Министерство образования Республики Беларусь УО «Брестский государственный политехнический колледж»

Радиотехника

Раздел 7. Антенны

Тема 7.5. Антенны метровых и дециметровых волн

7 Антенны

7.5 Антенны метровых и дециметровых волн

7.5.1 Симметричные вибраторы

Большое число антенн диапазонов метровых и дециметровых волн либо представляет собой симметричный вибратор, либо содержит его в качестве основного элемента (или элементов). В основном используются следующие разновидности активных вибраторов: прямолинейный вибратор последовательного и параллельного питания, уголковые и петлевые вибраторы.

Симметричный вибратор последовательного питания (рисунок 7.1) иногда называют разрезным вибратором.

Рисунок 7.1 – Симметричный вибратор последовательного питания

Вдоль оси вибратор не принимает, и поэтому, повернув вибратор нулем диаграммы в направлении приходящей помехи, можно добиться ее подавления на выходе антенны. Такой прием, в отличие от частотной избирательности, называют пространственной избирательностью (селекцией). Поскольку у симметричного вибратора диаграмма имеет достаточно широкий максимум (рисунок 7.2), то поворот антенны даже на угол 30° снизит напряжение от полезного сигнала только на 20 %.

Рисунок 7.2 – Диаграмма направленности симметричного вибратора

Основным ограничением при многоканальном применении полуволновых симметричных вибраторов последовательного питания являются значительные изменения реактивной составляющей входного сопротивления при изменении частоты. Для расширения рабочей полосы частот увеличивают диаметр трубки, из которой изготавливают вибратор.

Симметричный вибратор параллельного питания (неразрезной) питается в точках, симметричных относительно его середины, с помощью симметричной двухпроводной линии (рисунок. 7.3) или коаксиального кабеля с симметрирующим устройством.

В силу симметрии середина вибратора имеет нулевой потенциал, и поэтому вибратор можно устанавливать на металлической мачте без изолятора. Диаграмма направленности вибратора с параллельным питанием такая же, как у вибратора с последовательным питанием.

Рисунок 7.3 - Неразрезной полуволновый симметричный вибратор

параллельного питания

Для усиления интенсивности излучения горизонтального или вертикального вибратора применяют рефлектор или директор. При этом в силу закона о сохранении энергии увеличение энергии в одном направлении должно сопровождаться уменьшением излучения в другом направлении.

Рисунок 7.4 – Вибратор с рефлектором или директором: а — вибратор с пассивным рефлектором; б — вибратор с активным рефлектором; в — вибратор с настраиваемым пассивным рефлектором ; г — вибратор с пассивным директором (стрелками показаны направления главного лепестка диаграммы направленности)

Простейшим рефлектором может служить плоский металлический лист, установленный со стороны, противоположной направлению максимального излучения. Расстояние между вибратором и листом должно быть примерно равным четверти длины волны. В этом случае в направлении, перпендикулярном листу, фазы поля излучения вибратора и его зеркального изображения отличаются на 360º, т. е. синфазны и складываются арифметически.

Не всегда удобно устанавливать металлический лист или заменяющую его сетку проводов. Значительно проще параллельно излучающему вибратору установить другой вибратор и возбудить в нем токи такой фазы, чтобы поля, создаваемые обоими вибраторами складывались в нужном направлении. Так, например, если расстояние между обоими вибраторами равно четверти длины волны и ток одного из них отстает по фазе на четверть периода (на 90°) от тока другого, то излучение будет направлено в сторону вибратора отстающего по фазе, так как именно в этом направлении поля, излучаемые вибраторами, будут складываться, а в противоположном — компенсироваться (рисунок. 7.4,а). В том случае, когда к обоим вибраторам подводится линия питания (рисунок. 7.4,б), вибратор, опережающий по фазе, называется активным рефлектором.

Очень часто такая двухвибраторная система состоит из одного питаемого вибратора и второго вибратора, к которому питание не подводится (так называемый пассивный вибратор). Ток в пассивном вибраторе наводится благодаря наличию между ним и питаемым вибратором электромагнитной связи, т. е. падающее от активного вибратора на пассивный электрическое поле наводит в нем ЭДС и по нему течет ток. Регулируя длину вибратора, можно добиться, чтобы ток в нем отставал от тока в вибраторе на четверть периода (на 90° по фазе) или несколько меньше при расстоянии между вибраторами, равном или несколько меньшем четверти волны. Тогда поля будут складываться в направлении пассивного вибратора. Такой пассивный вибратор называется директором, что в переводе на русский язык — направляющий. Отставание по фазе на четверть периода, как показывают теория и практика настройки, обеспечивается в том случае, когда пассивный вибратор короче половины длины волны. Если же ток в пассивном вибраторе, расположенном на расстоянии четверти волны или меньше, опережает по фазе на четверть периода или несколько меньше ток питаемого вибратора, то система излучает в направлении, противоположном пассивному вибратору, он как бы отражает радиоволны, и его называют пассивным рефлектором.

Настройку пассивных вибраторов (директора и рефлектора) можно осуществлять построечным мостиком (рисунок. 7.4, в, г).