СИММЕТРИРОВАНИЕ АНТЕНН И ФИДЕРОВ

Симметрирующие устройства применяют при питании симметричных: антенн несимметричным фидером, например коаксиальным. Как уже отмечалось, практическое применение симметричных антенн вертикальной поляризации имеет свои ограничения, связанные с размерами антенны и высотой ее размещения над землей. Однако для частот более 100 МГц и высот подъема антенн более 5 м симметричные антенны могут найти применение как антенны вертикальной поляризации.

Благодаря симметрирующим устройствам достигается электрическая сим­метрия каждого плеча (каждой половины) антенны относительно экранной обо­лочки фидера.

Наиболее часто в любительской практике употребляется симметрирующее устройство, изображенное на рис. 21 и получившее название «Ч-колено». Оно просто по конструкции и работает в широком диапазоне частот. Одним из проводников этого устройства является внешний проводник О коаксиального фидера. Пунктиром показан центральный проводник фидера. В качестве второго, проводника могут быть взяты либо отрезок кабеля, из которого выполнен фи­дер, либо металлическая трубка равного ему диаметра. Элементы 00' обра­зуют замкнутую на конце двухпроводную линию. Входное сопротивление «Ч-колена» равно

Z_cy = j/Z_лtg(2πl/l), (30)

где Z_л — волновое сопротивление двухпроводной линии; l — длина проводни­ков «Ч-колена».

Центральный проводник фидера, проходя в полости проводника О, в точ­ке 1 замкнут на проводник О'. Тем самым точки 1, 2 становятся точками пи­тания антенны, например симметричного вибратора.

Симметрирующие свойства «Ч-колена» обусловлены наличием на его про­водниках так называемой точки нулевого потенциала, которая используется для ввода несимметричного фидера. Распределение напряжения на проводниках короткозамкнутой на конце двухпроводной симметричной линии таково, что в точке П короткого замыкания всегда имеется узел (нуль) напряжения, неза­висимо от соотношения длин волны и линии. Если к разомкнутым концам такой линии подключить симметричную антенну, то ее можно будет питать коак­сиальным кабелем, прокладывая его через точку нулевого потенциала П внутри полости одного из проводов линии (либо используя оболочку фидера как провод линии).

Рис.21. Схема «Ч – колена»

Из схемы рис. 21 видно, что симметрирующее устройство подключено парал­лельно вибратору в точках 1 и 2. Поэтому входное сопротивление симметри­рующего устройства Z_су будет шунтировать входное сопротивление вибратора. Наименьшее влияние симметрирующее устройство будет оказывать в том слу­чае, если его длину выполнить равной l=l/4. В этом случае Z_су » ¥ и, следо­вательно, Z_вх =Z_а.

Многие симметричные антенны имеют на своих проводниках точку П нуле­вого потенциала. Это обстоятельство позволяет использовать ее для прокладки коаксиального фидера и питания антенны без применения специального сим­метрирующего устройства.

Как уже отмечалось, неэкранированные двухпроводные линии имеют потери на излучение. Если для использования двухпроводной системы не столько в качестве фидера, сколько в качестве антенны специально увеличить эти потери, то можно прийти к петлевому вибратору Пистолькорса, рамочной антенне и, зигзагообразной антенне (рис. 22).

Рис.22. Антенны с точками нулевого потенциала на проводниках:

а) – петлевой вибратор Пистолькорса;

б) – рамочная антенна; в) - зигзагообразная антенна.

Все эти антенны образованы из двухпро­водных короткозамкнутых линий в результате симметричного изгиба проводни­ков относительно прямой, соединяющей точки питания 1,2 с точкой нулевого потенциала П. Штриховой линией показана прокладка фидера к точкам /, 2 питания антенн. Для любой из этих антенн можно показать, что независимо от полярности приложенного напряжения, в силу симметрии конструкции, в точ­ке П сохранится нулевой потенциал.

Рис.23. Схема «U - колена»

На рис. 23 показано еще одно популярное среди радиолюбителей симмет­рирующее устройство (U-колено), выполненное в виде петли длиной

l = l/2 , где e — диэлектрическая проницаемость материала, заполняющего высокочастот­ный кабель, из которого сделана петля.

Экранная оболочка с обоих концов петли и внешний проводник питающего-фидера накоротко соединены между собой. Центральный проводник питающего фидера в точке 1 соединен с центральным проводником, например, левого конца петли. Тогда центральный проводник петли, выступающий из ее правого конца, образует точку 2. Точки 1, 2 — это точки питания. К ним можно подключить симметричную антенну.

Оболочки петли и фидера находятся под одним и тем же «нулевым» потен­циалом. Поэтому, если это требует конструкция антенны, симметрирующая петля, может иметь любую конфигурацию.

Следует иметь в виду, что «U-колено» является резонансным устройством. Кроме того, «U-колено» является своеобразным трансформатором сопротивле­ний. Так, если входное сопротивление антенны в точках 1, 2 равно Z_a, то со­противление на входе питающего фидера (между точкой / и оболочкой фиде­ра) будет равно Z_вx = (l/4)Z_a. Таким образом, «U-колено» вчетверо снижает вход­ное сопротивление антенны на входе фидера. Этим свойством «U-колена» нужно умело пользоваться. Например, оно может быть реализовано при питании петлевого вибратора, у которого Z_a=300 Ом, 75-омным коаксиальным кабелем. В этом случае получается полное согласование антенны с фидером, так как Z_bx » 300/4 » 75 = Z_o, где Z_o — волновое сопротивление фидера. При таком пи­тании петлевой вибратор имеет одновременно и симметрию, и согласование с фидером с помощью одного и того же устройства. «U-колено» полезно исполь­зовать и как переход от коаксиального 75-омного фидера к симметричной двух­проводной линии с Z₀ = 300 Ом.