Симметричный щелевой вибратор.
![]() | |||||
![]() | |||||
![]() | |||||
![]() | |||||||
![]() | |||||||
![]() | |||||||
![]() |
На основании принципа двойственности по аналогии с элементарной щелью поле, создаваемое симметричной щелью, можно найти, если известно поле, создаваемое симметричным электрическим вибратором, имеющим одинаковую форму и размеры со щелью.
Если в симметричном электрическом вибраторе ток изменяется по синусоидальному закону, то в щелевом
Поэтому в формулах для поля симметричного электрического вибратора заменим на
, и учтем, то, что
ампер электрического тока создает такое же электрическое поле как
вольт напряжения в щели.
Из принципа двойственности и из данной формулы видно, что щелевой вибратор обладает направленными свойствами в своей меридиальной плоскости.
Диаграмма направленности щелевого вибратора зависит от и совпадает с диаграммой направленности симметричного вибратора.
Вдоль оси щелевой вибратор не излучает. Максимум диаграммы направленности наблюдается вдоль нормали к оси щели.
При в экваториальной плоскости щель не обладает направленными свойствами.
![]() | ||||||||||
![]() | ||||||||||
![]() | ||||||||||
![]() | ||||||||||
![]() | ||||||||||
![]() | ||||||||||
![]() | ||||||||||
,
где - сопротивление излучения симметричного вибратора.
- проводимость излучения щели
- комплексная величина.
- комплексная проводимость щели.
Щель обладает резонансными свойствами. Щель излучает в одну сторону. Проводимость излучения односторонней щели определяется по формуле
;
Питание вибраторных антенн.
Для питания антенн в диапазоне ультракоротких волн открытые линии из-за антенного эффекта обычно не используются, а большей частью для этой цели применяется экранированный, в частности коаксиальный фидер.
Рис. 31. Непосредственное подсоединение
коаксиального фидера к симметричному
вибратору.
Непосредственное присоединение коаксиального несимметричного фидера к симметричной антенне нарушает симметрию токов в ней и приводит к появлению тока на наружной поверхности экрана фидера. При непосредственном соединении, как показано на рис. 31, выходное напряжение фидера возникает не только между входными зажимами симметричного вибратора, но и между одним из зажимов вибратора (правым на рисунке) и оболочкой фидера. Напряжение между зажимами вибратора вызывает в нем симметричные токи, замыкающиеся с одной половины на другую, как показано сплошными линиями на рисунке. Напряжение между правой половиной вибратора и экраном кабеля вызывает дополнительный ток, замыкающийся с этой половины вибратора на оболочку фидера, как показано пунктирными линиями. Появление тока снаружи экрана приводит к излучению фидера. Кроме того, нарушается симметрия токов в половинах вибратора. Все это заметно искажает диаграмму направленности антенны, что считается недопустимым.
Поэтому для соединения коаксиального фидера с симметричной антенной применяются специальные переходные устройства, называемые также симметрирующими устройствами. Основная задача, которую они выполняют, заключается в обеспечении электрической симметрии каждой половины антенны относительно оболочки фидера.
Рис. 32. Симметрирующее
устройство типа «U-колено»
На практике применяется довольно большое количество подобных переходных устройств. Наиболее распространенные из них рассматриваются ниже.
а) «U-колено». Схема симметрирующего устройства типа «U-колено» показана на рис. 32. Центральный провод коаксиального фидера присоединяется к зажиму А левой половины вибратора. От этой точки напряжение к зажиму Б правой половины вибратора подается через участок кабеля длиной , где
— длина волны в кабеле. Фаза напряжения на участке длиной
изменяет свой знак на обратный. Поэтому к зажимам вибратора подводится требуемое противофазное напряжение. Оболочки всех отрезков кабелей соединены между собой и заземлены. При указанной схеме питания обе половины вибратора совершенно симметричны относительно оболочки кабеля.
U-колено является трансформатором сопротивления по той причине, что входное сопротивление нагрузки общего фидера (Ф) между точками A3 в четыре раза меньше, чем входное сопротивление вибратора на зажимах АБ.
Схема U-колено может быть использована также для перехода с коаксиального кабеля на симметричный двухпроводный фидер, открытый или экранированный.
Рис. 33. Симметрирующее устройство
типа «четвертьволновый стакан»
К недостаткам рассмотренного переходного устройства относится то, что оно может применяться только при работе на одной волне или, точнее, в узкой полосе частот, так как геометрические размеры устройства связаны определенным образом с длиной волны.
б) «Четвертьволновый стакан». Переходное устройство типа «четвертьволновый стакан» показано на рис. 33. Металлический цилиндр («стакан») длиной в четверть волны охватывает с небольшим зазором внешнюю оболочку кабеля и припаян с нижней стороны к этой оболочке. Верхняя часть цилиндра не соединена с оболочкой и может быть закрыта диэлектрической шайбой. Внутренняя поверхность указанного цилиндра и наружная поверхность кабеля образуют четвертьволновую линию, короткозамкнутую на конце, входное сопротивление которой (на зажимах 2-3) при достаточно большом волновом сопротивлении этой линии будет очень велико.
Таким образом, зажим 1 антенны изолирован от наружной оболочки кабеля непосредственно, а зажим 2 изолирован от оболочки (от точки 3) большим входным сопротивлением отрезка четвертьволновой линии. Следовательно, обе половины вибратора оказываются примерно в одинаковых условиях относительно оболочки кабеля и симметрия вибратора не нарушается.
Сопротивление нагрузки для фидера (в точках 1-2) при точной настройке стакана остается примерно равным входному сопротивлению самой симметричной антенны.
Рассмотренное переходное устройство так же, как и «U-колено», является весьма узкополосным.
Рис. 34. Симметрирующая щель
г) Симметрирующая щель. На рис. 34 показано переходное устройство в виде отрезка коаксиального фидера с двумя продольными щелями. Длина каждой щели равна четверти длины волны ( ). Одна половина симметричного вибратора (левая на рисунке) присоединяется непосредственно к наружной оболочке кабеля; другая половина (правая) присоединяется одновременно к центральной жиле и к оболочке кабеля. При таком соединении каждая половина вибратора оказывается совершенно симметричной относительно оболочки кабеля вследствие чего не нарушается симметрия токов в половинах вибратора. А вследствие того, что длина расщепленного участка оболочки составляет четверть волны, входные зажимы симметричного вибратора изолированы от сплошной оболочки фидера.
В рассмотренном переходном устройстве симметричное возбуждение сохраняется не только на резонансной волне но и при изменении длины волны. В последнем случае, однако, ухудшается согласование между коаксиальным фидером и вибратором. Тем не менее указанное переходное устройство является более широкополосным, чем «U-колено» или «четвертьволновый стакан».