 |
 |
 |
 |
fWff М1гряже1яя, в тоторйм оно настолько иало, что можно проттзвести зсмленш:, не опасаясь значительных потерь.
Зная распредаленке тока и напряжения пс вибратору, можно оттре-
делать ы сопротивление, так как по закону Ома
напряжение
кротввлеиию.
Теоретически можно определить полное сопротивление в любом сечении вибратора, если известны ток н напряжение. Мы ограничимся здесь только следующим важным правилом: на концах вибратора -
Напряжение
Рис. 1-5. Распределение тока и напряжения по длине полувол* нового вибратора.
Fbicoroe напряжение при малом токе, т. е. большое полное сопротавле-вне; в середине вибратора (полуволнового) - малое иапряжение при большом токе, т. е. небольшое сопротивление.
Ьи6рат( как колебательный контур. Каждый проводник имеет сэбствеишле нидукттиность и емкость. У пряжиянейного проводника, в виде которого жшет быть представлен каждый вибратор, индуктивность и кость распределены почтв равномерно по всей длине. Так как шЦратор представляет собой аротодннк, откадтый на ксящах, то его можно рассматривать как «открытый колебательный контур». Его резонансная частота определяется индуктивностью и емкостью вибратора, зависящей от его геометрических размеров.
Рис. 1-6.111иряиа полосы пропускания вкбратсфа в зависимости от отношения L/C.
в - фи бопшсш отаош«1Ви L/C; 6 - ври небааьшом отношеяки L/C.
Качество коитура в основном определяется отимнедием L/C. При болывом отнесении (болыпэя санонвдукцня при малой емкости) мы имеем узкополосиый контур с острым резонансом (рис. 1-6, а), п[и малом (небольшая самоиндукция при большой емкости) - широкс* полосный конт>р с менее резко выраженным резонансом (рис. 1-6, б),
Так»( образом, ширина полосы пропускания етбратора Д/ определяемся отношениаи L/C, которое в свою очередь завнсит от отжяпення длены волны к диаметру провсщнака Нагтрнве?!, при сдинаковой длине вибратор большего диаметра имеет большую емкость, так как его поверхность больше и, следовательно, меньшее OTHouienne L/C, ч&л у вибратора с меньшим диаметром проводника. Следотательно] вибратор большего диаметра имеет и большую полосу пропускмтя.
В коротковолновом диапазоне отношение "Kid практически не имеет значения, так как у обычных проволочных антенн оно равно 500Q и. более.
Коэффициент укорочения. До сих пор не делалось различия между «электрической» и «геометрической» длинами вибратора. Фактически электрическая и геометрическая длины вибратора равны только в том случае, когда проводник становится бесконечно тонким. Скорость распространения (отшнуровывания) электромагнитных волн от проводника несколько меньше, чем скорость распространения света. В связи с этим, особенно на концах антенны, возникает емкостный ток, который эквивалентен увеличению длины антенны. Поэтому действительная длина вибратора (геометрическая длина) должна быть несколько уменьшена
0,97 0,95 0,33 0,91 0,89 0,87
1 * | ||||||||||||||||||
!» | ||||||||||||||||||
Рис. 1-7, Коэффициент укорочения полуволнового вибратора в зависимости от отношения X/d.
по отношению к его электрической длине. В действительности к(»ффи-циент укорочения трудно точно определить, так как на него влияют высота подвеса антенны, окружающие предметы (дома, деревья) и т, д. В УКВ диапазоне, кроме того, коэффициент укорочения зависит и от отношения X/d.
На рнс. 1-7 изображена зависимость ксффнциента укорочения k пол у вол нового вибратора в УКВ диапазоне от длины волны и диаметра провода вибратора.
Пример. Требуется найти геометрическую длину вибратора (полуволнового) для частоты 144 МГц диаметром 25 мм.
Частота 144 МГц соответствует длине волны приблизительно 208 см. Отсюда получаем соотношение 208 см : 2,5 =а= 80. Гк> графину (см. рис. 1-7) находим, что отношению X/d = 80 соответствует коэффициент укорочения А = 0,90. Таким обраэсш, тт)ебуемая длина виаич« равна:
0,90=93,6 см. 11
Для расчета УКВ вибраторов часто применяют упрощенную фор-
мулу
где / - дли£1а вибратора, м; / -частота, МГц.
Следует отметить, что эта формула не учитывает влияния отноще-ния Ш и поэтому дает только приблизительные значения.
В коротковолновом же диапазоне, где отношение kJd больше 5000 (f меньше 30 МГц), упрощенная формула
142,2
)
где / - длина вибратора, м; /-частота, МГц, вполне удовлетворяет всем требованиям практики (напомним, что эта формула верна только для полуволновых вибраторов).
Сопротивление излучения. Сопротивлением излучения антенны называется активное эквивалентное сопротивление, на котором рассеивается мощность, равная мощности излучения антенны при равенстве токов в антенне и в сопротивлении. При помощи сопротивления излучения определяется потребление мощности антенной. Для того чтобы сравнивать друг с другом различные антенны, сопротивление излучения относится к току в пучности, В случае резонанса сопротивление излучения настроенной антенны н сопротивление потерь в сумме составляют активное входное conpoTHBvienHe или сопротивление на зажимах антенны. Обычно сопротивление потерь значительно меньше сопротивления излучения. Сопротивление излучения зависит от расположения антенны по отношению к Земле и окружающим предметам, а такж? от ее геометрических размеров.
При известной излучаемой мощности Рд., и максимальном значении тока /м,:кс сопротивление излучения может быть рассчитано по формуле
Так как питание полуволновых вибраторов производится в пучности тока (геометрическом центре), то, следовательно, входное сопротивление равно сопротивлению излучения.
Теоретически входное сопротивление полуволнового вибратора равно 73 Ом, но это значение определено в предположении, что проводник бесконечно тонкий (отношение %/d = <х>) и антенна расположена бесконечно высоко над Землей.
В диапазоне КБ и УКВ дигметр провода вибратора редко бывает меньше 2 мм, при этом входное сопротивление находится в интервале 07 60 ДО 65 Ом.
Кривая рис. 1-8 показывав! зависимость входного сопротивления Rax полуволнового вибратора от отношения h/d.
Диаграмма направленности. Электромагнитные волны распространяются от вибратора со скоростью света, но распределение излучения по всем направлениям происходит неравномерно. У всех антенн в определенных направлениях имеются максимумы, а в других -минимумы излучения. Для того чтобы полностью изобразить диаграмму направленности излучения, ее необходимо построить в трехмерном простран-
стве. На практике, однако, оказывается достаточным рассматривать сечения диаграммы направленности горизонтальной и вертикальной плоскостями.
Опытное снятие диаграммы направленности в горизонтальной плоскости осуществляется путем измерений напряженности электрического поля в точках, расположенных на окружности некоторого радиуса вокруг антенны. Радиус должен составлять по меньшей мере (3-5) X. Данные измерений затем наносятся в соответствии с направлением и напряженностью поля на бумагу с полярными координатами, и таким образом получается диаграмма направленности в горизонталь-нон плоскости. На рис. 1-9 в качестве примера показана диаграмма направленноств в горизонтальной плоскости горизонтального Я/2-ви-братора.
Рис. 1-8. Входное сопротивление полуволнового вибратора в зависимости от отношения /d.
Концентрические линии служат для задания масштаба по напряженности поля в го время как радиальные линии образуют деление окружности на 360" и служат для определения направления. Как видно из рис. 1-9 диаграмма направленности полуволнового вибратора в плоскости, проходящей через его ось, имеет форму восьмерки где макеимум излучения расположен в направлении, перпендикулярном оси вибратора а минимум - в направлении его оси.
Приведенная диаграм.ма является идеализированной; на практике она несколько изменяется под влиянием окружающих предметов, а также за счет дополнительного подключения каких-либо дополнительных элементов например рефлекторов и директоров.
Диаграмма направленности полуволнового вибратора в вертикальной плоскости при различной высоте подвеса над поверхностью идеально проводящей земли изображена на рис. 1-10.
Из приведенныч рисунков можно сделать вывод, что для радиолюбительской работы следует располагать полуволновый вибратор о меньшей мере на расстоянии а/2 от поверхности Земли. Вибратор, рас 1ЮЛоженный на высоте /../4, имеет значительную интенсивность излучения пол высокими углами и поэтому применяется обычно для связи с самолетами, но дает плохие результаты при связях на большие рас стояния,
(Рнс. 1-9)
{Рнс. 1-11)
Рис. 1-9. Диаграмма направленности полуволнового вибратора в горизонтальной плоскости.
Рис. 1-11. Диаграмма направленности и ее параметры.
а - угол раскрыва (ширина днаграмиы налравлениости на уровне 0.707); б - ширина днаграмиы яаправленноств ва уровне 0.5
Рис. 1-10. Диаграмма направленности полувошового вибратора в вертикальной плоскости.
Из диагравшы направленности можно определять и другие важные параметры, характеризующие антенну. В первую очередь нас интересует ширина диаграммы направленности. Под шириной диаграммы направленности понимается угол, внутри котс»рого напряженность лоля превосходит определенный уровень. Она определяется следующим образом: наибольшее напряжение на входе приемника (измерительного) принимается за единицу, затем определяются две точки по обеим сторонам главного лепестка диаграммы направленности, в которых
напряжение уменьшается до 10,50,71 значения макашальнс. о напряжения (что соответствует уменьшению мощности до 0,50), т. с. происходит уменьшение напряжения на 3 дБ.. СЬответственно прямые (рис. 1-11), проведенные через центр, и эти точка образуют искомый угол, определяющий ширину диаграммы направленности.
Ширину диаграммы направленности можно также определить как угол, внутри которого мощность превосходит половину максимальной мощности, излучаемой в основном направлении.
Иногда применяется понятие ширины диаграммы направленности на уровне половинной напряженности поля. Этот угол определяется точками, расположенными по обе стороны от направления основного излучения, в которых напряженность поля достигает значения, равного 0,5 максимального. Половинная напряженность поля соответствует 0,25 мощности, или уменьшению напряжения на 6 дБ.
Изображенная диаграмма направленности (рнс. 1-11) идеализированная. В действительности основной лепесток деформируется н появляются боковые лелесткп диаграммы направленности.
Часто при.меняют также изображение диаграмм направленности в прямоугольной системе координат (рис. 1-12). Если диаграмма на-правленнссгн обладает симметрией относительно направления основного излучения, то это позволяет изображать диаграмму направленности только в секторе углов от О до 180°, причем максимум излучения совмещается с 0°.
Для изображения диаграмм направленности антенн с несимметричными лепестками по оси абсцисс откладываются углы от О до ЗСО". Для изображения диаграммы направленности антенны в вертн-кгльной плоскости в прямоугольной системе координат используют углы от О до 90".
!-3. Петлевой вибратор
Описанные выше простые полуволновые пибоаторы могут быть соединены в виде шлейфа, при этом образуется петлевой вибратора (рис. МЗ).
Диаграмма направленности петлевого вибратора почти ничем пе отличается от диаграммы направленности простого вибратора. При параллельном соединении двух простых вибраторов о&цая индуктивность уменьшается в соогвегствнн с формулой
Петлевой или шлейф-вибратор был предложен А. А. Пистольнор-ссм в 1936 г.
0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52