Диапазонные вибраторы

Канд. техн. наук К. Харченко

Телевизионная антенна


Антенна на мачте

Антенна А. Гаспаряна, 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.

Редакция попросила хорошо известного нашим читателям специалиста по антеннам, кандидата технических паук 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 тов. 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 ее рабочих волн, 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. Надеиенко. Предложенная им конструкция симметричного диапазонного вибратора, схематично показанная на рис. 1,выдержала испытание временем и широко применяется до сих пор.


Рис.1.

При изучении характеристик направленности симметричного вибратора было установлено, что при длинах плеч вибратора, лежащих в пределах от нуля до 0,65λ (где λ — длина волны), направление главного излучения перпендикулярно оси вибратора.

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/λ 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 Rвx максимальны, значение ненамного отличалось как в большую, так и в меньшую стороны от значения Rвх.

При расчете симметричных диапазонных вибраторов для работы на коротких волнах выбивают пределы и значения параметров вибратора и фидера по следующим формулам:

4L>λ>1,56L;
D=0,03λмакс;
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 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.

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 неоднородней 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 Zb можно рассматривать как своеобразный трансформатор с потерями (это полезные потери, обусловленные излучением Энергии), преобразующий Rвх и Хвх в сторону улучшения согласования с низкоомными фидерами.

Сказанное иллюстрирует рис. 8, на кривой 1 которого показана зависимость Rвх от L/λ 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, 1/L=0,47; D/d= 9.

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. Гаспаряпом, показан на рис. 9.

Вибратор состоит из двух трубок 1 длиной L=0,22—0,24 λмакс, где λмакс — 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 па мачте используется шунт 3 (выполненный ив 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.

Рaдио, № 10 1970 г.


[ На главную ] [ Антенны ]