 |
 |
 |
 |
между элементами антенны увеличивается входное сопротивление и коэффициент антенны. Максимум усиления имеет место при расстоянии 0.2?. и равняется приблизительно 8 дБ.
Двухэтажная антенна «двойной квадрат». Описанная вьипе Простая антенна «двойной квадрат» может использоваться для построении антенных систем, состоящих из нескольких простых антенн, расположенных в несколько этажей пли расположенных группой в пространстве. При расположении простых антенн друг над другом Heii6-котпмо, чтобы расстояние между ними было не меньше Л/2, Оптимальное расстояние равняется 5/8Л. Фазирование питания многоэтажных и групповых антенн уже подробно было разобрано в § 10-3. На рис. 11-29 изображена одна из возможных схем питания двухэтажной антенны «двойной квадрат».
В точках XX к антенной системе подключается ленточный кабель УКВ с волновым сопротивление.м 240 Ом. В случае необходимости к точкам XX мо.жно подключать симметрирующую цепь в виде кольца, изображенную на рис. 1-57. В этом случае антенная система может питаться по коаксиальному кабелю с вол1Ювым сопротивлением 60 Ом любой Д;1ины.
Расстояние излучатель - рефлектор в обеих антеннах «двойной квадрат» равняется 230 мм; это соответствует 0,11?.. Расстояние /, мм, может быть вычислено для любой частоты /, МГц, по формуле
33 000
Рис. 11-29. Схема питания двухэтажной антенны «двойной квадрат» для диаЬазона 2 м.
Обе системы соединяются отрезком двухпроводной линии с волновым сопротивлением 180 Ом длиной 990 мм. Такая линия может быть изготовлена из двух проводников при соотношении диаметра проводника к расстоянию между ними, равном 1 : 2.5 (см. рис. 1-24), Коэффициент усиления двухэтажной антенны «двойной квадрат» равняется приблизительно 8,5 дБ; резонансная частота антенны 144,5 .Гц; КСВ во всем диапазоне 2 .м менее чем 1 : 1,2.
Группа антенн «двойной квадрат» для диапазона 2 м. .Гру ппа антенн «двойной квадрат», изображенная па рис. 11-30, представляет собой антенную систему, имеющую высокий коэдфициент усиления (13,5 дБ) Расстояние между изл\чателе.м и рефлектором о каждо!! антенне такое же. как и на рис. 11-28
Примечательно то, что питание антенной системы осуществляется исключительно при помощи отрезков коаксиальных кабелей с всл;:о-вым сопротивлением 75 HvIH 50 Ом. которые сращиваются др-.т с другом.
Размеры рефлекторов, которые не изображены на рис. П-Зб, такие же, как и на рис 11-29. Входное сопротивление каждой актен;-ы «двойной квадрат» равняется 75 Ом. Для симметрирования отрезка коаксиального кабеля при подключении его к антенне используется симметрирующий трансформатор, итсбраженнын на рис, 1-54. Точки 1 и J
Симметрирую-
трансформатор ,
Z 75 Ом 2=50 Ом д
антенной системы, так же как и точки 5 и соединяются отрезками коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом длиной 1300 мм.
Линии связи в их геометрическом центре подключаются к четвертьволновым согласующим трансформаторам, но так как сопротивление в середине соединительных линий равняется 37,5 Ом. они представляют собой отрезки коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом и длиной 345 мм, что учитывает коэффициент укорочения, равный 0,66 0,66 (?./4)). Согласование производится с отрезком коаксиального кабеля волновым сопротивлением 75 О.М.
Таким образом, в обеих точках Y имеет место сопротивление 75 0м. Эти точки могут быть соединены произвольным отрезком коаксиального кабеля с волновым сопротивление?!!
Х-точка питания, несимметричное сопритиЗме чае 75 Ом
Рис. 11-30. Схема группы энтеп!! «двойной квадрат».
75 Ом, и поэтому расстояние между каждой парой антенн «двойной квадрат» может быть выбрано произвольно. В данной антенной системе расстояние между точками YY выбрано равным 1300 мм, так чтобы горизонтальный размер антенной системы равнялся 1?.. Посередине этой линии связи входные сопротивления каждой пары антенн снова включаются параллельно, и поэтому
входное сопротивление всей системы равняется в этих точках 37,5 Ом. Для того чтобы питание всей систе.мы осуществлять при помощн коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом, в точке Z к соединительной линии подключают четвертьволновый трансформатор, как изображено на рис. 11-30.
Ширина полосы пропускания такой антенной системы, настроенной на частоту 144,5 МГц, равняется 3 МГц; КСВ по всему диапазону 2 м всегда меньше 1 : 1,5; ослабление излучения в обратном направлении равняется 18 дБ.
П-10. Кольцевая антенна для диапазона УКВ
В § 2-30 уже описывалась кольцевая антенна для диапазона коротких волн, которая обладала всеми свойствами антенны «двойной KB.i.v рат». Эта антенна с успехом может применяться и в диапазоне УКВ, тем более что с уменьшением диаметра кольцеобразгых элементов трудности, связанные с их изготовлением, значительно уменьшаются. По отношению же к диагра.мме направленности, коэффициенту усиления и входному сопротивлению кольцевая направленная антенна очень схожа с антенной «двойной квадрат», стоящей на вершине квадрата. Данные относительно выбора размеров конструкции кольцевой антенны, сделанные в § 2-30. остаются спразедливь!.ми и для диапазона УКВ.
Для конструирования т.ольцевой антенны особенно пригоден алюминиевый или медный провод диаметром 8-12 мм.
Один йкольцево элемент дает коэффициент усиления 2 дБ, и волновое сопротивление его равняется НО Ом. Длина проводника раа-
1!яется 1,03л. Если же ка расстоянии 0,20а поместить кольцевой рефлектор, то коэффициент усиления увеличивается до 8-Ю дБ и сопротивление в точке питания при этом равняется 60 Ом. Иногда излучатель изготовляют в виде .двойного кольца. В этом случае несбходи.мая длина проводника равняется 2,02Х и сам излучатель представляет собой катушку из двух витков. Если при этом рефлектор находится на расстоянии 0,18л, то входное сопротивление антенны особенно удобно согласовывать с линией питания, имеюпдей волновое сопротивле1!ие 240- 300 Ом,
Кольцевой рефлектор всегда изготовляется в виде одного витка и имеет длину провоД1!ика 1,08л. Настройка рефлектора очень критична и является определяющей для достижения эффективной работы антенны. Рекомендуется использовать вспомогательные методы, указанные для настройки aiiTCHHbi «двойной квадрат».
Для трехэлементной кольцевой антенны для диапазона УКВ расстояние между излучателем и рефлектором выбирается равным (0,17- 0,22)?., а расстояние мелду излучателем и директором (0,12-0,15)>.. Входное сопротивление такой антенной системы при использовании в качестве излучателя простого кольца равняется приблизительно 30 Ом. В этом случае целесообразно использовать у-образную схему согласования излучателя с коаксиальным кабелем. Длина проводника директора равняется 0.95л.
Приведенные ниже формулы позволяют рассчитать необходимые конструктивные размеры кольцевых антенн относительно 1"астоты, МГц, для различных длин проводников, см, в диапазоне УКЬ;
излучателя
рефлектора
дире1:тора
f
32bG f
2350
2 m:
Отсюда можно определить размеры кольцевой антенны диапазона 5=214 см; /? = 226 см; D196cm.
11-11. Логарифмически периодическая антенка
Логарифмически периодические антенны являются относительно новой конструкцией широкополосных направленных антенн, применяемых в диапазоне УКВ и диапазоне дециметровых волн. Большая полоса пропускания антенны в сочетании со значительным коэффициентом усиления достигается за счет большого расхода конструктивных материалов, поэтому применение логарифмической антенны только для радиолюбительских диапазонов обычно непрактично, но она применяется как всеволновая антенна для приема телевидения, включая одновременно и любительские диапазоны 2 м и 70 см
Характерным для логарифмически периодической антенны (рнс. 11-3!) является то, что она состоит из множества элементов, соединенных параллельно, и самый. длинный элемент антенны имеет длину, равную или большую h 2 относительно л„акс максимальной
длины волны рабочего диапазона антенны), а самый короткий элемент имеет длину л/З относительно кмпп-
Вибраторы соединяются между собой перекрещенными соединительными линиями, и линия передачи подключается к самому короткому вибратору. Излучение, как и в случае обычного прямого вибратора, имеет линейную поляризацию, и основное излучение направлетю от самого длинного вибратора в сторону самого короткого, так что своей вершиной логарифмическая антенна должна быть направлена в сторону корреспондента. Коэффициент усиления такой антенны зависит от угла а. и плотности взаимного расположения вибраторов. При углах а, лежащих в пределах от 10 до 45°, и плотном расположении вибраторов коэффициент усиления обычно равен 4-8 дБ, С уменьшением угла а коэффициент усиления антенны увеличивается. Входное сопротивление антенны равно 60 Ом, а клеммы симметричны относительно .емли.
Напрадление излучения
Симметричная линия питания
Рис. 11-31. Логарифмически периодическая антенна.
На рис. 11-32 показана другая конструкция логарифмической антенны в виде суживающегося проволочного меандра. Структура расположения элементов антенны и в этом случае логарифмическая, что явно видно из рисунка, а соединительные провода, расположенные по боковым сторонам антенны, обеспечивают такие фазу и амплитуду токов в элементах антенны, чтобы результирующий основной лепесток диаграммы направленности был направлен в сторону вершины антенны. Всегда используют две логарифмические антенны, расположенные так, как показано на рис. 11-33. Обычно угол между отдельными антеннами выбирают равным 45°; меньшие углы соответствуют более компактным конструкциям, но при этом уменьшается коэффициент усиления антенны. При увеличении же угла между антеннами коэффициент усиления увеличивается, по конструкция всей системы становится слишком громоздкой
Поляризация излучения антенны линейная, а если вся система в целом расположена з гопизонтальчон плоскости, поляризация горизонтальная. Входное сопротивление такой системы 120-130 Ом и симметрично относительно земли Для питания такой антенно! наиболее целесообразно применятс симметричную двухпроводную экранированную линию передачи. В табл И-2 приведены размеры элементов антенны, изображенной на рис. 11-32. Две такие антенны (рис. 11-33) образуют широкополосную антенную систему, которая работает в диапазоне от 48 до 230 Alfn.
Таблица 11-2
Размеры логарифмической антенны, приведенной на рис. 11-32 (полоса пропускания от 45 до 230 МГц), мм
У = 3 ООО | / = 2 600 | 6 = 580 | V/ = | |
2 = 2 120 | = 1 840 | 7 = 375 | ||
3=1 500 | / = 1 300 | 5 =.205 | VIII = | = 230 |
4=] 060 | IV = 920 | S = 255 | ||
5 = 750 | К = 650 |
Элементы антенны изготовляются пз легких металлических трубок диаметром 8-10 мм, а в качестве проводник;:, соединяющего концы элементов, используется алюминиевый провод диаметром 1,5-3 мм.
Рис. 11-32. Конструкция логарифмической антенны в виде сужающегося проволочного меандра. а= 60".
120 Ом
Рпс. 11-33. Схема логарифмически периодической V-образпой ан генны.
В качестве несущей траверсы можно использовать металлическую трубу или деревянный брусок 30 - . 30 мм. Элементы антенны непосредственно крепятся к несущей траверсе, как показано на рнс, 11-33. Если несущая траверса деревянная, то вдоль нее протяг.шается ,eтa,тличecкaя полоса или провод, который надежно электрически соединяется с элементами антенны в точках пересечения кх с несущей траверсой. Общая конструкция антенны с изолирующими распорками ме;кду составляющими ее логарифмическими антеннами показана на рис. 11-34.
Таблица 11-3
Размеры логарифмически периодической антеяны, приведенной на рис. 11-35 1полоса пропускания от 48 до 23С Шц), мм
7 = 1 560 | / = 2 370 | = 450 | V / = 707 | |
2=1 280 | = ООО | ix=mo | ||
3= 1 080 | / = i 080 | = 320 | Х = ЪдО | |
= 900 | IV = \ 400 | = 270 | XI =420 | |
5=760 | V=l 185 | = 225 | XII = 353 | |
6 = 640 | V/= 1 ООО | = ]i:iO | ||
7=540 | V = 840 | = 375 |
Несколько отличная конструкция логарифмической антенны с элементами в виде треугольников изображена на рис. 1135 (ее размеры даны в табл. 1 ГЗ) и 11-36. Эта конструкция особенно удобна д.1Я экспериментирования с логарифмическими антеннами, так как ее очень
Изолирующий материал
Направление сено дваео из "учония
Линия питания 1200м If
/Иоталлачесная мачта
Рис. 11-34. Вид сбоку логарифмически периодической V-образ-ной антенны.
Рис. 11-35. Логарифмически периодическая аитецна с треугатьными элементами, а = бО.
а=75=
прссго изготовить из медного провода. Треугольные элементы антенны (как было описано выше) в точках пересечения с несущей траверсой надежно соединяются с ней электрически. Антенная система, как и и в описанной выше конструкции, состоит из двух V-образно расположенных логарифмических ан-
TCHil.
Антенна, показанная на рис. 11-35, дает больший коэффициент усиления, чем антенна на рис. 11-36, так как первая конструкция имеет меньший угол а и более плотное расположение элементов.
Структура антенны может быть укорочена в соответствии с тем, в каком диапазоне частот работает антенна. При этом не следует только забывать, что самый длинньЕЙ элемент антенны должен иметь длину, равную или большую ?v/2 относительно Лакс-Например, если из структуры, показанной на рис. 11-35, удалить элементы 1-2 и 2-3, то общая длина элемента 3-4, равная 1980 мм, указывает на то, что такая антенна будет работать в диапазоне от 76 до 230 -МГц (т. е. 1980 мм - л/2 для частоты 7Ь МГц). Ьсли же удалить те ж:е самые элементы из структуры, показанной на рис. 11-33, то такая антенна будет работать в диапазоне от 100 до 230 МГц, так как самый длинный элемент 5-4 имеет в этом случае длину 1500 мм.
Рнс. 11-36. Логарифмически периодическая антенна с треугольными элементами, а - 75.
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