Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Для подбора соотношения токов в вибраторах имеется лишь одна степень свободы — значение реактивного нагрузочного сопротивления. Поэтому полную компенсацию излучения в заднем направлении (противоположном максимуму излучения) осущест- вить не удается и форма множителя системы с пассивным вибратором отличается от кардиоиды. Обычно пассивный вибратор настраивают так, чтобы получить минимум излучения в заднем направлении. В пассивном рефлекторе ток должен опережать по фазе ток в активном вибраторе. Анализ формулы (9.23), с учетом поведения йы (см. рис.
9.15) показывает, что для этого настроечное сопротивление в сумме с реактивной частью собственного сопротивления должно быть индуктивным. В пассивном директоре ток должен отставать. по фазе от тока активного вибратора. Это достигается с помощью емкостного настроечного сопротивления. Часто пассивный вибратор закорачивают и ведут настройку, изменяя его длину В режиме рефлектора длина пассивного вибратора должна несколько превышать 0,5Х, а в режиме директора — быть несколько короче 0,57,. Необходимая степень удлинения или укорочения пассивного полуволнового вибратора зависит от расстояния между вибраторами и от толщины проводника 2а. Для увеличения общей направленности в системе кроме активного вибратора могут быть применены рефлектор и одновременно один или несколько директоров.
Такая более сложная антенная система носит название директорной антенны. Иногда по имени японских изобретателей ее называют антенной Уда — Яги. Глава 10 СЛАБОНАПРАВЛЕННЫЕ ' И ЧАСТОТНО-НЕЗАВИСИМЫЕ АНТЕННЫ й 10Л. КОНСТРУКЦИИ ВИБРАТОРНЫХ АНТЕНН Простейшей и наиболее распространенной антенной является полуволновый вибратор. Прн подключении двухпроводной линии к внбратору (рис. 10.1, а) КСВ в линии составляет 5 — 7, поэтому требуется настройка линии на бегущую волну. Вибратор оказывается узкополосным.
Удобной является схема полуволнового вибратора с шунтовым питанием (рнс. 10.1,б). Подбирая размеры Т, н 1 шунта, удается получить в линии без дополнительных элементов настройки режим, близкий к режиму бегущей волны. Преимущество такого способа питания заключается еще и в том, что в точке а вибратора устанавливается узел напряжения и это дает возможность крепить вибратор к опоре без изоляторов. Для повышения входного сопротивления полуволновый вибратор может быть сделан петлеобраэным (схема Пистолькорса).
Как показано на рнс. 10.1, в два элемента вибратора одинакового диаметра закорачиваются на концах перемычками и к разрыву одного из них подключается двухпроводная линия. Токи в параллельных элементах вибратора оказываются синфазными с максимумами в середине, н, поскольку расстояние между проводниками мало по сравнению с длиной волны, ДН петлевого вибратора совпадает с ДН простого полуволнового внбратора. ег Гее~хтви ес и ге-мр-иввт а/ Рис. 10.!.
Разновидности нолуволновых внбраторов Входное сопротивление петлеобразного вибратора может быть рассчитана исходя из баланса мощностей. Пусть действующее значение тока в пучностн каждого вибратора равно 7. Тогда полная излучаемая мощность составит Ра=(27)тйаа. С другой стороны, эта мощность может быть выражена через входное сопротивление Рс=7тйса. Отсюда входное сопротивление петлеобразного вибра- Г енеаа а/ Рис. 10.2.
Шунтовыс вибраторы тора йаа=4й, . При й,н — — 73,1 Ом имеем йааж292 Ом, что близко к волновым сопротивлениям двухпроводных линий, и согласующее устройство становится необязательным. Петлеобразный вибратор может быть снабжен дополнительными перемычками (рис. 10.2, а). В этом случае, подбирая длину шунта 1, а также соотношения диаметров проводов, образующих вибратор, можно добиться хорошего согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением двухпроводной линии в довольно широкой полосе частот. Еще одна разновидность симметричного вибратора с шунтом показана на рис.
10.2, б. При правильном подборе точек включения шунта, его размеров, угла а и волноного сопротивления линии удается получить неплохое согласование примерно в четырехкратном диапазоне длин волн (от )с=6,51 до Х=1,61) при КСВ не более 3,3. Полуволновые симметричные вибраторы могут питаться также от гибкого коакснального кабеля нлн жесткого коакснального волновода. В этнх случаях возникает необходимость применения снмметрнрующнх устройств, например в виде «11-колена» (см. рнс.
1.19). В схеме рнс. 10.3, а входное сопротннленне внбратора равно примерно 73 Ом, а сопротивления, нагружающне отрезки кабелей, составляют )ссо=)сао'-36,5 Ом. Если кабель имеет волновое сопротнвленне 2,=75 Ом, а длина отрезка 1~=7„/4, то сопротнвленне в точке с, нагружающее входной кабель антенны, Л,=Л,а/(2)сао) ж =77 Ом н КСВ в кабеле питания антенны близок еднннце.
а! Рис. !0.3. Способы питания вибратора коаксиаланым кабелем В схеме рнс. 10.3, б петлеобразный вибратор Пнстолькорса имеет входное сопротивление около 292 Ом, поэтому сопротивления, нагружающне отрезки кабелей, равны: Й о .Йаож146 Ом. Если длину 1, выбрать равной нулю, то сопротивление, нагружающее кабель питания в точке с, в два раза меньше, т. е. около 73 Ом, что обеспечивает режим, близкий полному согласованию.
Более шнрокополосное мосгиковое симмегрирующее устройство показано на рнс. 10.3, в. Здесь к внбратору присоединяются две трубки с закорачнвающнм мостиком, образующие четвертьволновый металлический изолятор. Через одну трубку пропускается коакснальный кабель, внешний проводник которою соединяется с ней в точке а, а внутренний проводник соединяется с другой трубкой в точке Ь. Это устраняет возбуждение внешней поверхности кабеля н обеспечивает симметричное питание обеих половин внбратора. Прн волновом сопротивлении кабеля 75 Ом в нем устанавлнвается режим, близкий к бегущей волне.
Металлический изолятор попутно играет роль параллельного шлейфа, компенснрующего реактивную составляющую входного сопротивления н расширяющего полосу частот согласовання. Для устранения паразнтного нзлучення н защиты от внешних воздействий снмметрнрующнй шлейф может помещаться в дополннтельный экран. В диапазоне сантиметровых волн питание полуволновых симметричных вибраторов осуществляют с помощью жестких коаксиальных волноводов. Здесь также нужны снмметрирующие устройства, устраняющие вытекание тока на внешнюю поверхность проводника коакснальной линии. В показанном на рис.
10.4, а устройстве на коакснальный волновод надевается трубка четвертьволновой длины, соединенная накоротко с внешним проводником коаксиальной линии на нижнем конце. 1(ополнительная коаксиальная Рнс. !ОЛ. Способы питания анбратора жесткой коакснальной линней линия, часто называемая «четвертьволновым стаканом», представляет собой металлический изолятор, препятствующий ответвлению тока на внешнюю поверхность коаксиального волновода и обеспечивающий тем самым симметричное возбуждение плеч вибратора. В другом распространенном устройстве (рис.
10.4,б) симметричный вибратор возбуждается с помощью двух продольных щелей, прорезанных во внешнем проводнике коаксиального волновода. В месте расположения щелей внутренний проводник волновода соединяют с внешним проводником перемычкой. Перемычка закорачивает Т-волну коаксиального волновода, и текущий по ней ток возбуждает волны высших типов, в первую очередь волну Нп в коакснальном волноводе. Хотя волна этого типа не может распространяться, ее появление сопровождается возникновением местных поперечных электрических токов. Эти токи пересекают щели во внешнем проводнике н, таким образом, возбуждают внешнее пространство.
Следовательно, на внешней поверхности коаксиального волновода также возникают поперечные тони, возбуждающие плечи симметричного внбратора. Наиболее интенсивное возбуждение вибратора имеет место при резонансной длине щелей (около Х/4). Питание симметричного вибратора с помощью широкополосного симметрирующего и согласующего устройства показано на рис. 10.4, в. Здесь на коаксиальный волновод надета закороченная на концах труба длиной 1~+1а, через отверстия в которой проходят плечи полуволнового вибратора. Одно из плеч присоединено к концу внешнего проводника коаксиального волновода, другое — к внутреннему пронодннку коаксиального волновода, который, утолщаясь на длине 1ь соединяется с трубкой.
Общая длина симметрнрующего двойного коаксиальиого шлейфа 1~+1аж0,5Х, а отношение длин 1~/1а выбирается из условия получения максимальной полосы частот согласования. а) И а) Рнс. 1ОЛ, Способы питания несимметричных ннбраторон Перейдем к рассмотрению несимметричных вибрагоров, питаемых с помощью коаксиальных линий передачи и устанавливаемых автономно или на проводящих поверхностях различных объектов. На рнс. )0.5, а показан вертикальный четвертьволновый вибратор, возбуждаемый с помощью проводящего диска, к которому присоединяется внешний проводник коаксиальной линии. Диск может п) И Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
