Запорожец  Издания 

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

ре.лстка, состоящая из четырех полуволновых вибраторов, распачожен-пых на расстоянии л/2, с линией питания, подключенной к нижнему этажу.

Так как входное сопротивление полуволнового вибратора в диапазоне УКВ в среднем можно считать равным 60 Ом, то, следовательно, параллельное соединение четырех полуволновых вибраторов будет иметь входное сопро1Ивление 15 Ом. Это входное сопротивление может быть согласовано с линией передачи, имеющей вол[ювое сопротивление 240 Ом, с помощью четвертьволнового согласующего шлей11а. Если в качестве линии передачи используется кабель с волновым сопротнв-

Вибратор

0,65-0,751


Линия передачи

уМная передачи из ленточного ка5еля с

I изоляииеи

-Линия передачи

Линия перодочи

8идс5оку

Рис. 10-7. Синфазное возбуждение двух параллельных вибраторов при помощи волновой соединительной линии.

Рис. 10-8. Синфазное возбуждение параллельных вибраторов прн оптимальном расстоянии Между ними с помощью волновых соединителы!Ых линий,

а - сокращение расстоянич между вибраторами механичсс!4им способом, б - сокращение расстояния между вибраторами за счет коэффициента укорочения соединительной линии.

лением 240 Ом и коэффициентом укорочения 0,8. то размеры согласующего четвертьволнового шлейфа могут быть получены с помощью гра фиков рис. 1-46. На расстоянии X = 0,04Х от точек питания антенны подключается незамкнутый отрезок ленточного кабеля длиной 0,21Я Так как линия передачи и согласующая схема изготовляются из одного и того же кабеля, то в обоих случаях следует учитывать коэффициент укорочения, равный 0,8--Если рабочая волна имеет длину 207 см, то в Этом случае для приведенного выше npniiepa размены согласующего устройства следующие, длин; нез2Мк.4\того отрезка кабеля 207-0,21 - = 43,47 см. а с учетом коэфЫшиента укорочения, равного 0,8, геометри ческая длина отрезке! равна 43.47.0.t! 35 см. расстояние X = = 207-0,04 = 8,28, и с учетом коэффициента укорочение! геометриче екая длина этого отрезка равна 8,28-0,8 = 6,6 см

Рассмотренный способ питания aiiTCHHoft решетки имеет тот педо сгатоь;, что самый верхний вибратор возбуждается слабее, чем самьш нижний вибратор, так как по мерсраспространения волны ио линии

часть энергии теряется на излучение. Вследствие сказанного возникает небольшой сдвиг фаз в распределениях токов и напряжений в различных вибраторах, что приводит в большинстве случаев к увеличению вертикального угла излучения и, кроме того, антенна в это.м случае имеет чрезвычайно узкую по.юсу пропускания.

Эти недостатки в питании антенной решетки можно устранить, если питать систему вибраторов посередине, как показано на рис. 10-10,

Как видно нз этого рисунка, соединительная линия между вторым и третьим этажами не перекрещивается и все же возбуждение диполей происходит в фазе, Это происходит потому, что в данном случае полусол-новая линия с подсоединенной к ее середине линией питания представляет собой параллельное соединение двух четвертьволновых трансформаторов {ХХ~А и XX-В). Таким образом, четвертьволновый отрезок линии, включенный между точками питания антенны и точками присоединения линии питания, представляет собой четвертьвоЛ1ювы1 трансформатор, волновое сопротивление которого определяется в зависимости от необходимого коэффициента трансформации сопротивления. Таки.м образом, антенная система делится на две равные группы, каждая из которых состоит из двух параллельных вибраторов, и каждая группа согласуется с линией питания с помощью четвертьволнового трансформатора. Так как входное сопротивление каждого вибратора равно 60 Ом, а в каждой группе имеется по два вибратора, то входное сопротивление группы равно 30 Ом (в точках питания Л и В). Это сопротивление нужно трансформировать в сопротивление, равное волновому сопротивлению линии передачи. Так как при этом Б точке питания всей антенной системы соединены параллельно два четвертьволно-


/=6,5см

Рис. 10-9. Питание четырех синфазио возбуждаемых параллельных полуволновых вибраторов.

Линия передачи 2W0m произвольной длины

Длина сагласуюш,езо штыря ZQ?cm

вых трансформатора, то при вычислении необходимого волнового сопротивления четвертьволнового трансформатора следует подставлять в формулу удвоенное волновое сопротивление линии передачи. Так, напри.мер, если в качестве линии передачи используется ленточный кабель УКВ с волновым сопротивлением 240 Ом. то в формулу для вычисления необходимого в((Лнового сопротивления четвертьволнового трансформатора следует подставлять значение 480 Ом:

1П у

,2Z„

где 2тр - волновое сопротивление четвертьволнового трансформатора; 2д - входное сопротив.1ение группы вибраторов; Z - волновое сопротивление линии передачи.



Следовательно, для припедетитого выше примера 135Т480 = ГИ100 -120 Ом.

По графикам рис. 1-24 выбираююя размеры четвергьволповой ли нии с волновым сопротивлением 120 Ом

iHia подключена к настроешюи линии, то волновое со!1ротивление отрезков линий

случае, когда в точках XX ап тспна -, , uXX-i


ВолиоВпЕ сопвотиВлете лити А-В равна 129 Ом, при ВалипВом сопротиВле- паи линии передачи 240 Ом

Линия передачи


Линия передачи ссагласоданием с помощью I разомкнутого ахтыря

Рис. 10-10. Вибраторная решетка с центральным питанием, состоящая из четырех гараллсльных полувол)ювых вибраторов.

Рис. 10-11. Центральное питание при нечеттюм числе параллельных вибраторов.

не имеет значе1шя н эти линии могут быть изготовлены исходя из чисто механических сообрал<ений.

Если число этажей нечетное (3, 5 и т. д, параллс1ьных вибраторов) центральное питание антенной решетки осуществляется еще проще как показано нз рис 10-П

Низкое входное сопрот;.1ле!!ие а[тснгы согласуется волновьц-сопротивлением линии передлчи любой длины с по.мощью соответствующей трансформирчющсй схемы 1в c\"лQ на рн~ 10-11 входное сопротиь ление равно 60 3 - 20 Ом). ТоК к к возбуждас-ын внбратоп разорвав посередине, то ч этом сл\ч,с- нсль!Я кснользовать пoлiOl,ть!o мегалли ческую конструкцию аитсннь!. Поэтому т;!К\ю iiiiTennykj систему обычно крепят на деревянной 1;ес\шсй конструкции па июляторач. располо женных по возможности ближе к точке питания (минимум ггапряжС1шя).

Длина вибраторов, м, с достаточтюй точтюстью мол<ет быть рассчитана по формуле

где / - частота, МГц.

Точное значение геометрической длины вибратора получается, когда учитывается коэффициент укорочения дигюля в зависимости от соотношения длины волны и диаметра проводника вибратора (см. график на рис, 1-7). Следует отметить, что в общую длину вибратора входит и длина разрыва мел<ду его половинами. В диапазоне УКВ этот разрыв имеет ширину 1-2 см.

На рис. 10-12 изобрал<еп еошол<ный вариант конструкции, использующей только металлические элементы. В этой конструкции полувол-


Рис. 10-12. Питание параллельных вибраторов в случае цельнометаллической конструкции антенны.

Максимум Минимум

напряжения i напряжения Линич передачи

Рис. 10-13. Четырехэле ментная антенна.

новые элементы не разрываются посередине, а крепятся с помощью Т-образных схем, которые позволяют подобрать входное сопротивление вибратора таким, чтобы было удобно дальнейшее согласование. В этом случае полуволновый вибратор может крепиться посередине к металлической несуще1 конструкции (минимум напряжения).

Такой способ крепления антенны обычно при\енрется в заводских антеннах, так как для радиолюбителя довольно трудно определить необходимые размеры Т-образного согласующего устройства, которые обычно определяются в ходе длительного эмпирического подбора.

На практике почти всегда используют сул<ение диаграммы направленности Б вертикальной плоскости за счет расположения полуволновых вибраторов друг над другом и сужение в горизонтальной плоскости за счет линейного расположения полуволновых вибраторов. Такие антенны называются м н о г о в и б р а т р н ы м и

10-3. Многовибраторные антенны

Самая простая многовибраторная антенна состоит из двух полуволновых вибраторов, расположенных по одной линии, и двух полув&л-новых вибраторов, расположенных над ними иа расстоянии KI2 (рис. 10-13).



Эта антенна представляет собой не что иное, как Н-образную антенну, описанную в разделе «Коротковолновые антенны». Два параллельных диполя, расположенных друг над другом па расстоянии 1.12, дают коэффициент усиления 4 дБ. Кроме того, следует учитывать, что в каждом «этаже» имеется по два линейно расположенных полуволновых вибратора, возбуждаемых синфазно. и вследствие этого происходитдополнительное увеличение коэффициента усиления на 1,8 дБ. Общий коэффициент усиления антенны равен 4-- 1,8- 5,8 дБ (табл. 10-1).

Таблица 10-1

Определение коэффициента усиления миогоаибраторной антенны

Число параллельных вибраторов (этажей)

2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 10

Число колинеарных полуаолновых вибраторов в одной плоскости

10,1

10,2

11.4

7.8 8,5

11,2

12,4

10,3

11,9

13,1

11,0

12,6

13,8

11,5

13,1

14,3

10,2

12,0

14,8

10,7

12,5

14,1

15,3

12,9

14,5

15,7

11,5

13.3

14,9

16,1

5,6 9,6

11,1 12,4 13,4 14.1 14,8 15,3 15,8 16,8 16,7 17,1

10,5 12,0 133 14,3 15,0 15.7 16,2 16,7 17,2 17.6 18.0

7,3 11,3 12,8 14,1 15,1 15,8 16,5 17,0 17,5 180 184 18.8

7,9 11,9 13,4 14,7 15,7 16.4 17,1 17,6 18 1 18,6 19.0 19,4

8,3 12,3 13,8 15,1 16,1 16.8 17,4 180 18,5 19,0 19.4 19.8

86 12,6 14,1 15,4 16,4 17,1 17,7 183 18.8 19,3 19,7 20,1

Два полуволновых вибратора, расположенных линейно, образуют волновыи вибратор, электрические параметры которого отличаются от параметров полуволнового вибратора. Волновыи вибратор питается в точке максимума напряжения, и, следовательно, его входное сопротивление имеет большое значение и зависит от отношения к!й (см, рис. 1-18). Коэффициент укорочения такого вибратора также зависит от Xld и может быть найден по рис. 1-18. Кроме того, входное сопротивление волнового вибратора зависит от ширины разрыва между его половинами и от взаимного расстояния между этажами анте![ны. Поэтому входное сопротивление волнового вибратора, полученное расчетным методом, только приблизительно соответствует действнтельно.му значению входного сопротивления.

Большое входное сопротивление волнового вибратора упрощает задачу согласования многовибргиорнон антенны с линией передачи, так как параллельное соединение волновых вибраторов дает значение общего входного сопротивления антенны, позвагяющее непосредственное подключение линии передачи к аитетц!е, К недостаткам конструкции многовибраторной антенны слсдче- отнести требование хорошей изоляции во.НОБЫх вибраторов вблизи точки питания (максимум напряжения) Поэтом\ следует избегать крепления вибраторов вблизи точки питания к несущей конструкции, так как даже хорошие изоляторы при сырой погоде да[от значительные потери. Минимумы напряжения в волновом вибраторе находятся приблизительно на расстоянии л/4 От его концов, и поэтому жслатсль]ю кре!1ить вибратор к несущей кон-

струкции именно в этих точках. Однако распределение напряжения по длине волнового вибратора значительно более неравномерно по сравнению с распределением напряжения по длине полуволнового вибратора, и поэтому даже в точках, где теоретически должны быть узлы напряжения, имеется все же некоторое напряжение. Поэтому не рекомендуется применять полностью металлическую конструкцию антенны, и в точках крепления следует использовать изоляторы (вполне подходят изоляторы из пропитанной древесины).

Коэффициент усиления миоговибраториых антенн. Усиление сложной антенны складывается из усилений, даваемых линейно-расположенными вибраторами, и усиления, получаемого за счет расположения вибраторов друг над другом в виде «этажей». Теоретически рассчитанный таким образом коэффициент усиления любой многовибраторной антенны может быть определен с помощью табл. 10-1. Приведенные значения коэффициентов усиления относятся к расстоянию между этажами, равному Ki2, при очень небольшом расстоянии между вибраторами, расположенными в одном ряду (ширина разрывов соответствует приблизительно диаметру проводов вибраторов). Коэффициент усиления приведен в децибелах по отношению к коэффициенту усиления, даваемого одиночным полуволновым вибратором. Необходимо только знать число «этажей» и число полуволновых вибраторов, расположенных линейно в ряд.

Например, пять волновых вибраторов на расстоянии Я/2 друг от друга образуют многовибраторную антенну, состоящую из пяти этажей (вертикальный ряд) по два полуволновых вибратора в каждом (горизонтальный ряд), и на пересечении этой строки и колонки получаем искомый коэффициент усиления мпоговибраториой антенны 9,6 дБ.

Многовибраторные антенны излучают в оба направления, перпендикулярных плоскости антенны. Располагая на некотором расстоянии от вибраторов рефлекторы, диаграмму направленности можно сделать односторонней, и при этом коэффициент усиления увеличивается в среднем на 3 дБ.

Питание многовибраторных антенн. Сведения, приведенные выше относительно питания расположенных друг над другом горизонтальных

полуволновых вибраторов, относятся также и к питанию многовибраторных антенн. При этом следует, однако, учитывать, что входное сопротивление волновых вибраторов высокое, и, таким образом, в этом случае соотнощения сопротивлений изменяются на обратные.

Разъясним эти положения на примере. На рис. 10-14 показана многовибраторная антенна, состоящая из четырех этажей по две полуволновых вибратора в каждом этаже, возбуждаемых синфазно. Диаметр проводников, из которых изготовлены элементы антенны, равен 20 мм, рабочая длина волны 207 см. Отсюда отношетше длина волны / диаметр проводника равно 2070 : 20 ==; 100. По рис. 1-18 о этом случае входное сопротивление каждого вибратора равно приблизительно 900 Ом и коэффициент укорочения равен приблизительно 0,87. При этом имеем геометрическую длину волнового вибратора 207-0,87 ==; 180 см.

Так как каждый вибратор имеет входное сопротивление около 900 Ом, а всего их 4 и соединены они параллельно, то в точке Х4 входное сопротивление всей антенны равно 225 Ом, так же как и в точках Х, Х. Х Таким образо.м, во всех этих точках можно непосредственно подключить ленточный кабель УКВ с волновым сопротивлением 240 Ом и при этом коэффициент стоячей волны не будет чрезвычайно большим. Если же в качестве линии передачи используется коаксиальный кабель с волтювым сопротивлением 60 Ом, то в этом случае следует применять



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