Настроенные и широкополосные коротковолновые антенны

3. Настроенные и широкополосные коротковолновые

антенны

К числу настроенных и широкополосных относятся антенны, построенные на базе проволочных симметричных вибраторов, в частности вибраторов Надененко. Для получения однонаправленного излучения вибраторы снабжаются рефлекторами в виде активных или пассивных симметричных вибраторов, а также в виде проволочного экрана из горизонтальных проводов, расположенных с определенным интервалом. Применение рефлектора повышает КНД антенн примерно в 2—3 раза. Рабочая полоса частот таких антенн ограничивается единицами процентов, а наиболее широкополосные вибраторы способны обеспечить полосу до ±50%.

Помимо вибраторов с обыкновенным питанием в коротковолновом диапазоне применяются симметричные вибраторы с шунтовым питанием и шлейф-вибраторы, рассмотренные в §2 части I конспекта. Поскольку применительно к данному диапазону волн эти антенны никаких существенных особенностей не имеют, то они здесь вновь не рассматриваются.

а) Горизонтальный диапазонный вибратор

Направленные свойства, в том числе и КНД, такого излучателя в значительной мере зависят от высоты его подвеса над землей и в меньшей степе-ни от длины вибратора.

Так, положение максимума диаграммы направленности в вертикальной плоскости определяется соотношением, следующим из формулы диаграммы направленности (рис. 51)

.                                  (52)

> 

Максимуму диаграммы   направленности,   ближайшему   у горизонту, соответствует значение аргумента в (52),   равное

или

,                                           (53)

отсюда определяется   оптимальная  высота   подвеса   вибратора. Она обычно выбирается в пределах

.

При высоте подвеса  КНД в зависимости от электрической длины вибратора без рефлектора дан на рис. 52.

Наибольший КНД соответствует , а на более длинных волнах он сравнительно медленно падает. Область значений  является рабочей. В среднем КНД симметричного вибратора с рефлектором над землей раза в 4 ~-8 больше

КНД такого же вибратора в свободном   пространстве. КБВ симметричного вибратора Надененко в рабочем диапазоне обычно не падает ниже ~ 0,2.

б) Уголковый вибратор

Уголковый вибратор Пистолькорса, выполненный по типу широкополосного  симметричного вибратора, показан на рис. 53, а. Его основное назначение — создать всенаправленную диаграмму в горизонтальной плоскости (рис 53,6). Благодаря тому, что диаграммы двух проводов вибратора, имеющие вид «восьмерки», взаимно заполняют нули в направлении осей проводов, суммарная диаграмма получается всенаправленной. При этом сложение полей в других направлениях нигде не происходит противофазно, ибо разности хода между фазовыми центрами проводов, как правило, заметно отличаются от λ/2 и лежат в области λ/4. В отношении   формирования всенаправленной диаграммы в горизонтальной плоскости эта антенна имеет много общего с парой вибраторов, находящихся во временной и пространственной квадратуре.

В вертикальной плоскости характер диаграммы уголкового вибратора такой же, как и для обычного вибратора. КНД такой антенны составляет D≈ 4.

в) Синфазная горизонтальная антенна

Коротшволновая синфазная горизонтальная антенна (рис. 54) во многом сходна в отношении диаграммы направленности, входных сопротивлений с аналогичной антенной,

применяемой в УКЗ диапазоне. Основная особенность работы коротковолновой антенны связана с влиянием земли. В частности, под влиянием отражения от земли КНД синфазной антенны примерно учетверяется. При этом часть высокочастотной энергии, проникающая в землю, превращается в тепло, что снижает к.п.д. антенны на 15 ÷ 20 %. Диаграмма направленности антенны, в предположении идеального отражения от земли, на основной частоте описывается для вертикальной плоскости произведением трех множителей

,  (54)

где h — высота подвеса   над   землей   фазового   центра антенны;

d— шаг решетки в направлении вертикального размера,  равный   λ/2 ;        п — число этажей в антенне;

— диаграмма направленности одного вибратора с рефлектором.

Второй множитель в (54) характеризует диаграмму направленности антенны в свободном пространстве, а третий учитывает интерференцию полей реальной антенны и ее зеркального отображения в земле. Форма диаграммы в целом аналогична рис. 50, б.

Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости не имеет каких-либо особенностей, отличающих ее от диаграммы плоской синфазной антенны-решетки.

Схема литания антенны, показанная на рис. 54, позволяет в небольших пределах перемещать максимум диаграммы направленности в горизонтальной плоскости путем изменения соотношения длин фидеров l₁и l₂. При этом синфазное питание нарушается введением фазовых искажений линейного типа.

Использование в данной антенне большого числа вибраторов, каждый из которых излучает лишь небольшую долю общей мощности, позволяет при относительно небольшом сопротивлении излучения отдельных вибраторов ( ~ 100 ом) излучать высокие уровни суммарной мощности.

Рабочий диапазон синфазных антенн с питанием этажей вибраторов по последовательной схеме (рис. 54) зависит от числа этажей питаемых одним неразветвленным фидером. Так, для 2-х этажной антенны рабочая полоса составляет около ±15%, а для 4-х этажной антенны она сокращается до ±6%. При этом в случае применения пассивных вибраторных рефлекторов при смене частот в пределах рабочих полос необходима дополнительная постройка рефлекторов. Таким образом, узкополосность синфазной горизонтальной антенны является одним из ее свойств, ограничивающих применение этой антенны, несмотря на высокий КНД и хорошее качество диаграммы направленности. Другим недостатком этой антенны по сравнению с диапазонными низкоподвешенными коротковолновыми антеннами является необходимость применения дорогостоящих опор большой высоты.