2. Широкодиапазонные антенны
Диапазонные антенны с перекрытием по частоте в несколько раз могут быть построены главным образом на базе антенн бегущей волны (антенны с осевым излучением), практически лишенных резонансных узкополосных элементов. Поскольку их максимум диаграммы направленности должен быть расположен сравнительно низко над землей, ось таких антенн должна располагаться параллельно поверхности земли в направлении на корреспондента.
При ширине диаграммы направленности, около 10 ÷ 15° электрическая длина оптимальной антенны этого типа согласно формуле (95) из части I конспекта равна
.
Таким образом, даже при самой короткой длине волны — 10 м геометрическая длина антенны должна составлять не менее 100 м. Следовательно, территория для размещения только одной антенны, обслуживающей в лучшем случае два направления—прямое и обратное (при питании ее с одного и другого конца), оказывается весьма значительной. Это является недостатком антенн данного типа.
Рассмотрим две основные диапазонные антенны: ромбическую и коротковолновую антенну бегущей волны.
а) Ромбическая антенна
Простейшая ромбическая антенна представляет собой проволочный ромб (рис. 44, а), подвешенный горизонтально над землей на опорах с изоляторами и питаемый двухпроводной линией с одной вершины, и нагруженный на согласованную нагрузку с противоположной вершины.
|
|
Согласованное сопротивление для приемных антенн выполняется мастичным, а для передающих — в виде двухпроводной линии с заметными потерями (из железного провода), длиной до 500 м, которая компактно монтируется на опорах вблизи вершины ромба.
В
проводах ромбической антенны, благодаря согласованной нагрузке, устанавливается
бегущая волна тока, фазовая скорость которой близка к скорости света, а коэффициент
замедления равен 
Для поддержания постоянного волнового сопротивления линии на участке самого ромба его провода делаются двойными (рис. 44, б). При этом эффективный диаметр провода оказывается равным
, (48)
где d— диаметр каждого проводника;
t (z) — переменное расстояние между проводниками одной стороны ромба.
Значения t(z) подбираются таким образом, чтобы выполнялось условие
, (49)
на всей длине ромба.
Формирование диаграммы направленности ромбической антенны можно представить следующим образом, разбив ее на четыре отдельных вроёода, каждый из которых близок по своим свойствам к идеальной линейной антенне бегущей волны (см. часть I конспекта). Диаграмма направленности каждой такой антенны имеет вид, показанный на рис 45, а .
Основное значение для формирования главного лепестка суммарной диаграммы ромбической антенны имеют лепестки диаграмм отдельных проводов, ориентированные в направлении оси ромба. В пределах этого лепестка пара проводов 1 и 3 может рассматриваться как синфазная антенна-решетка из двух элементов. Чтобы убедиться в синфазности их полей в главном направлении, достаточно учесть, что токи в проводах 1 и противофазны, а кроме того, противофазны поля в тех лепестках диаграмм направленности 1 и 3, которые используются для формирования суммарного главного лепестка (рис. 45, б).
Аналогично складываются шля и для пары проводов 2 и 4 (рис. 45, б).
Для синфазного сложения полей от обеих пар проводников должно выполняться условие
, (50)
где 
— фазовое запаздывание тока в проводе ромба на
участке между серединами проводов 1 и 2 (или 3 и 4), равное
;
— фазовое запаздывание полей на участке пути (рис.
46), длина которого 
равна
, (51)
где φ — половина угла при вершине ромба (рис. 44).
Фазовый сдвиг π в (50) учитывает, что первая и вторая пара излучателей при синфазных токах имеют противофазные поля, и эта разность фаз должна быть скомпенсирована.
В диапазоне волн условие (50) в точности не выполняется, но расфазировка полей лежит в приемлемых пределах. Практически размеры антенны устанавливаются следующими
l≈ (2 ÷ 6)λ, α ≈ 10° ÷30°.
Высота подвеса ромбической антенны
выбирается из расчета получения максимума диаграммы направленности с учетом
влияния земли в заданное секторе углов αm≈ 7° ÷20° (рис. 46) Это условие выполняется, если главный
лепесток диаграммы целиком укладывается в самый нижний лепесток, множителя
комбинирования (рис. 47), записанного для пары антенн: реальной и зеркально
отраженной с учетом противофазности их токов. Исходя из этих соображений,
высота подвеса h обычно принимается равной 
.
В пределах коротковолнового диапазона ромбические антенны с размерами, указанными выше, имеют КНД порядка D≈ 20 ÷ 125.
Одной из отличительных особенностей ромбических антенн является значительный уровень боковых лепестков, связанный с наличием в диаграмме направленности каждого из четырех проводов одного большого лепестка, направленного под углом к главному направлению.
Для подавления бокового излучения и повышения КНД применяется так называемый двойной ромб Айзенберга, представляющий собой два синфазно питаемых ромба (рис. 48), разнесенных в горизонтальном направлении на расстояние около 0,8λcp. Это позволяет увеличить КНД в 1,5—2 раза.
|
|
Коэффициент полезного действия ромбических антенн относительно невысок ~ 60—70%, что связано с необходимостью нагружать антенну на активное сопротивление, поглощающее часть полезной мощности.
б) Коротковолновая антенна бегущей волны
Коротковолновая антенна бегущей волны так же, как и ромбическая, относится к антеннам с осевым излучением. Она представляет собой несколько десятков (до 40) горизонтальных симметричных вибраторов длиной 4 ÷ 8 м, подвешенных на высоте 15 ÷ 20 м над землей с интервалом d ≈ 0,8λcp (рис. 49) и образующих антенну-решетку бегущей волны.
Питаниевибраторов осуществляется от двухпроводной линии, нагруженной на согласованное сопротивление.
Для того чтобы распределение напряжения вдоль линий в диапазоне частот не зависело от входных сопротивлений сравнительно узкополосных вибраторов, шунтирующих линию своим Zвх, элементы решетки подключаются к линии через небольшие емкости (С~5 мкф) или активные сопротивления (R~180÷200 ом).
|
|
Остаточное шунтирующее действие вибраторов проявляется в том, что линия получает дополнительную распределенную емкостную или активную проводимость.
Вследствие этого волна в линии в первом случае получает некоторое замедление, а во втором — затухание.
При малой связи вибраторов с линией большая часть энергии их линии поступает в оконечную нагрузку, а меньшая в излучатели. В результате к.п.д. таких антенн при емкостной связи довольно низок и составляет около 0,5 ÷ 20%. Поэтому коротковолновые антенны бегущей волны в основном применяются как приемные.
 |
Отличительной чертой данной антенны по сравнению с ромбической является малый уровень боковых лепестков диаграммы направленности (рис. 50).
Это также делает наиболее выгодным применение данной антенны в качестве приемной, поскольку ее диаграмма направленности позволяет заметно ослабить прием помех с боковых направлений и улучшить качество приема полезного сигнала.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
