Доклад (Готовый семинар), страница 2

Рис. 6 12. Диаграммы направленности полуволнового вибраторе:

Направленность излучения антенных устройств обычно желательна. За ред­ким исключением абсолютно ненаправ­ленное излучение не только не нужно, но и не выгодно, так как всегда сущест­вуют направления, по которым излу­чать энергию не имеет смысла, и, на­оборот, есть направления, по которым желательно создавать максимально ин­тенсивное излучение. Часто конструи­руют специальные антенные системы, обладающие резко выраженными направ­ленными свойствами. Обычно диаграмму направленности характеризуют шириной, оценивая ее углом между двумя на­правлениями, по которым мощность из­лучения уменьшается в два раза по сравнению с мощностью излучения по главному направлению.

Предположим, что приемник прини­мает сигналы от передатчика, работаю­щего с абсолютно ненаправленной «изо­тропной» антенной, излучающей энер­гию равномерно по всем направлениям. Если затем заменить эту антенну на­правленной и направить максимум из­лучения в сторону приемника, то при той же мощности излучения громкость приема возрастет. В этом случае замена ненаправленной антенны на направлен­ную эквивалентна увеличению мощности передатчика. Число, которое показыва­ет, во сколько раз можно уменьшить мощность передатчика при переходе с ненаправленной антенны к направлен­ной, сохраняя неизменной силу сигнала в направлении главного излучения, при­нято называть коэффициентом направленного действия ан­тенны. Например, .полуволновый ди­поль обладает коэффициентом направ­ленного действия, равным 1,64. Посколь­ку абсолютно ненаправленных антенн не существует, то более реальную оценку коэффициента натравленного действия можно получить сравнением направлен­ности различных антенн с некоторой наиболее часто употребляемой слабо на­правленной антенной. Такой образцовой антенной обычно считают полуволновый симметричный диполь. В дальнейшем мы и будем определять коэффициент на­правленного действия антенн по отноше­нию к его излучению в направлении максимального излучения. Произведение этого коэффициента направленного дей­ствия на КПД антенны принято назы­вать усилением и выражать его в децибелах.

Выше говорилось главным образом о передающих антеннах, излучающих электромагнитные волны, но сделанные выводы относятся и к приемным антен­нам. Так, если при передаче антенна да­ет максимальное излучение электромаг­нитных волн в некотором направлении, то при работе этой же антенны в каче­стве приемной приходящие с этого на­правления волны будут наводить наи­большие токи в антенне; волны, прихо­дящие с тех направлений, куда антенна при передаче не излучает, воздействия на антенну -при приеме не оказывают.

Иными словами, направленные свой­ства антенны при переходе с передачи на прием не изменяются. Поэтому при приеме станций с заданного направле­ния всегда выгодно использовать на­правленную приемную антенну, не при­нимающую передачу мешающих радио­станций с других направлений. Она бу­дет создавать на входе приемника более мощный сигнал, чем ненаправленная антенна. На основании этого можно ска­зать, что понятия коэффициента на­правленного действия и усиления оста­ются в силе и при работе антенны на прием. Это свойство обратимо­сти антенн позволяет без ущерба ограничиться рассмотрением их харак­теристик при работе только на пере­дачу.

Рассматривая резонансные кривые симметричной антенны, можно убедиться в том, что одна и та же антенна обладает бесконечным мно­жеством резонансных частот. Оставляя неизменной длину антенны и изменяя длин волны, можно получить резонанс­ные явления в ней всякий раз, когда вдоль нее будет укладываться целое число полуволн. При этом наиболее длинной резонансной волной будет та, половина которой уложится в антенне. Эту волну принято называть основной резонансной волной антенны. Более ко­роткие волны, для которых антенна так­же оказывается настроенной в резонанс, называют высшими гармониками антен­ны. При этом им приписывают номер по числу полуволн, которые укладываются вдоль провода антенны.

Справедливость высказанного суж­дения легко понять, рассмотрев распре­деление стоячих волн тока в проводе симметричной антенны в тех случаях, когда вдоль него укладывается целое число полуволн (рис. 6.18). Каждый полуволновый отрезок провода можно рас­сматривать как участок, изолированный от других, поскольку на его концах ток в любой момент времени равен нулю. Как уже было показано, полуволновый провод представляет собой резонансную систему. Следовательно, и во всем про, содержащем целое число полу­волн, имеет место резонанс. Высшие гар­моники антенны принято делить на чет­ные и нечетные ib зависимости от того, четное или нечетное число полуволн ук­ладывается ib проводе.

Симметричные антенны представля­ют собой резонансные системы, особен­но хорошо излучающие все полны, це­лое число полуволн (которых укладыва­ется вдоль их длины. Несимметричные антенны также представляют собой ре­зонансные системы. Но они особенно хо­рошо излучают те волны, целое число четвертей которых укладывается вдоль их длины. Основной резонансной вол­ной для них будет та, четверть длины которой равна длине антенны.

Рис. 6.18. Распределение тока в симметричных и несимметричных вибраторах на основной

и высших гармоник

На основной волне (рис. 6.18,а) и всех нечетных гармониках (рис. 6.18,в,д и ж) точки литания располагаются з пучности тока, и в антенне имеет место резонанс напряжения. При этом ее вход­ное сопротивление невелико и равно со­противлению потерь в пени антенны. На всех четных гармониках (рис. 6.18,6, г,е и з) точки, к которым подводится пи­тание, оказываются расположенными в узлах тока, и в антенне имеет место ре­зонанс токов. При этом ее входное со­противление становится весьма значи­тельным.

При переходе с одной нечетной гар­моники на другую нечетную или с од­ной четной на другую четную входное сопротивление антенны меняется сравни­тельно мало; при переходе же с чет­ной гармоники на нечетную или наобо­рот оно изменяется очень сильно. Это свойство позволяет 'без перестройки эф­фективно использовать антенны для ра­боты на нескольких фиксированных вол­нах (при этом обычно используются ли­бо четные, либо нечетные гармоники). Антенны, работающие на высших гар­мониках, получили название гармо- н и к о в ы х.

На рис. 6.19 показаны диаграммы направленности симметричных антенн в плоскости, проходящей через ось виб­раторов, при различных отношениях l/λ без учета влияния земли. Для того

Рис. 6.19. Диаграммы направленности симметричных вибраторов различной длины

чтобы получить диаграмму направлен­ности в вертикальной плоскости несим­метричных заземленных вибраторов вдвое меньшей высоты, нужно повернуть всю картину на 90° и отрезать ниж­нюю половину по штриховой линии. Из проведенного рассмотрения становится ясно, что входное сопротивление и на­правленные свойства вибратора завися1 от отношения 1/лямбда или, как говорят, «электрической длины» вибра­тора, т. е. его длины, выраженной в до­лях рабочей волны.

2