Н.И. Войтович, А.Н. Соколов - Вибраторные антенны (1083411), страница 11

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

Текст из файла (страница 11)

Биконический вибраторБиконический вибратор в теории рассматривается как длинная линия сволновым сопротивлением ψWбик = 276 ⋅ lg ctg  .(3.6)2нагруженная на сопротивление2WбикZн =,(3.7)RΣ + iX ΣгдеRΣ = 60(C+ ln 2kl − Ci 2kl ) + 30(C+ ln kl − 2 Ci 2kl ++ Ci 4kl )cos 2kl + 30(Si 4kl − 2 Si 2kl )sin 2kl ,(3.8)X Σ = 60 Si 2kl + 30(Ci 4kl − ln kl − C )sin 2kl − 30 Si 4kl cos 2kl.Параметры ψ и l показаны на рис.3.2д.При таком представлении входное сопротивление биконического вибратораZ cos kl + iWбик sin kl.(3.9)Z вх = Wбик нWбик cos kl + iZ н sin kl3.2.Вибраторы, питаемые коаксиальным кабелемПолуволновые симметричные вибраторы могут питаться также при помощигибкого коаксиального кабеля или жесткой коаксиальной линии.

В этом случаедля перехода от несимметричной линии, каковой является коаксиальный кабель, ксимметричной антенне применяются различные симметрирующие устройства,схемы которых представлены на рис.3.5 и 3.6.Рис.3.5. Способы питания вибратора коаксиальным кабелем55Рис.3.6. Способы питания вибратора жесткой коаксиальной линиейРассмотрим вкратце причины, вызывающие необходимость симметрирования.На рис.3.7 показано непосредственное присоединение коаксиального кабеля ксимметричному вибратору: одно плечо (правое) присоединено к центральномупроводнику фидера (жиле кабеля), второе (левое) — к внешнему проводникуфидера (оплётке кабеля).При таком способе питания ток, существующий на внутренней поверхностиоплётки кабеля, делится между вибратором и наружной поверхностью оплёткикабеля.

Вследствие этого наружная поверхность оплётки кабеля оказываетсявключенной параллельно с левым плечом и в результате этого токи на плечахвибратора будут различны (вибратор получит несимметричное питание). Крометого, излучение будет вызываться не только вибратором, но и наружнойповерхностью оплётки кабеля. Излучение оплётки кабеля будет отличаться отизлучения вибратора по поляризации и подиаграмме направленности. А параллельноевключение наружной поверхности оплётки кпитающемукабелюусложнитусловияобеспечения согласования с фидером. В итогепри питании по схеме рис.3.7 будетчрезвычайно затруднено, а может быть, станетнереализуемым выполнение требований кантенне.Таким образом, при питании симметричноговибратора коаксиальным кабелем требуетсяисключить возможность возникновения токовРис.3.7.на наружной поверхности оплётки кабеля.

ВНепосредственное присоединениеэтом суть симметрирования.коаксиального кабеляк симметричному вибратору563.2.1. Симметрирующее устройство типа U-коленаВ симметрирующем устройстве типа U-колена (рис.3.5а, б) оба плечавибратора присоединяются к центральному проводнику (жиле) кабеля.Коаксиальный кабель, идущий от генератора (основной кабель), присоединяется вточке С к отрезку кабеля, имеющего форму буквы U.

Здесь коаксиальный кабельразветвляется на две ветви, из которых одна делается на полволны (в кабеле)длиннее другой. В точке разветвления С ток растекается в разные стороны. Какизвестно, на расстоянии через полволны ток имеет ту же амплитуду, нопротивоположное напряжение. В итоге в таком устройстве получаются двапротивофазных коаксиальных кабеля, которые эквивалентны экранированнойдвухпроводной линии, что и нужно для симметричного питания вибраторов.

Дляпредотвращения ответвления токов, текущих по внутренней поверхности оплёткикабеля на наружную поверхность, оплётки кабеля вблизи концов U-коленасоединяются накоротко.К каждой ветви U-колена присоединяется половина сопротивления нагрузки(одно плечо излучает половину всей мощности). В точке разветвления кабелиподключены параллельно, что приводит к делению входного сопротивленияотрезков кабелей пополам. Длина отрезка кабеля l1 в симметрирующемустройстве подбирается так, чтобы в основном коаксиальном кабеле получитьбегущую волну.В схеме рис.3.5а входное сопротивление антенны равно Rаб = 73 Ом , асопротивления, нагружающие отрезки кабелей, равны Rа0 = Rб0 = 36,5 Ом .

Есливолновое сопротивление кабеля, образующего U-колено, взять равным W=75 Ом,а длину отрезка кабеля l1 положить равной четверти длины волны в кабеле, тосопротивление в точке C, нагружающее главный кабель, будет:Rc = W 2 2 Rаб = 77 Ом и КСВ в главном фидере окажется близким к единице.В схеме рис.3.5б петлеобразный вибратор имеет входное сопротивлениеRаб = 300 Ом , а сопротивления, нагружающие отрезки кабелей, равныRа0 = Rб0 = Rаб 2 .

Если длину отрезка кабеля l1 взять равной нулю, тосопротивление, нагружающее главный кабель, будет: Rа0 = 75 Ом и в главномфидере опять установится бегущая волна. Таким образом, в схеме рис.3.5бU-колено выступает не только как симметрирующее устройство, но также кактрансформатор, уменьшающий сопротивление нагрузки в четыре раза.3.2.2. Мостиковое симметрирующее устройствоСхема мостикового симметрирующего устройства показана на рис.3.5в.

Здеськ симметричному вибратору присоединяются две трубки с закорачивающиммостиком, образующие четвертьволновый металлический изолятор. Через однутрубку пропускается коаксиальный кабель, внешний проводник которогосоединяется с трубкой в точке а, а центральный проводник соединяется с другойтрубкой в точке б. Это устраняет возбуждение внешней поверхности кабеля иобеспечивает симметричное питание обеих половин вибратора. Сопротивление,57нагружающее кабель, оказывается равным Rаб = 75 Ом , и если взять коаксиальныйкабель с волновым сопротивлением, равным 75 Ом, то в нем установится бегущаяволна.

Отметим, что здесь металлический изолятор играет также рольшунтирующего шлейфа, компенсирующего реактивную составляющую входногоимпеданса вибратора и расширяющего полосу пропускаемых антенной частот.Симметрирующий шлейф имеет большое количество разновидностей(рис.3.8а). Так, например, вместо двухпроводной линии шлейф часто выполняетсяв виде кольца, провода шлейфа можно свернуть в спирали (в последнем случаенеобходимо обеспечить равенство индуктивностей обеих спиралей).

В диапазонеультракоротких волн шлейф часто экранируют (рис.3.8б).Рис.3.8. Симметрирующие шлейфы:а — обычный вариант симметрирующего шлейфа; б — экранированный вариантсимметрирующего шлейфа; в — симметрирующий шлейф с трансформацией входногосопротивления: г — симметрирующий шлейф с автотрансформаторным включением фидера;д и е — широкодиапазонные симметрирующие шлейфы58Симметрирующий шлейф может служить одновременно и кактрансформирующее устройство. С этой целью нагрузку подключают в сечение бб(рис.3.8в), причем длина линии, образованной участком шлейфа от сечения бб доего зажимов аа, выбирается из условия получения на зажимах шлейфасопротивления нужной величины.

Если нагрузка чисто активная, тосопротивление на зажимах шлейфа будет комплексным. Реактивную часть этогосопротивления следует компенсировать, например, используя для этого частьшлейфа от сечения вв, где располагается короткозамыкающий мостик, до егозажимоваа.Длясогласованиявозможнотакжеиспользованиеавтотрансформаторного подключения коаксиального кабеля к шлейфу (рис.3.8г).Существует ряд схем, в которых реактивность шлейфа, появляющаяся врезультате изменения длины волны, компенсируется реактивностью элемента(компенсатора), специально подключенного к шлейфу. На рис.3.8д такимкомпенсатором является разомкнутый отрезок коаксиального кабеля длиной λ0/4,а на рис.3.8е компенсатором служит короткозамкнутый отрезок коаксиальногокабеля длиной λ0/2, отключенный от шлейфа. Волновое сопротивление кабелякомпенсатора в обоих случаях выбирается из условияRA2P=−.(3.10)ρш3.2.3.

Симметрирующие устройства сантиметрового диапазона волнВ сантиметровом диапазоне волн питание полуволновых симметричныхвибраторов осуществляется при помощи жестких коаксиальных линий. Здесьтакже применяются специальные симметрирующие устройства, устраняющиевозбуждение наружной поверхности внешнего проводника коаксиальной линии.На рис.3.6а показано устройство питания полуволнового вибратора, в которомна коаксиальную линию надевается труба четвертьволновой длины, соединеннаянакоротко с коаксиальной линией на одном конце.

Образованная таким образомдополнительная коаксиальная линия, часто называемая “четвертьволновым стаканом”, представляет собой металлический изолятор, препятствующий ответвлениютока на внешнюю поверхность наружного провода коаксиальной линии иобеспечивающий симметричное питание обеих половин вибратора.В другом устройстве (рис.3.6б) симметричный вибратор возбуждается припомощи двух продольных щелей, прорезанных во внешнем проводникекоаксиальной линии. Известно, что в коаксиальной линии распространяетсяТЕМ-волна, обладающая продольными токами.Если в коаксиальной линии прорезать продольные щели, то они не будутвозбуждаться.

Однако если после этого в месте расположения щелей соединитьвнутренний проводник с внешним проводником при помощи перемычки, т. е.закоротить ТЕМ-волну, то ток, текущий по этой перемычке, будет возбуждатьвысшие типы волн и в первую очередь волну Н11 в коаксиальной линии. Хотя этоттип волны не будет распространяться вдоль линии (λраб > λкрH11 = 2πRср), онсопровождается местными поперечными составляющими токов, которые59пересекают щели во внешнем проводнике и, таким образом, возбуждают внешнеепространство.

Следовательно, на внешней поверхности наружного проводникакоаксиальной линии появятся поперечные электрические токи, возбуждающиеприсоединенный в этом месте симметричный вибратор, как это видно из рис.3.6б,где показан поперечный разрез линии в месте присоединения к ней вибраторов.Длина щелей l может быть любой, но наиболее интенсивное возбуждениевибраторов происходит при резонансной длине щелей, т. е.

при l ~ λ/2.Коаксиальная линия на конце закорачивается, и расстояние от конца линии дозакорачивающей перемычки берется равным примерно четверти длины волны.Питание симметричного вибратора при помощи симметрирующего икомпенсирующего широкополосного устройства показано на рис.3.6в. Здесь накоаксиальную линию надета закороченная по концам труба длиной l1 + l2, черезотверстия в которой проходят штыри полуволнового вибратора. Один из штырейвибратора присоединен к концу внешнего проводника коаксиальной линии, адругой штырь присоединен к центральному проводнику коаксиальной линии,который, утолщаясь на длине l1, соединяется с трубкой.

Характеристики

Список файлов книги