военка_оригинал (Готовый семинар), страница 2

Дри расчете антенны очень важно знать ее входное сопротивление при ре­зонансе. В этом случае входное сопро­тивление антенны имеет чисто активный характер. Мощность, потребляемая в ан­тенне,

(6.9)

(6.10)

При резонансе, когда длина диполя равна 0,5А; 1,5Я; 2,5Х и т. д., антенна питается в пучности тока. Следователь­но, /авх = /гпа и согласно выражению (6.3)

= ^ + С⁶"¹¹)

Это сопротивление относительно ма­ло (порядка единиц или десятков ом).

Характер изменения входного сопро­тивления при изменении отношения /Д вблизи значений 0,5; >1,5; 2,5 и т. д. (рис. 6.7) соответствует его поведению вблизи резонанса в последовательном контуре. Поэтому часто говорят, что при данном отношении /Д в антенне имеет место резонанс напряжений. ,Когда дли­на диполя равна Я, 2Х, ЗК и т. д., пита­ние антенны производится в пучности напряжения и мощность, потребляемая в антенне,

(6.12)

Рис. 6.7. Зависимость входного со­противления симметричного вибрато­ра (антенны) от его электрической длины

откуда

Так как отношение амплитуды на­пряжения к амплитуде тока равно вол­новому сопротивлению, то

(6.14)

Для обычных проволочных антенн Z₀a=1000 0,м, .a Ra имеет порядок еди­ниц или десятков ом и Ra вх составля­ет тысячи и даже десяжи тысяч ом. Ри­сунок 6.7 показывает, что входное со­противление при изменении отношения /Д вблизи значений, соответствующих целым числам, изменяется аналогично сопротивлению параллельного контура вблизи резонанса. Поэтому часто гово­рят, .что при таком отношении /Д име­ет место резонанс токов.

Условия питания антенны в пучно­сти тока и пучности напряжения резко различаются. В первом случае антенна представляет собой активную нагрузку с небольшим сопротивлением и потреб­ляет сравнительно большой ток, ампли­туда же напряжения на входе незначи­тельна. Во втором случае антенна име­ет очень большое входное сопротивле­ние и потребляет очень небольшой ток, амплитуда ■ же напряжения на входе от­носительно высока. Поэтому часто го­ворят, что в первом случае антенна пи­тается током, а во втором — напряже­нием.

Сравнение графика, приведенного на рис. 6.7, с аналогичными зависимостями, снятыми для реальной линии (см. рис. 5.19), показывает полную родственность явлений в длинной линии и антенне. Однако следует отметить и ряд следую- щих особенностей: 'резонансные кривые антенн значительно 'менее -острые, чем у длинных линий; активная составляющая входного сопротивления антенны при ре­зонансе напряжений много больше, чем у реальной линии, а при резонансе то­ков много меньше; с увеличением дли­ны антенны (максимумы резонансной кривой сильно убывают и становятся бо­лее расплывчатыми; точная резонансная длина антенны на несколько процентов меньше целого числа полуволн. Эти осо­бенности объясняются тем, что потери в антенне вследствие излучения намного больше, чем в обычной неизлучающей линии.

Из резонансных характеристик по- луволновых вибраторов различного диа­метра, приведенных на рис. 6.8, видно, числу полуволн, появляется индуктив­ная составляющая входного сопротивле­ния, для компенсации которой нужно несколько укоротить вибратор.

Резонансные свойства антенны су­щественно зависят от диаметра вибра­тора. С увеличением диаметра умень­шается волновое сопротивление, а зна­чит, изменяется и входное сопротивле­ние. Поэтому и размер укорочения, не­обходимого для компенсации реактивной части входного сопротивления, стано­вится другим. Это подтверждается ре­зонансными кривыми антенн из прово­да различного диаметра (рис. 6.8). Они показывают, что с увеличением диамет­ра вибратора его укорочение возра­стает.

Расчет укорочения вибратора щро-

Рис. 6 8. Резонансные характеристики полуволновых вибрато­ров различного диаметра

что точная резонансная длина вибрато­ра оказывается несколько меньше 0,5Х. Это объясняется некоторым изменением распределения стоячих волн в вибраторе по сравнению с линией, не имеющей по­терь на излучение. Вследствие этого у антенны, длина которой равна целому

изводится in о формуле

(6.15)

где А/ — укорочение полуволнового виб­ратора, a d—диаметр вибратора

.

При укорочении нужно сохранять симметрию антенной системы, т. е. уко­рачивать обе половины вибратора на А//2. Для обычных однопроводных ан­тенн укорочение составляет около 5% длины антенны. Поэтому резонансную длину полуволнового вибратора можно рассчитать по формуле

(6.16)

где /_Рез — в метрах, a f — в мегагерцах.

Точная резонансная длина вибрато­ров, кроме того, зависит от числа и мес­та установки изоляторов, от изолирую­щего покрытия провода антенны и от наличия расположенных вблизи предме­тов (оттяжек, мачт, железобетонных строений и т. :п.), вносящих дополни­тельные потери в антенну. Поэтому окончательная настройка антенны про­изводится уже .после ее установки.

Резонансные характеристики на рис. 6.8 .показывают, что чем больше диаметр провода, тем шире полоса про­пускания антенны. Это свойство антенн часто используется на практике Напри­мер, для приема телевизионных пере­дач, содержащих широкую полосу час­тот, применяют антенны, выполненные из проводов большого диаметра.

Если передатчик работает в ши­роком диапазоне частот, то приходится иметь дело с расстроенной антенной. Для получения резонанса с помощью ор­ганов настройки компенсируют реак­тивную составляющую входного сопро­тивления антенны. При этом активную составляющую можно подсчитать исхо­дя из следующих соображений. Мощ­ность, потребляемая в антенне, Ра —

= j /²а вх#а вх, где амплитуда тока на

входе антенны определяется из уравне­ния стоячей волны тока: /авх = 2 nl

Срлшивая это выражение с форму­лой для вычисления сопротивления ан­тенны (6 4), .находим, что

(6.17)

= /mA sin—-. Следовательно, А

Формула (6.17) справедлива для антенн любой длины, за исключением случаев резонанса токов, когда точки пи­тания попадают в узел тока; в этом слу­чае нужно пользоваться формулой (6.14).

При одном и том же токе в пучно­сти антенны различной формы и разме­ров создают разную напряженность по­ля излучения. Для того чтобы легче можно было сравнивать между собой различные антенны, вводят еще один пч- раметр: действующую длину антенны. Как уже говорилось ранее, мощность излучения отрезка провода антенны про­порциональна квадрату тока в этом от­резке. Следовательно, напряженность поля .пропорциональна току в первой степени. Подсчитать напряженность ре­зультирующего поля антенны можно графически, построив в определенном масштабе график распределения тока з антенном проводе (рис. 6 9,а). Разбив

Рис. 6 9. Определение действующей высоты антенны:

а — распределение тока в реальной антенне; б — эквивалентная антен­на с той же «площадью тока» при его равномерном распределении

полученный график на небольшие участ­ки (в пределах которых ток можно счи­тать неизменным), умножим их длину на ток и, просуммировав, определим пло­щадь Sti участка, ограниченного кривой тока и приводом антенны. Сокращенно эту площадь называют площадью тока антенны.

Антенны с одинаковой площадью тока излучают одинаковое количество энергии. Поэтому удобно характеризо­вать излучение антенны, заменяя ее не­которой прямолинейной воображаемой антенной, имеющей ту же площадь тока, но в которой ток одинаков по всей ее длине и равен току в пучности стоячей волны тока реальной антенны (рис. 6.9,6). Длину такой воображаемой ан

-

теины называют действующей длимой реальной антенны. Это поня­тие было ©ведено еще ib то время, когда использовались главным образом верти­кальные антенны. Поэтому данный пара­метр часто называют действующей высотой, а «е длиной антенны.

Чем равномернее распределение то­ка то алтейному inроводу, тем ближе действующая высота антенны к геомет­рической и тем лучше используется из­лучающий провод. Действующая высо­та полуволнового вибратора /1_д = 0,64/1_г, где h_r — геометрическая длина вибрато­ра. Введение этого понятия позволяет получить общую для всех типов антенны зависимость напряженности электриче­ского ноля, создаваемого в некоторой точке пространства, от тока, действую­щей высоты и расстояния до данной точки. Напряженность поля, создавае­мая антенной, пропорциональна площа­ди тока, т. е. произведению тока в пуч­ности иа действующую высоту. С уве­личением расстояния от антенны на­пряженность поля убывает обратно про­порционально расстоянию г:

(6.18)