ДИАПАЗОННЫЕ ВИБРАТОРЫ
Канд. техн. наук К. ХАРЧЕНКО/i>
Антенна, конструкция которой ясна из рисунка, вполне удовлетворительно работает на всех 12-ти телевизионных каналах. Ее можно изготовить как из медной проволоки диаметром 5 мм, так и из медных трубок диаметром от 10 до 20 мм. Она не требует согласующих и симметрирующих устройств.
От редакции. Мы попросили хорошо известного нашим читателям специалиста по антеннам, кандидата технических наук К.П. Харченко высказать свое мнение об антенне т. Гаспаряна. В публикуемой ниже статье К.П. Харченко описывает различные типы антенн, работающих в широком диапазоне волн. В частности, он указывает, что антенна, предложенная т. Гаспаряном, представляет собой разновидность неоднородного симметричного вибратора плоскостного типа, и приводит правильную конструкцию ее (в своей заметке т. Гаспарян допустил неточности, говоря о размерах антенны, диапазоне со рабочих воли, и ошибочно указал, что она не требует симметрирования и согласования).
Проблема создания диапазонной антенны сравнительно простой конструкции возникла давно. Частично свое практическое разрешение она получила уже в 1937 году, благодаря усилиям С. И. Надененко. Предложенная им конструкция симметричного диапазонного вибратора, схематично показанная на рис. 1, выдержала испытание временем и широко применяется до сих пор.
Puc.1
При изучении характеристик направленности симметричного вибратора было установлено, что при длинах плеч вибратора, лежащих в пределах от нуля до 0,65 l, (где l - длина волны), направление главного излучения перпендикулярно оси вибратора.
Следовательно, требование о неизменности направления главного излучения, предъявляемое к диапазонным антеннам, выполняется для симметричного вибратора в очень широком диапазоне волн. Входное сопротивление симметричного вибратора зависит от отношения L/l и от величины волнового сопротивления вибратора Zв. Последняя зависимость отдельно для активной (Rвх) и реактивной (Хвх) составляющих показана на рис. 2,а и 2,б. Из них видно, что при уменьшении Zв колебания Rвх и Хвх становятся меньше. Уменьшения волнового сопротивления добиваются увеличением диаметра D вибратора.
Puc.2
Для снижения ветровых нагрузок и веса вибратора его плечи выполняют из отдельных проводов, располагаемых по образующим цилиндра. При шести-восьми проводах волновое сопротивление такого вибратора приближается к волновому сопротивлению вибратора, плечи которого выполнены из цилиндра со сплошной поверхностью.
Для лучшего согласования в диапазоне волн входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидера последнее должно быть правильно выбрано. Режим работы фидера целиком определяется величиной коэффициента бегущей волны К, который зависит от соотношения между Zв и Zф, где Zф, - волновое сопротивление фидера. На рис.3 приведены кривые, показывающие, как будет меняться К в зависимости от различных L/l, Zв и Zф. Если при Zв=300 ом и Zф=200 ом (кривая 1) во всем диапазоне волн режим фидера можно считать удовлетворительным, то при Zв=1000 ом и Zф=600 ом (кривая 3) фидер будет работать с весьма низким к.п.д. Таким образом, для нормальной работы фидера необходимо, чтобы и в начале диапазона, когда Rвх невелики (см. рис.2), и в середине его, когда Rвх максимальны, значение Zф ненамного отличалось как в большую, так и в меньшую стороны от значения Rвх.
Puc.3
При расчете симметричных диапазонных вибраторов для работы на коротких волнах выбирают пределы и значения параметров вибратора и фидера по следующим формулам:
4L>l>1,56p;
D=0,03lмакс;
Zф=200 ом.
На волнах длиннее 4L нарушается условие согласования антенны с фидером, а на волнах короче 1,56L - раздваивается диаграмма излучения в главном направлении.
В качестве диапазонных антенн используют и так называемые шунтовые вибраторы, разработанные Г. 3. Айзенбергом.
Схематично шунтовой вибратор показан на рис. 4. Активная составляющая входного сопротивления такого вибратора с размерами, приведенными на рис. 4, изменяется
Puc.4
в рабочем диапазоне частот от 90 до 340 ом. Если заменить шунтовой вибратор эквивалентной двухпроводной линией, то она будет иметь схему, показанную на рис. 5. Как видно из него, в эквивалентную схему входит разомкнутая на конце линия 1-5- 2-6, состоящая из двух частей 1-3 - 2-4 и 3-5-4-6 с неодинаковыми волновыми сопротивлениями, и шунт 3- 7-4. Между шунтом и участком линии 1-3-2-4 имеется значительная распределенная электромагнитная связь, не отраженная на эквивалентной схеме.
Puc.5
Наличие в вибраторе двух ветвей (разомкнутой и замкнутой) создает благоприятные условия для того, чтобы входное сопротивление менялось возможно меньше. Это позволяет, подбирая размеры вибратора, достигнуть хорошего согласования его входного сопротивления и волнового сопротивления фидера в широком диапазоне частот. Наличие шунта приводит к трансформации входного сопротивления в сторону его повышения. Это обстоятельство можно считать преимуществом, когда есть необходимость набирать синфазные решетки из шунтовых вибраторов и использовать высокоомные симметричные фидеры. При питании антенны коаксиальным фидером со сравнительно более низким волновым сопротивлением, наоборот, оно является недостатком.
На основании исследования свойств неоднородной длинной линии с потерями автор этих строк показал возможность построения диапазонного вибратора с относительно меньшими, чем у описанных ранее, парусностью и весом. Общий вид такого вибратора дан на рис. 6, а его эквивалентная схема, выполненная в виде неоднородной двухпроводной линии,- на рис. 7. Здесь участок неоднородной линии с Z"b можно рассматривать как своеобразный трансформатор с потерями (это полезные Потери, обусловленные излучением энергии), преобразующий Rвх и Xвх в сторону улучшения согласования с низкоомными фидерами.
Puc.6
Puc.7
Сказанное иллюстрирует рис.8, на кривой 1 которого показана зависимость Rвх от L/l для однородного вибратора (диаметр плеча одинаковый на всей его длине), а на кривой 2 - неоднородного вибратора (диаметр плеча по его длине неодинаков). При этом значения параметров (см. рис.1 и рис.6) и L для обоих вибраторов были взяты одинаковыми, а для неоднородного вибратора, кроме того, l/L=0,47; D/d=9.
Puc.8
Кривые рис. 8 показывают, что эквивалентное волновое сопротивление неоднородной антенны меньше по сравнению с однородной в 1,3-1,4 раза (для приведенных соотношений). Одновременно при изготовлении неоднородной антенны сокращаются примерно вдвое ее вес и парусность по сравнению с описанными выше вибраторами как объемного, так и плоскостного типов ввиду существенного уменьшения поперечных размеров их конечных участков.
Несколько видоизмененный вариант неоднородного симметричного вибратора плоскостного типа, предложенный радиолюбителем из г. Батуми А Гаспаряном, показан на рис. 9.
Puc.9
Вибратор состоит из двух трубок 1 длиной L=0,22-0,24lмако где lмакс - максимальная длина волны рабочего диапазона. Диаметр трубок выбирают таким, чтобы вибратор был механически прочен. На них монтируют проволочную или трубчатую структуру 2, которая должна иметь между своими элементами и трубками 1 гальванический контакт. Эта структура выполняет роль согласующего трансформатора. Для прокладки фидера и механического закрепления вибратора на мачте используется шунт 3 (выполненный из таких же трубок), который в точках в, г тоже имеет с трубками 1 гальванический контакт. Кабель (фидер) может быть проложен либо по трубкам шунта сверху (подвязан к ним), либо внутри них, как показано на рис. 9 пунктиром В точке б к трубке 1 припаивают оплетку кабеля, а в точке а - его центральный проводник. Для установки вибратора может быть применена мачта из любого материала.
РАДИО, N 10 1970 г., c.30-32.