод тонкий и не изменяется по сечению с высотой, а поэтому в нем распределение тока близко к си­ нусоидальному и диаграмма направленности соответствует назна­ чению антенны. Кроме того, наличие зонта позволяет уменьшить высоту антенны. К недостаткам конструкции относится малый срок службы деревянной мачты и опасность ее загорания от токов высо­

кой частоты.

Третья конструкция (рис. 4.10) не имеет этого недостатка и наи­ более широко применяется на практике.

27. Питание средневолновых антенн

Питание антенны-мачты производится по-разному в зависимости от того, изолирована она от земли или имеет заземленное основание. В первом случае используется схема нижнего питания (рис. 4.11, а), в котором фидер, идущий от передатчика, включается между осно­ ванием мачты и землей.

используется открытый вертикальный вибратор высотой Ла, ко­ торый дополняет заземленный вибратор высотой hl до величины h — K/4. Ток распределяется в них согласно рис. 4.12, г. Первый вибратор имеет входное сопротивление с составляющими R"BXt

согласование в сравнительно широком диапазоне волн. Сравнивая рассмотренные схемы возбуждения, можно отметить

преимущества антенн с заземленным основанием: 1) отсутствие опорного изолятора значительно удешевляет конструкцию ан­ тенны; 2) более надежное крепление антенны позволяет уменьшить сечение мачты и увеличить ее высоту; 3) световая сигнализация может быть осуществлена без фильтров; 4) увеличение высоты антенны позволяет увеличить мощность в антенне и ее к. п. д.; 5) отсутствие опорного изолятора делает ненужной грозовую ващиту.

Антенны с заземленным основанием не позволяют устранить фединги, так как высота их близка к Я./4,

от мачт изоляторами, а ввод в здание осуществляют через изоля­ ционную трубку из фарфора.

Для заземления приемной антенны рекомендуется использовать большой лист оцинкованного железа или массивную водопроводную трубу, которые следует располагать на уровне грунтовых вод. Если грунтовые воды находятся на большой глубине, то заземляющий предмет должен быть помещен в яму глубиной 2—2,5 м, заполнен­

ную древесным углем или коксом для задержки влаги в месте за­ земления.

Рис. 4.14. Схема включения простейшей рамочной антенны.

В данном случае несмотря на принятые меры сопротивление заземления имеет большую величину порядка 25—50 ом, что опре­ деляет весьма низкий к.п.д. приемной антенны. Это не имеет су­ щественного значения, так как на длинных и средних волнах уровень внешних помех очень велик.

Наряду с описанными антеннами в профессиональных прием­ ных центрах используют направленные антенны. Это позволяет по­ высить отношение сигнал/помеха на входе приемника.

Рамочные антенны. В простейшем случае рамочная антенна представляет собой плоский виток провода прямоугольной формы е осью вращения 00', совпадающей с осью симметрии рамки (4.14). Положим, что такая рамочная антенна расположена в вертикальной плоскости и пересекается вертикально поляризованной волной, направление распространения которой образует в горизонтальной плоскости угол <р с плоскостью рамки. В связи с вертикальной поля­ ризацией волны э.д.с. индуктируется только в вертикальных прово-

дах рамки ab и cd. Допустим, что на оси 00' напряженность электри­ ческого поля в момент времени t равна

где Ет — амплитуда напряженности электрического поля.

В тот же момент времени фаза электрического поля у провода cd имеет опережение, а у провода ab — отставание относительно фазы

о т — ширина рамки. Причина этого в том, что от точки излучения М до первого провода расстояние меньше, а до второго — больше

на cosqp. Умножив соответствующую напряженность электрическо­

го поля на высоту рамки, получаем э.д.с., индуктируемую в проводах рамки:

Эса= Emh sin (mt + -*y- cos cpj,

9 ab = E mh sin — — ■ COS <p).

Так как провода ab и cd соединяются между собой последова­ тельно, то индуктируемые э. д. с. Эаь и З с<* действуют навстречу друг другу и результирующая э.д.с. в рамке равна

При наличии N витков в рамке (рис. 4.15) этот результат следует увеличить в N раз, имея в виду, что во всех N проводах каждой стороны рамки индуктируемые э. д. с. совпадают по величи­ не и по фазе:

Эд = 2EmNh sin ^ -у - cos ф^ sin + - у ^ .

В длинноволновом и средневолновом диапазонах т < Я сле­

довательно, угол t cos ф = К cos ф очень мал и sin ^-у- cos ф^ « пт COS ф.

Учитывая также, что hm — S — площадь рамки, приводим формулу мгновенного значения э.д.с. в рамке к виду

Амплитуда этой э. д. с. равна

На основании формул (58),

(59)можно сделать выводы:

1.Рамка в горизонтальной плоскости обладает направлен­ ными свойствами. В соответст­ вии с функцией направленности

форму восьмерки (рис. 4.16). В направлении, перпендикулярном плоскости рамки (ф = 90°), отсутствует разность хода волн к ее противоположным вертикальным проводам, и э. д. с., индукти­ руемая в проводах одной стороны, полностью компенсируется действующей навстречу э.д.с. проводов другой стороны. В ре­ зультате прием отсутствует (Эта = 0).

По мере отклонения волны от перпендикуляра к плоскости рам­ ки разность хода волн к ее противоположным вертикальным сторо­ нам увеличивается, достигая максимума при ф = 0° и ф = 180°. При этом в наибольшей степени компенсируется встречное действие э.д.с. противоположных проводов рамки и получается наибольшая амплитуда результирующей э.д.с.

ЭттА— Е„ 2пNS

2. Разделив Э^тк на ЕтУ получим действующую высоту рамки

Эта формула верна для рамки не только прямоугольной формы, но и любой другой (на практике наиболее широко применяются круглые и треугольные рамки). Таким образом, действующая вы­ сота, а следовательно, и э.д.с., индуктируемая в рамке любой формы, прямо пропорциональны площади, ограниченной контуром рамки, числу витков в ней и обратно пропорциональны длине волны.

3. Рамочная антенна, как видро из формулы (60), имеет такие же направленные свойства, «як элементарный вибратор. Следова­ тельно, для рамочной антенны с..г аведливы формулы

Я2 = 800 ^ ) 2 0 = 1 ,5 .

4. В диполе Герца э.д.с. совпадает по фазе с напряженностью электрического поля, а в рамке они сдвинуты на 90° [ср. формулы (57) и (58)]. Появление этого сдвига можно легко объяснить, если рассматривать индуктирование э.д.с. в рамке как результат пере­ сечения ее площади S (точнее, S cos <р) магнитные полем радиоволны. По закону электромагнитной индукции между индуктируемой э.д.с.

и магнитным полем Н (а следовательно, и электрическим полем Е% так как Е и Н в волне ТЕМ синфазны) имеется сдвиг по фазе на 90°. Значит по направленным свойствам рамочная антенна и диполь Гер­ ца идентичны, но между ними имеются и различия, в силу которых диполь Герца называют электрическим диполем, а рамочную антен* ну — магнитным диполем.