военка_оригинал (Готовый семинар), страница 5

Рис. 6.20. Сложение волн двух противофазных виб­раторов

через отрезок времени t = D/c. Если рас­стояние D равно половине длины вол­ны, то волна подойдет к (вибратору 2 через полпериода после того, как она была излучена вибратором 1. За это время ток в вибраторе 2, фаза которо­го на 180° отличается от фазы тока в вибраторе /, изменит фазу на 180° ч будет излучать волну, фаза которой сов­падает с фазой волны, пришедшей от вибратора 1. При этом произойдет сло­жение обеих волн. Вполне очевидно, что аналогичная картина будет проис­ходить при движении волн в противо­положном направлении, т. е. в направ­лении от вибратора 2 к вибратору /.

В других направлениях (рис. 6.21,а) разность хода между обеими излучен­ными волнами .меньше, поскольку она всегда меньше отрезка А Б. По этим на­правлениям волны складываются, не совпадая по фазе, и суммарное поле по­лучается меньше, чем в направлении оси системы (т. е. линии АБ, перпендику­лярной осям вибраторов). При угле <р>45° происходит частичное взаимное уничтожение волн и при ф = 90°, т. е. в направлении, перпендикулярном оси сис­темы, разность хода становится равной нулю и обе волны полностью взаимно уничтожаются. На рис. 6.21,а приведе­на диаграмма направленности такой противофазной системы в плоскости, перпендикулярной оси вибраторов. Диа­грамма направленности в плоскости, проходящей через ось вибраторов, зави­сит от того, является ли каждый из них

Рис. 6.21. Диаграммы направленно­сти противофазных антенн в плоско­сти, перпендикулярной оси вибрато­ров:

а — для двух вибраторов; б — для четырех вибраторов

той же .плоскости так, чтобы расстояние между соседними проводами было око­ло 0,5?i (рис. 6 21,6), то она будет соз­давать дополнительное усиление излуче­ния в направлении оси системы. При достаточно большом числе противофаз­ных излучателей можно получить очень острую диаграмму направленности, мак­симум которой направлен вдоль оси антенной системы. Такие антенны отно­сятся к классу продольных излу­чателей. Следует заметить, >что рас

-

стояние в лолволны между противофаз­ными излучателями не является обяза­тельным. Противофазные антенны с уменьшенным расстоянием между виб­раторами обладают значительно большей направленностью, чем рассмотренная на­ми система.

.Причину увеличения направленности при уменьшении расстояния между виб­раторами (D<0,5X) нетрудно понять из рассмотрения диаграммы направленности антенны при расстоянии между вибрато­рами D = 0,5А, (рис. 6 21,а). В направле­ниях, близких к оси системы, разность фаз волн, излученных обоими вибрато­рами, невелика, и результирующая вол­на уменьшается сравнительно мало. В направлениях же, далеких от оси сис­темы, разность фаз получается большой, я небольшое изменение направления при­водит iK резкому изменению амплитуды суммарной волны. У антенны с укоро­ченными расстояниями между вибрато­рами уже по оси системы имеется зна­чительная разность фаз. Поэтому даже небольшое отклонение от него приводит к резкому уменьшению амплитуды сум­марной волны и диаграмма направлен­ности оказывается много острее, чем у противофазных антенн, у которых D — = 0,5А,. Чем меньше расстояние между вибраторами, тем выше направленность антенной системы, но одновременно тем сильнее уменьшается сопротивление из­лучения антенны. Лоэтому обычно рас­стояние между вибраторами берут не менее 0,1 X.

Синфазные системы, т. е. системы, состоящие из вибраторов, токи в кото­рых совпадают по фазе, имеют макси­мум излучения в направлении, перпен­дикулярном оси системы, так ,как вол­ны, излученные вибраторами в этом на­правлении, не имеют разности хода и, следовательно, складываются друг с другом в одинаковых фазах (рис. 6.22) В других направлениях проявляется не­которая разность хода, возрастающая по мере уменьшения угла <р. Наиболь­шего значения разность хода достигает в направлении оси системы. В случае, изображенном на рис. 6.22,а, она равна половине волны. Поэтому в этом на­правлении волны взаимно уничтожают­ся. Таким образом, синфазная система имеет максимум излучения в направле­нии, по которому противофазная систе­ма не излучает, и не излучает в на­правлении, по которому противофазная система имела максимум излучения.

Как синфазные, так и противофаз­ные антенны обладают двунаправлен­ным излучением, т. е. имеют одинаковые максимумы излучения в двух противо­положных направлениях. Однонаправ­ленное излучение получается, когда в вибраторах, расположенных на расстоя­нии в четверть волны друг от друга, токи сдвинуты по фазе один относитель­но другого на четверть периода. Если ток в вибраторе 1 ,(рис. 6.23,а) опере­жает по фазе на 90° ток в вибраторе 2, то волна вибратора У, движущаяся в сторону вибратора 2, достигает послед­него через промежуток времени t = лямбда/4с = T/4. В это время ток в нем бу­дет иметь ту фазу, которую имел ток в вибраторе 1 при излучении волны, до­шедшей теперь до вибратора 2. Поэтому волна вибратора 2 будет синфазна с волной, пришедшей от вибратора /, и обе волны будут складываться. В ре­зультате этого в направлении А суммар­ная волна будет в 2 раза больше волн каждого из вибраторов.

В противоположном направлении Б имеет место обратная картина. Пока волна вибратора 2, ток в котором отста­ет на четверть периода от тока вибра­тора /, достигнет последнего, пройдет четверть периода, и ток в вибраторе 1 к этому моменту времени уже на полпе­риода опередит ток вибратора 2, соз­давшего волну, подошедшую к вибрато­ру /. Последняя окажется в противофазе с волной, излученной вибратором 1,

Рис. 6.22 Излучение двух синфазных вибраторов: а — сложение волн; б — диаграмма направленности

Рис. 6.23. Система из двух излучателей, обла­дающая однонаправленным излучением: а — сложение волн вибраторов; б — диаграмма направленности в плоскости вибраторов; в — диаграмма направленности в плоскости, перпен­дикулярной 'вибраторам

и в направлении Б волны взаимно унич­тожаются. По другим направлениям из-за другой разности хода происходит либо частичное уничтожение, либо час­тичное сложение волн. Из диаграммы направленности такой системы (рис. 6.23,6 и в) видно, что вибратор, в кото­ром ток опережает по фазе ток другого вибратора, как бы отражает излученные последним волны и посылает их в про­тивоположном направлении. Благодаря такому действию вибратора 1 его называют рефлектором (или зерка­лом), а вибратор 2 — антенной.

Однонаправленность может быть по­лучена и при других расстояниях между вибраторами, но тогда разность фаз то­ков в них должна быть иной. Если, на­пример, сделать расстояние меньше чет­верти волны, то для того чтобы волна, достигшая рефлектора, встретила проти­вофазную волну, нужно, чтобы ток в рефлекторе опережал ток в антенне на угол больше 90°. В случае уменьшен­ных расстояний между антенной и реф­лектором, даже по оси системы ,в на­правлении главного излучения, между волнами вибраторов при их сложении есть некоторая разность фаз, поэтому уменьшение излучения по боковым на­правлениям будет более резким, чем при расстоянии в четверть волны, и диаграм­ма направленности таких антенн будет уже

.

этом ток в вибраторе 2 будет опере­жать ток в вибраторе 1 и диаграмма направленности антенны изменит свою ориентацию на 180° (рис. 6.25). То же

Волна, излученная антенной и па­дающая на рефлектор, наводит в нем значительные токи. Если наведенный ток будет опережать по фазе на 90° ток в антенне, то рефлектор будет выпол­нять свои функции, не требуя самостоя­тельного питания. Нужный сдвиг фаз всегда можно установить соответствую­щей настройкой рефлектора, заключаю­щейся ib подборе его длины. Рефлектор может представлять для наведенных то­ков активное (если его длина равна Х/2), емкостное (если его длина мень­ше К/2) или индуктивное (если его дли­на больше Х/2) сопротивление, в резуль­тате чего токи в нем окажутся на тот или иной угол сдвинутыми по фазе по отношению к возбуждающей в нем ЭДС волне.

Вследствие того, что ток, наведен­ный в рефлекторе, всегда меньше тока в антенне, полной компенсации излуче­ния в направлении, обратном направ­лению главного излучения, достигнуть не удается. Поэтому диаграмма на­правленности антенны с таким рефлек­тором (рис. 6.24) всегда будет не-

Рис. 6.24. Диаграмма на­правленности антенны с пассивным рефлектором

сколько хуже диаграммы антенны с питаемым рефлектором.

Рефлекторы, не требующие само­стоятельного питания и возбуждающие­ся полем излучения антенны, называют­ся пассивными в отличие от реф­лекторов, питаемых от генератора, кото­рые называются а к т и в н ы м и. Антен­ны с пассивными рефлекторами имеют более простую систему питания и ме­нее сложны в настройке. Поэтому они получили широкое распространение.

В системе, состоящей из антенны и активного рефлектора, вибраторы мож­но заставить поменяться ролями, изме­нив, например, направление тока в од­ном из них на противоположный. При

Рис. 6.25. Изменение диа­граммы направленности ан­тенны с рефлектором при изменении фазы тока в од­ном из вибраторов на 180°

самое нетрудно осуществить и в систе­ме, состоящей из антенны и пассивно­го рефлектора.

Вид и положение диаграммы на­правленности определяются одновремен­но расстоянием между вибраторами и сдвигом фаз (Между токами в вибрато­рах. Изменяя расстояние и сдвиг фаз, можно получать различные диаграммы направленности. На рис. 6.26 приведе­ны диаграммы направленности для ан­тенны с пассивным вибратором. Здесь в каждом горизонтальном ряду изобра­жены диаграммы направленности антен­ны с пассивным вибратором при фикси­рованном расстоянии между ней и ви­братором при различной настройке по­следнего. Настройку пассивного вибра­тора характеризует угол сдвига фаз 0_tt между* током и напряжением в нем. Настраивают пассивный излучатель, из­меняя длину вибратора или присоеди­няемого к нему шлейфа. Рассматривая вертикальные ряды, можно проследить, как изменяется диаграмма направлен­ности системы при фиксированной на­стройке пассивного вибратора и раз­личных расстояниях между вибрато­рами. Легко видеть, что при различной расстройке и при одном и том же рас­стоянии пассивный вибратор может либо почти не влиять на диаграмму направ­ленности антенны, либо играть роль рефлектора, либо, наоборот, направлять излучение на себя. В этом случае пас­сивный вибратор называют д и р е к т о * р о м.

Рис. 6.26. Диаграммы направленности и сопротивление излучения антенны с пассивными вибраторами при различной настройке и различных расстояниях между вибраторами

Точно так же, рассматривая верти­кальные ряды диаграмм, можно убе­диться, что пассивные вибраторы, имею­щие одинаковый сдвиг фаз, могут играть роль рефлектора или директора в зависимости от расстояния до антен­ны. При этом заметно, что с уменьшени­ем расстояния ко1М1пенсация излучения в направлении, обратном направлению главного излучения, получается намно­го лучше, чем при больших расстояни­ях. £то объясняется увеличением ампли­туды тока, наведенного в пассивном ви­браторе при сближении его с антенной

.

В антенной технике широко исполь­зуются как рефлекторы, так и директо- ры, а в некоторых случаях применяются и те, и другие вместе.

На рис. 6.26 над каждой из диа­грамм направленности указано сопро­тивление излучения для антенны, со­стоящей из полуволновых активного и пассивного вибраторов. Из указанных сопротивлений видно, что с уменьшени­ем расстояния между вибраторами со­противление излучения уменьшается.6.6. ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕНН С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛ