Полоса согласования антенны

Полоса согласования определяется как непрерывная полоса частот, внутри которой К_CT не превышает заданную величину K_CTдоп. При оптимальном узкополосном согласовании такой нагрузки, когда на средней частоте f₀ и длины согласующих отрезков минимальные, максимально достижимая полоса частот для антенны с добротностью Q_а может быть приближенно рассчитана с помощью формулы

(14)

По этой причине одним из широко распространенных методов, расширения полосы согласования антенн, является уменьшение ее добротности за счет уменьшения волнового сопротивления вибратора. Уменьшение этого сопротивления достигается путем увеличения поперечных размеров плеч вибратора. Для этого, плечи вибратора выполняются в виде цилиндров большого диаметра, широких проволочных сеток, металлических пластин, а также пучков, расходящихся веером или образующих конические или цилиндрические поверхности проводов. Уменьшение волнового сопротивления в таких вибраторах связано с увеличением погонной емкости и уменьшения погонной индуктивности (в соответствии с известным соотношением , где L₁ и C₁ – погонные индуктивность и емкость).

Если длина вибратора отличается от резонансной, то для компенсации реактивной составляющей входного сопротивления в вибратор вводится настраивающие катушки индуктивности и конденсаторы. Величина Кст в подводящем фидере, нагруженном на вибратор, в полосе частот может быть определена по его входному сопротивлению

, где Г- коэффициент отражения в подводящем фидере . (15)

Подключение симметричного вибратора к несимметричной линии (например, к коаксиальной) осуществляют через симметрирующее устройство, которое представляет собой переход от несимметричной линии к симметричной.

Петлевые вибраторы

Петлевые вибраторы (шлеф-вибратор Писталькорса) Рис. 6 представляют собой разновидность симметричного вибратора, плечи которого выполнены в форме петли, образованной двумя проводниками длиной 2l, расположенных параллельно друг другу на расстоянии D. Длина петли равна L=4l+2D. Линия, питающая вибратор, подсоединяется к одному проводнику. На р

Рис. 6

езонансной частоте L= и в петле устанавливается стоячая волна тока с амплитудой в пучности I₀. При этом токи в обоих проводниках имеют одинаковую фазу и амплитуду. Таким образом, излучение системы из двух проводников можно рассматривать как излучение одного эквивалентного вибратора с током в пучности I_э=2I₀. Сопротивление излучения такой антенны и активную часть входного сопротивление можно определить, приравнивая мощности излучения эквивалентного симметричного и петлевого вибраторов .

Отсюда,

, (16)

т.е. входное сопротивление резонансного петлевого вибратора питаемого в пучности тока составляет около 300 Ом. Изменением диаметров проводников d₁ и d₂ петлевого вибратора и расстояния между ними D это сопротивление можно изменять в пределах (150 – 400)Ом.

В ибраторы этого типа используются как излучатели с повышенным входным сопротивлением, что является удобным для их согласования с симметричной двухпроводной линией. Кроме того, конструкция этих излучателей позволяет крепить их на траверсах антенн, не нарушая симметрии излучателя, т.к. середина неразрезанного свободного проводника петлевого вибратора в точке пучности тока является точкой нулевого потенциала. Эта точка, как было отмечено выше, используется для крепления вибратора к металлической штанге. В частности, эта одна из причин, почему в антеннах типа волновой канал в качестве активного излучателя часто используют петлевой вибратор. В таких конструкциях узел подключения питания активного вибратора с коаксиальным кабелем связан с его узлом крепления на штанге и не нарушает симметрии антенны. Согласование большого входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением кабеля обеспечивается применением симметрирующих устройств обеспечивающих трансформацию входного сопротивления 1/4. Такую трансформацию обеспечивают симетрирующие устройства типа U-колена и устройства на магнитосвязанных линиях и др.

V-образные вибраторы

V-образные вибраторы представляют собой проводник длиной 2l изогнутый по

центру на угол 2 (Рис.7 – где L — длина плеча антенны;  — половина угла

раскрыва V-образной антенны).

А

Рис.9

Рис.10

нтенны такого типа в свободном пространстве обеспечивают излучение без энергетических провалов. Поляризационная структура поля излучения таких антенн имеет сложный характер. В отдельных секторах поле имеет эллиптическую поляризацию, а в плоскости вибратора и в продольной ортогональной ей плоскости поляризация линейная. В системах связи эти антенны обычно располагают горизонтально и используют их в качестве антенн горизонтальной поляризации с ненаправленной диаграммой в азимутальной плоскости. На рис. 8 приведены нормированные диаграммы направленности полу­волновой уголковой антенны в азимутальной (горизонтальной) плоскости. В этой плоскости меридиональная составляющая поля отсутствует. По мере уменьшения угла Ф диаграмма становятся более равномерной. График зависимости коэффи­циента равномерности К_р от угла Ф приведен на рис. 9. Из рисунка видно, что наи­больший коэффициент равномерности, достижимый с помощью полуволновой уголковой антенны, равен 0,615. Все диа­граммы направленности рассчитаны в предположе­нии, что антенна расположена в свободном простран­стве.

Сопротивление излучения полуволновой уголковой антенны в зависимости от угла Ф, расположенной в свободном пространстве приведена на (Рис.10). С уменьшением этого угла сопротивление излучения антенны падает и соответственно уменьшается величина активной составляющей входного сопротивления.

Таким образом, требования ненаправленного излуче­ния антенны в азимутальной плоскости и приемлемой для согласования с фидером величины ее активной со­ставляющей входного сопротивления противоречивы. Компромиссом с точки зрения выполнения этих тре­бований, как следует из характеристик, приведенных на рисунках 9 и 10, является угол раскрыва антенны  равный примерно 80⁰. Поэтому уголковая антенна обычно представляет собой гори­зонтальный V-образный вибратор с углом раскрыва при вершине около 80°.