Лекция 6. Симметричный одиночный (линейный) и петлевой вибраторы

Предложенный А. А. Пистолькорсом петлевой вибратор (рис. 11.5,а) можно рассматривать как два полуволновых синфазных вибратора, расположенных на малом расстоянии () друг от друга соединенных по концам. Относительно точек питания ае вибратор является симметричной системой. В наиболее удаленной от точек питания точке с систе­ма оказывается короткозамкнутой, и здесь устанавливается пучность тока. По мере продвижения от точки с ко входу антенны амплитуды тока уменьшаются и в точках b и d, отстоящих от точ­ки с на расстоянии, равном 0,25, образуются узлы тока. Далее за точками b и d токи меняют свое направление на обратное, а их амплитуды по мере приближения к точкам а и е возрастаю. Отрезки вибратора ba и de соответственно в точках b и d относительно верхнего отрезка bcd развернуты навстречу друг другу, следовательно, токи в обоих вибраторах 1 и 2 имеют одно направление. Расположение в точке с пучности тока и узла напряжения позволяет крепить вибратор в этой точке к металлической стреле или мачте непосредственно без изоляторов, обеспечив надежную грозозащиту.

При равенстве диаметров трубок вибратора в них будут равны и токи. Поле излучения создается суммарным током 2I. Мощность излучения петлевого вибратора . Подводимая мощность . Решая совместно эти уравнения относительно Rа и полагая ,определяем входное сопротивление петлевого вибратора Rа = 300 Ом.

Входное сопротивление петлевого вибратора можно менять, изменяя соотношение диаметров трубок вибратора. При изменении отношения диаметра верхнего вибратора (1) к нижнему (2) от 0,5 до 2 входное сопротивление петлевого вибратора изменяется от 220 до 380 Ом.

Петлевой и симметричный полуволновый вибраторы имеют примерно одинаковые ДН, КНД и КУ. Плоскость расположения трубок в вибраторе существенного влияния на его параметры не оказывает. Для получения большего входного сопротивления антенны применяют двухпетлевые вибраторы (рис. 11.5,б), состоя­щие из трех полуволновых синфазных вибраторов. Входное сопротивление такого вибратора примерно равно 9.

Волновой канал. В качестве направленных более рас­пространены антенны типа волновой канал. Эта антенна (рис. 11.6,а) состоит из вибратора Б, рефлектора А и нескольких директоров В, Г и Д. Для упрощения конструкции в данной антен­не рефлектор и директоры выполняются вторичными — к ним не подводят питания. Вторичные вибраторы в этом случае возбуж­даются полем первичного вибратора Б. Рассмотрим, например, си­стему, состоящую из первичного вибратора 1 и вторичного 2 (рис. 11.6,б). Предположим, что в вибраторе 1 генератором возбужда­ется ток I1. В вибраторе, как и в разомкнутой на конце линии смалыми потерями устанавливается режим стоячей волны, при ко­тором напряжение отстает от тока I1 на угол, приблизительно равный 90° (векторная диаграмма рис. 11.6,б). Напряжение U1создаст около вибратора 1 поле Е1совпадающее с ним по фазе. Это поле, достигнув вибратора 2 (Е12) отстанет по фазе на угол.kd=90° и наведет в вибраторе 2 ЭДС Э2. Возьмем вторичный ви­братор 2 несколько длиннее 0,5А,. Реактивное сопротивление такого вибратора имеет индуктивный характер (kl2>90°), и ток I2, обусловленный ЭДС Э2, будет отставать от на угол, приблизительно равный 90°.

В свою очередь, ток I2 создаст у вибратора 2 поле Е2, отстающее по фазе от тока на 90°. Посольку поля Е12 и Е2 противофазны, результирующее поле позади вторичного вибратора 2 ослаблено. Поле Е2 вибратора 2, достигнув вибратора 1 (Е21), отстанет по фазе на угол kd=90° b будет совпадать с полем Е1. В направлении от вибратора 2 к вибратору 1 и далее поля складываются. Вторичный вибратор длиной 2l2>0,5, ведет себя как рефлектор.

 

 

Рис. 1. Петлевые вибраторы: Рис. 2. Волновой канал: а – пятиэлементный, а — однопетлевой; б - вибратор с вторичным рефлектором

б — двухпетлевой в - вибратор с вторичным директором

 

Если вторичный вибратор короче 0,5(рис. 11.6,в), то его активное сопротивление имеет емкостный характер и ток I3 0 опережает ЭДС Э3 на угол, приблизительно равный 90°. Максимум излучения направлен в сторону вторичного вибратора 3, а поле позади первичного вибратора ослаблено. Такой вторичный вибратор (2l3<0,5) называется директором..

В антенне «волновой канал» длину рефлектора выбирают равной (0,5... 0,53), а расстояние между рефлектором и первичным вибратором (0,15 ... 0,25). Длины директоров выбирают равны; (0,4... 0,45), а расстояния между вибратором и ближайшим к нему директором, а также между директорами (0,1... 0,34). С уменьшением расстояний между вибраторами ток во вторичных вибраторах увеличивается, но при этом сильно уменьшается входное сопротивление первичного вибратора. Для облегчения согласования с фидером и из конструктивных соображений в качестве первичного вибратора часто применяют петлевой вибратор. Антенна «волновой канал» узкополосна, так как с изменением частоты существенно изменяются входные сопротивления, а следовательно, изменяются амплитуды и фазы токов во вторичных вибраторах. Шести-, семиэлементная антенна имеет полосу пропускания 10 ... 15% от средней частоты. При увеличении числа элементов в антенне до десяти полоса сужается до 5%. Число элементов в антенне — это полное число первичных и вторичных вибраторов. Некоторым изменением размеров и взаимного расположения вибраторов можно расширить полосу пропускания, уменьшив КНД антенны. Расчет ДН антенны можно выполнить по (8.16), в которой под dпонимают усредненное расстояние между соседними вибраторами. Коэффициент укорочения волны определяется из (8.20) или принимается равным единице, КНД определяется по (8.21).

11.7. Логопериодические антенны:

а - активная область; б, в — плоские; г — пространственная рефлектором, в - вибратор с вторичным директором