Основные электрические параметры антенн. Эффективная площадь антенны А, страница 20

то вдоль оси  будет наблюдаться синфазное сложение полей и получится главный максимум ДН антенны. Длина активного вибратора выбирается порядка . Чтобы обеспечить необходимое отставание по фазе тока в директорах, их укорачивают на 5 - 10%. Опережение по фазе тока в рефлекторе, «отражающем» излучение в сторону активного вибратора, достигается удлинением его на 3 - 5%. Расстояние между вибраторами обычно выбирается несколько меньшим . Примерный вид ДН директорной -антенны показан на рис.7,б.

Расчет ДН, коэффициента направленного действия и входного сопротивления директорной антенны при заданном числе вибраторов, их взаимном расположении и заданной настройке (длине вибраторов) не представляет принципиальных трудностей и сводится к решению системы уравнений для комплексных амплитуд токов в вибраторах (число уравнений соответствует числу вибраторов). Однако решение обратной задачи (определение числа вибраторов, их расположения и настройку) по заданной ДН весьма затруднительно, тем более, что задача имеет множество решений. По этой причине выбор числа вибраторов, расстояний между ними и их длин производят экспериментальным путем. Однако следует указать, что в основе эксперимента лежат принципы, вытекающие из теоретического анализа.

Рассмотрим теперь работу вибраторов директорной антенны. Вначале для иллюстрации направленного действия возьмем систему из двух полуволновых вибраторов. Если эти вибраторы (рис.8,а) питаются токами равной амплитуды, но имеет место сдвиг по фазе , а ,  то выражение для ДН в плоскости чертежа  приобретает вид

а в плоскости

На рис.8,б и в показаны ДН в плоскостях   и  для случая, когда ток в вибраторе 2 отстает по фазе на  от тока в вибраторе 1 (сплошные кривые), и для случая, когда ток в вибраторе 2 опережает по фазе на  ток в вибраторе 1 (пунктирные кривые). При построении ДН в обоих случаях использовались формулы (5) и (6). Однако сплошным кривым   соответствует направление оси  слева направо, а пунктирным  - справа налево (положительное направление оси  всегда должно соответствовать отставанию по фазе).

Таким образом, в первом случае вибратор 1 выполняет по отношению к вибратору 2 роль рефлектора (он уничтожает излучение влево), а во втором случае вибратор 1  выполняет роль директора.

Рассмотрим теперь векторные диаграммы для случая, когда вибратор 1 является активным (он питается от генератора), а ток в вибраторе 2 возбуждается полем вибратора 1 (рис.9,а). Под воздействием э.д.с. , в вибраторе 1 потечет ток , который возбудит в окружающем пространстве магнитный поток . Этот поток совпадает по фазе с током , а к вибратору 2 придет с отставанием по фазе на угол . Так как наводимая в вибраторе э.д.с.

получим

Таким образом, видим, что э.д.с., наводимая в вибраторе 2, отстает по фазе от магнитного потока  на угол  (рис.9,б).

Если расстояние между вибраторами , то ток  и э.д.с.  на векторной диаграмме будут ориентированы так, как это показано на рис.9,в. Рассмотрим теперь вибратор 2 (приближенно) как приемную антенну. При этом, исходя из принципа взаимности, изобразим его эквивалентную схему (рис.10), на основании которой можно написать выражение для тока  в виде

Если принять для простоты рассмотрения, что , то для тока  получим следующее приближенное соотношение:

Из последнего выражения видно, что при  (сопротивление емкостного характера) ток  опережает по фазе э.д.с. , но отстает по фазе на  от тока  ; в случае, когда  отстает по фазе от , но опережает по фазе на  ток . Первый случай  соответствует директору, а второй  - рефлектору. Отсюда ясно, что директор должен быть короче , а рефлектор - длиннее .

Приведем в заключение рекомендуемые размеры директорной антенны (рис.7):

Максимальное число элементов в директорией антенне не превышает 10. Ширину главного лепестка ДН и к.н.д. антенны определяют чаще всего при помощи полуэмпирических формул и графиков:

где     А и В - коэффициенты, зависящие от длины антенны (рис.11);