Широкополосные вибраторы

Это вибраторы с пониженным волновым сопротивлением, т.е. большой тол­щины – абсолютные значения реактивных сопротивлений уменьшаются, кри­вые зависимости вблизи резонансов сглаживаются (рис.). Вблизи вто­рого резонанса у толстых вибраторов резко понижается активное входное соп­ротивление, что упрощает согласование с фидером.

Однако, чтобы извлечь из этого выгоды, необходимо принять ме­ры для уменьшения емкости между торцами вибраторов на входе антенны. Для этого входная часть вибраторов выполняют в виде конусов.

Полоса пропускания достигает 50%, большую полосу можно полу­чить у биконических вибраторов (рис.), причем, чем больше угол Ψ₀, тем шире полоса пропускания.

На практике применяют плоскостные широкополосные вибраторы, их длина (горизонтальный размер) обычно составляет (0,3…0,4)λ₀, где λ₀ - длина волны в середине полосы пропускания. Распределение тока здесь сильно отличается от синусоидального, поэтому ДН и другие характеристики определяются экспериментально.

Петлевой вибратор Пистолькорса

Он состоит из двух вибраторов - активного и пассивного, кото­рые связаны сильной электромагнитной связью за счет ближних полей и кондуктивной связью с помощью перемычек на концах вибратора (диаметры вибраторов могут быть различными).

Если длина вибратора 2l ≈λ/2, то в обоих плечах устанавли­ваются стоячие волны одинаковой фазы с пучностью в середине вибра­тора. В середине пассивного вибратора (т.О) заряд равен нулю, т.е. здесь нулевой потенциал по отношению к экрану – здесь вибратор можно заземлять, закрепляя на металлической заземленной мачте.

Д Н очень близко совпадает с ДН полуволнового вибратора, т.к. обязательным условием изготовления вибратора является условие d << λ, где d - расстояние между активным и пассивным вибратором. Однако входное сопротивление и сопротивление излучения будут существенно отличными при одина­ковых токах на входе I_A : у петлевого вибратора имеется еще ток I_A в пассив­ном вибраторе, который может быть как больше, так и меньше тока I_A.

Входное сопротивление петлевого вибратора:

;

где Z_П, Z_C – противофазные и синфазные колебания.

В системе наблюдается три резонанса (Х_А = 0), т.е. петлевой вибратор имеет более широкую полосу пропускания, чем обычный вибратор. Вблизи резонанса (l ≈ λ/4) Z_П → ∞, а Z_C → 0. Учитывая это получаем:

Z_A ≈ R_A ≈ (1+n)²R_C = 73,1(1+n)² Ом.

Д ля наиболее часто встречающегося случая одинаковых диаметров n = 1: R_A = 292 Ом. Если нужно иметь входное сопротивление меньше этой величины, то диаметр активного вибратора должен быть больше диаметра пассивного, и наоборот.

Симметричные вибраторы применяются в диапазонах волн от KB до сантиметровых, в том числе и как элемент сложной антенной системы: в качестве облучателей зеркальных антенн, антенных решеток.

Т.к. электрическая симметрия получается при симметричном рас­положении вибратора относительно окружающих предметов, то вблизи экранов вибраторы должны располагаться параллельно поверхности экрана.

С увеличением высоты подъема антенны над экраном его влияние на распределение тока по вибратору уменьшается и при высотах, боль­ших λ становится пренебрежительно малым. Здесь вибратор можно располагать произвольно, не нарушая симметрии.

Влияние экрана (земли) на ДН и входное сопротивление вибратора так же, как и влияние других предметов, окружающих антенну, сво­дится к тому, что часть электромагнитной энергии, излученной вибратором, отражается от этих предметов. Поле в каждой точке пространства яв­ляется результатом интерференции непосредственного излученного и отраженного полей. Точно оценить влияние окружающих предметов затруднительно, однако, наибольшее значение для практики имеет вопрос о влиянии хорошо проводящих плоских поверхностей (земля, металлический экран), параллельно которым обычно располагаются симмет­ричные вибраторы.

Рассмотрим диполь Герца - провод с зарядами противоположного знака на его концах. При изменении зарядов во времени по проводу течет ток I. Влияние плоского экрана на поле диполя Г. в верх­нем полупространстве можно учесть, заменив его зеркальным изобра­жением диполя. При горизонтальном расположении диполя ток в его зеркальном изображении направлен б сторону, противоположную току в самом диполе, т.е. сдвинут по фазе на π. (ток в зеркальном изображении вертикального диполя Г. будет синфазным).

Симметричный горизонтальный вибратор можно считать состоящим из распо­ложенных по оси вибратора диполей Герца. Зеркальным изображением симметричного вибратора будет такой же вибратор с противофазным током. Таким образом, поле горизонтального вибратора над идеально проводящей плоскостью можно рассчитать как сумму полей самого вибратора и его зеркально­го изображения.

Отметим, что при малой высоте (h < 0,1λ) поле вибратора почти полностью компенсируется полем зеркального изображения, т.е. антенна мало эффективна. При h = λ/4 поля вибратора и его зеркальные изображения в направлении, перпендикулярном отражающей поверхности, складыва­ются (вибраторы УКВ располагают над экраном на этой высоте).

Влияние земли на сопротивление излучения вибратора можно увидеть из рисунка (горизонтальный полуволновой вибратор над идеальной проводящей поверхностью): с удалением вибратора от поверхности сопротивление излучения стремиться к его значению для свободного пространства. На очень малых расстояниях от земли сопротивление очень мало, так как поле излучения вибратора компенсируется противофазным отраженным полем.