 |
 |
 |
 |
случае, когда расстояние между параллельными полуволиовыми н волновыми вибраторами равно 0,65Я. Это оптимальное расстояние изменяется с увеличением числа этажей следующим образом: 2 этажа - 0,65Я; 3 этажа - О 4 этажа - 0,80?"; 5 этажей - 0,83?.; 6 этажей - 0,88Х; 8 этажей - 0,90?..
При этом речь идет о приближенном значении расстояний между этажами. Оптимальные расстояния между этажами могут быть подобраны, когда ли1гии связи между ними имеют электри1;ескую длину 1?. Так как расстояние между этажами меньше l?i., то соединительная линия между Ними может быть расположена двумя способами, показанными иа рис. 10-28.
Вариант А крепления соеданительной линии имеет то преимущество по сравнению с вариантом Б, что в первом случае двухпроводная линия передачи крепится в точках, отстоящих от места ее подсоединения к элементам антенны на Х/4, т. е. в точках минимума напряжения. Во втором случае соединительная линия крепится к несущей конструкции в точке )./2, т. е. в точке максимума напряжения, и поэтому качество изоляторов должно быть очень высоким, Сл еду ет та кже у ч и тыв ать коэффициент у корочеиия волновой линии, который для двухпроводной линии с воздушной изоляцией павен 0,975, а у линии, изготовленной из металлических трубок, - 0,950. Если применяется ленточный кабель УКВ и.чи экранировашая двухпроводная линия, го коэффициент укорочения составляет 0.66- 0,82, что позволяет располагать соединительные линии непосредственно между этажами без дополнительных креплений, В противонолож-носгь 1голуволгювым соедини тельным линиям соелинырльные литнп длиной iX не 1:адо гe[JeкpeшивdT- для обеспечения синфазного возбуждения элеме1Т->ч лчю1 овибраторной антеньы-
При расположении полуволновых вибраторов друг над другом и оптимально.м расстоянии между ни.ми входное сопротивление вибртора достигает своего минимального значения Для волиосых вибраторов соотноше1ше и вменяется па обратное при оптпм;1Льном расстоянии между T.!/!wtMH :аблюдастся увеличение входного сопротивления
Влияние р(.]лект()и)в на сопротив-аение волновых пиб["1ато[ ов в той ках питания тр\л1и.1 нгедсказать, так как оно сильно чавнсит от расстояния ме/кд\ ре)-"1екторам11 и вибраторами и от i-tx ДЛ11Г!Ы Поэтому входное сопротивление волнового вибратора, определяемое с помощью
Рис. 10-27. Шестнадцагнэлсментная антенна ОЕ216.
кривых рис. 1-18, принимается нами только как приблизительное. Дополнительная корректировка входного соиротивлетшя многовибраториой антенны осуществляется не за счет изменения размеров вибраторов и рефлекторов антенны, так как известно, что эти антенны довольно широкополосные, а за счет под-
ключения к точкам ннтаиип антенны согласуюптего устрой -ства, позволяющего по. учить Значение КСВ, близкое к 1.
В а Spa то о \
лектор
BaSpamop
Вибратор
Вибратор
10-7. Антенны «волновой
канал» для диапазона УКВ
Антенны с большим числом пассивных злементов широко применяются в диапазоне коротких волн в качестве направленных излучателей. Однако в диапазоне УКВ применение их б качестве Т1])иемных антенн рад[;Овещзтельных станций УКВ, тслсвн.шоппых антенн, а также в качестве антенн для радиолюбительских диапазонов еше шире. Такое предпочтение, oкaзывaerae антеннам «волно-Boii канал», связано с тем, что при незначительных расходах материалов и небольшой занимаемой площади эти антенны дают чрезвычайно большие коэффициенты усиления. Если, например, сравнивать антенну «ВОЛ1ЮВОЙ канал» п многовибра-ториую антенну с одинаковьш
числом элел!ептов, то аитенпа «волновой канал» при меньших размерах и меньшем расходе конструктивных материалов дает больший коэффициент усиления {однако это лншь теоретически; практически же это превосходство невелико).
Длина и расстояние пассивных элементов от вибратора сильно влияют на входное сопротнв.1ение и коэффициент усиления антенны «волновой канал». Обычно рефлектор выбирается на 5% длиннее, чем излучатель, а первый директор - на 5% короч.. !сли антенна имеет несколько директоров, их длина уменьшается го .юре удаления: 2-й - на 6%, 3-й - н<1 7% и т. д. У антент! «волновой канал», имеющий большое чило директоров, их длину часто выбирают одинаковой.
Если анте!ша состоит из вибратора и только одного рефлектора или директора то определение получае.мого коэффициента усиления н входного сопротивления антенны довольно просто (см. рис. 4-1 и 4-2). Но \жс в случае трехэлементной антенны входное сопротив;ение и коуффнцне1.т усиления зависят от двух переменных; расстояния вибратор - дирскто[1 и расстояния вибратор-рефлектор. При aroit входное сопротив.;ение aiiiCHTibi может уменьшиться до 10 Ом при оптнмальнО.г с точки зрения получения максилшльного коэффициента усиления рас-
Рис, 10-28. Использование волновых соединительных линий для получения оптимального расстояния между «этажами».
стоянии между элементами. Такое понижение входного сопротивления антенны крайне нежелательно, так как оно сопровождается уменьшением полосы пропускания антенн, увеличением тока, npoTeKajom,ero по Элементам антенны (а, следовательно, при недостаточно толстых и плохо проводяш.их проводниках и к увеличению потерь); кроме того, возникают дополнительные трудности ссгласоваиил антенны с линией передачи. Поэтому обычно отказываются от достижения наибольшего коэффициента усиления в пользу достаточно большого входного сопротивления антенны.
Антенны «волновой канал» с большим числом элементов не могут иметь точно заранее рассчитанных электрических параметров, так как
все элементы взаимно связаны и незначительное изменение длины или расстояния до хотя бы одного элемента изменяет электрические свойства всей системы. Поэтому настройка антенны «волновой канал» всегда проводится методом «проб и ошибок» и при тщательном осуществлении, несмотря на значительные затраты времени, всегда приводит к желаемым результатам.
Для вибратора с подключенными к нему пассивными элементами справедливы следующие правила, а) длина пассивных элементов определяет реактивную составляющую их сопротивления и, следовательно их действие или в качестве директора, или в качестве рефлектора; б) чем ме)1ьше расстояния между вибратором и пассивными элементами, тем меньше входное сопротивление антенны, причем это явление сильнее выражено у директора; в) чем меньше расстояния между элементами антенны и чем больше пассивных элементов используется в антенне, тем уже ее полоса пропускания; г) при подключении дополнительных директоров увеличивается концентрация излучения в прямом направлении и, следовательно, увеличивается коэффициент усиления, а при подключении дополнительного рефлектора (помимо оС1ювного) выигрыша в коэффициенте усиления не получается; д) в диапазоне УКВ обычно длина рефлектора выбирается на 6% больше длины вибратора, а длина первого директора - на 5% короче длины вибратора; последующие директоры имеют дпину на 1% меньше длины предыдущего директора; е) последовательное уменьшение длины директоров применяется для подавления нежелательных боковых лепестков диаграммы направленности. Преимущественно длина всех директоров одинаковая (если их число достаточно велико), что несколько увеличивает полосу пропускания антенны, не уменьшая ее коэффициента усиления; ж) длина всей конструкции антенны «волновой канал» определяет коэффициент усиления, даваемый антенной.
Коэффициент усиления при одинаковой длине антенны остается постоянным независимо от расстояния между огдельными директорами Это утверждение верно только для расстояний между директорами, мень ших 0,4л, если же расстоя11ие между директорами превосходит указан ное, то коэффициент усиления антенны резко уменьшается. Уже начи ная с расстояния 0,ЗЛ коэффициент усиления начинает уменьшаться но это уменьшение мох(ет быть скомпенсировано за счет включения пер вого Директора на расстоянии 0,1/ от вибратора (так назыгаемый стар товый э.темент), благодаря чему связь между директорами и вибратором ослабляется незначительно При расположении стартового элемента на расстоянии 0,1/. от вибратора расстояние между всеми прочими директорами выбирается обычно равным 0,33/.; з) наиболее оптимальным расстоянием между рефлектором н излучателем является расстояние 0,25Л. При таком выборе расстояния требуется, однако, до подключения директоров отрегулировать д.шну рефлектора на максимальное показание
измерителя папряжен[юсти поля в направлении прямого излучения; и) антенна «волновой капал» может быть настроена или на максимум излучения в прямом направлении, или на наибольшее ослабление излучения в обратном направлении. Следует учитывать, что эти две настройки не совпадают и настройка на максимальное ослабление в обратном направлении значительно критичнее.
Ниже описываются конструкции антенн «волновой канал», наиболее часто применяемых на практике. При добросовестном изготовлении этих антенн в соответствии с приведенными ниже размерами и указаниями они обычно хорошо работают без особой дополнительной настройки.
Трехэлементная антенна «волновой канал». Самая простая антенна «волновой канал» в цельнометаллическом исполнении показана на рис. 10-2Q, она имеет входное сопротивление 240 Ом и дает усиление 6-7 дБ.
Приведенные размеры соответствуют любительскому диапазону 2 м, однако Они могут быть пересчитаны для любого диапазона УКВ по следующим приближенным формулам, в которых размеры указаны в сантиметрах, частота - в мегагерцах:
149 500
длина рефлектора =-
расстояние вибратор - рефлектор =
142 ООО
62 500 f
длина вибратора =
расстояние вибратор-директор = 135 ООО
55 ООО
длина директора =
длина Т-сбразной схемы согласова ния = -
68 900
Рефлектор 1030
Рис. 10-29. Трехэлементная антенна «волновой канал».
а - согласованная с линией передачи, имеющей волновое сопротнслеиие 240 Ом-fi - согласованная е bO-OMai-.n коаксиальны.м кабелем.
Эталонная антеина имеет элементы диаметром 12 мм (некритичный
размер). Размеры элементов принедены для случая, когаа антенна крепится на металлической траверсе диаметром 20 мм. Если используются элементы антенны очень большого диаметра или несущая конструкция деревянная, все элементы антенны следует ficmhofo укоротить. Если же в качестве несущей траверсы используется металлическая труба большого диаметра, следует незначительно увслишть длину ?;1ементоб антенны. Однако, вообще говоря, рассматриваемая антенна достаточно широкополосна для того чтобы в приведенных выше случаях мож1Ю было обходиться и без корректировки приведенных размеров антенны.
На рис. 10-29, б показано согласование несимметричного коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 60 Ом с рассматриваемой антенной. Длина полуволновой петли равна (?./2) (коэффициент укорочения) и составляет 680 мм.
На рис. 10-30, а, б изображена смонтированная антенна и приведена ее диаграмма направленности.
Девятиэлементная антенна «волновой канал». Такая антенна уже является антенной с большим коэффициентом усиления, достигающим 10-11 дБ, и антенной, имеющей узкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Полоса пропускания антенны достаточно большая и позволяет работать в диапазоне 144-146 МГц без ззметиого уменьшения мощности. На рис IO-3i изображена схема антенны с размерами для диаггазона 2 м.
Эта антенна также может быть сконструирована для любого другого диапазона, если рассчитать ее элементы по формулам, в которых размеры элементов указаны в миллиметрах, частота - в мегагерцах:
длина рерлсктора:
длина вибратора =
i52 500 /
141 600
2-й = 3-й = 4-й =
1-у директор = 130 700
132 100
128 500
126 300
124 200
122 ООО
7-й =
120 500
расстояние вибратор - рефлектор
75 ООО
30 ООО
расстояние вибратор - директор и директор-директор =--j-;
т " -00
внутренний размер 1-образнои схемы согласования = --.-.
Ширина диаграммы направле(1нссти в горизонтальной тлоскости равна приблизительно 40" (рис. 10-32).
Существует много вариантов исполнения многоэлементной антенны «всишовой канал», отличающихся друг от друга числом элементов, видом
Рис. 10-30. Трехэлементная антенна «волновой канал».
Рефлектор 1050
Вибратор 375
Директор т. 310
Директор 2 - 900
1 Директор 3-885
Директор ». 870
•f 145 МГц
Директор 5:6
Директор 5:840
4 =
Директор S39
Рис. 10-32. Диаграмма направленности девятиэлемеитпой антенны «волновой канал», расположенной Б горизонтальной плоскости.
Рис. iCWl. Девятиэлементная антенна «волновой канал» для диа-
пазона 2 м, 225
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