Особенности работы симметричного вибратора

Симметричный вибратор в качестве излучателя входит в состав многих антенн. В принципе симметричный вибратор можно представить как длинную линию, разомкнутую на конце, провода которой развернуты на 180°. Каждый элемент данной линии обладает опре­деленной индуктивностью и емкостью между проводами (рис. 1.14).

Рассмотрим процесс свободных электрических колебаний в сим­метричном вибраторе [2]. Присоединим обе его половины к зажимам источника постоянной ЭДС (рис. 1.15, а). После того как распределенные емкости проводов вибратора зарядятся и между его половинами возникнет разность потенциалов, отключим источник питания и замкнем обе половины вибратора перемычкой (см. рис. 1.15, б). При этом распределенные емкости начнут разряжаться че­рез перемычку. Очевидно, что через отрезки провода вибратора, расположенные у середины, протекает наибольший электрический, заряд, и поэтому разрядный ток имеет наибольшее значение; к кон­цам же провода ток уменьшается до нуля.

Рис. 1.14. Симметричный вибратор и его эквивалентная схема

Рис. 1.15. Свободные колебания в симметричном вибраторе

Ток в проводе нарастает постепенно, поскольку в распределенных индуктивностях возникает ЭДС самоиндукции. Разность потенциалов между точками, равноудаленными от середины вибратора, тем больше, чем больше эти точки удалены от середины, так как тем большая часть распределенной индуктивности провода участвует в его создании (см. рис. 1.15, б). Знак потенциала относительно средней точки по обе стороны от нее различен, так как в одной половине вибратора ток течет к ней, а в другой - от нее.

По мере разрядки распределенной емкости ток в проводе нарастает и достигает максимума, когда она полностью разрядится. При этом вся энергия электрического поля, запасенная емкостью, переходит в энергию магнитного поля распределенных индуктивностей (см. рис. 1.15, в). Если вначале индуктивность проводов вибратора препятствовала нарастанию тока, то теперь она препятствует его уменьшению. Поэтому ток уменьшается постепенно, сохраняя прежнее направление (см. рис. 1.15, г). За счет этого происходит перезаряд распределенной емкости, и когда ток спадает до нуля, емкости оказываются перезаряженными (см. рис. 1.15, д). После этого процесс протекает в обратном направлении (см. рис. 1.15, е-и). Таким образом, в вибраторе возникают свободные электрические колебания. При этом в нем устанавливаются стоячие волны тока и напряжения и вдоль его длины укладывается половина стоячей волны тока и напряжения. Следовательно, длина волны собственных колебаний симметричного вибратора вдвое больше его длины, т.е. . Поэтому симметричный вибратор называют также полуволновым диполем, чем подчеркивается, что он вдвое короче длины волны собственных колебаний.

Если полуволновый вибратор расположить вертикально, его размер можно уменьшить вдвое благодаря проводящим свойствам земли. При вертикальном расположении нижний конец антенны подключается к одному из зажимов генератора электромагнитных колебаний (рис. 1.16, а), второй зажим генератора при этом заземляется.

Рис. 1.16. Конструкция четвертьволнового вибратора

Если предположить, что земля является идеальным проводником, то в ней наводится ЭДС, которая действует как зеркальное изображение основного вибратора (см. рис. 1.16, б). Такая антенна называется вертикальной несимметричной антенной, ее высота приблизительно равна . Все сказанное справедливо только в том случае, когда земля представляет собой идеальный проводник. Когда же земля обладает плохими проводящими свойствами, характер распределения тока в земной поверхности изменяется. Особенно большое значение имеет сопротивление земли вблизи основания антенны. Для улучшения проводимости этого участка применяют металлизацию: закапывают в землю металлические листы, провода; улучшают химический состав почвы, пропитывая ее различными солями.

Опыт показывает, что нет надобности осуществлять полную металлизацию земли, достаточно хорошо работает система радиальных расходящихся проводов, закопанных в землю на глубину 20...50 см. Качество металлизации улучшается, если радиальные провода соединяются между собой перемычками.

Часто заземление заменяют системой проводов, не зарытых, а поднятых над землей, называемых противовесом. Последний должен достаточно хорошо экранировать антенный провод от земли, играя роль хорошо проводящей поверхности. Он обычно дает худшие результаты, но на передвижных радиостанциях является единственным выходом из положения. Обычно в качестве противовеса используется корпус автомобиля, на котором расположена радиостанция. Таким же образом поступают при необходимости установки радиостанции на каменистом грунте.