7.5.2 Петлевой вибратор Пистолькорса

Петлевой симметричный вибратор представляет собой сочетание двух параллельных полуволновых вибраторов, к одному из которых подведена линия передачи, а второй возбуждается благодаря наличию перемычек, соединяющих концы обоих вибраторов, а также электромагнитным полем, создаваемым током, текущим по вибратору. Распределение тока на проводниках показано на рисунке 7.5. Благодаря тому, что в середине второго вибратора расположен узел напряжения, его можно не устанавливать на мачте с помощью изолятора, а непосредственно приварить к мачте или укрепить болтовым соединением.

При расположении петлевого вибратора перпендикулярно к мачте, он ее не возбуждает, так как каждая его половина вызывает на поверхности мачты токи, текущие в противоположные стороны (рисунок 7.6). Это относится к любому симметричному вибратору, а в более общем случае — к любой симметричной антенне.

Сопротивление излучения тонкого полуволнового петлевого вибратора равно 292 Ом. В том случае, если вибратор излучает на резонансной волне, то его входное сопротивление совпадает с сопротивлением излучения.

Рисунок 7.5. Распределение тока вдоль проводников полуволнового

симметричного петлевого вибратора

Рисунок 7.6. Крепление петлевого вибратора к мачте

Возможные варианты питания петлевого вибратора приведены на рисунке 7.7. В варианте, показанном на рис. 7.7, а, симметричная линия должна иметь волновое сопротивление около 300 Ом. Симметрирующее устройство из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом может быть выполнено в двух вариантах. На рисунке. 7.7, б вибратор согласуется с кабелем с помощью U-колена.

Рисунок 7.7 ­­­­- Варианты питания петлевого симметричного вибратора: а — двухпроводной линией; б — коаксиальным симметрирующим и

согласующим устройствами (U-колено);

Размеры петлевых полуволновых вибраторов, например, для различных телевизионных каналов приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Размеры петлевых полуволновых вибраторов

7.5.3 Антенна типа «волновой канал»

Эта антенна (рисунок 7.8), называемая также антенной Уда–Яги или директорной, состоит из активного полуволнового вибратора (1), соединенного с передатчиком или приемником, и ряда пассивных вибраторов (2-5). Все они расположены в одной плоскости. Вибратор 2, называемый рефлектором, находится по одну сторону, а вибраторы 3, 4, 5,..., называемые директорами, - по другую сторону от активного вибратора. Вся эта система обеспечивает направленное излучение от рефлектора к директорам. Антенна типа «волновой канал» нашла широкое применение в качестве приемных телевизионных антенн.

Рисунок 7.8 - Антенна типа «волновой канал»

Пассивные вибраторы прикрепляют к стреле без изоляторов, даже если стрела металлическая, так как стрела симметрична относительно плеч вибраторов и не влияет па процессы излучения и приема электромагнитных волн. Активный вибратор, если это петлевой, крепят в точке его нулевого потенциала таким же способом.

Директорную антенну можно рассматривать как линейную решетку симметричных вибраторов. Осью решетки служит стрела: на ней расположены фазовые центры всех вибраторов. Поле, в котором находятся пассивные вибраторы, сложное: оно состоит из полей излучения и индукции. Эти поля к тому же усложняются взаимодействием активного и пассивных вибраторов. Односторонняя направленность достигается тем, что волна, движущаяся от рефлектора к директорам, усиливается собственными полями вибраторов. Поэтому поля за рефлектором настолько слабы, что применение в антенне более одного рефлектора нецелесообразно.

Наибольший эффект получается, если фазовая скорость передачи тока от одного вибратора к другому υ_Ф несколько меньше скорости с, с которой электромагнитная волна распространяется в воздухе по направлению оси решетки.

При этом, как показывают эксперименты, ток в рефлекторе отстает по фазе от наводимого в нем напряжения, а ток в директоре опережает напряжение на нем. Иначе говоря, рефлектор должен обладать реактивным сопротивлением индуктивного характера, а директор – емкостного. Для этого при настроенном в резонанс полуволновом активном вибраторе рефлектор должен быть несколько длиннее, а директор несколько короче половины длины волны.

Под влиянием пассивных вибраторов значительно снижается сопротивление излучения активного вибратора. Это затрудняет согласование антенны с фидером, в связи с чем в качестве активного вибратора директорной антенны обычно используют обладающий повышенным сопротивлением излучения петлевой вибратор.

Емкостные сопротивления директоров снижают фазовую скорость υ_ф электромагнитных волн подобно тому, как в линии передачи скорость υ_ф уменьшается с увеличением погонной емкости C₁ линии (υ_ф = 1/ ). Таким образом, директорная антенна представляется в виде системы вибраторов с осевым излучением и замедленной фазовой скоростью возбуждения (коэффициент замедления (k_з = с/υ_ф > 1).КНД такого рода антенн прямо пропорционален их относительной длине l_a /λ:

D = k₁l_a/ λ, (7.1)

где k₁=5…10 ‑ коэффициент, который в данном случае зависит от числа директоров.

Чем больше директоров в антенне, тем труднее обеспечить наиболее выгодные фазовые сдвиги между токами в вибраторах и тем меньше k1. Обычно число директоров в антенне не превышает 7. При этом ширина диаграммы направленности 2θ _0,5 =20…40º.

Антенны директорного типа применяются в диапазоне метровых и дециметровых волн. Преимущества таких антенн заключаются в простоте схемы питания и конструкции и в малых габаритах. К недостаткам антенн директорного типа относятся трудность подбора размеров вибраторов и расстояния между ними. Директорные антенны узкополосные вследствие того, что направленность их в большой мере определяется фазовыми соотношениями, зависящими от частоты.