 |
 |
 |
 |
Волновое сопротад-ление линий 4800м {линия лю5ой длины).
240 0м
Тивление выбирается равным 480 Ом (угол а ~ 22) и оба диполя соединяются двухпроводной линией любой длины с волновым сопротивлением
480 Ом (что соответствует отношению расстояния между пройод-никами к диаметру проводников по графику рис. 1-24 28 : 1). При этом точно в центре соединительной линии можно подключить линию питания с волновым сопротивлением 240 Ом, что и обеспечивает точное согласование входного сопротивления антенной системы с линией питания (рис. П-б).
Широкополосный вибратор также можно располагать перед рефлекторной решеткой, что обеспечивает дополнительную фокусировку излучения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Если расстояние между диполем и рефлекторной решеткой равняется 0,22 Я, то при этом входное сопротивление антенной системы остается без изменений, а коэффициент усиления равняется 10-И дБ.
Рис. 11-6. Двухэтажный широкополосный вибратор.
11-4. Вибратор с уголковым рефлектором
Вибратор с уголковым рефлектором представляет собой антенну, обладающую значительным коэффициентом усиления и большим обратным ослабление.м. Однако в диапазоне 2 м сам рефлектор еще настолько громоздок, что выполнение вращающейся антенны конструктивно чрезвычайно сложно. Но эта антенна на стационарных (по направлению) линиях связи (особенно при требовании большого обратного ослабления), безусловно, является наиболее целесообразной. Как показывает уже само название антенны, ее рефлектор выполнен в виде согнутой пополам рефлекторной решетки. Обычно на практике выбирают угол сгиба 90, 60 и реже 45. Излучатель располагается между плоскостями рефлекторной решетки в плоскости, делящей угол сгиба пополам (рис. ii-7).
Сам излучатель может быть выполнен в виде полуволнового, волнового или шлейфового вибратора. В частности, если предъявляются повышенные требования к широкополосности антенны, то излучатель изготовляется в виде широкополосного вибратора. Вибратор располагается на расстоянии .4 от уголкового рефлектора так, чтобы, как и в случае расположения вибратора перед плоской рефлекторной решеткой, входное сопротивление самого вибратора не изменялось при подключении рефлекторной решетки. Это расстояние .4 в данном случае зависит от угла сгиба уголкового рефлектора и равно 0,33 Я при угле сгиба 90 и 0,48 Я при 60". Ширина рефлекторной решетки должна по меньшей мере равняться 0,6Я (чем больше ширина рефлекторной решетки, тем больше обратное ослабление). Если рефлекторная решетка изготовляется из металлических трубок или прутков, то расстояние между ними Б должно быть не более 0,6 К, Для изготовления рефлекторной стенки можно не-
Направление основного излучения
В и оратор
Рис. 11-7. Вибратор с уголковым рефлектором.
а - вид сбоку; б - вид сперед!!.
Угол | тскрыда а | =60° | |
/-Ус | 1лени | ||
1601
120 80 I
О, 0,2 0,3 0,4 Рис:--пояние 4, а.
Угол1 | аокрь | |||
Усил1 | ||||
0,1 0,2 0,3 Расстояние А, Я
0,1 0,2 0,3 0,4 Расстояние А,)
120% to
40 % О
а. 5
Угол раскрыВа с | t45° | |||
илен | ||||
160-
0.4 0.5
Рис. 11-8. Зависимое гь входного coof вым рефлектором от угла раскрыва а и рефлектором.
ютивления вибратора с уголко-и расстояния между вибратором
пользовать и провод диаметром 1 мм; при этом требование о расстоянил между соседними проводами (Б меньше 0,06 Я,) остается без изменений.
Еще лучше, если рефлектор изготовлен из густой металлической сетки или тонкой металлической фольги. Длина стороны уголкового рефлектора в первую очередь определяет получаемое усиление.
Коэффициент усиления при длине стороны В 1 Х равен Ю дБ и увеличивается до 12 дБ при увеличении стороны уголкового рефлектора до 2 X. Еще больший коэффициент усиления может быть получен, когда вместо полуволнового вибратора в качестве излучателя используется волновый вибратор. При этом, однако, увеличивается соответственно и ширина рефлекторной решетки Г, так что очень часто получае.мый выигрыш в коэффициенте усиления не идет ни в какое сравнение с увеличением расхода конструктивных материалов. Уголковый рефлектор может использоваться для нескольких антенн, для чего его размеры рассчитываются на самую низкую рабочую частоту и затем в плоскости, делящей угол раскрыва уголкового излучателя пополам, располагаются параллельно друг другу излучатели антенн различных диапазонов на соответствующих расстояниях от уголкового рефлектора.
В табл. 11-1 приведены размеры уголковых антенн для частот 145 и 430 МГц. Для других частот размеры уголковой антенны могут легко Сыть определены по приведенным выше данным.
Если предположить, что ширина рефлекторной стенки Г равняется по меньшей мере (А./3)-5- А и сторона уголкового излучателя В имеет длину (1,5-2) X, то 3 этом случае справедливы диаграммы, приведенные на рис. 11-8, а, б, в.
Приведенные на графиках значения входного сопротивления относятся к тому случаю, когда в качестве излучателя используется полуволновой вибратор. Входное сопротивление антенны изменяется соответственно при использовании вместо полуволнового вибратора в качестве излучателя шлейфового, широкополосного или волнового вибратора. Например, при использовании в качестве излучателя шлейфового вибратора входное сопротивление увеличивается в 4 раза. Таким образом подбирая расстояние .4 до рефлектора и вид излучателя, молено добиться согласования уголковой антешш! с литшсй передачи без дополнительных согласующих устройств.
Таблица И-1
Размеры антенны с уголковым о1ражателем для диапазонов 145 и 430 МГц
Частотны?! диапазон
145 МГц
Угол раскрыва рефлектора, град . . . Длина стороны рефлектора, см ... .
Ширина рефлектора, см........
Расстояние между трубками рефлектора Л, см .............
Длина вибратора,см.........
Расстояние между вибратором и рефлектором, см...........
Сопротивление в точках питания, Ом Усиление антенны, дБ.........
12.5 97
-65 10
430 .4 Гц
9Э 70 2i42
31,4
24,0 -65 10
430 МГц
60 140
2i42
31,2
33.5 -65 12
U-5. Щелевая антенна
Рассмотрим простейшую щелевую антенну, так называемую упрощенную щелевую ангеину (рис. М-9). Тщательные измерения 1юказали, что такая антенна имеет коэффициент усиления по мощности, приблизительно равный коэффициенту усиления обычного протяжонпого полуволнового вибратора.
Минимум напряжения у этой антенны находится посередине ее узких сторон, и эти точки могут быть заземлены, т. е, tx можно непосредственно крепить к металлической несущей мачте. Линия между точками YV и ZZ Представляет собой короткозамк!1утую четвертьволновую линию, сопротивление по Длине которой меняется приблизительно от 600 Ом (точку ГУ) до О Ом (точки ZZ]. Между ними можно в точках
Рис. 11-9. Щелевая антенна.
Рис. И-Ю, Модифнцирован}ШЯ щелевая антенна.
XX подключить линию питания таким образом, чтобы она была согласована с входным сопротивлением антенны. Точки подключения линии
питания XX перемещаются до тех пор, пока не достигается наилучшее качество прие.ма.
Вообще считается, что упрошенную щелевую антенну надо относить не к классу щелевых антенн, а к anTCiinaM типа «двойной квадрат», только имеющую не совсем точные размеры. Если элемент нормальной антенны (рис. 11-10, а) затем соедишпъ со стороны в которой находятся точки питания элемента .4 с элементом В, то получится антенна, которая отличается от упрощенной щелевой антенны только тем, что ее верхняя н нижняя стороны, возбуждаемые синфазно в отличие от соответствующих сторон упрощенной щелевой антенны имеют длину Х-4, а не Х;6. Такая антенна обладает очень хорошими электрическими параметрами, и, используя такой двойной элемент антенны «двойной квадрат» совместно с рефлекторо.м, можно получать большие коэффициент!i усиления.
Поэтому предлагается использовать описанную антенну именно в тако.ч виде, в каком она изображена на рис. 11-10, б, а на ее первоначальную конструкцию, изображенную на рис. И-9,
11-6. Спиральная антенна
Спиральная антенна отличается от других антенн, обладающих на
Правленным излучением, в первую очередь тем, что ее поле излучения имеет Круговую поляризацию. В случае применения такой антенны необходимо, чтобы как передающая, так и приемная антенны имели Круговую поляризацию излучения.
Круговая поляризация имеет место, когда проводник наматывается в направлении излучения в виде спирали, причем необходимо, чтобы общая длина проводника в одном витке равнялась 1 л, что соответствует при учете коэффициента укорочения диаметру витка D, равному приблизительное,31X. Предполагается,что для получения круговой поляризации используется по меньщей мере три витка, так как поляризация излучения будет тем ближе к круговой, чем больше витков имеет антенна. Простая спиральная антенна излучает в обе стороны в направлении своей оси. Для получения одностороннего излучения и увеличения коэффициента усиления ангенны испо.;ьзуется дисковый рефлектор.
Рис. 11-1J. Схематическое изображение спиральной антенны.
-А=0,131 Напрадление
основного излучения
Схематическое изображение спиральной антенны с необходимыми размерами приведено lia рис. И-П.
Спираль и.зображена на этом рисунке упрощенно. Диаметр спирали D, см, равный 0,31 л, может быть рассчитан по отношению к ча-тоте /, МГц, по формуле
9300 /
Зная диаметр витка, можно определить длину проводника, образующего виток L:
L = D-3,14.
К важным конструктивным размерам этой антенны относится также угол подъема спирали, который может меняться в пределах от 6 до 24, однако на практике наиболее часто угол подъема спирали выбирают равным 14, так как при этом антенна имеет оптимальные электрические параметры. При угле подъема спирали 14" расстояние между витками S равно 0,24 л.. Это расстояние S, см, относигельно частоты /, МГц, можно рассчитать по формуле
7200
Диаметр пнскового рефлектора выбирается небольшим, но всегдь больше О 5 л,"ак как при этом входное сопротивление спиральной антенны при подключении рефлектора изменяется нeJпaчитeльиo. При больших диаметрах рефлектора увеличивается обратное ослабление. Наиболее часто диаметр рефлекюра выбирают равным хдвоенному зна-
ченню диаметра витка спиральной антенны, т, е. 0,62Я. Рефлекторы могут быть как дисковыми, так и квадратными. В диапазоне дециметровых волн рефлекторы можно изготовлять из жести а в диапазоне VKB рефлекторы и.чготовляются обычно таким образом, как показано на рис. 11-12 или 11-15. Расстояние между рефлектором и началом спипати целесообразно выбрать равным 0,13 к. Относительно частоты / МГц это расстояние .4, см, может быть определено по формуле
3900
Входное сопротивление спиральной антенны почти не имеет реактивных составляющих и равно 120-150 Ом в зависимости от размеров спирали. Питание антенны несимметричное с помощью коаксиального кабеля.
Спиральная антенна обладает широкой полосой пропускания. При расстоянии между витками 5 0.24 "К и допущении максимального КСВ в линии питання (1,35) соотношение частот, в пределах которых антенна работает удовлетворительно, равно 1 : ! ,6.
Коэффициент усиления спиральной антенны зависит от числа витков п. шага намотки S и длины витка спирали I и увеличивается приблизительно пропорционально с увеличением числа витков. При углах подъема спирали, равных 12-15, и при наличии по крайней мере трех витков в спиральной антенне ее коэффициент усиления можетбыть рассчитан по формуле
GUB]=l01ogZ,3S/i-15.
Ш-шайа из жести яаёага - диаметра, с отдедстием посередине длякаоеяя питания
Рис. 11-12. Простой реф. лектор для спиральной антенны.
При обычных на практике размерах шага намотки спирали 5 =
= 0,24 л и диа.четре витка £) - 0,31 X коэффициенты усиления (дБ) спиральной антенны, рассчитанные по этой формуле, при различном числе витков принимают следующие значения:
3 витка - 10,1 дБ; 4-11,3; 5 - 12,3; 6 - 13,Г; 7 - 13,8; 8 - 14,4; 9 - 14,9; 10 - 15,3; 11 - 15,7 и 12 витков - 1б,1 дБ.
Если электромагнитные волны с круговой поляризацией принимаются на антенну, обладающую линейной поляризацией, то в этом случае теряется половина энергии, переносимой электромагнитными волнами, что соответствует потерям в 3 дБ. Однако с помощью спиральных антенн можно излучать или принимать линеЙно-поляризованные электромагнитные волны. Для этого используют группу из двух спиральных антенн с противоположной намоткой (т. е, если одна антенна имеет правостороннюю намотку, то вторая- левостороннюю). При этом если эти две антенны располагаются рядом друг с другом в горизонтальной плоскости, то поляризация поля горизонтальная, а если они располагаются одна над другой в вертикальной плоскости, то поляризация поля вертикальная. Если обе спиральные антенны имеют одну и ту же намотку, то поляризация поля остается круговой, но параллельное соединение двух спиральных антенн дает очень удобное с точки зрения I согласования антенны с линией передачи входное сопротивление (65-
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