ДИАПАЗОННЫЕ И РЕЗОНАНСНЫЕ АНТЕННЫ
Антенна должна выполнять свои функции не на одной частоте, а применительно к некоторой полосе частот, к некоторому непрерывному участку спектра частот, который определяет ее рабочий диапазон. При этом антенна и ее фидерный тракт не должны вносить заметных искажений в распределение энергии между отдельными частотами спектра. Насколько антенна оправляется с поставленной задачей, показывает ее частотная характеристика, а точнее — частотные характеристики зависимости входных сопротивлений антенны от частоты и к.н.д. от частоты.
Деление антенны на диапазонные и недиапазонные в известной мере носит условный характер. В настоящее время антенны, перекрывающие двукратный диапазон рабочих частот
К = lmax/lmin = fmax/fmin = 2,
относят к диапазонным антеннам.
Диапазонные антенны не требуют изменения геометрических размеров при переходе с одной частоты на другую и во многих случаях позволяют существенно расширить возможности приема и передачи радиоволн. Кроме этого, при изготовлении они допускают отклонения от заданных номинальных размеров без заметного изменения своих электрических параметров, что является немаловажным фактором при изготовлении и отладке таких антенн в любительских условиях.
Подавляющее большинство простых и сложных антенн имеют в своей основе вибраторный излучатель того или иного типа. Поэтому диапазонные свойства сложной антенны во многом зависят от аналогичных свойств излучателей-элементов, из которых она составлена. Kaк уже отмечалось, диапазонность антенны определяется допустимыми пределами изменения ее входного сопротивления и КНД. Что касается вибраторного излучателя-элемента, то его диапазонные свойства обусловлены, главным образом, частотной зависимостью входных сопротивлений.
Входное сопротивление вибратора зависит от распределения в нем тока и напряжения. Чем тоньше вибратор (чем меньше его поперечные размеры), тем больше разница между минимальным и максимальным значениями тока на нем (распределение тока близко к стоячей волне) и тем больше пределы изменения его входных сопротивлений в диапазоне частот.
С увеличением поперечных размеров вибратора уменьшается энергия, отраженная от его концов, сглаживается различие между минимумами и максимумами тока (распределение тока все больше напоминает бегущую волну), уменьшаются пределы изменения входных сопротивлений от частоты, т. е. появляется возможность широкополосного согласования вибратора с фидером. Отметим, что при увеличении поперечных размеров, проводников увеличивается их распределенная емкость, чем снижается волновое сопротивление вибратора, которое характеризуется отношением напряжения к току в бегущей волне. Распределение тока, близкое к бегущей волне, и связанные с этим апериодические свойства антенны можно получить не только путем увеличения поперечных размеров проводников, но и за счет увеличения их длины.
Таким образом, получение диапазонных свойств антенны по входным сопротивлениям связано с необходимостью увеличения поперечных размеров или длины проводников, а следовательно, с увеличением габаритных размеров, массы, парусности и стоимости антенны. Сказанное можно проиллюстрировать на примере. Характеристика направленности элементарного диполя, как известно, имеет форму тороида. Его КНД = 1,5. По мере увеличения длины плеча от 0 до 0.625l направленность антенны изменяется незначительно, увеличиваясь примерно в четыре раза. По этому параметру диапазонность вибратора практически безгранична.
Оценим теперь изменение активной составляющей Ra входного сопротивления вибратора в том же диапазоне частот 0 < l/l < 0,625. При l/l » 0 Ra » 0 и говорить о вибраторе как об антенне нереально. По мере увеличения отношения l/l значение Ra тоже увеличивается. Так, при l/l » 0,2 Ra » 35 Ом, а при l/l =0,25 Ra » 75 Ом. При дальнейшем увеличении отношения l/l для оценки, значений Ra необходимо уже учитывать диаметр d плеча вибратора. Так, при l/l » 0,5 для диаметров d1 = 0,014l, d2 = 0,028l, d3 = 0,1l активные составляющие входного сопротивления вибраторов соответственно равны Ra1 = 1200 Ом, Ra2 = 820 Ом, Ra = 420Ом.
Эти цифры говорят о том, что по диапазону частот значения входного сопротивления вибратора могут изменяться в сотни и даже тысячи раз. Это обстоятельство вынуждает практически сокращать пределы изменения l/l до тех пор, пока не будет достигнуто соотношение Ra max/Ra min » 10.
Для вибратора, имеющего диаметр d1 = 0,014/, перекрытие по частоте составит К @lmax/lmin » 1,65, а для вибратора, имеющего диаметр d3 =0,1lсоответственно равно К » 2,2. Таким образом, приходим к выводу, что первый вибратор нельзя отнести к диапазонным, а второй можно. Достигнуто это семикратным увеличением диаметра второго вибратора по отношению к первому.
Вопросы, связанные с изменением входного сопротивления антенны, определяют задачи ее литания, в частности, задачи согласования антенны с фидером, о которых будет сказано ниже.
Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 3997;