Особенности распространения радиоволн. Основные определения и электрические параметры антенн, страница 16

Для увеличения направленности антенн необходимо геометрически суммировать в дальней зоне векторы напряженности электрического поля в главном направлении излучения антенны от всех ее токонесущих элементов. Другими словами, рекомендуется складывать S_эфф от всех токонесущих элементов. Принципиально можно получить наперед заданную степень направленности антенны (КНД = N), если взять соответствующее число n = N/1,64 симметричных полуволновых вибраторов, расставить их в пространстве, пользуясь рекомендациями рис. 13 и обеспечить вибраторам надлежащее питание. Ниже будет показано, в чем заключается основное затруднение при создании направленных антенн как совокупности некоторого множества слабонаправленных излучателей, получивших название антенных решеток.

Для целей радиолюбительского приема (или передачи) обычно целесообразно выбирать одиночный (парциальный) излучатель антенной решетки таким образом, чтобы его собственная направленность была по возможности выше. Однако следует иметь в виду, что существуют причины, ограничивающие степень направленности одиночного излучателя. В известной мере условно можно считать, что граница направленности одиночного излучателя определяется КНД » 50 ÷ 100.

Возможны следующие качественные градации антенн по степени их направленности:

слабо направленные антенны — антенны, КНД которых не превосходит десяти (S_эфф <l²);

антенны умеренной направленности — антенны, КНД которых не превосходит ста (l²< S_эфф < 10l²);

направленные антенны— антенны, КНД которых больше ста (S_эфф > 10l²).

Приведенные соотношения позволяют уяснить основную связь геометрических размеров антенны с ее КНД и, зная КПД, с коэффициентом усиления. Учитывая, что к.и.п. антенн с большим значением КНД, как правило, меньше единицы, становятся ясными трудности реализации таких антенн.

ДИАПАЗОННЫЕ И РЕЗОНАНСНЫЕ АНТЕННЫ

Антенна должна выполнять свои функции не на одной частоте, а применительно к некоторой полосе частот, к некоторому непрерывному участку спектра частот, который определяет ее рабочий диапазон. При этом антенна и ее фидерный тракт не должны вносить заметных искажений в распределение энергии между отдельными частотами спектра. Насколько антенна оправляется с поставленной задачей, показывает ее частотная характеристика, а точнее — частотные характеристики зависимости входных сопротивлений антенны от частоты и к.н.д. от частоты.

Деление антенны на диапазонные и недиапазонные в известной мере носит условный характер. В настоящее время антенны, перекрывающие двукратный диапазон рабочих частот К = l_max/l_min = f_max/f_min = 2, относят к диапазонным антеннам. Диапазонные антенны не требуют изменения геометрических размеров при переходе с одной частоты на другую и во многих случаях позволяют существенно расширить возможности приема и передачи радиоволн. Кроме этого, при изготовлении они допускают отклонения от заданных номинальных размеров без заметного изменения своих электрических параметров, что является немаловажным фактором при изготовлении и отладке таких антенн в любительских условиях.

Подавляющее большинство простых и сложных антенн имеют в своей основе вибраторный излучатель того или иного типа. Поэтому диапазонные свойства сложной антенны во многом зависят от аналогичных свойств излучателей-элементов, из которых она составлена. Kaк уже отмечалось, диапазонность антенны определяется допустимыми пределами изменения ее входного сопротивления и КНД. Что касается вибраторного излучателя-элемента, то его диапазонные свойства обусловлены, главным образом, частотной зависимостью входных сопротивлений.

Входное сопротивление вибратора зависит от распределения в нем тока и напряжения. Чем тоньше вибратор (чем меньше его поперечные размеры), тем больше разница между минимальным и максимальным значениями тока на нем (распределение тока близко к стоячей волне) и тем больше пределы изменения его входных сопротивлений в диапазоне частот.