7.4.3 Синфазные горизонтальные антенны

Узкополосная синфазная горизонтальная (СГ) антенна – остронаправ-ленная антенна, представляющая плоскую решетку, составленную из n этажей, в каждом из которых имеется по р синфазных полуволновых или волновых симметричных горизонтальных вибраторов. Обозначается синфазная горизонтальная антенна СГ , а при наличии рефлектора СГ Р. Например, в показанной на рисунке 7.43 антенне СГ n=4, р=8, расстояния между этажами b=λ/2 и между центрами вибраторов по горизонтали а=λ/3.

Рисунок 7.43 – Узкополосная синфазная горизонтальная антенна

К главному фидеру (1) в точках 2,3 подключены два фидера, каждый из которых в точках 4, 5, 6, 7 соединяется с двухпроводными линиями (8), непосредственно питающими вибраторы. Распределение тока в этих вибраторах (см. штриховые линии) таково, что в точках соединения их с линиями находятся узлы тока. Значит, входное сопротивление каждой пары вибраторов велико и больше волнового сопротивления линии, а в таких условиях линия работает в режиме смешанных волн и фаза в ней меняется на противоположную на каждом участке b=λ/2. Но вибраторы должны возбуждаться синфазно и для этого провода линии перекрещивают при переходе с одного этажа на другой. Главный фидер вводится в здание радиостанции, где он подключается к выходу передатчика. Согласуются они с помощью четвертьволновых трансформаторов или индуктивных шлейфов.

Основой для крепления антенны являются свободно стоящие металлические мачты (9). Крайние вибраторы каждого этажа соединяются со стальными тросами (10), а чтобы уменьшить провисание вибраторов, конструкцию дополняют верхним стальным тросом (леером) (11), к которому через вертикальные тросы (12) подвешивают распределительные двухпроводные линии. В антенне имеется много изоляторов. Часть из них (13) разделяет полувибраторы, а другая часть - участки, на которые разбивают тросы, чтобы исключить паразитный резонанс.

Антенна СГ Р имеет рефлектор из такого же полотна вибраторов, которые прикрепляют к тем же мачтам на расстоянии 0,2...0,25λ от исходного полотна. Обычно рефлектор пассивный и настраивается индуктивным шлейфом до получения минимального обратного излучения.

Анализ ДН таких антенн полностью согласуется с теорией антенных решеток. В частности: а) с увеличением общего числа N=pn вибраторов сопротивление излучения антенны значительно увеличивается; б) увеличение N, а следовательно, и площади антенны S_А сопровождается ростом и ; в) ширина ДН в горизонтальной плоскости определяется числом вибраторов р в этаже и не зависит от числа этажей n; г) ширина ДН в вертикальной плоскости и угол наклона максимума луча зависят от n и не зависят от р; д) если бы земля обладала идеальной проводимостью, то вследствие интерференции прямых волн и отраженных от земли волн КНД повысился в четыре раза, но в реальных условиях КНД повышается в 2...3 раза.

Рабочий диапазон синфазной антенны очень узкий. С отклонением частоты от резонансной происходит расстройка каждого вибратора вследствие изменения его электрической длины, нарушается работа рефлектора из-за изменения отношения расстояния между антенной и рефлектором к длине волны и, наконец, нарушается нормальное распределение напряжения в питающем фидере из-за изменения электрической длины его участков между вибраторами. Все это приводит к резкому искажению ДН антенны и уменьшению КПД питающей линии. По мере увеличения числа этажей в антенне границы допустимого отклонения рабочей длины волны от номинальной λ₀ все более сокращаются и достигают ±5%. Резонансные свойства и трудности фазирования синфазных горизонтальных антенн значительно ограничивают область их применения.

Синфазная диапазонная антенна, разработанная Г. З. Айзенбергом, В. Д. Кузнецовым и Л. К. Олифиным, рассчитана на работу в непрерывном диапазоне волн с отношением λ_макс/λ_мин=2,5. Это достигается использованием вибраторов с пониженным волновым сопротивлением (Z_ва = 250...500 Ом) и широкополосных схем согласования фидерной системы. Обозначаются эти антенны СГД РН с СГД РА, что означает: синфазная горизонтальная диапазонная антенна, содержащая n этажей по р вибраторов каждый, с пассивным рефлектором, который либо настраивается (Н) подвижными короткозамыкателями, либо не настраивается – апериодический (А). Точнее, апериодический пассивный рефлектор не содержит вибраторы, как настраиваемый рефлектор, а представляет экранирующую сетку из проводов, параллельных осям вибраторов.

На рисунке 7.44 показана схема питания одной секции антенны СГД РА (всего в антенне две такие секции).

Рисунок 7.44 – Схема питания антенны СГД РА

Основными элементами широкополосного устройства согласования фидеров являются ступенчатые четвертьволновые (для оптимальной волны λ₀) трансформаторы с волновыми сопротивлениями Z_в2=398Ом, Z_в4=366Ом, Z_в3=550Ом, Z_в5=480Ом. Главный фидер имеет Z_в7=275Ом, а распределительные - Z_в1=Z_в6=550Ом. Волновое сопротивление вибраторов Z_вв=470Ом. Провода сетки апериодического рефлектора расположены с интервалом 0,035λ₀. Расстояние между вибраторами антенны и рефлектором 0,3 λ₀.

В главном фидере благодаря принятым мерам коэффициент бегущей волны превышает 0,5 в диапазоне 0,9... 1,7 λ₀ и 0,3 в диапазоне 0,7... 1,9 λ₀.