Н.И. Войтович, А.Н. Соколов - Вибраторные антенны (1083411), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Этоделается следующим образом:2 R1 + iωL12RR L= 1 1 − i 1 ≈ Wв 1 − i 1  ,Wв1 =(2.59)ωL1ωiωC1C1L1где L1 и C1 — погонные индуктивность и емкость эквивалентной линии. Принимая во внимание, чтоααR1 αWв=== ,ωL1 ωL1 ω L1C1 kимеем:248α(2.60)Wв1 ≈ Wв 1 − i  ,kт.е. эквивалентное волновое сопротивление Wв1 надо рассматривать как комплексную величину.И, наконец, пользуясь формулами теории длинных линий с потерями,получаем следующее выражение для входного импеданса симметричноговибратора:αZ вх = Wв 1 − i  cth(αl + iβl ),(2.61)kгде волновое сопротивление вибратора дается формулой (2.56), коэффициент затухания равен α = R1 Wв и поправочный коэффициент на замедление фазовойскорости берется из экспериментальных графиков на рис.2.14.На рис.2.15 приведены графики зависимости активной и реактивнойсоставляющих входного импеданса симметричного вибратора от отношениядлины плеча вибратора к длине волны для трех значений диаметра проводникавибратора.

Анализ этих графиков показывает, что:1) при изменении отношения l/λ в пределах от нуля до 0,6 входной импедансвибратора имеет два резонансных участка. Первый последовательный резонансимеет место в окрестности значения l λ ≈ 0,25 и второй параллельный резонанс— при значениях l/λ несколько менее 0,5. При l/λ < 0,25 реактивная частьвходного сопротивления отрицательна.При утолщении проводника вибраторарезонансные значения отношения l/λуменьшаются,особеннодляпараллельного резонанса;2) частотная зависимость входногоимпеданса вибратора выражена темслабее, чем толще вибратор, т.е.эквивалентная добротность вибратора начастотах как первого, так и второгорезонанса получается тем ниже, чемменьшеволновоесопротивлениевибратора.Последнеесвойствовходногоимпеданса вибратора можно объяснитьследующим образом. Добротность цепипропорциональнаотношениюзапасенной электромагнитной энергии кэнергии,теряемойзапериодвысокочастотныхколебанийна Рис.2.15.

Входной импеданс электрическоговибраторарезонансной частоте. В случае вибратораэнергия теряется на излучение, причем49ее расход определяется только длиной плеча и практически (в рамкахсинусоидального закона распределения тока) не зависит от толщины плеча — см.,например, формулу (2.35) для сопротивления излучения. Запасенная жеэлектромагнитная энергия сосредоточивается в непосредственной близости кпроводникам вибратора и получается тем большей, чем меньше толщина плеч —это следует хотя бы из формул (2.40), (2.42) и (2.43).

Другими словами, толстыйвибратор не позволяет электромагнитному полю концентрироваться около егооси. Таким образом, при работе в широком диапазоне частот целесообразноиспользовать толстые вибраторы с целью выравнивания изменения входногоимпеданса на различных частотах. Заканчивая этот параграф, заметим, что навходной импеданс вибраторной антенны заметное влияние оказываетконструктивное выполнение точки питания, никак не учитываемое в расчетныхформулах.

То же самое относится и к большинству антенн других типов. Поэтомув практических разработках антенных устройств расчеты входного импедансасчитаются ориентировочными и обязательно дополняются экспериментальнымисследованием на опытном образце антенны.50ЧАСТЬ ВТОРАЯ.АНТЕННЫ ВИБРАТОРНОГО ТИПАГлава 3. ВИБРАТОРНЫЕ АНТЕННЫ СВЧК антеннам сверхвысоких частот принято относить антенны метрового,дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн. В даннойглаве рассматриваются простые антенны вибраторного типа, которые широкоиспользуются в низкочастотной части диапазона СВЧ и как самостоятельныеприемные и передающие антенные устройства, и как составные элементы многихсложных антенн.Антенны вибраторного типа выполняются из металлических проводов, лентили труб и питаются как двухпроводными фидерами, так и коаксиальнымикабелями.

Существует большое разнообразие симметричных и несимметричныхвибраторов и способов их питания. К вибраторным антеннам предъявляютсятребования: возможная простота конструкции и эксплуатации; симметричнаядиаграмма направленности в плоскости Е, круговая диаграмма направленности вплоскости Н, низкий КСВ в линии питания в относительно широкой полосерабочих частот; наличие регулировочных элементов, заданный уровеньизлучаемой мощности (для передающих антенн); высокий к.п.д., устойчивыйрежим работы при воздействии дождя и мокрого снега, малый уровенькроссполяризационого излучения; удобное крепление на опоре, обеспечениемолниезащиты и защиты от статических зарядов.3.1.Вибраторы, питаемые двухпроводными линиямиПростейшей антенной является симметричный полуволновый вибратор в видепрямолинейного цилиндрического провода, разрезанного в среднем сечении собразованием двух плеч и зазора между ними и питаемого фидером в зазоре(рис.3.1).

Такой вибратор называют разрезным. Помимо разрезного, применениенаходят петлевой (рис.3.2а и б), шунтовой (рис.3.2в) и комбинированный(рис.3.2г) вибраторы, а среди разрезныхвстречаются не только цилиндрический, но такжебиконический (рис.3.2д), плоскостной (рис.3.2е) идр.Симметричныйполуволновыйвибраторявляется узкополосной антенной.

Его входноесопротивление обсуждалось в гл.2. Представлениео входном сопротивлении петлевого, шунтового икомбинированного вибраторов можно получить сРис.3.1. Симметричныйпомощью метода теории длинных линий.полуволновый вибратор51Рис.3.2. Разновидности полуволновых приборов3.1.1. Петлевой вибраторКак показано на рис.3.2а, два элемента вибратора одинакового диаметразакорачиваются на концах перемычками и к разрыву одного из них подключаетсядвухпроводная линия. На рис.3.3а показана эквивалентная схема петлевоговибратора.Рис.3.3.

Эквивалентная схема петлевого вибратораЭто — короткозамкнутая линия. В точке d — пучность тока, в точках с и е —узлы, за которыми меняется направление тока. В точках а и b — вновь пучностьтока. Стрелки на рис.3.3а показывают направление токов на отдельных участкахэквивалентной линии. Эти стрелки перенесены с рис.3.3а на рис.3.2а инаправлены из точки с к точкам b и d, а к точке е из точек а и d. Легко видеть, чтона обеих ветвях петлевого вибратора токи имеют одинаковое направление, т.е.петлевой вибратор представляет собой два параллельных синфазныхполуволновых вибратора, весьма близко расположенных друг к другу: одинразрезной, второй — в виде сплошного стержня.Если весь петлевой вибратор сделан из одинакового провода, то на обоихсоставляющих его полуволновых вибраторах ток будет одинаковым.

Посколькурасстояние между проводниками является малым по сравнению с длиной волны,52диаграмма направленности петлевого вибратора совпадает с диаграммойнаправленности обычного полуволнового вибратора.Входное сопротивление петлеобразного вибратора может быть рассчитано,исходя из баланса мощностей. Пусть эффективное значение тока в пучностикаждого вибратора будет равно I. Тогда мощность, излучаемая вибратором, будетравна:2PΣ = (2 I ) RΣп .С другой стороны, излучаемая мощность равна:PΣ = I 2 Rаб .Отсюда входное сопротивление петлеобразного вибратора будет:Rаб = 4 RΣп .Принимая RΣп = 73,1 Ом , находим Rаб = 4 × 73,1 ≈ 300 Ом .Петлеобразный вибратор может быть сделан с дополнительнымиперемычками, как это показано на рис.3.4а. Подбором длины шунта lш,соотношения диаметров проводов, образующих вибратор, можно добитьсяхорошего согласования входного сопротивления антенны с волновымсопротивлением питающего фидера в довольно широкой полосе частот.Рис.3.4.

Шунтовые вибраторыПусть петлевой вибратор образован, как показано на рис.3.2б, путемпараллельного присоединения к разрезному полуволновому вибраторунескольких сплошных стержней. Если полуволновый вибратор с током I впучности создает поле Е и излучает мощность PΣ , то поле петлевого вибраторабудет примерно равно (n +1)E, где n — число сплошных стержней, а мощностьисоответственновходноесопротивлениеизлучения(n +1)2 ·PΣ2Rвх.п.в.= (n +1) ·73,1 Ом. Делая разрезной вибратор (входящий в состав петлевого)из одного числа проводов, а сплошные стержни из другого числа проводов, меняяих волновое сопротивление, можно принципиально сделать входноесопротивление петлевого вибратора любым по величине.Петлевой вибратор имеет точку нулевого потенциала (точка d).

В этой точкеможно его крепить к металлическим опорам без изоляторов.533.1.2. Шунтовой вибраторУдобным является полуволновый вибратор с шунтовым питанием (рис.3.2в).Его эквивалентная схема показана на рис.3.3б. В точках с — d вибратора входноесопротивлениеZZ(3.1)Z вх = 1 2 ,Z1 + Z 2гдеZ1 = R1 − iWв ctg kl1;(3.2)Z 2 = R2 + iWв tg kl2 , Так как l1 + l2 = λ/4 (см.

рис.3.2в), то ctg kl1 = tg kl2 и (3.1) приводится к видуW 2 ctg 2 kl1 + R1R2 + iWв (R1 − R2 )ctg kl1.(3.3)Z вх = вR1 + R2Учитывая, чтоRΣп73,1=(3.4)sin kl1 sin 2 kl1и, пренебрегая двумя последними слагаемыми в числителе (3.3) по сравнению спервым, так как RΣ вх << Wв, получаемW 2 cos2 kl1Z вх = в.(3.5)73,1Из (3.5) легко видеть, что входное сопротивление шунтового вибратораактивно и может меняться в широких пределах при изменении точек с — dприсоединения фидера.Преимущество такого питания заключается еще и в том, что в точке авибратора устанавливается узел напряжения и это дает возможность крепитьвибратор к опоре без изоляторов.Другой разновидностью симметричного вибратора с шунтом являетсявибратор, показанный на рис.3.4б, который отличается по существу от петлевоговибратора с шунтом (рис.3.4а) и шунтового вибратора своим конструктивнымвыполнением.

При правильном подборе точек включения шлейфа, егогеометрических размеров, угла α и волнового сопротивления фидера удаетсяполучить удовлетворительное согласование вибратора с фидером в широкойполосе частот. Улучшению согласования вибраторов с фидерами способствуеттакже то, что вибраторы состоят из широких пластин (или толстых проводов),обладающих довольно низким волновым сопротивлением.R1 + R2 = RΣвх =3.1.3. Комбинированный вибраторКомбинированный вибратор (рис.3.2г) является сочетанием петлевого ишунтового вибраторов.

На волне λ1 он – петлевой вибратор, на волне λ2 –шунтовой. Подбирая число проводов и их длины, можно сделать входноесопротивление в обоих случаях одинаковым. В промежутке между λ1 и λ2 и за их54пределами входное сопротивление будет другим. Однако, делая у вибраторамалое волновое сопротивление, можно добиться медленного отклонения сизменением частоты входного сопротивления от резонансной величины, котораяполучается на волнах λ1 и λ2, и получить сравнительно широкополосныйвибратор.3.1.4.

Характеристики

Список файлов книги