Для чего нужен директор в антенне

Директор антенны

Употребляется в документе:

Смотреть что такое «Директор антенны» в других словарях:

директор антенны — директор Ндп. направляющий диполь Вторичный излучатель или совокупность вторичных излучателей антенны, расположенные по отношению к первичному излучателю со стороны главного лепестка диаграммы направленности антенны с целью увеличения… … Справочник технического переводчика

Директор антенны — 396. Директор антенны Директор Ндп. Направляющей диполь Источник: ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ДИРЕКТОР — (см. (2)) в виде стержня, расположенный впереди активного диполя, к которому присоединён передатчик млн. приёмник. Д. служит для изменения формы диаграммы направленности, а также для увеличения коэффициента усиления (см.) при приёме. Иногда для… … Большая политехническая энциклопедия

Директор (значения) — Директор: В Викисловаре есть статья «директор» Директор руководитель предприятия, организации или их структурного подразделения. Директор, Аарон американский экономист. Директор (составная часть антенны) составная часть антенны… … Википедия

ДИРЕКТОР — (лат. director направляющий, от dirigo направляю) располагаемый перед излучателем элемент направл. антенны бегущей волны в виде стержня или провода длиной немногим менее 1/2 длины волны. Служит для концентрации энергии электромагн. волны при её… … Большой энциклопедический политехнический словарь

ГОСТ 24375-80: Радиосвязь. Термины и определения — Терминология ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа: 304. Абсолютная нестабильность частоты радиопередатчика Нестабильность частоты передатчика Определения термина из разных документов: Абсолютная нестабильность… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Начальник — Директор (руководитель) руководитель предприятия, организации или их структурного подразделения. Директор, Аарон американский экономист. Директор (составная часть антенны) составная часть антенны бегущей волны. См. также Шеф (значения) Босс … Википедия

Руководитель — Директор (руководитель) руководитель предприятия, организации или их структурного подразделения. Директор, Аарон американский экономист. Директор (составная часть антенны) составная часть антенны бегущей волны. См. также Шеф (значения) Босс … Википедия

Волновой канал — Антенна «волновой канал», известная также как антенна Уда Яги, или антенна Яги антенна, состоящая из расположенных вдоль линии излучения параллельно друг другу активного и нескольких пассивных вибраторов. Волновой канал относится к классу… … Википедия

Танк Т-34 — Рождение тридцатьчетверки Массовые танки Красной Армии Т 26 и БТ по своим тактико техническим данным были вполне на уровне требований середины 30 х годов и вполне удовлетворяли наших танкистов. Их производство развернулось в 1934 36 гг,… … Энциклопедия техники

Источник

Проектирование и анализ директорной антенны

Два японских профессора Уда и Яги придумали и изучили эту антенну еще в 1920-х годах. Первую такую антенну построил С. Уда и в 1926 и 1927 годах опубликовал результаты в Японии [1]. Годом позже проект получил дальнейшее развитие, и был опубликован его коллегой профессором Яги на английском языке [2]. С тех пор инженерами и энтузиастами был выполнен существенный объем теоретической и главным образом экспериментальной работы. Стало доступно огромное количество их данных и результатов.

Существенной особенностью этого типа антенны, является то, что при изменении ее положения в пространстве она обладает практически неизменными параметрами и, кроме того, ее характеристики не зависят от погодных явлений. Как показано на рис. 1, данная антенна состоит из трех различных элементов: ведомого элемента, рефлектора (одного или нескольких) и директора (одного или нескольких).

Рис.1 Директорная антенна

Часто эту антенну рассматривают как массив (антенную решетку), поскольку она состоит из нескольких элементов. Однако запитываемым – активным элементом антенны является только один ведомый элемент. Все остальные элементы антенны (рефлектор и директор) являются пассивными – паразитными элементами, поэтому чаще всего их рассматривают не в качестве элементов массива, а в качестве элементов собственно антенны. Основные характеристики этих элементов и рекомендации по их проектированию могут быть сведены к следующему:

1. Продольные размеры первых трех элементов антенны изменяются от длинного к короткому и связаны логарифмически:

где τ – некоторая постоянная близкая к единице (τ ≈ 0,83 ÷ 0,96).

У некоторых многоэлементных антенн продольные размеры нескольких последних директоров или даже всех директоров, могут быть одинаковыми.

2. Ведомый элемент определяет поляризацию и центральную частоту антенны. В случае полуволнового диполя его рекомендуемая длина составляет около 0,475λ. Полуволновой диполь хорошо согласуется с питающим фидером с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом.

3. Рефлектор перенаправляет излученную энергию вперед в сторону ведомого элемента. Длина рефлектора примерно на 5% больше размера ведомого элемента антенны. Его сопротивление носит индуктивный характер. Было установлено, что добавление большего числа рефлекторов не приводит к значительным улучшениям, поэтому чаще всего в антенне один рефлектор. Оптимальное расстояние между рефлектором и ведомым элементом находится между 0,1λ и 0,25λ. Длина рефлектора сильно влияет на относительный уровень заднего излучения и входное сопротивление антенны.

4. Директор направляет излученную энергию вперед в сторону противоположную ведомому элементу и рефлектору. Длина директора примерно на 5% меньше размера ведомого элемента антенны. Его сопротивление носит емкостной характер. Количество директоров определяет максимально достижимую направленность и усиление антенны. Однако при увеличении числа директоров более 12, эффект от количества директоров на направленность антенны значительно падает и, кроме того, резко снижается входное сопротивление антенны. Поэтому при большом количестве директоров в качестве ведомого элемента, как правило, используется петлевой вибратор (вибратор Пистолькорса). Оптимальное расстояние между директорами находится между 0,1λ и 0,35λ. У более длинных массивов интервал больше, у более коротких массивов интервал меньше.

5. Поперечный размер элементов антенны, диаметр их трубок или ширина их полос, находится между 0,01λ и 0,001λ. Поперечный размер элементов оказывает значительное влияние на входное сопротивление антенны.

Регулируя расстояния между элементами антенны и изменяя их размеры можно управлять полосой пропускания, формой и шириной образца излучения антенны. Полный образец излучения антенны формируют: направленное усиление, отношение усиления в направлении приема к усилению в противоположном направлении, ширина луча и нежелательный уровень боковых лепестков.

Выбор разнообразных целей, которые можно преследовать при проектировании антенны, является субъективным, и ограничения, накладываемые этим выбором, являются главным образом вопросом выбора разработчика, что и объясняет наличие огромного числа различного рода рекомендаций и методик по проектированию таких антенн.

В этих условиях большое значение приобретает возможность быстрой оценки влияния результатов небольшой модификации расчетной геометрии антенны на полный образец ее излучения. Эта возможность позволяет получить хорошее понимание не только потенциала выбранных рекомендаций и методов проектирования, но и самой проектируемой антенны.

Наиболее удобно такая возможность реализуется с помощью компьютерной программы работающей в диалоговом режиме, когда разработчик может внести некоторые изменения и сразу увидеть, как эти изменения отразились на результате.

Подобная программа анализа директорной антенны реализована в математическом пакете «Mathcad» организованном по принципу What You See Is What You Get (англ. – то, что Вы видите, то Вы и получите). Отличительной особенностью таких программ является то, что их язык максимально приближен к знакомому еще со средней школы обычному языку символьной математики, и освоение такого языка программирования происходит весьма просто и почти на интуитивном уровне. Программа работает в пакетах Mathcad версий 11 и выше.

Исходными данными для расчета и анализа параметров антенны являются: рабочая частота антенны, волновое сопротивление фидера, напряжение на входных выводах ведущего элемента (для удобства сравнения антенн разных типов, это напряжение следует выбирать так, чтобы оно обеспечивало ток ведущего элемента близкий к одному амперу), расстояние от антенны до точки наблюдения (расстояние до дальней зоны антенны), общее число элементов антенны, число рефлекторных элементов, число директорных элементов.

Программа сама рассчитает предварительную геометрию антенны, однако эта геометрия будет оптимизирована под оптимальное волновое сопротивление питающего фидера. Если же следует выполнить анализ характеристик антенны рассчитанной по другим методикам или антенны с уже известной геометрией, необходимо сразу ввести известную геометрию антенны в разделе “Описание геометрии антенны”, заменив вычисленные программой данные на требуемые.

Для описания геометрии антенны в программе используются одномерные массивы в виде вектора. Если, например, требуется ввести сведения о размерах длин элементов, то ввод значений вектора осуществляется следующим образом:

1. Ввод начинают с наиболее удаленного рефлектора, двигаясь внутрь к ведущему элементу. После ввода длины и радиуса ведущего элемента вводят параметры директорных элементов, начиная с директора, следующего сразу за ведущим элементом, двигаясь наружу к последнему элементу.

2. Численное значение размера очередного элемента вводят через запятую.

3. Дробная часть численного значения отделяется от целой части не запятой, а точкой.

Результат таких действий после ввода размеров рефлектора, ведомого элемента и первого директора показан на рис. 2.

Рис. 2 Ввод длины элементов антенны

По введенным входным величинам будут вычислены следующие характеристики антенны: максимальная интенсивность излучения, излучаемая антенной мощность, сопротивление излучения, коэффициент направленного действия антенны, эффективная изотропная излучаемая мощность, коэффициент отражения по напряжению в питающем фидере, коэффициент стоячей волны напряжения в питающем фидере, отражающая эффективность системы фидер – антенна, максимальная эффективная площадь антенны, максимальная эффективная высота антенны. Будут вычислены и некоторые другие второстепенные величины, которые могут представлять для разработчика тот или иной интерес. Для удобства блоки Mathcad вычисляемых величин выделены желтым цветом, а две вычисляемые характеристики, значения которых важны при ручной оптимизации антенны, выделены голубым цветом.

По умолчанию в качестве ведомого вибратора антенны в программе рассматривается полуволновой диполь. Однако если требуется выполнить вычисления характеристик антенны использующей в качестве ведомого петлевой вибратор, необходимо в разделе “Анализ параметров антенны” включить блок вычисления собственного импеданса петлевого вибратора. Для этого необходимо поместить курсор на изображение данного выражения, и нажав правую кнопку мыши, в появившемся контекстном меню выбрать пункт “Включить вычисление”, так, как это показано на рис.3.

Рис. 3 Включение вычислений определения собственного импеданса петлевого вибратора

Кроме того, для того чтобы подпрограмма расчета АЧХ антенны также выполняла вычисления АЧХ антенны использующей в качестве ведомого петлевой вибратор, необходимо в разделе “Построение амплитудно-частотной характеристики антенны” заменить значение переменной FD на единицу.

Переменные “Director”, “Reflector,” “Diameter” и “Frequency” позволяют в режиме реального времени выполнять модификации расчетной или исходной геометрии антенны и наблюдать влияние этих модификаций на полный образец излучения антенны и ее АЧХ. Для удобства блоки Mathcad этих переменных выделены зеленым цветом.

В заключение отметим, что использование компьютеризированного подхода к расчету и анализу директорных антенн дает несколько значительных преимуществ перед экспериментальным подходом. Среди таких преимуществ очевидная экономия времени и денег, а также возможность получения конструкций антенн оптимизированных относительно одного или даже нескольких желаемых параметров, таких как направленность, уровень боковых лепестков, ширина полосы пропускания и других.

Программа находится в прикрепленном архиве.

1. S. Uda, “Wireless beam of short electric waves,” J. IEE (Japan), 1926, March, pp. 273-282 и 1927, November, pp. 1209-1219.

2. Yagi, H., “Beam Transmission of Ultra-short Waves,” Proc. IRE, 1928, vol. 16, no. 6, pp. 715–740.

3. Thomas A. Milligan, “Modern Antenna Design”, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2005.

М. Агунов, Н. Вербова, г. Санкт-Петербург

Источник

Теория радиоволн: антенны

Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.

Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.

Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.

Антенны

Симметричный вибратор

В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.

Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.

Диаграмма направленности симметричного вибратора

В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.

В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:

Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.

Несимметричный вибратор

Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.

Диаграмма направленности следующая:

Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.

Наклонная V-образная

Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V

Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.

Антенна бегущей волны

Также имеет название — антенна наклонный луч.

Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.
Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.

Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:

Антенна волновой канал

Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор.

Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.

За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:

Рамочная антенна

Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.

Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:

Логопериодическая антенна

Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.

Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:

Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.

Поляризация

Поляризация — это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.
Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.

Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную.

Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.

При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.

Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.

Источник

Директорные и логопериодические вибраторные антенны

3.1. Директорные вибраторные антенны

Директорные антенны (антенны типа «волновой канал») широко используются на метровых и дециметровых волнах в качестве направленных антенн осевого излучения. Антенна состоит из одного активного и нескольких пассивных вибраторов. Пассивным называется вибратор, к которому вместо генератора к входным точкам подсоединяется сопротивление для настройки. Ток в пассивном вибраторе наводится за счет поля, излучаемого активным вибратором. В частном случае величина может равняться нулю.

Рассмотрим сначала свойства более простых излучающих систем, состоящих из одного активного и одного пассивного вибратора, сопротивление настройки которого имеет чисто реактивный характер: (рис. 10).

Рисунок 10. Пояснения к рассмотрению свойств простых излучающих систем

Используем для анализа этой системы уравнения Кирхгофа.

, .

Первое уравнение для данной ситуации остается неизменным; во втором уравнении следует учесть отсутствие генератора в пассивном вибраторе и сопротивление настройки в результате

(2)

где — собственное сопротивление пассивного вибратора, зависящее от его диаметра и длины; — взаимное сопротивление, зависящее от геометрии всей системы.

Представим отношение токов в виде Тогда

Интерес представляют случаи, когда при т.е. пассивный вибратор по отношению к активному вибратору выполнял функцию рефлектора или директора. Строго добиться этих условий одновременно для q и Ψв случае пассивного вибратора невозможно. Однако, при длине плеча активного вибратора и пассивный вибратор можно настроить в режим, близкий к ре­жиму рефлектора, если . Режим, близкий к режиму директора, достигается при выполнении условия Величину можно регулировать как с помощью сопротивления настройки, так и за счет изменения длины пассивного вибратора, т.е. регулируя величину при этом сопротивление полагают равным нулю, т.е. замыкают накоротко входные точки пассивного вибратора. В диапазонах метровых и дециметровых волн обычно применяют второй способ. Чтобы пассивный вибратор работал в качестве рефлектора, его полная длина должна быть несколько больше 0,5λ. Для работы в качестве директора длина пассивного вибратора должна быть несколько меньше 0,5λ.

Увеличить направленность излучения можно одновременным использованием нескольких пассивных вибраторов. Обычно функцию рефлектора выполняет только один пассивный вибратор (рис. 11), так как при установке дополнительных пассивных вибраторов они будут возбуждаться очень слабо. Иногда для уменьшения уровня излучения в заднем полупространстве используются дополнительные рефлекторы, расположенные над основным рефлектором и под ним. Число директоров может быть достаточно большим, поскольку каждый предыдущий директор направляет энергию в сторону последующего (отсюда название «волновой канал»), тем самым создавая благоприятные условия для возбуждения директоров.

Рисунок 11. Антенна волновой канал

При надлежащей настройке антенны ток, наведенный в рефлекторе, должен опережать по фазе ток в активном вибраторе. Токи в директорах должны отставать по фазе, причем тем сильнее, чем дальше отстоит директор от активного элемента. При этом максимум излучения направлен вдоль оси антенны (в сторону директоров).

Гораздо более сложной задачей является задача синтеза директорной антенны, т.е. нахождение числа вибраторов и их расположения для реализации заданных электрических характеристик антенны, например, КНД. Общего метода решения задачи синтеза подобных антенн пока не существует. Обычно используют численные методы оптимизации, реализуемые на ЭВМ.

В настоящее время разработано большое число различных конструкций директорных антенн УКВ диапазона. Расстояние между активным вибратором и рефлектором берется равным Первый директор отстоит от активного вибратора на Такое же расстояние выбирается между директорами. Иногда для расширения диапазона рабочих частот первый директор устанавливают на малом расстоянии от активного вибратора. Длина активного вибратора выбирается из условия компенсации реактивной составляющей входного сопротивления (с учетом наведенных сопротивлений). Длины рефлектора и директоров отличаются от длины активного вибратора примерно на 5. 10% в сторону удлинения и укорочения соответственно. С целью уменьшения боковых лепестков длины директоров уменьшают по мере их удаления от активного вибратора. Директорную антенну можно выполнить и в печатном варианте.

В качестве активного вибратора обычно применяется петлевой вибратор. Это объясняется тем, что за счет влияния пассивных вибраторов входное сопротивление активного вибратора в директорной антенне уменьшается. При использовании обычного полуволнового активного вибратора его входное сопротивление в составе антенны уменьшается до 20. 30 Ом, что затрудняет согласования антенны с питающей линией. Собственное входное сопротивление петлевого вибратора (около 300 Ом) в 4 раза больше, чем у обычного симметричного вибратора, поэтому даже под влиянием соседних пассивных вибраторов оно остается достаточным для согласования. Кроме того, этот вибратор можно крепить в точке нулевого потенциала непосредственно к металлическому стержню (см. Рис. 11). Пассивные вибраторы также крепятся (обычно привариваются) в средней точке к этому стержню, что очень удобно в конструктивном отношении. Питание антенны обычно осуществляется по коаксиальному кабелю с использованием симметрирующих устройств.

Недостатком антенны является ограниченность ее рабочего диапазона. При изменении длины волны расширяется главный лепесток, возрастает уровень боковых лепестков, увеличивается излучение в обратном направлении, нарушается согласование антенны с питающим фидером. Антенна может использоваться в полосе частот примерно 5. 15 % от основной частоты. Директорные антенны широко применяются в качестве приемных телевизионных антенн и в радиолокации. От одиночной директорной антенны обычно не удается получить ДН шириной менее 15. 20°. Для повышения направленности излучения антенны объединяют в синфазные решетки (рис. 12, а).

Рисунок 12. Синфазная решетка (а) и директорная антенна с отражателем (б)

Другим способом повышения КНД таких антенн со сравнительно небольшим числом вибраторов является построение на их основе антенн обратного излучения. Для этого антенна снабжается плоским отражателем, который располагается вблизи последнего директора (рис. 12, б). Максимальное излучение антенны получается в направлении, обратном направлению максимума ДН директорной антенны. По принципу действия антенны обратного излучения несколько напоминают параболические, однако отличаются от них значительно более простой формой отражателя. При больших размерах плоского экрана параметры антенны ухудшаются, что объясняется появлением на краях отражателя противофазно возбуждаемых областей из-за большой разности хода от активного вибратора до центральной и крайних точек отражателя. В связи с этим краям отражателя придается ступенчатая форма (см. рис. 12, б, штриховая линия). Антенны обратного излучения могут быть построены на основе других антенн осевого излучения, например, стержневых диэлектрических антенн или спиральных излучателей.

3.2. Логопериодические вибраторные антенны

Логопериодические антенны (ЛПА) относятся к классу сверхширокополосных антенн, сохраняющих при изменении частоты как форму ДН, так и величину входного сопротивления. Существует большое число различных модификаций ЛПА. Рассмотрим вариант вибраторной ЛПА, приведенной на рис. 14. Антенна состоит из линейных вибраторов, присоединенных к двухпроводной линии. Возбуждение осуществляется с помощью коаксиальной линии, которая проложена внутри одного из проводов двухпроводной линии, имеющей форму трубки. Подобный переход от коаксиальной к двухпроводной линии не требует симметрирующего устройства. Длины вибраторов удовлетворяют соотношению где — период структуры, независимо от номера n (n=1,2. ). Линии, соединяющие концы вибраторов, образуют угол

Рисунок 14. Логопериодическая антенна

Если частота генератора уменьшится и станет равной то начнет резонировать следующий, более длинный вибратор, соответственно активная область переместится в сторону более длинных вибраторов. Напротив, при увеличении частоты активная область сместится к вершине антенны. На всех частотах

(5)

В связи с тем, что в излучении на данной частоте участвует только несколько вибраторов, ДН получается довольно широкой (рис. 15),причем в Е-плоскости (плоскость, в которой расположены вибраторы) получается уже, чем в Н-плоскости (плоскость, перпендикулярная осям вибраторов).

Увеличение при неизменном сужает ДН, так как увеличивается число вибраторов, входящих в активную область. Уменьшение угла при неизменном также сужает ДН, поскольку при этом увеличивается расстояние между соседними вибраторами, т.е. активная область расширяется. Сказанное справедливо только до некоторых критических значений .

Рисунок 15. Диаграмма направленности ЛПА

Если провода линии, питающей ЛПА, разместить под утлом друг к другу, то получится пространственная ЛПА (рис. 16). Диаграмма направленности такой антенны в Н-плоскости получается значительно уже, чем у плоской ЛПА, за счет влияния множителя системы, образованной разнесением в Н-плоскости активных областей каждого из полотен.

Рисунок 16. Пространственная ЛПА

В Е-плоскости вид ДН остается практически прежним. Провода питающей линии в подобной конструкции вызывают излучение с паразитной поляризацией, однако оно, как правило, невелико. В диапазоне УКВ логопериодические антенны применяются в качестве широкополосных облучателей параболических и линзовых антенн, приемных телевизионных антенн.

4. Антенны вращающейся поляризации и поверхностных волн

4.1. Турникетный излучатель

В простейшем варианте турникетный излучатель состоит из двух симметричных электрических вибраторов, расположенных перпендикулярно друг к другу (рис. 17). Возбуждение вибраторов осуществляется токами равной амплитуды, но сдвинутыми по фазе на 90°.

В точке А, лежащей на оси z (рис. 17), векторы электрического поля, излучаемого вибраторами, ортогональны друг другу, имеют разные амплитуды и сдвинуты по фазе на 90°, что обеспечивает в этой точке круговую поляризацию результирующего поля.

При отклонении точки наблюдения от оси фазовые соотношения между компонентами полей сохраняются, однако амплитудные соотношения нарушаются. Так, в точке В, лежащей в плоскости y0z (см. рис. 17), амплитуда компоненты поля, созданного вибратором, ориентированным вдоль оси у, уменьшается, в результате поле имеет эллиптическую поляризацию. В точках, расположенных в плоскости x0y поляризация линейная, поскольку оба вибратора создают в этих точках только одну пространственную компоненту электрического поля, лежащую в плоскости x0y, причем в точках на оси каждого из вибраторов (точки C, D, E и F на рисунке 17) поле создается только за счет излучения другого вибратора. Диаграмма направленности в данной плоскости имеет круговую форму.

Рисунок 17. Принцип работы турникетного излучателя

Особенностью турникетного излучателя является зависимость фазы излученного поля от угловых координат точки наблюдения. Для доказательства этого достаточно рассмотреть поля в точках С и D) и сравнить их между собой: они равны по амплитуде, но отличаются по фазе на . Следовательно, турникетные антенны не имеют фазового центра.

Излучение антенны в нижнее полупространство обычно устраняется за счет экрана, отстоящего от плоскости расположения вибраторов на 0,25λ. Подводка питания к каждому вибратору осуществляется обычно коаксиальным кабелем с использованием симметрирующего устройства, которое удобно крепить к экрану. Вхо­ы симметрирующих устройств соединяют между собой. Фазовый сдвиг может быть реализован включением в тракт питания одного из вибраторов дополнительного отрезка линии длиной где — длина волны в линии.

Турникетные антенны используются иногда при построении телевизионных передающих антенн с горизонтальной поляризацией. Излучение по оси z в таких антеннах подавляется за счет использования нескольких турникетных излучателей, параллельных друг другу и смещенных по оси z на 0,5λ.

4.2. Спиральные антенны

Спиральные антенны широко применяются в диапазонах сантиметровых, дециметровых и реже метровых волн. Рассмотрим сначала цилиндрическую спиральную антенну, изображенную на рис. 18. Антенна состоит из спирального провода, соединенного с внутренним проводником возбуждающего коаксиального кабеля. Внешний провод (оплетка) кабеля присоединяется к металлическому диску (экрану), который препятствует проникновению тока, текущего по внутренней поверхности кабеля, на его наружную поверхность. Кроме того, диск играет роль рефлектора, уменьшая излучение антенны в заднее полупространство.

Рисунок 18. Цилиндрическая спиральная антенна

Рассмотрим излучение одного витка антенны длиной , считая его для простоты плоским. В режиме бегущей волны распределение тока по витку описывается выражением где — амплитуда тока; величина — координата точки на витке, отсчитываемая вдоль окружности. На рис. 19 приведено распределение тока для моментов времени . Как видно, в каждый момент излучение витка эквивалентно излучению двух изогнутых синфазно возбужденных вибраторов, создающих максимум излучения вдоль оси витка с поляризацией, параллельной прямой 1-1′ (см. рис. 19).

Положение этих вибраторов во времени непрерывно меняется с круговой частотой в результате вдоль оси создается излучение с вращающейся поляризацией.

Рисунок 19. Распределение тока для моментов времени

(6)

При выполнении условия (6) и большом N поляризация поля на оси спирали близка к круговой. Более оптимальные условия для круговой поляризации получаются при несколько меньшем значении которое можно найти из условия При этом условии поля элементов витка, разнесенные на четверть его длины и формирующие излучение с взаимно перпендикулярной поляризацией, сдвинуты по фазе точно на При отклонении точки наблюдения от оси поляризация становится эллиптической.

Величина

Хотя теоретическое рассмотрение показывает, что спиральная антенна, как и турникетный излучатель, не имеет фазового центра в строгом понимании, в пределах главного лепестка ДН можно считать, что поверхность равных фаз мало отклоняется от сферической, центр которой расположен в геометрическом центре антенны. Знание фазового центра важно, например, при использовании спиральных антенн в качестве облучателей параболических антенн.

Конические спиральные антенны (рис. 20) обладают лучшими диапазонными свойствами, чем цилиндрические спиральные антенны. Осевое излучение таких антенн формируется не всей антенной, а лишь активной областью, т.е. витками, длина которых близка к λ. С изменением частоты активная область перемещается вдоль оси антенны.

Рисунок 20. Коническая спиральная антенна

Широкое применение находят плоские спиральные антенны, в том числе антенны в виде архимедовой спирали (рис. 21, а). Двухзаходная спиральная антенна может выполняться печатным способом и возбуждается либо двухпроводной линией, либо коаксиальным кабелем, проложенным вдоль одного из плеч (вдоль другого плеча прокладывается для сохранения симметрии холостой кабель, рис. 21, б).

Рисунок 21. Двухзаходная спиральная антенна

Антенну можно рассматривать как свернутую в спираль двухпроводную линию, причем в начальной части антенны токи в соседних витках находятся в противофазе и соответственно не излучают. С удалением от точек питания фазовый сдвиг между токами в соседних витках уменьшается за счет разности хода.

Диаграмма направленности состоит из двух широких лепестков, ориентированных нормально к плоскости спирали. Можно также получить одностороннее излучение спирали, если позади нее поместить экран (обычно на расстоянии где — длина волны на средней частоте диапазона), однако наличие экрана сужает рабочую полосу частот.

Описанные типы спиральных антенн кроме самостоятельного применения используются, как уже отмечалось, в качестве облучателей зеркальных антенн, элементов различных решеток, в том числе фазированных антенных решеток.

Источник