8.6.2Дипольные антенны
Конструкцию дипольной антенны можно представить в виде отрезка двухпроводной линии, проводники которой развернуты в противоположные стороны (рис. 7.7). Такая конфигурация напоминает совокупность штыревой антенны и ее зеркального отображения. Для каждой из половин дипольной антенны (вибраторов) справедливо соотношение, полученное для штыревой антенны. Совместное действие вибраторов определяется суммой двух одинаковых слагаемых, поэтому формула действующей длины дипольной антенны получается удвоением выражения для действующей высоты штыревой антенны
Рис. 7.59. К определению действующей длины дипольной антенны
где ℓш – длина одного штыря (вибратора) дипольной антенны. В измерительных дипольных антеннах длину штырей выбирают равными четверти длины волны (ℓш = λв/4). Тогда выражение для hg принимает вид
Поскольку общая длина антенны оказывается равной λ/2, такие антенны называют полуволновыми.
Активная вибраторная антенна имеет большое выходное сопротивление, связанное с емкостью стержня, которое трансформируется в малое выходное сопротивление, например, 50Ом, согласуемое с входным сопротивлением приемника. Во входных цепях активной антенны используются усилители с малым уровнем шума, выполняющие роль трансформаторов тока, в которых большое сопротивление антенны трансформируется в выходное сопротивление 50Ом. В результате эффективный антенный фактор активной антенны в этом диапазоне составляет обычно около 6дБ. Недостатком активной вибраторной антенны является измерение низких значений интенсивности поля. При измерении высоких интенсивностей поля антенна может насыщаться, что приводит к появлению гармоник, интермодуляции и другим явлениям, обусловленным нелинейностью устройства.
Поскольку активные вибраторные антенны являются широкополосными, ненастраиваемыми устройствами, то для широкополосных сигналов они имеют небольшой динамический диапазон, обычно 20-25дБ, тогда как при узкополосных сигналах диапазон может составлять ~60дБ.
Настраиваемый диполь представляет телескопическую антенну, оба вибратора которой регулируются по длине до λ/2 соответственно частоте измерений в диапазоне 35МГц…1ГГц.
Ниже 35МГц настраиваемый диполь становится слишком длинным, чтобы его можно было использовать внутри экранированных помещений. Поэтому на низких частотах длину антенны оставляют тех же размеров, но при этом ее антенный фактор возрастает. Наиболее приемлем в качестве ИА настраиваемый диполь в диапазоне 35МГц…1ГГц по сравнению с другими типами антенн, коэффициент усиления такой антенны считается стандартным и по параметрам – антенный фактор, коэффициент усиления – указанная антенна относится к типовым. К недостаткам такой антенны относится ее узкополосность, она непригодна для использования с современными анализаторами и широкополосными приемниками. На нижних частотах указанного диапазона эти антенны имеют существенную погрешность измерения и не рекомендуются для измерений.
Настраиваемая дипольная антенна широко используется для измерений параметров радиопомех согласно рекомендациям CISPR на расстоянии 3м.
В качестве примера рассмотрим полуволновую дипольную антенну. Конструктивно антенна объединена с симметрирующим трансформатором, необходимым для подключения коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75Ом. Антенна выполнена в виде двух стержней (рис. 7.9), вдвигаемых в трубки. Это необходимо для настройки антенны на рабочую частоту в диапазоне 250…1000МГц. Трубки закреплены на симметрирующем трансформаторе. Он представляет собой короткозамкнутый отрезок двухпроводной линии, длина которой подбирается равной λ/4 на рабочей частоте.
Рис. 7.60. Конструкция полуволновой дипольной антенны:
1 – коаксиальный кабель; 2 – плоскость короткого замыкания; 3 – экран; 4 – двухпроводная линия.
В качестве одного из проводников двухпроводной линии служит внешний проводник коаксиального кабеля, соединительный с вибратором диполя в точке «а». Второй проводник двухпроводной линии соединен с другим вибратором диполя – нижним в точке «б», к которой присоединен и центральный проводник коаксиального кабеля. Этим достигается заземление вибратора, питаемого от центрального проводника кабеля, через короткозамкнутый отрезок линии четвертьволновой длины, имеющий бесконечное входное сопротивление, и не влияющий на работу антенны. Таким образом, оба вибратора диполя имеют одинаковые потенциалы относительно экрана, соединенного с землей, что исключает искажение диаграммы направленности из-за несимметрии питающего коаксиального кабеля.
Коэффициент стоячей волны (КСТВ) настроенной антенны в рабочем диапазоне частот не превышает 1,3.
Для уменьшения геометрических размеров на частотах 30…100МГц дипольные антенны «укорачивают» за введения индуктивностей, с помощью которых антенны настраивают в резонанс, соответствующий полуволновому диполю.