Симметричный щелевой вибратор

Симметричный щелевой вибратор.

На основании принципа двойственности по аналогии с элементарной щелью поле, создаваемое симметричной щелью, можно найти, если известно поле, создаваемое симметричным электрическим вибратором, имеющим одинаковую форму и размеры со щелью.

Если в симметричном электрическом вибраторе ток изменяется по синусоидальному закону, то в щелевом

Поэтому в формулах для поля симметричного электрического вибратора  заменим на , и учтем, то, что   ампер электрического тока создает такое же электрическое поле как  вольт напряжения в щели.

Из принципа двойственности и из  данной формулы видно, что щелевой вибратор обладает направленными свойствами в своей меридиальной плоскости.

Рекомендуемые материалы

Диаграмма направленности щелевого вибратора зависит от  и совпадает с диаграммой направленности симметричного вибратора.

Вдоль оси щелевой вибратор не излучает. Максимум диаграммы направленности наблюдается вдоль нормали к оси щели.

При  в экваториальной плоскости щель не обладает направленными свойствами.

,

где - сопротивление излучения симметричного вибратора.

       - проводимость излучения щели

- комплексная величина.

- комплексная проводимость щели.

Щель обладает резонансными свойствами. Щель излучает в одну сторону. Проводимость излучения односторонней щели определяется по формуле

;      

Питание вибраторных антенн.

Для питания антенн в диапазоне ультракоротких волн открытые линии из-за антенного эффекта обычно не используются, а большей частью для этой цели применяется экранированный, в частности коак­сиальный фидер.

Непосредственное присоединение коаксиального несимметричного фидера к симметричной антенне нарушает симметрию токов в ней и приводит к появлению тока на наружной поверхности экрана фидера. При непосредственном соединении, как показано на рис. 31, выходное напряжение фидера возникает не только меж­ду входными зажимами симметричного вибратора, но и между одним из зажимов вибратора (правым на рисунке) и оболочкой фидера. Напряже­ние между зажимами вибратора вызывает в нем симметричные токи, замыкающиеся с одной половины на другую, как показано сплош­ными линиями на рисунке. Напряжение между правой половиной вибратора и экраном кабеля вызывает дополнительный ток, замыкаю­щийся с этой половины вибратора на оболочку фидера, как показано пунктирными линиями. Появление тока снаружи экрана приводит к излучению фидера. Кроме того, нарушается симметрия токов в по­ловинах вибратора. Все это заметно искажает диаграмму направлен­ности антенны, что считается недопустимым.

Поэтому для соединения коаксиального фидера с симметричной антенной применяются специальные переходные устройства, назы­ваемые также симметрирующими устройствами. Основная задача, которую они выполняют, заключается в обеспечении электрической симметрии каждой половины антенны относительно оболочки фидера.

На практике применяется довольно большое количество подобных переходных устройств. Наиболее распространенные из них рассмат­риваются ниже.

а) «U-колено». Схема симметрирующего устройства типа «U-ко­лено» показана на рис. 32. Центральный провод коаксиального фидера присоединяется к зажиму А левой половины вибратора. От этой точки напряжение к зажиму Б правой половины вибратора по­дается через участок кабеля длиной , где  — длина волны в кабе­ле. Фаза напряжения на участке длиной  изменяет свой знак на обратный. Поэтому к зажимам вибратора подводится требуемое про­тивофазное напряжение. Оболочки всех отрезков кабелей соединены между собой и заземлены. При указанной схеме питания обе половины вибратора совершенно симметричны относительно оболочки кабеля.

U-колено является трансформатором сопротивления по той при­чине, что входное сопротивление нагрузки общего фидера (Ф) между точками A3 в четыре раза меньше, чем входное сопротивление вибра­тора на зажимах АБ.

Схема U-колено может быть использована также для перехода с коаксиального кабеля на симметричный двухпроводный фидер, открытый или экранированный.

К недостаткам рассмотренного переходного устройства относит­ся то, что оно может применяться только при работе на одной волне или, точнее, в узкой полосе частот, так как геометрические размеры устройства связаны определенным образом с длиной волны.

Рекомендуем посмотреть лекцию "4.1 Неравновесные системы".

б) «Четвертьволновый стакан». Переходное устройство типа «чет­вертьволновый стакан» показано на рис. 33. Металлический цилиндр («стакан») длиной в четверть волны охватывает с небольшим зазором внешнюю оболочку кабеля и припаян с нижней стороны к этой оболочке. Верхняя часть цилиндра не соединена с оболочкой и может быть закрыта диэлектрической шайбой. Внутренняя поверхность ука­занного цилиндра и наружная поверхность кабеля образуют четвертьволновую линию, короткозамкнутую на конце, входное сопротивление которой (на зажимах 2-3) при достаточно большом волновом сопро­тивлении этой линии будет очень велико.

Таким образом, зажим 1 антенны изолирован от наружной оболоч­ки кабеля непосредственно, а зажим 2 изолирован от оболочки (от точки 3) большим входным сопротивлением отрезка четвертьволновой линии. Следовательно, обе половины вибратора оказываются пример­но в одинаковых условиях относительно оболочки кабеля и симметрия вибратора не нарушается.

Сопротивление нагрузки для фидера (в точках 1-2) при точной настройке стакана остается примерно равным входному сопротивле­нию самой симметричной антенны.

Рассмотренное переходное устройство так же, как и «U-колено», является весьма узкополосным.

г) Симметрирующая щель. На рис. 34 показано переходное устройство в виде отрезка коаксиального фидера с двумя продольны­ми щелями. Длина каждой щели равна четверти длины волны (). Одна  половина симметричного вибратора (левая на рисунке) присоеди­няется непосредственно к наружной оболочке кабеля; другая поло­вина (правая) присоединяется одновременно к центральной жиле и к оболочке кабеля. При таком соединении каждая половина вибратора оказывается совершенно симметричной относительно оболочки кабеля вследствие чего не нарушается симметрия токов в половинах вибра­тора. А вследствие того, что длина расщепленного участка оболочки составляет четверть волны, входные зажимы симметричного вибратора изолированы от сплошной оболочки фидера.

В рассмотренном переходном устройстве симметричное возбужде­ние сохраняется не только на резонансной волне  но и при изменении длины волны. В последнем случае, однако, ухудшается согласование между коаксиальным фидером и вибратором. Тем не менее указанное переходное устройство является более ши­рокополосным, чем «U-колено» или «четвертьволновый стакан».