Н.М.Изюмов, Д.П.Линде
"ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ"
М.,Л.; "ЭНЕРГИЯ", 1965г.

ГЛАВА ШЕСТАЯ

АНТЕННЫ

6-10. АНТЕННЫ КОРОТКИХ ВОЛН

Чем короче волна, тем больше разнообразие используемых типов антенн. Для коротких волн проводимость почвы ухудшается, и вследствие этого возрастают потери в заземлении. Поэтому на этих волнах обычно избегают несимметричных заземленных вибраторов. Только около больших водных поверхностей или при расположении радиостанции на сырых почвах заземленные вибраторы дают хорошие результаты. Наилучшие результаты получаются при длине вибратора в полволны. Тогда у заземления находится узел тока, и даже при большом переходном сопротивлении потери в нем будут невелики. Если высоту мачты желательно уменьшить, то можно часть вибратора согнуть под прямым углом, образуя Г-образную антенну, или сделать антенну наклонной (рис. 6-36).

Рис. 6-36. Наклонный провод.

Наиболее распространенным типом коротковолновых антенн является горизонтальный полуволновый вибратор. Для получения максимальной дальности связи желательно иметь антенну, интенсивно излучающую под малыми углами (10-20°) к горизонту. С этой точки зрения горизонтальные вибраторы имеют хорошие диаграммы направленности при высоте подвеса от 0,5 и выше (рис. 6-26, а), но увеличивать высоту подвеса более h = обычно бывает трудно.

В горизонтальной плоскости антенна имеет неравномерную диаграмму направленности; в плоскостях, расположенных, под углом к горизонту, величина этой неравномерности будет изменяться в зависимости от высоты подвеса антенны и величины угла (рис. 6-37). Это необходимо учитывать при установке антенны, ориентируя максимумы излучения по направлению наиболее важных линий связи. Работа антенны в нужном диапазоне волн наиболее просто осуществляется при питании вибратора в центре двухпроводным воздушным фидером.

Рис. 6-37. Диаграммы направленности горизонтального полуволнового вибратора в горизонтальной плоскости под различными углами к горизонту при различной высоте подвеса.

Поскольку входное сопротивление вибратора близко к 73 Ом, а фидер обладает волновым сопротивлением в несколько сотен ом, то, если не принять специальных мер, вибратор и фидер будут рассогласованы и в последнем возникнут стоячие волны. Повышение напряжения при стоячих волнах на отдельных участках фидера и ухудшение его к.п.д., а также резкая зависимость входного сопротивления фидера от его длины являются серьезными недостатками такого метода питания. С ними можно мириться только в том случае, если длина фидерной линии не превышает (3-4). Однако в ряде случаев оказывается необходимым осуществлять согласование и при меньшей длине фидера.

В ряде случаев по чисто конструктивным соображениям питающий фидер удобно присоединять к концу полуволнового вибратора. Поскольку на конце вибратора находится узел тока, то для сохранения симметрии фидера, т.е. получения узла тока на свободном конце его второго провода, этот конец крепят на изоляторе (рис. 6-38).

Рис. 6-38. Схема подключения фидера к концу полуволнового горизонтального вибратора.

Если длина соединительного фидера больше (3-4), то потери в нем при рассогласовании становятся недопустимо большими и приходится принимать необходимые меры для согласования фидера с антенной. Достигается это обычно с помощью согласующих трансформаторов. На рис. 6-39, а, приведен пример согласования высокоомного воздушного фидера и вибратора с низким входным сопротивлением с помощью трансформатора в виде четвертьволновой разомкнутой линии. Согласование достигается изменением точек подключения вводов фидера к трансформатору. Чем ближе они к разомкнутому концу линии трансформатора, тем выше входное сопротивление системы антенна-трансформатор.

Рис. 6-39. Согласование горизонтальных вибраторов с двухпроводными фидерами.

На рис. 6-39, б, изображен способ согласования вибраторов, имеющих большое входное сопротивление, с воздушной линией. В этом случае приходится применять трансформатор в виде отрезка короткозамкнутой линии. Согласование входного сопротивления вибратора в системе, изображенной на рис. 6-39, в, достигается путем подбора волнового сопротивления промежуточной четвертьволновой линии. Способ согласования с помощью реактивного шлейфа в виде отрезка разомкнутой и короткозамкнутой линий показан на рис. 6-39, д и е. Здесь согласование достигается путем подбора длины шлейфа и места его подключения к фидеру.

Особенно широко используется способ согласования полуволновых вибраторов с помощью отрезка расходящейся линии (рис. 6-39, г). Здесь, с одной стороны, согласование достигается путем изменения положения точек подключения линии к вибратору, а с другой стороны, путем изменения волнового сопротивления отрезка расходящейся линии. Чем ближе к концам вибратора устанавливаются вводы линии, тем больше его входное сопротивление. Этот же принцип положен в основу согласования вибраторов с однопроводным фидером (рис. 6-40), где оно достигается подбором смещения ввода от центра вибратора. Из-за того, что при согласовании энергия переносится вдоль линии и поглощается нагрузкой, излучение однопроводного фидера в этом случае невелико.

Рис. 6-40. Согласование горизонтального вибратора с однопроводным фидером.

Широкое распространение на коротковолновых станциях получила уголковая антенна Пистолькорса (рис. 6-41). Она представляет собой симметричный вибратор, половины которого раздвинуты не на 180°, а на 90° (иногда на 120°). Сопротивление излучения при этом несколько уменьшается, но зато диаграмма направленности в горизонтальной плоскости получается гораздо более равномерной, чем у вибратора с проводами, вытянутыми в одну линию; эту антенну можно практически считать ненаправленной.

Рис. 6-41. Уголковая антенна Пистолькорса.

Для успешной работы в широком диапазоне частот необходимо, чтобы антенна относительно мало меняла свою диаграмму направленности и величину входного сопротивления при изменении длины волны. Этим свойством обладают антенны с малым волновым сопротивлением в виде вибраторов с большим диаметром. На этом принципе основана широко распространенная антенна-диполь Надененко (рис. 6-42). При диаметре излучателя D = 0,03 волновое сопротивление диполя близко к 300 Ом, и антенна удовлетворительно согласуется в широком диапазоне частот с 200-омным фидером, в качестве которого обычно используется четырехпроводная линия. При этом нет надобности выполнять антенну из сплошного проводника (опыт показывает, что 6-8 проводов, натянутых по образующим цилиндра, достаточно хорошо заменяют сплошной проводник).

Рис. 6-42. Диполь Надененко.

В диапазоне коротких волн вследствие малой длины вибраторов имеются особенно большие возможности создания направленных антенн. Наиболее простой из них является антенна с рефлектором. Антенны с рефлектором и директором получаются весьма громоздкими и используются довольно редко. При нормальных расстояниях между антенной и пассивным рефлектором размеры для двухвибраторной системы, показанные на рис. 6-43, вычисляются по формулам:

(6-20)

Здесь LA, LP и D даны в метрах, а f - в мегагерцах. Для точной коррекции настройки пассивного вибратора по предложению В.В.Татаринова часто используются реактивные шлейфы, как это и показано на рис. 6-43.

Рис. 6-43. Горизонтальный полуволновый вибратор с пассивным рефлектором.

Расстояние в четверть волны между вибраторами на коротких волнах получается довольно значительным, поэтому чаще используются системы с уменьшенными расстояниями между вибраторами. Вследствие сильного влияния вибраторов друг на друга точные наивыгоднейшие размеры системы указать невозможно. Кроме того, они зависят от индивидуальных свойств системы: высоты подвеса над землей, свойств почвы, толщины проводов и т.п. Их находят опытным путем при регулировке антенны. При уменьшенных расстояниях возможно создание и трехвибраторных антенн. В этом случае расстояние между активным вибратором и рефлектором выбирают обычно 0,15, а между активным вибратором и директором 0,15. При правильной настройке такая система может дать коэффициент направленного действия 10 дБ и ослабление в обратном направлении на 30 дБ.

В диапазоне коротких волн нашли распространение антенны с бегущей волной. Режим бегущей волны в проводах антенн достигается тем, что они нагружаются на конце на чисто активное сопротивление, равное их волновому сопротивлению. Диаграмма направленности провода с бегущей волной представляет собой довольно узкий лепесток (точнее тело, получающееся в результате его вращения около провода как около оси), наклоненный в направлении движения волны (рис. 6-44). Острота диаграммы и угол наклона лепестка возрастают с увеличением электрической длины провода.

Рис. 6-44. Диаграммы направленности провода с бегущей волной.

Направленное действие антенн увеличивают, изготавливая их из двух (V-образная антенна) или четырех (ромбическая антенна) проводов, направленных под углом друг к другу так, чтобы направление лепестков их диаграмм совпадало (рис. 6-45). В качестве нагрузочного сопротивления в ромбических антеннах обычно используется линия с большим затуханием (например, из стальных проводов). Длина сторон антенн бегущей волны обычно выбирается равной (2-4). Высота мачт V-образной антенны и угол раствора ромбической антенны должны выбираться так, чтобы главные лепестки диаграммы проводов имели нужное направление. Основное достоинство таких антенн заключается в очень широком диапазоне рабочих частот, а недостаток - в относительно больших габаритах и значительных потерях энергии в нагрузочном сопротивлении.

Рис. 6-45. Антенны бегущей волны.
а - V-образная антенна;
б - ромбическая антенна.

В диапазоне коротких волн возможно использование синфазных и противофазных антенн. Эти антенны должны решать две основные задачи: создавать излучение под низкими углами к горизонту и придавать этому излучению направленный характер в заданном направлении. Первая задача решается в синфазных антеннах путем расположения вибраторов в два, четыре и более этажей на расстоянии в полволны один над другим (рис. 6-46). Тогда в горизонтальном направлении излучение вибраторов складывается, а в вертикальном из-за разности хода в /2 уничтожается.

Рис. 6-46. Четырехвибраторная синфазная антенна.

В противофазных антеннах для получения того же эффекта нужно располагать вибраторы на одном уровне, на расстоянии в полволны один от другого (рис. 6-47). Тогда благодаря разности хода /2 в горизонтальном направлении волны, излученные противофазными вибраторами, будут усиливать друг друга, а в вертикальном направлении они будут взаимно уничтожаться.

Рис. 6-47. Направленная противофазная антенна.

Для решения второй задачи в обоих типах антенн горизонтальные ряды выполняются из синфазных вибраторов. Чем больше их в рядах, тем более высокой направленностью в горизонтальной плоскости обладает антенна. Синфазность возбуждения вибраторов достигается тем, что они питаются от одного фидера, подключаясь к нему через интервалы в
/2. Вибраторы через этаж соединяются с фидером перекрещивающимися перемычками.

При втором распространенном способе питания синфазных вибраторов их соединяют последовательно через неизлучающие физирующие шлейфы (рис. 6-48). При этом для выполнения условия синфазного излучения достаточно, чтобы общая длина проводов вибратора и последующего шлейфа равнялась длине волны, а длина самих вибраторов значения не имеет. Синфазные антенны обладают большим входным сопротивлением, близким к сумме сопротивлений излучения всех вибраторов; поэтому их удобно питать через высокоомные воздушные фидеры.

Рис. 6-48. Питание синфазных вибраторов через неизлучающие фазирующие шлейфы.

Для получения более высокой направленности и уменьшения габаритов антенн расстояние между вибраторами в противофазных антеннах обычно уменьшают до (0,15-0,1). Это дает возможность также упростить систему их питания, соединяя вибраторы не через фазирующие шлейфы, а короткими перекрещивающимися перемычками (рис. 6-49). Из-за сильного взаимного влияния близко расположенных вибраторов точная длина их собственной волны может в сильной степени меняться, поэтому ее находят опытным путем в процессе регулировки антенны. При малом расстоянии между вибраторами их сопротивление излучения резко падает и питание от высокоомного воздушного фидера становится возможным только через согласующий трансформатор.

Рис. 6-49. Противофазные антенны с укороченными расстояниями между излучателями.
В этой главе:
6-1. ИЗЛУЧАЮЩИЕ СИСТЕМЫ
6-2. СИММЕТРИЧНЫЕ ВИБРАТОРЫ (ДИПОЛИ)
6-3. ВЛИЯНИЕ ЗЕМЛИ НА ИЗЛУЧЕНИЕ АНТЕНН,
НЕСИММЕТРИЧНЫЕ ВИБРАТОРЫ
6-4. РЕЗОНАНСНЫЕ ЧАСТОТЫ АНТЕНН. ГАРМОНИКОВЫЕ АНТЕННЫ
6-5. СИНФАЗНЫЕ И ПРОТИВОФАЗНЫЕ АНТЕННЫ. РЕФЛЕКТОРЫ И ДИРЕКТОРЫ
6-6. ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕНН С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
6-7. СЛОЖНЫЕ ВИБРАТОРЫ
6-8. РАМОЧНЫЕ АНТЕННЫ
6-9. АНТЕННЫ ДЛИННЫХ И СРЕДНИХ ВОЛН
6-10. АНТЕННЫ КОРОТКИХ ВОЛН
6-11. АНТЕННЫ УЛЬТРАКОРОТКИХ ВОЛН
Адаптер питания к ноутбуку - и дома от сети, и в автомобиле!

Возможность выбрать нужное напряжение и комплект разъемов-переходников обеспечат электропитанием любой ноутбук при любых обстоятельствах...

Удобная почтовая доставка не только по России...

 
Более 3000 типов оригинальных аккумуляторов...

...для смартфонов и мобильных телефонов LG, Samsung, Motorola, Nokia, Sony Ericsson и др.

Доставка почтой, курьером...

webmaster@radio-1895.ru