книги / Основы радиотехники и антенны. Антенны

где ZdA — волновое сопротивление вибратора, которое принято равным 800 ом.

И в том, и в другом случае входное сопротивление вибратора значительно отличается от волнового сопротивления фидера (ZB$ =3 = 400 4- 600 ом), естественный /гов велик и необходим согласую­ щий элемент (например, индуктивный шлейф, как на рис. 5.4).

Существует способ параллельного питания симметричного полуволнового вибратора, позволяющий без дополнительных элементов согласовать фидер с антенной на фиксированной волне. В этой конструкции (рис. 5.5) вибратор длиной I = 0,47Х (с учетом эффекта «укорочения») не имеет промежуточного изолятора. В средней точке вибратора, где имеются пучность тока и узел

Рис. 5.5. Схема параллельного питания симметричного вибратора.

напряжения (U = 0), активная составляющая входного сопротивления /?вх = = 0, а в крайних точках вибратора о, d, где существует пучность напряжен ия и узел тока, при ZbA = 800 ом

убедиться, если учесть, что между а и Ь параллельно включены две части вибратора, из которых одна — внутренняя — эквивалента короткозамкнутой

При таких размерах линии реактивная составляющая входного сопро­ тивления вибратора между а — b равна

диапазонной антенной. Если питание к диполю подводится двух­ проводным фидером, необходим согласующий элемент в виде про­ межуточной экспоненциальной линии типа ТФ4 600/300.

Цилиндры диполя образуются из 6—8 проводов, монтируемых на кольцах из оцинкованной железной проволоки. Для того чтобы ослабить увеличение распределенной емкости диполя по мере при­ ближения к фидеру, провода вибратора по краям его половин со­ бирают в жгуты. Это облегчает согласование фидера и вибратора, которые соединяют непосредственно или через промежуточную ли­ нию, выполняющую роль снижения антенны. Линия снижения может служить элементом согласования фидера с вибратором.

В соответствии с ГОСТ 6497-53 и 8025-56 диполь Надененко

20

обозначают, например, ВГД -рг 2, т. е. «Вибратор горизонтальный

диапазонный с длиной, одного плеча 20 ж, со средней высотой под­ веса над землей 15 м и диаметром вибратора 2 м».

32. Синфазные горизонтальные антенны

Принцип действия. Направленное действие антенны можно зна­ чительно усилить, переходя от одиночного излучателя к системе однотипных излучателей, которые расположены определенным об­ разом в пространстве и возбуждаются токами, равными между собой

либо закономерно отличающимися по амплитуде и фазе. Такая си­ стема называется решеткой вибраторов.

Решетка, излучатели (элементы) которой расположены попря­ мей линии, называется линейной (рис. 5.7, а). Если вся система из­ лучателей размещается в одной плоскости, то решетка называется плоской (рис. 5.7, б), а если в двух или более плоскостях — то объем­ ной или пространственной (рис. 5.7, в). При равном расстоянии

между элементами решетка называется эквидистантной. Плоская решетка обычно образуется из прямолинейных излучателей, а объем­ ная — из плоских.

Простейшая решетка — двухвибраторная — уже встречалась. Тогда вертикальный вибратор со своим зеркальным изображением создавал синфазную систему, а горизонтальный — противофазную.

Значительно большую направленность можно получить в син­ фазной многовибраторной антенне (рис. 5.8). Это плоская решетка, состоящая из п этажей (п прямолинейных решеток), в каждом (каждой) из которых имеется р синфазных полуволновых вибрато­

ров, расположенных горизонтально. Обозначается синфазная гори­

зонтальная антенна СГ-^, а при наличии рефлектора СГ^Р. Рефлек­

тор предназначен для однонаправленного (только по одну сторону от плоскости • решетки гх) излучения и приема. Эти антенны экви­ дистантные: в них расстояние по горизонтали между соседними вибраторами равно а = Л/2 и между этажами b = АУ2.

Функция направленности многовибраторной антенны пред­ ставляет собой произведение трех множителей, из которых первый учитывает направленные свойства одиночного вибратора, второй — наличие р вибраторов в одном этаже, третий — наличие п этажей в антенне. Второй и третий образуют так называемый множитель решетки.

Горизонтальный симметричный вибратор не обладает направ­ ленными свойствами в вертикальной плоскости, поскольку эта плоскость для него является экваториальной. Функция направлен­ ности горизонтального полуволнового вибратора в меридиональной плоскости

отличаегся от функции (13) тем, что зенитный угол 9 заменен ази­ мутальным углом <р. Такая замена вызвана тем,что функция (13) выведена для вертикального вибратора, а в данном случае применя­ ются горизонтальные вибраторы.

Введем второй множитель в функцию направленности антенны. Для этого каждый из р вибраторов, составляющих один этаж ан­

Значительная удаленность точки М от антенны позволяет счи­ тать, что лучи, соединяющие эту точку с вибраторами, направлены

Рис. 5.9. Прямолинейная решетка горизонтальных вибраторов.

параллельно и амплитуды напряженности полей отдельных вибра­ торов равны между собой:

При этих условиях поля вибраторов, расположенных рядом на расстоянии а = X/2, отличаются только сдвигом по фазеф', обус­ ловленным разностью хода волн

На рис. 5.9, б показана векторная диаграмма сложения полей отдельных вибраторов, сдвинутых по фазе относительно друг друга на угол ф '. Векторы образуют правильный многоугольник (Ет = ~ Егт = Е = ЕВт), замыкающая сторона которого Е/т соответствует результирующей напряженности поля в точке М.

Из геометрии известно, что правильный многоугольник может быть вписан в окружность, центр которой находится на пересече­ нии перпендикуляров, восстановленных к серединам сторон мно­ гоугольника. Исходя из этого легко доказать, что центральный

угол, охватывающий каждый из составляющих векторов, равен ф ', а центральный угол, соответствующий результирующему вектору Eim, равен р\|>.

Из решения прямоугольного треугольника ОАВ следует, что радиус окружности равен

Рис. 5.10. Прямолиней­ ная решетка эквивалент­ ных вибраторов, распо­ ложенных по вертикали.

а из треугольника ОАС тот же радиус

АС Е1т

Разделив амплитуду результирующего поля Егт на амплитуду поля одного вибратора Eim, получаем интерференционный множи­ тель / 2(ф), который характеризует усиление направленности антен­ ны за счет вибраторов, расположенных в одном этаже:

(64)

Для того чтобы учесть наличие п этажей в антенне, заменим все вибраторы, расположенные в каждом этаже, одним ненаправленным вибратором 1, II, III,... ,п, расположенным в средней точке ряда (на оси г) (рис. 5.10). В данном случае поля соседних вибраторов имеют в экваториальной плоскости гу (<р = 90°) сдвиг по фазеф", соответст­ вующий разности хода волн b cos 0:

Следовательно, по аналогии с предыдущим случаем третий множитель функции направленности антенны можно представить в та­ ком виде

пп

COS0 )

/а (в) тс

-g“ cos0)

Данная формула верна только для экваториальной плоскости. Если поле определяется вне этой плоскости, в точке с угловыми координатами 0 и <р то разность хода волн от соседних вибраторов 1, 11, 111,..., п может быть найдена как проекция отрезка b cos 0 на плоскость, повернутую относительно экваториальной на угол я/2—ф. Это дает сдвиг по фазе, обусловленный разностью хода волн,

b cos б cos — ф^j = - ^ fc cos 0 sin Ф = я cos 0 sin ф,

и множитель

( ~ПП~cos 0 sin ср)

2

fa (0>Ф)

Таким образом, функция направленности синфазной много­ вибраторной антенны равна

/ Ф, Ф) = h (Ф) fa (Ф) fa Ф. Ф) =

COS coscp^ sin ^^g~ces<p j sin’ cosO sin ф j

Направленные свойства плоской решетки синфазных вибрато­ ров. На основании уравнения (65) можно сделать следующие выводы:

sin 90®

Эту неопределенность можно раскрыть, если учесть, что синус малого угла равен самому углу. Тогда

Иначе говоря, в направлении оси у, перпендикулярной плоскости решетки (zx), напряженность поля максимальна — в пр раз больше напряженности поля одного вибратора. В этом направлении отсут­ ствует разность хода волн от вибраторов, и так как последние воз­ буждаются токами равной амплитуды и фазы, то поля их арифме­ тически складываются и в рп раз (по числу вибраторов) больше, чем у одного вибратора.

2. Множитель решетки для вертикальной плоскости (ср = 90°)

п е ) = р

имеет максимум при 0 = 90°, равный /^(0) = рп. Поэтому норми­ рованная диаграмма направленности антенны в вертикальной плос­

Как показывает это выражение, форма данной диаграммы за­ висит исключительно от числа этажей п и соответственно от размеров