- •Лабораторная работа : Исследование симметричного и несимметричного вибратора
- •Краткие сведения из теории
- •Влияние плоского проводящего экрана (рефлектора) на входное сопротивление симметричного вибратора
- •Вибраторы с шунтовым питанием.
- •Полуволновой вибратор с симметрирующим шлейфом.
- •Возбуждение вибратора коаксиальным кабелем в смещенной точке питания
- •Возбуждение симметричного вибратора с симметрирующим у стройством на магнитосвязных линиях
- •Примеры конструкций и схем построения бортовых антенн ла
- •Измерение входного сопротивления на измерительной линии.
- •Согласование с помощью реактивного шлейфа.
- •Порядок выполнения работы
- •Варианты заданий на выполнение работы
- •Оформление отчета.
Возбуждение вибратора коаксиальным кабелем в смещенной точке питания
Схема возбуждения вибратора и схема подключения коаксиального кабеля, реализующая возбуждение со смещенной точкой питания, приведены на (рис.19). Штанга, поддерживающая вибратор, укреплена в центре (в холодной точке) двух плеч. Одно плечо вибратора (активное плечо) в точке питания, смещенной от края плеча вибратора на величину Х, имеет разрыв, куда подключен коаксиальный кабель. Этот кабель до точки питания прокладывается внутри штанги и плеча вибратора. В разрыве плеча он подсоединяется наружним проводником к кромке плеча 6, а центральный проводник к вершине вибратора в точке 7. Для обеспечения механической прочности активного плеча его либо закрывают диэлектрическим обтекателем, либо в разрыве плеча устанавливают прочный изолятор.
Н ужно помнить, что данная схема возбуждения, как и схема возбуждения с γ-образной схемой согласования для симметричных вибраторов является несимметричной и потому используется только для возбуждения настроенных резонансных антенн. У резонансных вибраторов искажение синусоидального распределения тока в антенне из-за нарушения симметрии возбуждения плеч вибратора компенсируется его резонансными свойствами. На рис. 20 приведена схема конструкции несимметричного вибратора со смещенной точкой питания (с верхним питанием).
Возбуждение симметричного вибратора с симметрирующим у стройством на магнитосвязных линиях
Эти симметрирующие устройства чаще всего реализуются на ферритовых сердечниках и используются, в основном, для приемных антенн, а также и для передающих антенн с незначительным уровнем сигнала излучения (единиц ватт), так как высокий уровень сигнала приведет к разрушению ферритового сердечника. В зависимости от типа антенны, ее входного сопротивления
и спользуют схемы симметрирующих трансформаторов с различными коэффициентами трансформации входного сопротивления. Например, Схема симметрирующего устройства, показанная на рис. 21, предназначена для работы с симметричной нагрузкой и имеет коэффициент трансформации равный 1:4. Волновое сопротивление подводящего фидера Z0 на входе трансформатора трансформируется в сопротивление на его выходе в 4Z0. С помощью такого симметрирующего устройства хорошо согласуется полуволновый петлевой вибратор с входным сопротивлением (200-300)Ом с волновым сопротивлением кабеля (50-75)Ом .Симметрирующий трансформатор крепится в центре замкнутого плеча петлевого вибратора (в его холодной точке) (Рис.22) в месте со штангой по которой подводится к трансформатору кабель снижения.
Примеры конструкций и схем построения бортовых антенн ла
К бортовым антеннам ЛА наряду с конструктивными и механическими требованиями, определяемыми условиями эксплуатации и размещения на ЛА, предъявляются жесткие требования к электрическим характеристикам по согласованию, ширине диаграммы направленности по заданному уровню КУ, поляризационным характеристикам, электрической прочности. Для защиты по статике цепь возбуждения антенн, обязательно должна быть замкнута по постоянному току. Для удовлетворения всем этим требованиям используют специальные конструктивные решения а вибраторные антенны выполняют сложной формы, обеспечивающей формирование требуемой диаграммы. Так для расширения диаграммы направленности симметричного вибратора в Е-плоскости используют криволинейные вибраторы (U-образные, V-образные, Г-образные антенны, антенны с нагрузками в плечах вибраторов и на конце плеч, составные вибраторы, состоящие из кативных и пассивных излучателей взаимно связанных между собой).
Размещение вибраторных антенн на самолетах определяется видом поляризации поля, принятым в данной радиолинии, конструктивными особенностями самолета и ориентацией его относительно наземной станции в процессе полета. Вибраторным антеннам придают обтекаемую аэродинамическую форму и стараются размещать в полостях, закрытых диэлектрическими крышками (обтекателями), обеспечивающими требуемую аэродинамическую форму поверхности ЛА.
Вибраторные антенны представляют собой, как правило, консольные конструкции и должны выдержать значительные аэродинамические, вибрационные и ударные нагрузки, а также температурные воздействия, возникающие при сверхзвуковых скоростях. Поэтому они должны обладать большой механической прочностью и жесткостью, тепло- и холодостойкостью.
Несимметричные вибраторы крепятся к обшивке самолета через диэлектрические или металлические (четвертьволновые) изоляторы. Симметричные вибраторы устанавливаются с помощью специальных пилонов и штанг, а также на трубках приемников воздушного давления, балансировочных штангах и т. п. Элементы крепления оказывают значительное влияние на характеристики вибраторных антенн, особенно на их согласование с фидерным трактом. Рассмотрим несколько примеров конструктивного выполнения самолетных вибраторных антенн и их характеристики.
. Симметричные вибраторы с расширенной диаграммой направленности в Е-плоскости
К руговой обзор в азимутальной плоскости на ЛА обеспечить одним излучателем типа несимметричного вибратора невозможно из-за дифракции поля излучения антенны на корпусе самолета. Для решения этой задачи используют схему построения бортовой АФС состоящие из нескольких антенн установленных с разных сторон ЛА, каждая из которых обеспечивает обзор в заданном секторе кругового обзора. На ряде самолетов используют двух антенный вариант размещения антенн «нос-хвост». Каждая из таких антенн обеспечивает обзор в секторе ± 900. Например, в носовой части ряда самолетов такие антенны устанавливаются на трубки приемника воздушного давления, предназначенные для измерения скорости. На рис.23 приведен общий вид вибраторных антенн с рефлекторами системы УВД 1 и3 - антенна вертикальной поляризации и системы РСБН 2 и 4 – антенна горизонтальной поляризации, обеспечивающие обзор передней полусферы 1800 в направлении полета ЛА. Как видно из рисунка, для обеспечения идентичных диаграмм направленности обеих антенн, обеспечивающих обзор в секторе ±900 в горизонтальной плоскости горизонтальный вибратор 2 в антенне РСБН выполнен П-образной формы.
Симметрирующие устройства для горизонтальных и вертикальных вибраторов расположены во внутренней полости штанги. Антенны формируют кардиоидные диаграммы направленности в горизонтальной плоскости для вертикальной и горизонтальной поляризаций.
На рис.24 показана схема конструкции килевой антенны ответчика РСБН. Антенна представляет U-образный вибратор с удлиненными плечами, прижатыми своими концами к несущей штанге. Это формирует на концах вибратора емкость, благодаря чему вдоль плеч поддерживается равномерное распределение тока.
Запитка антенны осуществляется через согласующий трансформатор и симметрирующее устройство щелевого типа, которое представляет собой четвертьволновые прорези в наружном проводнике коаксиала, в качестве которого использован пилон. На рис.25 приведены диаграммы направленности варианта U-образной антенны (рис. 24), имеющей параметры
.
Другим примером вибраторной антенны, обеспечивающей расширенную диаграмму направленности в Е-плоскости, является многоэлементная антенна (рис.26). Антенна состоит из двух несимметричных вибраторов, запитанных в противофазе и пассивного
горизонтального вибратора (Т-образный пассивный элемент), расположенного между вершинами несимметричных вибраторов. Вибраторы установлены на торцевой части цилиндрического экрана. Антенна устанавливается в носовой части самолета перед радиолокатором, по этому для уменшения затинения апертуры зеркала экран антенны выполнен в виде металлической сетки, радиопрозрачной для частоты локатора. Два противофазных несимметричных вибратора (рис.26) за счет емкостной связи с верхней частью Т-образного элемента возбуждают его с двух концов как симметричный вибратор. При этом на его вертикальной стойке токи отсутствуют, так как она находиться в зоне, где суммарное поле несимметричных вибраторов равно нулю. Результирующее поле излучения этой трех элементной антенны с учетом влияния цилиндрического экрана как рефлектора в Е-плоскости характеризуется диаграммой направленности приведенной на рис. 27.
Аналогичными диаграммами обладают другая антенна показанная на рис.28. Антенна предназначена для обзора заднего полупространства по полю горизонтальной поляризации и предназначена для размещения на киле крупноразмерных ЛА. В этой антенне Т-образный элемент выполнен активным симметричным вибратором, плечи которого возбуждают два пассивных несимметричных вибратора, располженных симметрично по краям антенны. Все характеристики атенны аналогичные характеристикам выше описанной трех элементной антенны.
Несимметричный вибратор «ножевого» типа
Н а самолетах различных классов довольно широко используются антенны в виде несимметричного вибратора «ножевого» типа. Такие антенны находят преимущественное применение во всех случаях, когда допустимо использование выступающих антенн и когда необходимо обеспечение ненаправленного обзора пространства, в горизонтальной плоскости при вертикальной поляризации вектора поля. Антенна такого типа является, в частности, одной из рекомендуемых для бортового оборудования самолетов систем вторичной радиолокации и дальномера. Антенна представляет собой плоский несимметричный вибратор, плавно расширяющийся к основанию, край которого запрессован в диэлектрический материал (рис.29). Форма вибратора определяется требованиями придания конструкции антенны необходимой механической устойчивости в условиях работы в набегающем потоке. Антенна закрепляется на корпусе самолета фланцем, имеющим отверстия по контуру. При таком размещении антенны основание вибратора и металлическая поверхность вокруг основания антенны создают емкость, которая повышает добротность антенны и сужает полосу согласования. Уменьшение этой емкости вследствие сужения основания вибратора приводит к потере прочности антенны и потому неприемлемо. Достаточно успешным способом снижения шунтирующего эффекта этой емкости является включение в основании вибратора индуктивной реактивности в виде короткозамкнутых шлейфов (отрезков линии, замкнутых концом на корпус) (рис.31).
В практических конструкциях антенн это осуществляется путем выполнения вибратора с основанием, у которого имеются перемычки, замыкающие концы основания на корпус. При этом изоляционный материал (см. рис.29) служит диэлектрическим заполнением отрезков короткозамкнутой линии, образованных основанием с перемычками и внутренней поверхностью полости во фланце антенны. Наличие таких перемычек помимо улучшения электрических параметров антенны придает ее конструкции дополнительную механическую прочность, что позволяет использовать антенны такого типа даже на сверхзвуковых самолетах.
Типовые диаграммы направленности антенны, святые экспериментально при размещении антенны в центре металлического листа размером (3,0x3,0)λср, приведены на рис.30. Величина КСВН, антенны, не превышает значений 2,0 для полосы (0,8 ... 1,2) λср. На рис. 6.5 сплошной линией обозначена диаграмма для горизонтальной плоскости, пунктирная — для вертикальной.