книги / Основы радиотехники и антенны. Антенны

Действующая высота рамки, как видно из примера, значитель­ но меньше геометрической. Поэтому рамка имеет очень малые со­ противление излучения и к. п.д., и применяется она только в ка­ честве приемной антенны.

Направленные свойства приемной рамки используются для уменьшения влияния помех и для определения направления на радиостанцию. В первом случае плоскость рамки располагают пер­

вода должны иметь одинаковую ем­ кость по отношению к земле. В про­

тивном случае даже тогда, когда плоскость рамки перпендикулярна направлению на радиостанцию, от вертикальных проводов рамки ответвляются на землю разные токи и на входе приемника э.д.с. не равна нулю. Это влечет за собой ошибочное определение пеленга на радиостанцию. Такое явление устраняют экранированием рамки металлической трубой. Для того чтобы труба, не была короткозамк­ нутой, в ней делают разрез а—b и заполняют его диэлектриком (рис. 4.17). Электромагнитная волна наводит э.д.с. на наружной по­ верхности экранирующей трубы. Индуктированная э.д.с. прило­ жена к разрезу а—Ь и вызывает ток во внутренней поверхности трубы, который, в свою очередь, наводит э.д.с. в проводах рамки. В этом случае выходные клеммы рамки с—d совершенно симметрич­ ны относительно земли.

Магнитные антенны являются разновидностью рамочных ан­ тенн. Отличительная черта магнитных антенн — наличие сердеч­ ника с высокой магнитной проницаемостью внутри рамки Ll9 Ь2 (рис. 4.18, а). В качестве сердечника чаще всего используются фер­ ритовые стержни. Их магнитная проницаемость рСт уменьшается за счет размагничивающего действия полюсов, которое сказывается

и (р = 180°). Для устранения этой неопределенности используют комбинацию из рамочной (направленной) и вертикальной (нена­ правленной) антенн.

На рис. 4.19 изображена входная цепь приемника с вертикаль­ ной и рамочной антеннами. Ток вертикальной антенны, проходящий через катушку связи LCB индуктирует э.д.с. в контурной катушке Lx. Последовательно во входной контур LjQ включена рамка, а по­ этому напряжение на участке сетка — катод первой лампы равно сумме напряжений от вертикальной и рамочной антенн. Входной контур приемника настраивается в резонанс на частоту принимае­ мого сигнала конденсатором Сх.

Рис. 4.20. Диаграмма направленности кардиоидиой антенны.

Электромагнитные волны равной напряженности, имеющие произвольное направление ср в горизонтальной плоскости, индукти­ руют в вертикальном вибраторе э.д.с. 3 'д, а в рамочной антенне — э.д.с. 3 "A cos ср. Можно всегда добиться того, чтобы на входе первой лампы приемника напряжения, обусловленные Э \ и 3 "а, были рав­

ны между собой (3А = 3А = 3 А) и совпадали по фазе. Тогда ре­ зультирующее напряжение на сетке первой лампы

Коэффициент 1 -f cos ф = 2 sin2 ^ выражает диаграмму направ­

ленности антенны в горизонтальной плоскости, называемую кардиоидной.

Кардиоидную диаграмму направленности можно получить следующим графическим построением (рис. 4.20, а). Вертикальный вибратор имеет диа­ грамму направленности в форме окружности 1 радиуса 3 А, а рамка — в фор-/

ме восьмерки 2 с максимумом, равным величине *9А.

С изменением направления волны от ср = 0° до <р = 360° полярность э.д.с. в рамке изменяется на обратную при переходе через значения ср =

= 90э и ф = 270°, так как если при углах <р = 270 -г 360°, 0 -г 90° (см рис. 4.14) волна сначала пересечет провод cd, а затем провод ab, то с увеличением <р от 90° до 270° последовательность пересечения волной проводов at> п cd н соот­ ветственно полярность э. д, с. в рамке получаются обратными. В соответствии с этим на рис. 4.20, а на одной половине восьмерки (заштрихованной) указана положительная полярность, а на другой (незаштрихованной) поставлен знак минус. Если алгебраически сложить радиус окружности / и радиус-вектор диаграммы 2, имеющей форму восьмерки, то получим кардиоиду 3.

В прямоугольной системе координат результирующую характеристику 3 кардиоидной антенны получают сложением ординат характеристики вер­ тикальной антенны в виде прямой /, параллельной оси абсцисс, и характе­ ристики рамки в виде косинусоиды 2 с учетом ее полярности (рис. 4.20, б).

Уравнение

Эк9 —Эа (1 4-coscp)

и изображенные на рис. 4.20 диаграммы направленности показы­

на однонаправленная.

КОРОТКОВОЛНОВЫЕ АНТЕННЫ

29.Общие сведения

Вдиапазоне коротких волн (КВ) отношение длины антенны к длине волны может быть получено, как правило, достаточно боль­ шим, чтобы построение антенны с большим сопротивлением излу­ чения и высоким к.п.д. не вызывало затруднений. Благодаря боль­ шому сопротивлению излучения коротковолновая антенна имеет полосу пропускания, вполне достаточную для качественного вос­ произведения передаваемых сигналов. По той же причине значитель­ но уменьшается вероятность перенапряжений в антенне.

Исследование одиночного вибратора показало, что увеличение его длины / по сравнению с длиной волны X сужает главный лепесток диаграммы направленности, и так как на КВ можно получить боль­ шое отношение ИХ, то создание коротковолновых направленных ан­ тенн ■— реальная задача. Актуальность этой задачи определяется тем,

что таким образом можно не только повысить уровень сигнала (уси­ ление передающей и приемной антенн в Gраз эквивалентно увеличе­ нию мощности передатчика в G2), но и ослабить интерференцию, вы­ зывающую на коротких волнах глубокое замирание сигналов (фе­

динг).

Диаграмма направленности коротковолновой антенны должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Диаграмма должна быть по возможности постоянной в ши­ роком диапазоне волн, так как на КВ по условиям их распростра­ нения приходится часто сменять рабочую волну. Антенны, удовлет­ воряющие этому требованию, называются диапазонными в отли­ чие от настроенных антенн, диаграмма направленности которых практически остается неизменной лишь при весьма незначительном отклонении частоты от номинальной. Если настроенную антенну использовать в широком диапазоне волн, то при смене волны от­ ношение сигнал/помеха резко понизится.

2. В диаграмме направленности антенны боковые и задний ле­ пестки должны быть сведены к минимуму. На это требование следует

ключенных к отдельным приемникам с общим выходом (рис. 5.1). Если за счет фединга поле ослабевает у одной антенны, то в какойто мере это компенсируется усилением поля у других антенн, в ре­ зультате чего интенсивность приема в общем выходном приборе ока­ зывается почти постоянной.

30. Несимметричный вибратор в качестве коротковолновой антенны

Несимметричный (заземленный) вибратор относится к группе диапазонных антенн, не обладающих направленными свойствами в горизонтальной плоскости, но имеющих небольшую направлен­ ность в вертикальной плоскости. Направление максимального из­

тивлением (рис. 5.2) состоит из ряда вертикальных проводов, рас­ положенных по образующим цилиндра. Провода соединяются у

основания мачты между собой и подключаются к внутреннему стерж­ ню коаксиальной линии. Наружная оболочка линии заземляется. Провода антенны изолируются от мачты. Требуемое волновое со­ противление антенны обеспечивается надлежащим выбором диамет­ ра цилиндра.

31. Симметричный вибратор в качестве коротковолновой антен чы

Симметричный вибратор применяется в КВ диапазоне как сла­ бонаправленная антенна, которая может работать на фиксирован­ ной волне или в диапазоне волн. По соображениям, высказанным в § 29, симметричный вибратор располагается горизонтально и соот­ ветственно обозначается ВГ (вибратор горизонтальный).

Так как ВГ имеет направленное действие в горизонтальной плоскости, то хорошего согласования с фидером уже недостаточно, чтобы сделать вибратор диапазонным. Нужно еще сохранить неиз­ менными в рабочем диапазоне волн форму диаграммы направленности или, по крайней мере, направление максимального излучения н при­ ема. Для этого согласно рис. 2.3 вибратор должен быть расположен

ванной волне, то ограничения в этом отношении, казалось бы, не должно быть, потому что любую расстройку можно компенсировать согласующим устройством. Но это не так: при большом естествен­ ном (т. е. в отсутствии элементов согласования) коэффициенте стоя­ чей волны (/гсв > 7 -г Ю) изменение метеорологических условий заметно изменяет входное сопротивление антенны и нарушает согла­ сование. Естественный £св особенно велик при / < 0,4Х, когда соп­ ротивление излучения вибратора мало, а реактивная составляющая |хвх( быстро возрастает с расстройк й. Из этих соображений уста­ навливается второй предел: //л > 0,4 или \ <С 2,5/. Таким образом, длина волны симметричного вибратора, работающего в коротко­ волновом диапазоне, должна находиться в пределах

0 , 8 / < Л < 2,5 /.

Высоту подвеса вибратора выбирают с учетом диаграммы на­ правленности вибратора в вертикальной плоскости и рекомендуе­ мого угла наклона лучей при радиосвязи в данном участке диапазона волн.

Согласно формуле (16) нормированная диаграмма направлен­ ности горизонтального вибратора в вертикальной (экваториальной) плоскости выражается функцией

F (6) = sin ф h sin б),

где h — высота вибратора над землей;

б— угол наклона луча.

Вобщем случае данная диаграмма направленности получается многолепестковой (см. рис. 2.9), причем максимум излучения соот­ ветствует углам наклона лучей 6макс, удовлетворяющим уравнению

sin (p/t sin 6мак0) = 1

ИЛИ

РЛ sin бмакс = (2fe l)-g -,

где ft = О I 2. 3...

Рис. 5.3. Определение дальности связи при однократ­ ном отражении волны от ионосферы.

Отсюда следует, что

Ближайший к поверхности земли лепесток диаграммы направ­ ленности, определяющий наибольшую дальность связи, имеет мак­

симум при ft = 0,или sin 6макс <=•

Зная направление излучаемой волны (бма„с) и высоту иони­ зированного слоя Н (рис. 5.3), можно определить расстояние г между передающей и приемной станциями, которые поддерживают связь с помощью волны, однократно отраженной от ионосферы;

/ / = 42- t g 6макс»