Запорожец Издания
11-12. Антенна обратного излучения Если измерить распределение амплитуд и фаз излучаемого антенной «волновой канал» электромагнитного поля со стороны ее последнего директора, то плоскость, через которую проходит основная часть излучаемой антенной энергия, будет представлять собой «кажущуюся плоскость раС1фыва антенны». Если перед директорами антенны «волновой канал» расположить рефлекторную решетку, площадь которой приблизительно соответствует плоскости раскрыва антенны, то волна, отраженная от этой решетки, пройдет вдоль антенны «волновой канал» в обратном направлении второй раз и будет излучаться в обратном направлении. Вторичное прохождение отраженной волны вдоль антенны удваивает ее фактическую электрическую длину в 2 раза по сравнению с ее геометрической длиной, Как известно, удвоение длины антенны «волновой канал» дает увеличе- ние коэффициента усиления пО мощности на 3 дБ. Однако проведенные практические измерения коэффициента усиления показали, что увеличение коэффициента усиления при этом происходит на 5-6 дБ. На рис. И-37 приведено схематическое изображение afiren-ны с обратным излучением, имеющей коэффициент усиления 14,5 дБ. Расстояния между всеми элементами антенны равны 0,ЗЛ, так что общая длина антенны 1,5Х. Рефлектор представляет собой три вибратора, расположенные друг над Другом в вертикальной плоскости, что обеспечивает сильное подавление задних боковых лепестков диаграммы направленности антенны «волновой канал». При настройке антенны сначала настраивают вибратор и рефлектор при удаленных директорах и рефлекторной решетке. Вибратор настраивается на рабочую частоту, а рефлектор - на максимум излучения в прямом направлении. Затем присоединяются директоры и рефлекторная решетка и производится окон чательная настройка антенны. Антенна «волновой канал» располагается перпендикулярно плоскости рефлекторной решетки, и все ее элементы должны быть параллельными плоскости рефлектора. К недостаткам антенн с обратным излучением относится большая площадь рефлекторьюй решетки, В приведенном на рис. iI-37 примере стопона рефлекторной решетки равна 2л, а это означает, что для диапазона 2 м поверхность рефлекторной решетки должна равняться 16 м. Поэтом} антенны с обратным излучением экономически выгоднее использовать для более высоких частот Системы антенн «волновой канал» требуют, разумеется, еше больших площадей рефлекторных решеток. Кроме того, справедливо следующее правило: чем длиннее антенна «волновой канал», тем больше площадь кажущегося раскрыва антенны и, следовательно, тем больше до."1жна быть площадь рефлекторной решетки, Рис. 11-37, Антенна обратного излучения. 11-13. Всенаправленные антенны для диапазона УКВ Во многих случаях желательно иметь всенаправ.генную антенну УКВ, т. е, ентенну, имеющую приблизительно круговую диаграмму направленности в iоризонт;;лы,ой плоскости. В диапазоне УК8 нетрудно cKOiiCTpynpoBaTb всеиаправленную антенну с !;ертикэльной поляризацией, так как любой вертикально расположенный 1юлуволно-вын вибратор имеет в ):лоскости, перпендикулярной его оси (т. е. в горизонтальной плоскости), круговую Диаграмму направленности. Такие антенны особенно часто используются при связи между мобильными и nepeHocj.b].\iH радиостанциями. Been а правленные антенны УКВ с вертикальной г!оляриз;;цией. Пол\волноьый вибратор, расположенный вертикально, шлейфовый вибратор и антенна типа «граунд-плэйн» имеют в горизонтальной плоскости правильную круговую диаграмму направленности. Однако на практике такие антенны в диапазоне УКВ не всегда имеют желаемые параметры. Это связано с тем, что с повышением частоты все сложнее становится согласовывать линию питания с излучателем таким образом, чтобы в линии питания ие было отраженных волн. Кроме того, вследствие несимметричности кабеля питания образуются поверхностные волны, которые приводят к тому, что ocHOBiiOH лепесток вертикаль-нон диагра.ммы направленности годнимается вверх, в то время как требуется, чтобы излучение происходило в плоскости, как можно ближе расположенной к плоскости, перпендикулярной оси излучателя. Поэтому необходимо иметь такие конструкции антенн, которые позволяли бы просто и надежно обеспечивать точное согласование и симметрирование антенны с линией питания. Коаксиальная антенна. Эта антенна наиболее подходит в качестве Бсенаправлепного излучателя с вертикальной поляризацией для мобильных станций. Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 60 Ом (желателыю, чтобы диаметр центральной жилы кабеля был по в03м0ж1-0сти большим) очищают на длине л/4 от защитной оболочки, оплетки и диэлектрика. Затем, как показано на рис. 11-38, на коаксиальный кабель надевают медную или лат\ иную трубку, также имеющую длину л/4, и припаивают к оплетке коаксиального кабеля. Диаметр трубки не имеет значения, необходимо только, чтобы ее внутренний диаметр был больше диаметра коаксиального кабеля. Как четвертьволновый отрезок центральной жилы коаксиального кабеля, так и медную трубку следует нелгаого укоротить по сравнению с V4- Фактически такая антенна представляет собой вертикальный полуволновый вибратор, нижняя половина которого является одновременно и четвертьволновым симметриру1.:,щим трансформатором. Коаксиальная антенна обеспечивает идеальное симмотр1фовакие и согласование с коаксиальным кабелем, и поэтому излучение этой антенны отличается небольшим вертикальным углом возвышения. Для увеличения механической прочности конструкции иногда заменяют четвертьволновый отрезок центральной жилы коаксиального кабеля штырем или автомобильной антенной соответствующей длины. 5 8л,-вибратор. Прн учеличении длины штыревой антенны более ?./2 в диаграмме излуче-ия появляются .тепестки, направленные под большими углами к поверхности земли, и одновременно увеличиваются лепестки диаграммы наппавлекности, направленные под плоскими углами. Эти последние лепестки будут максимальными при длине штыря Ъ/в). При дальнейшем > .еличении длины штыря интенсивность излучения под плоскими ymarvin уме!!ьшается, а интенсивность излу- чения под углами увеличивается. Коэффициент усиления при длине штыря 5/8?. равняется 3 дБ. Однако 5/8л не является резонансной длиной антенны. Поэтому Б/8?.-штырь удлиняют дополнительно до 3/4?. при помощи удлинительной катушки индуктивности. Недостающая для полноволнового резонанса ?./4 в даи1юм случае добавляется за счет радиальных проводников, как и в случае антенны «грау1!Д-плэнн». На рис. 11-39 изображена 5/8А. штыревая антенна для диапазона 2 м. Обшая длина вертикальной части равняется 1215 мм, четыре ра- .Внутраииий проводник кабеля Диэлектрик Место пропаивания плетки кабеля к металлической трубке Медная трубка -Кабель питания бвОм Рис. И-38. Коаксиальная антенна. Кабель питания SO Ом любой длины Рис. П-39. ?/8 аиЗратор для диапазона 2 м. диальных провоД!Шка имеют длину 490 мм каждый. Удлинителы ая катушка индуктивности имеет 11 витков и изготовлена из провода диаметром i,6 мм. Длина самой катушки равняется 38 мм н диаметр 6,35 мм. Изменение резонансной частоты антенн может быть достигнуто за счет изменения размеров катушки. Диско-коиусная антеина. По сравнению с коаксиальной антенной диско-конусная антенна, обладая также круговой диаграммой направленности и таким же способом питания, имеет значительно большую полосу пропускания. По сравнению с обычным диполем коэффициент усиления этой антенны равняется -ЗдБ, Это уменьшение коэффициента усиления не должно вызывать удивления, так как диско-конусная антё1ша имеет правильную диаграмму направленности при очень большой полосе пропускания. Конструкция диско-конусной антенны, изображенная на рис. И-40, при соблюдении указанных размеров и непосредственном питании по коаксиальному кабелю с болнобь[м сопротивлением 60 Ом имеет полосу пропускания от 85 до 500 Ml ц. Конус изготовляется в виде рупора из листа меди или какого-либо другого материала, который легко паять. Кабель питания проводится внутри конуса и его внешняя оплетка припаивается к конусу, а очищенный отрезок внутренней жилы длиной 100 мм - к металлическому диску, Диск удерживается в горизонтальном положении с помощью изолирующих подпорок. Всенаправленные антенны УКВ с гсфизон таль ной поляризацией. Все1:аправленньте антенны с горизонта л bHoii нОЛяризацией заслуживают особого внимания в тех случаях, когда требуется получение диаграммы направленности по форме, как можно более близкой к круговой, причем получение круговой диаграммы всегда связано с потерями в направлении основного излучения полуволнового вибратора. Вспомним, что полуволновый вибратор уже является направленной антенной с направлением основного излучения, перпендикулярным его оси. Когда же вся мощность излу- Виутренний проводник кабеля \ припаивается к диску \550 Изоляи,иониые распорки Оплетка кабеля припаивается к конусу и Коаксиальный кобель 50 Ом Рис. 11-40. Диско-конусная антенна. чается антенной равномерно по всем направлениям, то ясно, что эта равномерность достигается за счет перераспределения мощностей между основными лепестками диаграммы направленности и минимумами излучения. Таким образом, о потере мощности в направлении основного излучения можно говорить только в переносном смысле, так как на самом деле никакой потери мощности не происходит. Ко.1ьцевой вибратор. Простая и надежная конструкция кольцевого вибратора применяется в качестве всенаправлен-ного излучателя для мобвльных станций. Диаграмма направлен-ностг! кольцевого вибратора однако не совсем круговая, а имеет вид эллипса. К сожалению, «усиление» кольцевого вибратора по сравнению с нормальным вибратором равняется -6 дБ, т. е. в точке приема эта антенна дает в 2 раза меньшее напряжение, чем нормальный вибратор. Конструкция кольцевого вибратора с размерами для диапазона 2 м приведена на рис. 11-41. у-образная схе.ча согласования обеспечивает точное согласование с коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50-70 Ом, Такой кольцевой вибратор можно просто изготовить из полуволнового вибратора, сгибая его половины в виде полукруга. Концы вибратора не соприкасаются друг с друюм, а крепятся к изолирующей плате, т. е. качьцо электрически разорвано. Концы вибратора должны быть распа-ожены на расстоянии не менее чем 3 см, так как в противном случае увеличивается емкость между ними, что приводит к изменению резонансной частоты антенны, а также ее входного сопротивления Входное сопротивление антенны несколько меньше, чем у обычного полуволнового вибратора, и равняется приблизительно 50 Ом, Кольцевой вибратор, изображенный на рис. И-42, специально предназначен для использования в качестве антенны мобильной станции. Можно также расположить несколько кольцевых вибраторов друг над Другом. В этом случае достигается небольшое усиление за счет фокусировки в вертикальной плоскости. Относительно синфазиости питания справедтивы те же замечания, которые были ср,1ыш при описании способов питания вибраторов, расположенных друг над Другом в вертикальной плоскост!!. Согнутый петлевой вибратор. Очень часто в качестве aHTetibi для мобильных станций применяется согнутый петлевой вибратор, который представляет собой обычный петлевой вибратор, согнутый таким образом, что его половини образуют угол ЮО"". Входное сопротивление петлевого вибратора при этом не изменяется и остается равным 240 Ом; диаграмма !1аправленности в го- Лидметр кольца ЗЮмм ризонтальнои плоскости имеет вид эллипса. Как известно, обычный петлевой вибратор имеет в горизонтальной плоскости такую же диаграмму направленности, что и обычный полуволновый вибратор, т,е, максимумы Диаметр трубка 5-8 мм /Сабель ли лания 60-70 Ом Рис. И-41. Кольцевой вибратор для диапазона 145 МГц, Рис. 11-42. Механическая конструкция кольцевого вибратора. излучения расположены в направлении, перпендикулярном оси вибратора, а минимумы - в направлении оси вибратора {рис. 11-43). В случае согнутого петлевого вибратора максимум диаграммы направленности на i дБ меньше, что соответствует 90% напряже]шя нз входе приемника, развивае.мого обычным протяженным вибратором. Минимумы излучения, наоборот, исчезают, и в этих точках напряжение равняется 45% напряжения в направлении максимального излучения протяженного вибратора. В направлении основного излучения согнутый петлевой вибратор дает напряжение на входе приемника в 2 раза большее, чем кольцево!) вибратор В направлениях ншшмумз излучения он также дает несколько большее напряжение нз входе приемника по сравнению с кольцевым вибратором. С1едовательно, кольцевой вибратор надо применять только в тех случаях, когда требуются небольшие размеры антенны и круговая диаграмма направлен цости. Если же эти требования не играют существенной роли, то в этом случае всегда следует отдавать предпочтение согнутому петлевому вибратору. Если для питания согнутого петлевого вибратора используется не ленточный кабель с волновыд! согротивлеяйе.м 240 Ом, а коакслаль- ньгй каель с волновым сопротивлением 69 Ом, то его следует подключать к антенне с помощью таких симметрирующих устройств, как полу-Болтютзая петля, пзобраи-:енная на рис, 1-57, Обычный согнутый полу-волнозый вибратор используется реже, так как его входное сопротив-леиме з1.::те,:ыю ниже вход[Ого сопротивления согнутого петлевого вибратора. Так как днзгр.тмма направленности согнутого neTvicBoi о вибратора в гсрио.чтальной пло:кости и.меет нерезко выраженные максимумы излучег;!)*", то говорят, что эта антенна представляет собой все направленную а;:.енну, имеющую диаграмму направленности с предпочтительными направлениями излучения. Прн меньшем угле между половинами вибратора диаграмма направленности в горизонтальной плоскости все ближе приближается к круговой. 180" ПетлоВиа Вибратор Узлс1ой Виброшр с углом csuSa 100° rarsr/Sou Вибратор Рис, U-l3. Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости горзонтальных гнбраторов. Х/4 шлейф 1=50 Ом Линия питания 30 Ом Рис. 11-44, Крестообразный вибратор. К."£СГООбразкый вибратор. Крестообразный вибратор представляет собой два протяженных или же петлевьш вибратора, расположенных под углом 90 друг к Другу. Такая конструкция антенны {рис. 11-44) име:;т гочти точно круговую диаграмму направленности. Для получения круговой Диаграммы направленности вибраторы следует возбуждать со сдвиюм фаз 90°. Этот сдвиг фаз достигается за счет включения межд обоими вибраторами штейфов, имеющих электрическую длину lA (с-:.Д\ет учитывать коэффициент укорочения) и волновое сопротивление, равное входному сопротивлению отдельного вибратора, т. е. ватнозое сопротивление этих линий должно равняться 60 Ом в случае использования простых полуволновых вибраторов и 240 Ом в случае использования петлевых вибраторов Так как оба вибратора соединены паралле-тьно, то сопротивление анте нь" е точке питания равняется 30 Ом для простых по.туволновых вибраторов и 120 Ом для петлевых вибраторов. Из-за сложности питания этой антенны, а также из-за того, что линии связи имеют электрические параметры, зависящие от частоты и, следовательно, вся антенна в це.чом имеет довольно узкую полосу пропускаБия, крестообразный 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
|