книги / Основы радиотехники и антенны. Антенны

С увеличением расстояния s между вибраторами напряжение Un, наводимое в пассивном вибраторе при неизменном токе актив­ ного вибратора, уменьшается по величине и в большей степени отстает по фазе (YI) от тока в активном вибраторе. Это подтверждает­ ся табл. 6.1, данные которой сняты при токе в активном вибраторе, равном 1а.

На рис. 6.6 показаны диаграммы направленности антенны, со­ стоящей из активного А и пассивного П вибраторов. Диаграммы, расположенные по вертикали, соответствуют одному значению рас­ стояния между вибраторами s, а следовательно, и одному значе­ нию уг, а диаграммы, расположенные по одной горизонтали, сняты при одинаковом значении длины вибратора, т. е. при равных углах у2. Благодаря этому, ориентируясь по параметрам yt, у2, соответствующим положению данной диаграммы, легко определить угол у сдвига фазы тока в пассивном вибраторе относительно гока в активном вибраторе:

У = Yi + Y*

Исследуя эти диаграммы, можно отметить следующее:

1.Если угол у находится в первых двух четвертях, то пассив­ ный вибратор выполняет роль рефлектора. Если же угол у »асположен в третьей и четвертой четвертях, то тот же вибратор являет­ ся директором.

Иными словами, ток в рефлекторе опережает по фазе, а ток

вдиректоре отстает по фазе относительно тока в активном вибра­ торе.

2.Существуют вполне определенные значения y^s), у2 и у, при которых пассивный вибратор наиболее эффективно работает как рефлектор или директор. Например, для получения эффекта рефлектора целесообразно установить:

Эти частные случаи иллюстрируются векторными диаграмма­ ми (рис. 6.7). Например, согласно диаграмме рис. 6.7, * ток в актив­

3. Отрицательные значения угла у2 для рефлектора и положи­ тельные значения этого угла для директора служат доказательством

различном расстоянии между ними и различной длине (настройке) пассивного вибратора.

< 73,1 ом), Это затрудняет согласование антенны с фидером, в свя­ зи с чем в качестве активного вибратора директорной антенны часто используют петлевой вибратор с повышенным значением Rv.

Форма диаграммы направленности антенны типа «волновой канал» зависит от числа вибраторов в антенне и, в частности, от числа директоров. Увеличение числа директоров способствует уси­ лению направленного действия антенны. Установленная выше фор­ мула коэффициента направленного действия атенны бегущей волны

где /А — общая длина антенны (от рефлектора до крайнего дирек­ тора);

kx = 5-ь 10 — коэффициент, зависящий от числа директоров. Чем больше директоров в антенне, тем труднее обеспечить наи­ более выгодные фазовые сдвиги между токами в вибраторах и гем меньше kx. Обычно число директоров в антенне не превышает 10.

При этом ширина диаграммы направленности 2ср' « 20 -ь 40°. Так как каждый дополнительный вибратор в антенне изменяет

характер ее поля, то оптимальные размеры антенны с несколькими директорами (см. рис. 6.5) отличаются от указанных оптимальных размеров антенны с двумя вибраторами.

Антенны директорного типа применяются в диапазоне метро­ вых и дециметровых волн. Преимущество этих антенн заключается в простоте схемы питания и конструкции и в малых габаритах. К не­ достаткам антенн директорного типа относится трудность подбора размеров вибраторов и расстояния между ними. Директорные ан­ тенны узкополосные вследствие того, что направленность таких ан­ тенн в большой мере .определяется фазовыми соотношениями, за­ висящими от частоты.

39. Диэлектрические антенны

Диэлектрические антенны представляют собой один или не­ сколько конусообразных стержней, изготовленных из диэлектрика с малыми потерями. В качестве такого диэлектрика широко приме­ няют полистирол, имеющий относительную диэлектрическую про­ ницаемость е = 2,5 и угол потерь 10"2 -ъ 5• 10_3.

Стержень 1 (рис. 6.8) возбуждается штырем 2, являющимся продолжением внутреннего провода коаксиальной линии «3 питаю­ щей антенны. Наружный провод фидера соединяется с металличес­ ким патроном 4Укоторый отражает волны, возбуждаемые штырем, и этим обеспечивает их распространение только по другую сторону штыря. В некоторых конструкциях одну половину стержня срезают, а другую помещают на металлическое основание, которым по методу

зеркальных изображений восполняется недостающая половина' стержня.

Известно, что в диэлектрическом стержне соответствующего сечения распространяются электромагнитные волны, которые по структуре полей можно отнести к волнам типа НЕп . Электрическое поле волны НЕп преимущественно поперечное. Значит во всем объе­ ме стержня имеются поперечные токи смещения. Как и токи проводи­ мости, они способны вызвать излучение волн. Если добиться пол­ ного излучения электромагнитной энергии с поверхности стержня (чтобы от его открытого конца энергия не отражалась), то имеющие­ ся в стержне поперечные токи смещения образуют антенну бегущей

волны с осевым излучением. Последняя отличается от рассмотрен­ ной в § 35 непрерывным (вместо дискретного) расположением эле­ ментарных излучателей.

Функцию направленности такой антенны в меридиональной плоскости /(ср) получаем из уравнения (83), обозначив в его числи­

Теперь заменяем в знаменателе синус весьма малого угла са-

nlA

мим углом -JJJ- (k3—cos ф) и, разделив все выражение на постоян­

ный множитель N, переходим к нормированной функции направ­ ленности антенны:

40. Спиральные антенны

Спиральная антенна представляет собой свернутый в спираль провод /, который питается через коаксиальный фидер 2 (рис. 6.11, а). Внутренний провод фидера соединяется со спиралью, а внешняя оболочка фидера — с металлическим диском 3.

Свойства спиральной антенны в значительной мере опреде­ ляются формой и размерами спирали. По форме спираль может быть не только цилиндрической, как на рис. 6.11, но и конической, плос-

Рис. 6.11. Спиральная антенна.

кой или иметь вид ломаной линии. Цилиндрическая спиральная антенна характеризуется следующими геометрическими размерами:

а — радиус спирали, s — шаг спирали,

/с — длина одного витка спирали, р — число витков спирали,

ка спирали (рис. 6.11, б), между размерами антенны имеются сле­ дующие зависимости:

меньше отражается она от его конца, а это и требуется для полу­ чения режима бегущих волн в антенне. Что касается осевого излу­ чения, то оно происходит при определенных размерах спирали (рис. 6.12).

Волна тока распространяется вдоль провода спирали со ско­

волна должна пройти в воздухе расстояние большее, чем длина волны, на шаг s:

При таком коэффициенте замедления токи в любых двух се­ чениях, расположенных под углом 90° (например, в 1—2, 2—3, 3—4, 4—5), вызывают на оси О'О" поля, которые сдвинуты по фазе на 90° и поляризованы под углом 90° В результате сложения этих линейно-поляризованных волн получаются волны с круговой поля­ ризацией. Отсюда следует вывод: выражение (96) является одновре­ менно условием получения осевого излучения и волн с круговой поляризацией.