4. Типи антен

Симетричний напівхвильовий вібратор — це одна з найпростіших антен, називана просто вібратором або диполем.

На мал. 3 показані різновиди вібраторів — лінійний (мал. 3,а) і петльовий (мал. 3,6). Вони виконуються звичайно зі сталевих, латунних або дюралюмінієвих трубок діаметром 10...20 мм.

Мал. 3. Симетричні напівхвильові вібратори:

а - лінійний, б - петльовий

Вібратори називаються напівхвильовими, оскільки їхні геометричні розміри (l) відповідають половині довжини хвиль що випромінюються або прийнятих ними хвиль. Фактично для настроювання вібраторів у резонанс із частотою електромагнітних коливань береться f = К/C^, де K - коефіцієнт укорочення антени. Конкретне значення K залежить від співвідношення між довжиною хвилі і діаметром трубок вібратора, проте в більшості випадків K = 0,45...0,48. Розміри вібраторів, призначених для прийому широкосмугових радіосигналів (наприклад, одного або декількох радіоканалів телевізійного мовлення), вибираються виходячи із середньої довжини хвилі.

Показане на мал. 3 розподіл току І і напруги U уздовж вібраторів відповідає умові їхнього настроювання в резонанс із частотою електромагнітних коливань.

Мал. 4. Будова турнікетної антени

Напівхвильові вібратори або використовуються в якості самостійних антен, або є основними елементами більш складних антенних пристроїв. Найбільше широке поширення одержали петльові вібратори, що, на відміну від лінійних, можна безпосередньо кріпити до заземленої металевої арматури без застосування ізоляторів. Вібратор до арматури кріпиться в середній точці 0, що є точкою нульового потенціалу. При заземленні цієї точки електрична симетрія вібратора не порушується, і в той же час забезпечується грозозахист антенного пристрою. Вхідний опір настроєного напівхвильового лінійного вібратора (у точках а-а') складає 75 Ом, а петлевого-300 Ом. Це слабонаправлені антени, тому що їхня діаграма направленості має вид вісімки (див. мал. 2,6).

Турнікетні антени. Якщо два напівхвильові вібратори розташувати горизонтально під кутом 90 і подавати живлення зі зсувом фаз 90, то утвориться антена з круговою діаграмою направленості (див. мал. 2,а), що рівномірно випромінює електромагнітні хвилі у всіх напрямках горизонтальної площини. Такі антени, називають турнікетними (мал. 4), застосовуються в якості передавальних на телецентрах. Гратчаста конструкція диполів зменшує їхній опір вітровим навантаженням. Для концентрації випромінювання уздовж земної поверхні турнікетна антена містить декілька пар диполів, розташованих друг над другом.

Антени хвильового каналу. Широке поширення отримали приймальні телевізійні антени типу «хвильовий канал». Така антена складається з активного і декількох пасивних вібраторів, розташованих в одній площині і називаних елементами антени. У якості активного елемента звичайно використовується петльовий вібратор, що за допомогою фідера (кабелю зниження) сполучений із входом телевізора. Пасивні вібратори кріпляться на загальній стрілі з активним, але з фідером не сполучені.

Мал. 5. Трьохелементна антена «хвильовий канал»

На мал. 5 показана найпростіша трьохелементна антена типу «хвильовий канал» і приведені їх основні розміри (у мм) для першого і другого (у скобках) телевізійних каналів. Для такої антени коефіцієнт підсилення Ку=20 lg (Umax a/Umax п.в) = 4,5...5,3 дБ, де Umax а і Umax п.у - напруги, утворювані антеною даного типу й одиночним напівхвильовим вібратором на узгодженому навантаженні при орієнтуванні їх на максимум прийому.

Пасивний вібратор, розташований за активним (щодо напрямку на телецентр), називається рефлектором, а розташований перед ним - директором. Рефлектор декілька довше, а директор коротше, чим активний вібратор. Антена типу «хвильовий канал» може містити декілька директорів.

Конкретні розміри пасивних вібраторів і їхньої відстані до активного підбираються з умови підвищення спрямованих властивостей антени. У пасивних вібраторах, як і в активному, прихожі електромагнітні хвилі наводять ЕРС. При цьому ЕРС, наведена в активному вібраторі, передається через фідер на вхід телевізора, а пасивні вібратори, через наведену в них ЕРС, стають як би повторними джерелами електромагнітних випромінювань, що також впливають на активний вібратор. Розміри і взаємне розташування пасивних елементів підбираються такими, щоб створені ними електромагнітні поля наводили в активному вібраторі ЕРС, синфазні тим, що наводяться в ньому електромагнітними хвилями, що приходять із боку телецентру, і в той же час протифазні ЕРС, що наводяться в активному вібраторі електромагнітними хвилями, що приходять з інших напрямків, у тому числі і з боку, протилежної телецентру. У результаті такої дії пасивних вібраторів діаграма спрямованості антени приймає форму витягнутих пелюстків (див. мал. 2,б).

Мал. 6. Антени «хвильовий канал»:

а — п`ятиелементна двоканальна для 3-го і 5-го каналів; б—сьомиелементна для 6...12-го каналів; в—тринадцятиелементна для 21...39-го каналів

Зменшення рівня бічних пелюстків діаграми направленості і звуження її головного пелюстка, тобто підвищення направленості і коефіцієнта підсилення антени, досягаються збільшенням числа директорів. Збільшення числа рефлекторів на властивостях антени практично не позначається. Тому застосовується, як правило, один рефлектор, але в ряді випадків він виконується у виді двох-триповерхової конструкції.

На мал. 6, а, б, в показані різновиди антен типу «хвильовий канал»:

п`ятиелементна (із трьома директорами) двоканальна антена, призначена для прийому третього і п'ятого телевізійних каналів метрового діапазону хвиль (/Ci/==6,8 дБ);

сьомиелементна (із п'ятьма директорами і здвоєним рефлектором) діапазонна антена для прийому 6...12 телевізійних каналів метрового діапазону хвиль (Л^==8 дБ);

тринадцятиелементна (з одинадцятьма директорами і строєним рефлектором) діапазонна антена для прийому 21...39 телевізійних каналів дециметрового діапазону хвиль (/<v=9,5- 12 дБ).