Основные типы антенн и их характеристики
Симметричный полуволновый вибратор (рис.1.7,а) применяется в УКВ диапазоне при необходимости иметь слабые направленности свойства. Диаграмма направленности вибратора в пространстве имеет вид тора. В горизонтальной плоскости вертикально расположенный вибратор направленными свойствами не обладает (рис.1.7, б). В вертикальной плоскости диаграмма направленности имеет симметричную форму (рис.1.7, в).
Рис.1.7.
Симметричный полуволновый вибратор
(а) и его диаграммы
направленности
в горизонтальной (б) и вертикальной (в)
плоскости
Заземленный четвертьволновой вибратор широко применяется во всех диапазонах волн при необходимости получения ненаправленного излучения. Диаграмму направленности вибратора можно найти, основываясь на принципе зеркального отражения. Роль отражающей поверхности играет поверхность земли или обшивка самолета.
При использовании принципа зеркального отражения рассмотрение заземленного четвертьволнового вибратора можно свести к случаю полуволнового вибратора, одна половина которого находиться в земле (рис.1.8).
Рис.1.8. Симметричный заземленный четвертьволновой вибратор (а) и его диаграммы направленности в горизонтальной (б) и вертикальной (в) плоскости
Рамочная антенна используется в длинноволновом, средневолновом и коротковолновом диапазонах для получения направленного приема (рис.1.9). Использование рамочной антенны на воздушных судах объясняется ее относительно небольшими размерами при работе на длинных и средних волнах.
Конструктивно рамочная антенна выполняется в виде катушки, расположенной на ферритовом сердечнике. Используются антенны такого типа в радиокомпасах для определения направления на принимаемую радиостанцию (определение пеленга радиостанции).
Рис.1.9. Рамочная антенна (а) и ее диаграмма направленности в горизонтальной плоскости (б)
Директорная антенна используется в диапазоне УКВ для получения однонаправленных приема или передачи (рис.1.10). В состав антенны входят:
активный полуволновой симметричный вибратор с длиной l = /2, служащий для излучения или приема энергии;
рефлектор, расположен позади активного вибратора на расстоянии 0,25 l и имеет длину l > /2, в результате чего он представляет собой колебательную систему индуктивного характера;
директор, расположен спереди активного вибратора на расстоянии 0,25 l и имеет длину l < /2, в результате чего характер его сопротивления емкостной.
Принцип работы антенны состоит в следующем. Высокочастотный ток активного вибратора создает магнитный поток, распространяющийся в обе стороны от него. Под влиянием этих потоков в директоре и рефлекторе индуктируются э.д.с., создающие свои магнитные потоки. При этом магнитный поток директора совпадает по фазе с магнитным потоком активного вибратора, усиливая его, а магнитный поток рефлектора находится в противофазе с потоком активного вибратора, ослабляя его. Таким образом, рефлектор уменьшает излучение активного вибратора "назад" и создает однонаправленную диаграмму, а директор увеличивает излучение "вперед" и сужает диаграмму направленности. В антенне может быть применено до 8-10 директоров.
Рис.1.10. Директорная антенна (а) и ее диаграмма направленности в горизонтальной плоскости (б)
Антенна с параболическим рефлектором
Используется в сантиметровом диапазоне волн для получения остронаправленных диаграмм и для получения диаграмм направленности специальной формы. Использование параболической антенны основано на использовании свойств параболической поверхности, которая преобразует расходящийся поток лучей в параллельный (рис. 1.11,а).
Плоскость, которой антенна соединяется с пространством, носит название раскрыва антенны. При использовании параболического рефлектора в раскрыве антенны образуется синфазное поле с более или менее равномерной амплитудой. Такое поле создает в пространстве узкий луч электромагнитной энергии (рис.1.11,б).
Ширина
диаграммы антенны в одной плоскости
вычисляется по формуле:
,
где 2
– в градусах,
– в см, d
– диаметр раскрыва в м.
Так как в сантиметровом диапазоне / d малая величина, то не представляет труда получить диаграмму с шириной 3 – 5. Параболический рефлектор может иметь различную форму, которая определяется требующимся видом диаграммы направленности. Устройство, излучающее электромагнитную энергию, которой облучается рефлектор, носит название облучателя. Облучатель питается от передатчика через волновод, или коаксиальный кабель и может быть выполнен самым различным образом. Чаще используются излучатели в
Рис.1.11. Антенна с параболическим рефлектором (а) и ее диаграмма направленности (б)
виде рупорных антенн и антенн типа "волновой канал". Выносом облучателя из фокуса параболического отражателя можно осуществить поворот диаграммы направленности в пространстве, что часто используется в самолетных радиолокационных станциях.
Рупорная антенна
Используется чаще всего в качестве приемной антенны с широкой диаграммой направленности в сантиметровом диапазоне волн, а также в качестве облучателя параболических антенн.
Рупорная антенна представляет собой волновод, у которого плавно расширяются стенки (рис.1.12). В результате этого плавно изменяется волновое сопротивление волновода. Иными словами, рупорная антенна служит трансформатором сопротивлений и согласует волновые сопротивления волновода и открытого пространства. При таком согласовании улучшаются условия работы СВЧ генераторов вследствие уменьшения отражений в волноводе.
Ширина
диаграммы направленности рупорной
антенны зависит от величины раскрыва
и от длины волны. Эта зависимость имеет
тот же характер, что и у параболической
антенны
.
Однако получение больших раскрывов у рупорных антенн затруднено, вследствие того, что угол раскрыва (рис.1.12) не может превышать 15 – 20. В противном случае свойства рупора как трансформатора сопротивлений ухудшаются. В результате габариты рупора получаются значительными, что неприемлемо для авиационных условий.
Рис.1.12. Рупорная антенна
Другие типы антенн
Кроме перечисленных типов антенн, авиационная радиотехника использует ряд других типов. Среди них можно назвать спиральные антенны, диэлектрические, линзовые, щелевые, антенны поверхностных волн и т.д. Эти антенны обладают некоторыми преимуществами по сравнению с другими типами антенн, которые используются в специальной аппаратуре. Например, спиральные антенны могут принимать электромагнитные волны при любой поляризации волны. Линзовые антенны позволяют получить узкие диаграммы при уменьшенных габаритах. Антенны поверхностных волн и щелевые имеют конструкцию, позволяющую легко монтировать их на корпусе воздушных судов, не вызывая увеличения сопротивления встречному потоку воздуха.