Н.И. Войтович, А.Н. Соколов - Вибраторные антенны (1083411), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Общая длинасимметрирующего и компенсирующего двойного коаксиального шлейфа беретсяравной половине длины волны, а соотношение длин шлейфов l1 и l2 выбирается изусловия максимальной ширины полосы пропускаемых частот.3.3.Несимметричные вибраторы и способы их питанияРассмотрим некоторые схемы питания несимметричных вибраторов, какправило, четвертьволновой длины. Такие вибраторы питаются при помощикоаксиальных кабелей и устанавливаются автономно или на проводящихповерхностях.На рис.3.9а показан вертикальный вибратор, возбуждаемый при помощипроводящего диска, к которому присоединяется внешний проводниккоаксиальной линии.
Диск может быть заменен четырьмя (рис.3.9б) или болеегоризонтальными проводами длиной λ/4 каждый. В другом случае диск илипровода, играющие роль противовеса, могут быть заменены, как это показано нарис.3.9в, четвертьволновым стаканом, закороченным на одном конце. В этомслучае внешняя поверхность четвертьволнового стакана возбуждается так, что онсовместно с выступающим внутренним проводником коаксиальной линииобразует полуволновый вибратор.На проводящих плоскостях могут быть установлены четвертьволновыепетлеобразные вибраторы, в частности с использованием шунта (рис.3.9а).
Какотмечалось выше, вибраторы с шунтом обладают расширенной полосойпропускаемых частот. Другая схема вибратора четвертьволновой длины показанана рис.3.9б. Здесь емкостное реактивное сопротивление верхней половинывибратора в точках питания а и б компенсируется последовательно включенным сним индуктивным сопротивлением нижней половины вибратора. Выборомдиаметра вибратора, и соотношения длин l1 и l2 можно добиться 10 – 15%-нойполосы пропускаемых антенной частот при КСВ в фидере, близком к единице.60Рис.3.9. Способы питания несимметричных вибраторовРис.3.10.Несимметричные вибраторыс расширенной полосой частотРис.3.11.ДискоконуснаяантеннаИзменением формы нижней и верхней частей вибратора (рис.3.10б) можноприйти к так называемой дискоконусной антенне, показанной на рис.3.11.
Этаантенна состоит из конуса и диска, между которыми с помощью коаксиальногокабеля прикладывается питающее напряжение. Конус присоединяется квнешнему проводнику кабеля, а диск к центральному проводнику. Антенна оказывается диапазонной. Начиная с некоторой максимальной длины волны λмакс,КСВ в фидере оказывается близким к единице, причем с укорочением длиныволны согласование улучшается.
Экспериментально подобранные размерыантенны следующие: а/λмакс = 0,175, b/λмакс = 0,25, c/λмакс = 0,275. В диапазоневолн от а/λ = 0,175 до а/λ = 0,45 диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости изменяют свою форму незначительно — они близки к“восьмерке” с максимумом излучения в горизонтальной плоскости.613.4.Турникетные вибраторыРассмотрим так называемую турникетную антенну, используемую оченьшироко на телевизионных передающих центрах. Телевизионные антенны должныудовлетворять специфическим требованиям.
Прежде всего, необходимо, чтобыантенны равномерно излучали электромагнитную энергию по всем азимутальнымнаправлениям, поскольку телевизионные передатчики обычно находятся в центреобслуживаемого ими района. По углу места направленность должна бытьдостаточно большой с тем, чтобы излучение было сконцентрировано вгоризонтальной плоскости. Далее антенна должна излучать электромагнитнуюэнергию с горизонтальной поляризацией поля.
Это обусловливается тем, чтоисточниками помех на ультракоротких волнах являются всякого родапромышленные установки, которые излучают электромагнитное поле в основномс вертикальной поляризацией. Кроме того, как показывает опыт,интерференционные помехи, обусловленные отражением электромагнитных волнот различных строений, имеют также преимущественно вертикальнуюполяризацию.Важным является требование к полосе частот, пропускаемых антеннойсистемой. Антенна вместе с фидером должна быть достаточно широкополоснойдля того, чтобы не было искажений передаваемых изображений на всехтелевизионных каналах. Кроме того, антенно-фидерная система должна бытьсвободна от отражений, которые приводят к раздвоению изображений.Антенна должна быть также механически оченьпрочной, так как она располагается на высокихопорах и подвергается сильным ветровымнагрузкам, часто при наличии гололеда.
Онадолжна, кроме того, иметь надежную грозовуюзащиту,чтодостигаетсянепосредственнымзаземлением элементов антенны.Для того чтобы создать излучение сгоризонтальной поляризацией и равномерное повсем направлениям в горизонтальной плоскости,используется крестообразный элемент, излучающейвращающееся поле. Такие элементы, образованные впростейшем случае из полуволновых вибраторов,располагаются горизонтально в несколько этажей нарасстоянии λ/2 друг от друга и питаются синфазно(рис.3.12). При четном числе элементов излучение вРис.3.12. Расположениенаправлении оси их расположения (вверх и вниз)крестообразных элементов вравно нулю и максимум излучения имеет место втелевизионной антеннегоризонтальной плоскости.62Вибраторы,находящиесяводнойвертикальной плоскости, питаются однимфидером,анаходящиесявдругойвертикальной плоскости — другим.
Фидерынастраиваютсяна бегущую волну исоединяются параллельно, причем один фидерберется длиннее другого на четверть длиныволны, что обеспечивает сдвиг фаз токов ввибраторах креста, равный 90°. Схема такойРис.3.13.турникетной антенны представлена на Схема питания турникетной антеннырис.3.13.Двухпроводныефидерыперекрещиваются между этажами и тем самымобеспечивают синфазность вибраторов. В качестве излучателей удобно применятьвибраторы с шунтами, что позволяет их крепить непосредственно точками а кподдерживающей антенну металлической опоре.В качестве элементов турникетной антенны, помимо описанных вышеширокополосных вибраторов, может быть использован плоскостной вибратор,предложенный Б.В.Брауде.
Вибратор состоит из тонкой металлической пластиныс короткозамкнутой на одном конце щелью. Этот вибратор представляет собой посуществу одну половину двусторонней щелевой антенны.Конструкция конкретного вибратора показана на рис.3.14. Полотно вибраторавыполнено из 11 трубок диаметром 10 мм, и размеры его для работы в диапазонечастот от 155 до 180 Мгц взяты равными: а = 460 мм и l = 286 мм. В точках ВВвибратор накоротко замкнут на опору, а в точках АА он изолирован от опоры. Нарис.3.15 показаны экспериментальные кривые входного импеданса вибратора.Рис.3.14.Плоскостной вибратор БраудеРис.3.15.Входной импеданс плоскостного вибратора63Из рисунка видно, что в полосе частот 155 —180 МГц активная часть входного импеданса почтипостоянна и равна 140 Ом, а реактивная часть близка кнулю.
Поэтому плечи вибратора удобно питатькоаксиальным кабелем с волновым сопротивлениемпорядка 70 Ом. Два таких вибратора, расположенныхкрестом и питаемых со сдвигом фаз 90°, образуюттурникетный элемент. Антенна получается легкой ипозволяет выполнять ее многоэтажной.
При трехтурникетныхэлементах,расположенныхнарасстоянии λ/2 друг от друга, коэффициентРис.3.16. Ж-образныйплоскостной вибраторнаправленного действия получается равным 3,2.Аналогичная плоскостная антенна была разработанаамериканской фирмой RCA. Элемент этой антенны показан на рис.3.16. Онзамкнут накоротко на мачту как в точках ВВ, так и в точках АА, а питание к немуподводится в середине в точках СС. Вибратор выполнен из трубок и имеет формубуквы Ж.
Входное сопротивление его в широкой полосе частот оказываетсяпорядка 150 Ом.64Глава 4. КОНСТРУКЦИЯ СИММЕТРИЧНОЙ ВИБРАТОРНОЙ АНТЕННЫ4.1.Устройство вибраторной антенныОбратимся к рис.4.1, на котором представлена вибраторная антенна. Антеннасостоит из вибратора 1, симметрирующего устройства 2, фидера 3, соединителярадиочастотного 4, распорки 5, обтекателя 6 (на рис.4.1 не показан),подстроечных штырей 7 и 8.Вибратор 1 состоит из первого плеча 9 вибратора и второго плеча 10вибратора. Первое 9 и второе 10 плечи вибратора разнесены относительно другдруга вдоль оси АА; в результате разноса плеч 9 и 10 образован зазор 11. Первое 9и второе 10 плечи выполнены из проводящего материала, например, изметаллической трубки.Симметрирующее устройство 2 состоит из первого проводника 12, второгопроводника 13, расположенных параллельно друг другу, и короткозамыкателя(перемычки) 14.
Короткозамыкатель 14 гальванически соединяет между собойпроводники 12 и 13 симметрирующего устройства.Короткозамыкатель 14 расположен на расстоянии в четверть длины волны (насредней частоте рабочего диапазона) от оси АА вибратора. Проводники 12 и 13симметрирующего устройства продолжаются за перемычкой 14, образуя конечные участки 15 и 16, предназначенные для крепления антенны на трубе или инойопоре. Короткозамыкатель 14,проводники 12 и 13 симметрирующего устройства выполнены, например, из металлического стержня или металлической трубки из алюминиевогосплава, стали, латуни или иногоматериала с хорошей проводимостью. Вибратор, проводники12 и 13 симметрирующего устройства, короткозамыкатель 14лежат в одной плоскости.
Приэтом проводники 12 и 13 симметрирующего устройства перпендикулярны оси АА вибратора. Ось ВВ является осью симметрии конструкции, состоящей из вибратора, первого 12 ивторого 13 проводников симметрирующегоустройства 2,короткозамыкателя 14,подстроечных штырей 7 и 8.В качестве фидера 3 можетРис.4.1.
Устройство вибраторной антенныбыть использован серийный65коаксиальный кабель, внешний диаметр оболочки которого меньше внутреннегодиаметра трубки плеча 10 вибратора. В качестве соединителя 4 может бытьиспользован стандартный соединитель радиочастотный.Распорка 5 представляет собой параллелепипед с полукруглыми вырезами наторцах. Радиусы вырезов равны внешнему радиусу проводников 12 и 13симметрирующего устройства. Распорка 5 выполнена из диэлектрическогоматериала; такого, например, как светостабилизированный полиэтилен иликапролон.Обтекатель 6 представляет собой полую форму, выполненную издиэлектрического материала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
