Синфазная вибраторная антенна. Директорная антенна или антенна «волновой канал». Линзовые антенны. Щелевые антенны

1. Синфазная вибраторная антенна

Синфазная вибраторная антенна относится к числу плоских синфазных антенн-решеток В качестве элементов этой антенны используются симметричные вибраторы.

Типичная схема питания вибраторов показана на рис. 31. Длина вибраторов выбирается исходя  из удобства их согласования с питающим фидером при параллельном   включений всех элементов. При этом входное сопротивление одного вибратора очевидно должно быть чисто активным и равным

,                                                                      (37)

где   W—волновое сопротивление питающего фидера;

п — число вибраторов в этаже антенны;

m —число этажей в антенне.

Необходимое значение R_exвибратора может достигать величия порядка единиц и десятков килоом. Такое сопротивление имеют лишь вибраторы, настроенные в параллельный резонанс (2l≈λ).

Подбор входного сопротивления осуществляется путем изменения диаметра провода вибратора согласно формуле

,                                                              (38)

где    W_в — волновое сопротивление вибратора, зависящее от диаметра провода.

Равенство амплитуд и фаз токов всех вибраторов достигается с помощью системы питания благодаря равномерному делению мощности между одинаковыми элементами, включенными параллельно друг другу, и одинаковой длине фидера от передатчика до каждой секции антенны (рис. 31). В пределах же секции на рис. 31 питание одного из вибраторов производится через фидер на полволны более длинный, чем для другого вибратора.

Возникающее при этом фазовое запаздывание, равное π, компенсируется переменой полярности питания.

Применение рассмотренной схемы питания в пределах секции ограничивает рабочий диапазон частот вследствие изменения электрической длины фидера между двумя вибраторами.

Для расширения диапазона частот следует питать каждый элемент антенны ветвями фидера одинаковой длины, как это сделано для секции антенны.

В целях получения игольчатой диаграммы направленности с односторонним излучением антенна снабжается плескам решетчатым или сплошным металлическим экраном — рефлектором, который устанавливается параллельно плоскости антенны с одной ее стороны на расстоянии от вибраторов около λ/4.

Размеры рефлектора берутся несколько большими, чем полотно вибраторов, примерно на λ/4 с каждого его края. Влияние экрана должно быть учтено и при расчете входных сопротивлений вибраторов.

Коэффициент использования геометрической поверхности синфазной вибраторной антенны составляет примерно 0,8÷0,95.

С большим успехом вместо симметричных вибраторов в качестве элементов синфазной решетки могут быть использованы так называемые излучатели с осевым излучением. Они обладают большей направленностью, чем вибраторы, что позволяет уменьшать число элементов антенны при сохранении ее площади. Это в свою очередь дает возможность упростить систему питания всей антенны.

2. Диэлектрические антенны

Диэлектрическая антенна представляет собой отрезок диэлектрического волновода виде стержня или трубки форма поперечного сечения которых может быть различной, но

чаще всего выбирается круглой или прямоугольной (рис. 32). Диэлектрический волновод, выполняемый из высокочастотного диэлектрика, возбуждается с одною конца металлическим волноводом с волной Н₁₁—для круглого волновода или с волной Н₀₁—для прямоугольного волновода. В свою очередь металлический волновод возбуждается с помощью штыря, подсоединенного к коаксиальной линии питания.

В прямом диэлектрическом волноводе постоянного сечения могут распространяться поверхностные волны, которые переносят высокочастотную энергию без потерь на излучение, если волновод не имеет неоднородностей и его длина бесконечна.

При построении антенн на базе диэлектрического волновода, его излучение, наоборот, является полезным аффектом.Относительно небольшие размеры поперечного сечения диэлектрических и ребристых антенн позволяют использовать эти антенны в качестве маловыступающих хорошо обтекаемых излучателей, которые легко размещаются на металлической поверхности в виде одной половины антенны. Вторая половина антенны заменяется зеркальным отображением первой половины.

3. Директорная  антенна или антенна «волновой  канал»

Директорная антенна состоит из ряда симметричных вибраторов, расположенных на одной оси и образующих антенну- решетку с осевым излучением   (рис. 37).

Питание   антенны подводится к активному вибратору, который наводит своим полем токи в остальных вибраторах. Все вибраторы антенны обычно крепятся непосредственно на несущем металлическом стержне, за исключением активного вибратора, устанавливаемого на стержне с помощью изолятора. Стержень не оказывает заметного влияния на поле вибраторов благодаря тому, что электрические силовые линии их поля в основном перпендикулярны поверхности стержня и не наводят в нем заметных э.д.с. и токов.

Длина вибраторов подбирается в процессе настройки для получения распределения токов от вибратора к вибратору по закону бегущей волны с требуемым коэффициентом замедления, обычно близким к оптимальному или несколько меньшим. При это рефлектор оказывается длиннее полуволны, активный вибратор имеет длину 2l, равную λ/2, а директоры — примерно одинаковую длину короче полуволны. Это обеспечивает опережающую фазу тока в рефлекторе по отношению к току активного вибратора, а ток последнего опережает по фазе ток ближайшего директора и т. д.