Одиночные вибраторы

На СВЧ одиночные вибраторы в качестве самостоятельных антенн применяются очень редко. Чаще всего они являются составными элементами более сложных антенн.

Под симметричным вибратором понимают антенну, состоящую из двух проводников, или, как говорят, двух плеч равной длины, расположенных на одной оси и питаемых в середине.

Входное сопротивление такого симметричного вибратора и его диаграмма направленности зависят в основном от длины его плеч и в меньшей степени от диаметра проводников, из которых выполнен вибратор.

При длине плеч, близкой к четверти волны, вибратор с точки зрения входного сопротивления ведет себя подобно последовательному контуру, а когда на каждом из плеч вибратора укладывается около полуволны, входное сопротивление антенны изменяется с частотой, как у параллельного кон-тура, составленного из L, С и R.

Известно, что при понижении волнового (характеристического) сопротивления параллельного контура p = и сохранении неизменным сопротивления R качество (Q = p/ R) такого контура падает, а его полоса пропускания увеличивается. Одновременно входное сопротивление контура понижается и становится менее зависимым от изменения частоты. На использовании этого принципа основано действие диапазонной коротковолновой антенны, так называемого «диполя Надененко», изображенного на рис. 13.

Каждое из плеч этого вибратора l₁ = l₂ состоит из 4—8 проводов, прикрепленных к металлическим кольцам диаметром от 1 до 2,5 м. Образующие плечи вибратора про­вода в точках подключения к питающему фидеру делаются сходящимися на конус для уменьшения величины шунтиру­ющей емкости между торцами вибратора.

Указанный способ увеличения диапазонных свойств виб­раторов за счет понижения их волнового сопротивления, раз­работанный учеными В. В. Татариновым, С. И. Надененко, В. Н. Кессенихом и др., широко используется при конструировании виб­раторных антенн на сверхвысоких частотах.

В отличие от коротковолновых антенн вибраторы на сверхвысоких частотах выполняются не только в виде ци­линдрических трубок, подобных диполю Надененко, но и в виде пластин различной конфигурации, конусов, каплеобраз­ных и сигарообразных тел.

Для уменьшения веса вибраторы часто делают пустоте­лыми.

Выбор той или иной формы вибраторов определяется как конструктивными соображениями (удобством их крепления и изготовления), так и требуемой полосой пропускания. Наибольшей полосой пропускания обладают вибраторы с плавно изменяющимися поперечными размерами. Резонансные длины вибраторов, т. е. те длины, при которых реактивная составляющая Х_А их входного сопротивленияравна нулю, оказываются несколько короче кратного числа четвертей длин волн. Так, например, у тонкого «полу-волнового» вибратора общая его длина 2l, при которой Х_А = 0, составляет не 0,5l, а 0.475l, т. е. на 5% короче полуволны. При понижении волнового сопротивления эта степень укорочения возрастает.

Увеличение поперечных размеров вибраторов оказывает влияние не только на входное сопротивление, но и на форму диаграмм направленности рассматриваемых антенн. На рис. 14 приведена своеобразная таблица диаграмм направленности симметричных цилиндрических антенн различ­ных диаметров d, экспериментально снятых в диапазоне ча­стот. В первом столбце этой таблицы приведены теоретиче­ские диаграммы направленности бесконечно тонких антенн.

Из их сравнения с опытными диаграммами видно, что у коротких диполей диаграммы практически не изменяются изменением толщины, однако, когда длина плеч начинает превышать половину волны, влияние увеличения диаметр_: становится заметным. С утолщением антенны в основном уменьшается глубина минимумов между соседними лепест­ками. На практике симметричные линейные антенны с дли­нами плеч, превышающими 0,5l, не применяются, поэтому указанная деформация диаграмм направленности не слиш­ком существенна.

Примером конструктивного выполнения одиночных виб­раторов на СВЧ может служить антенна самолетного альти­метра, изображенная на рис. 15.

Она состоит из собственно вибратора в виде сигарообразных трубок (плечи У), разделенных изолятором 2. К средней части вибратора под­ходят две трубки-стойки 3 длиной в четверть волны. Даль­ние концы этих стоек, припаянные к фланцу 4, служат для крепления антенны к фюзеляжу самолета. Стойки образуют двухпроводную линию, закороченную на дальнем от вибра­тора конце фланцем 4. Так как длина стоек равна l/4, то входное сопротивление образованной ими двухпроводной линии в точках подключения к вибратору очень велико, поэтому стойки являются как бы «металлическими изоляторами». Во внутренней полости одной из них помещен кабель питания. При этом стойки выполняют еще одну дополнительную роль — служат составным элементом переходного симметрирующего устройства.

У передающих радиолокационных антенн развитием поверхности вибратора обеспечивают излучение больших мощностей без возникновения «факелов», наличие которых приводит не только к затрате значительной доли мощности на тепловые потери, но и нарушает нормальную работу аппаратуры.