Особенности распространения радиоволн. Основные определения и электрические параметры антенн, страница 19

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ФИДЕРОВ К АНТЕННАМ

Применение коаксиального кабеля для питания как симметричных, так и несимметричных антенн требует определенных предосторожностей. К выводам питания антенны 1, 2 (рис. 11) приложена ЭДС, которая возбуждает токи на штыревой части антенны, противовесах и наружной поверхности фидера. Ток, протекающий по внешней поверхности наружного проводника, может иметь противофазные участки, наличие которых искажает диаграмму направленности антенны. Кроме этого, наличие этих токов, как правило, приводит к дополнительным потерям мощности, поэтому работа антенно-фидерного устройства в целом становится неустойчивой.

Для уменьшения антенного эффекта фидера применяют противовесы, принцип действия которых можно понять при рассмотрении эквивалентной схемы штыревой антенны, приведенной на рис. 19. Здесь напряжение питания Uприложено к выводам 1, 2. Ток I_шт последовательно протекает по штыревой части антенны, которая на схеме представлена ее полным сопротивлением Z_шт, по противовесной части (I_пр, Z_np) и оболочке фидера (I_об, Z_об). Как видно из схемы, сопротивления Z_об и Z_np включены параллельно одно другому. Это обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что нежелательные токи на оболочке будут сведены к минимуму, если удовлетворить условию Z_np « Z_об. Физически это означает, что входное сопротивление противовесов надо иметь возможно меньшим для того, чтобы противовесы шунтировали входное сопротивление оболочки фидера в точке 2. Последнее условие выполняется наиболее оптимально, когда длина противовеса приблизительно равна четверти рабочей длины волны: l_пр @ l/4. В этом случае модуль входного сопротивления противовеса |Z_np| становится минимальным. По мере изменения рабочей длины волны отношение l_пр /l изменяется. При этом изменяется соотношение между Z_np и Z_oб и, как правило, увеличивается антенный эффект фидера.

Схема рис.  19 «подсказывает», как надо строить противовесы, чтобы  они работали в широком диапазоне частот.  Противовесы  должны быть выполнены: неодинаковыми  по  длине и  так,  чтобы  на  любой частоте  рабочего  диапазона нашелся бы противовес, длина которого была бы близка l/4. Тем самым, максимальная длина противовеса должна быть равна четверти максимальной длины" волны рабочего диапазона: l_max = l_max/4, а минимальная длина противовеса должна   быть   равна   или   меньше   минимальной   длины   волны   рабочего   диапазона: l_min ≤  l_max/4.   Длины   остальных   противовесов   определяются   из   условия   li = l_max τ^i-1 где i — порядковый номер луча противовеса; τ — параметр структуры-противовеса. Можно считать достаточным значение τ = 0,85.

Определить число лучей противовеса можно из соотношения

                              n =                                       (29)

Здесь п — целое число (или округлено до целого). При конструировании противовеса следует позаботиться о максимальной компактности конструкции и ее экономичности, что достигается выполнением противовеса с тремя группами: лучей, расположенных под 120° один относительно другого симметрично относительно точек питания антенны. На рис. 20 для примера показан вид противовеса в плане с пятью лучами в одной группе (точки питания антенны расположены в центре). Все лучи противовеса гальванически подсоединены к оболочке (внешнему проводнику) коаксиального фидера.

СИММЕТРИРОВАНИЕ АНТЕНН И ФИДЕРОВ

Симметрирующие устройства применяют при питании симметричных: антенн несимметричным фидером, например коаксиальным. Как уже отмечалось, практическое применение симметричных антенн вертикальной поляризации имеет свои ограничения, связанные с размерами антенны и высотой ее размещения над землей. Однако для частот более 100 МГц и высот подъема антенн более 5 м симметричные антенны могут найти применение как антенны вертикальной поляризации.

Благодаря симметрирующим устройствам достигается электрическая симметрия каждого плеча (каждой половины) антенны относительно экранной оболочки фидера.