Особенности распространения радиоволн. Основные определения и электрические параметры антенн, страница 39

На рис. 65 представлена диэлектрическая антенна из четырех полистироловых стержней, расположенных в один ряд, и приведены диаграммы направленности этой антенны. Так как отдельные диэлектрические стержни достаточно диапазонны в силу некритичности их размеров, то при выполнении системы питания отдельных стержней по параллельной схеме, показанной на рис. 65, антенная система в целом также сохраняет свои свойства в широком диапазоне волн.

Часто диэлектрические стержни делают конусообразными с сужением в сторону максимального излучения. При этом стремятся не к уменьшению веса, а к улучшению направленных свойств, так как придание стержню небольшой конусности снижает интенсивность побочных лепестков диаграммы направленности.

Для уменьшения поперечного сечения диэлектрические стержни изготовляют из материалов с высокой диэлектрической проницаемостью, обращая при этом внимание на величину потерь в этом диэлектрике, так как применение материала с высоким значением диэлектрической проницаемости и большим углом потерь влечет резкое ухудшение коэффициента полезного действия антенны.

Возбуждение (питание) диэлектрических антенн осуществляется либо вибратором, перпендикулярным оси стержня, либо волноводом, несущим основную поперечную магнитную волну. В первом случае вибратор для устранения тыльного излучения помещается в металлическую коробку, в открытый конец которой заделывается диэлектрический стержень (см. рис. 65). Такая коробка по существу является коротким волноводом.

Направленные свойства диэлектрических стержневых антенн практически не зависят от формы их поперечного сечения, которое может быть круглым, квадратным и т. д. Последнее обстоятельство весьма удобно в конструктивном отношении, так как сечению стержня может быть придана конфигурация питающего волновода, а сам стержень, будучи заделанным в волновод, автоматически разрешает задачу герметизации его внутренней полости.

Для наглядного представления о направленных свойствах диэлектрических антенн на рис. 66 они сопоставлены с антеннами, эквивалентными им по характеристике направленности и коэффициенту усиления.

Диэлектрические антенны эквивалентны: стержень длиной в 1,8 волны — плоскостной синфазной антенне, состоящей из восьми полуволновых вибраторов с рефлектором;

стержни длиной в 3,3 волны — коническому рупору длиной в 5 волн и диаметром зева в две волны; антенная система из четырех стержней — коническому рупору, имеющему в два раза большую длину и площадь поперечного сечения.

Кроме стержневых, применяются антенны в виде полых диэлектрических трубок диаметром около волны, возбуждаемых аналогично сплошным стержневым излучателем. Толщина стенок таких трубок берется в соответствии с диэлектрической проницаемостью материала трубки, но никогда не превосходит 0,1 рабочей длины волны. Антенны из диэлектрических полых трубок часто называют оболочечными.

Оболочечные диэлектрические антенны получаются несколько более громоздкими, но они обладают меньшим весом, а в силу больших поперечных размеров — и более узкими диаграммами направленности, чем стержневые антенны тойже длины. На рис. 67 для сравнения приведены диаграммы направленности волновода, сплошного диэлектрического стержня и диэлектрической оболочечной системы.

Диэлектрические антенны применяются как в качестве самостоятельных антенн, так и облучателей, заменяя с успехом рупорные антенны. Вес диэлектрических антенн пропорционален кубу рабочей волны, что делает нерациональным их применение на волнах, превышающих 10—25 см. На более же коротких волнах диэлектрические стержневые и оболочечные излучатели имеют целый ряд преимуществ, к которым следует отнести малые размеры при хорошей направленности, возможность их использования в весьма широком диапазоне волн, малый вес и небольшую парусность.

К недостаткам диэлектрических антенн относятся сложность системы питания (когда антенна состоит из ряда синфазных элементов) и наличие диэлектрических потерь, могущих значительно снизить к. п. д. антенны.