IIIITI К ХАРЧЕНКО
НПО АНТЕННЫ
К. ХАРЧЕНКО
УКВ антенны
МОСКВА • 1969 ИЗДАТЕЛЬСТВО ДОСААФ
АННОТАЦИЯ
В брошюре рассматриваются, с учетом интересов радиолюбителей, принципы действия, способы питания и практические конструкции вибраторных многоэлементных и зигзагообразных антенн УКВ диапазона, даются рекомендации по установке антенн.
Брошюра предназначена для подготовленных читателей.
33-68
ПРЕДИСЛОВИЕ
Радио и телевидение все шире входят в нашу жизнь. Увеличивается круг лиц, интересующихся вопросами приема и передачи радиосигналов, где антенно-фидерные устройства играют немаловажную роль. Грамотный выбор антенны, правильно и тщательно выполненная система ее питания позволяют лицам, занимающимся радиоспортом, увеличить число корреспондентов и дальность связи, а любителям телевидения расширить зону уверенного приема телевизионных станций.
Так, радиолюбитель Горбей А. Л. из города Голая Пристань Херсонской области, используя зигзагообразные антенны, ведет прием телепередач из городов Одессы (180 км), Николаева (80 км) и Херсона (40 км) по V, II и III каналам. Радиолюбитель Литовченко Н. Д. (Полтавская область) на антенны того же типа ведет прием телепередач из Харькова (120 км), Днепропетровска (200 км), Донецка (около 300 км). Радиолюбитель Богомольцев В. В. из города Невельска Сахалинской области ведет прием отечественных и зарубежных телепередач на расстояниях, превышающих 150 км.
С учетом интересов радиолюбителей, в данной брошюре уделено внимание основным закономерностям, определениям и понятиям, которые присущи антенно-фи* дерным устройствам и без которых нельзя вести изложение специальных вопросов. Автор стремился объяснить принцип действия некоторых- типов антенн и дать примерные варианты их конструкций, показать тенденцию изменения значений параметров антенны при изменении размеров ее элементов, обратить внимание читателя на
некоторые «тонкости» практического выполнения излучателей, системы питания и т. п. Такой подход к изложению материала, наряду с широким использованием в основном оригинальных экспериментальных данных, рисунков и графиков, позволит читателю, по мнению автора, творчески подходить к выбору типа антенны и ее конструкции.
Автор выражает глубокую признательность В. И. БЕКЕТОВУ за добрые советы и пожелания, высказанные в процессе рецензирования брошюры.
Автор
О ХАРАКТЕРИСТИКАХ АНТЕННЫ
Назначение антенны
Связь между радиопередатчиком и радиоприемником осуществляется при помощи электромагнитных волн. От радиопередатчика модулированные токи высокой часто* ты поступают в антенну, которая лреобразует их энергию в энергию электромагнитных волн. В задачу передающей антенны входит также сосредоточение излучения радиоволн преимущественно в одном направлении или в одной плоскости.
Антенна радиоприемника выполняет обратные функции. Она преобразует энергию электромагнитных волн в энергию токов высокой частоты и обеспечивает выделение радиоволн, приходящих с заданных направлений.
Передающая и приемная антенны обратимы, что позволяет по данным антенны при работе на передачу определять ее свойства в режиме приема и наоборот. Прак* тически этим свойством антенны широко пользуются, тем более, что некоторые характеристики антенн удобнее и нагляднее определять в режиме передачи, чем в режиме приема.
Разница между приемными и передающими антеннами заключается лишь в том, что для приемной антенны отпадает вопрос об опасности перенапряжений, поэтому она может быть выполнена проще передающей.
Основные технические показатели антенны
Антенна характеризуется рядом общетехнических и экономических показателей. К ним относятся: степень сложности устройства, размеры, механическая прочность
и надежность в работе, удобство в эксплуатации, стой-* мость антенны. Наряду с этими показателями имеются и специальные радиотехнические показатели, характеризующие антенну с точки зрения выполняемых ею специфических функций.
Причем электрические характеристики антенны тесно связаны с ее конструктивными и экономическими показателями. Как правило, предъявляемые требования к антеннам противоречат друг другу, и выходом из положения являются компромиссные решения. Так например, требования по уменьшению стоимости, размеров и веса антенн влекут за собой уменьшение либо ее диапазон-ности, либо коэффициента усиления (эффектности), либо и того, и другого одновременно.
При всем многообразии систем и конструкций передающих и приемных антенн существуют общие характеристики и принципы, на которых основана их работа.
Приемная антенна по отношению к питающей линии (фидеру) является генератором высокочастотных колебаний, выходное сопротивление которого равно входному сопротивлению этой же антенны, работающей в режиме передачи. Коэффициент полезного действия, сопротивление излучения, направленные свойства и т. д. антенны, работающей в режиме приема, остаются без изменения, если ее использовать в качестве передающей.
Передающая антенна по отношению к фидеру эквивалентна нагрузке, потребляющей мощность. Часть этой мощности излучается в пространство, а часть рассеивается в виде тепла в самой антенне. Обычно антенна не поглощает всей мощности, подводимой к ней питаю* щей линией, часть энергии она отражает обратно в линию. В этом случае между линией и клеммами антенны можно включить реактивный четырехполюсник (линию с параметрами, отличными от параметров фидера) и, по крайней мере на одной частоте, обеспечить - передачу максимальной мощности в антенну. Для этого надо знать две величины, характеризующие антенну как нагрузку на заданной частоте, — активное /?А и реактивное ХА сопротивления на ее клеммах.
Знание этих сопротивлений позволяет правильно по* добрать элементы выходного колебательного контура и соединительного устройства между ним и антенной и 6
получить надлежащий коэффициент полезного действия (КПД) выходной цепи передатчика.
Коэффициент полезного действия собственно антенны т)А равен отношению полезной мощности, за которую принимают мощность излучения Ре, к полной мощности, расходуемой антенной. (Последняя больше мощности излучения на величину потерь энергии в антенне Рп). Поэтому:
Ps Па Ре+^п’
Излучаемую антенной мощность выражают через активное сопротивление, которое называют сопротивлением излучения /?е, и ток на клеммах антенны /А:
Ps =/А Ре-
Сопротивление излучения не всегда связывают с током на клеммах антенны. Важно лишь указать, к току какого сечения антенны оно отнесено. В частности, нередко сопротивление излучения антенны относят к току в пучности (в максимуме). Сопротивление излучения антенны не зависит от величины тока, к которому оно отнесено.
Следует отметить, что сопротивление излучения, являясь активным, не вызывает преобразования электрической энергии в тепловую. Оно присуще непосредственно антенне и характеризует ее способность к излучению электромагнитной энергии.
Аналогичным образом поступают и с мощностью потерь:
Рп = /Х-Рп,
где Рп — сопротивление потерь.
Через Ре и Р п КПД антенны получает простое и наглядное выражение:
Рв ’1а К2+Яп*
Итак, выполняя свою первую функцию — преобразование энергии токов высокой частоты в энергию электромагнитных волн, — передающая антенна характеризуется тремя показателями: активным РА и реактивным ХА сопротивлениями на клеммах и КПД антенны т]А.
Эти показатели определяются или путем измерения, или путем расчета, или комбинацией этих способов.
Вторая функция передающей антенны — надлежащее распределение в пространстве энергии излучаемых электромагнитных волн. О направленных свойствах антенны судят по форме ее диаграмм направленности и некоторым численным показателям, таким как ширина диаграммы направленности, коэффициент направленного действия и коэффициент усиления антенны.
Диаграмма направленности антенны — это графическое изображение распределения уровней мощности, излучаемой антенной на одинаковом расстоянии от нее в различных направлениях какой-либо плоскости, проходящей через центр или ось антенны.
Вопросы, связанные с направленностью антенны, необходимо учитывать при ее выборе, установке и ориентации, поэтому рассмотрим их более детально.
Если антенну, например симметричный вибратор, помещенную в точку О, окружить сферой определенного радиуса и в каждой точке М на ее поверхности измерить величину потока мощности, излучаемого антенной, то в
результате измерений можно получить некоторую про-
странственную фигуру — характеристику направлен
ности антенны. В нашем примере такой фигурой является тороид, показанный на рис. 1. Положение любой точ-
Рис. 1. Симметричный вибратор в системе координат
ки М на сфере полностью определяется тремя координатами — радиусом сферы ОМ, азимутальным углом ф и зенитным углом 0 (или углом места А).
В дальнейшем будем пользоваться этими координатами для построения диаграмм направленности антенн.
Напомним, что
электромагн и т н ы е волны характери
зуются электрическим Е и магнитным Н векторами напряженности поля. Силовые линии электрического поля вибратора лежат в меридиональных плоскостях (плоскостях, проходящих через ось OZ), а магнитного — в экваториальных плоскостях, перпендикулярных оси OZ (см. рис. 1). Поэтому меридиональную плоскость называют иначе ^-плоскостью, а эквиваториальную //-плоскостью (или плоскостями Е, Н).
Радиоволны — поляризованные волны. Поляризацию радиоволны определяют по ориентировке вектора напряженности электрического поля относительно направления ее распространения. В случае приема по земной волне наличие поляризации налагает определенные требования на ориентировку приемной антенны в пространстве. Она должна совпадать по поляризации с передающей антенной. В противном случае прием радиоволн будет ослаблен.
Для определения характеристики направленности антенны в большинстве случаев ограничиваются снятием ее диаграмм направленности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации Е и Н. В зависимости от ориентации антенны относительно поверхности земли плоскость Е может быть горизонтальной или вертикальной. Антенны передатчиков на телецентрах СССР ориентированы, например, таким образом, что Е-плоскость совпадает с плоскостью горизонта.
При снятии диаграммы направленности в горизонтальной плоскости изменяется азимутальный угол <р, при этом зенитный угол 0 = 90° остается постоянным. При снятии диаграммы направленности в вертикальной плоскости остается неизменным угол <р = 0°, а переменным становится угол 0. Диаграммы направленности строят в полярной или прямоугольной (декартовой) системах координат (рис. 2 о, б). На этом рисунке изображена диаграмма направленности симметричного вибратора в Е-плоскости. Диаграммы направленности, выполненные в полярных координатах (а), отличаются большей наглядностью, поскольку дают возможность представить изменение интенсивности излучения в пространстве. Прямоугольная же система координат (б) позволяет изменить масштаб по обеим осям и добиться на графике большей четкости в областях малой интенсивности излучения без применения, например, логарифмических еди
ниц отсчета. На практике широко пользуются нормированными диаграммами направленности, в которых все величины отнесены к максимальному значению (рис. 2 в).
Ширина диаграммы направленности антенны опреде-
~180	-90	0	90	180
Рис. 2, Диаграмма направленности антенны в полярной (а) и прямоугольной (б, в) системах координат
ляется как угол между двумя направлениями, в которых уровень мощности излучения равен половине уровня в максимуме.
Диаграммы направленности строят не только в единицах мощности, но и в единицах поля. Для их построения достаточно извлечь квадратный корень из соответствующего значения мощности. На рис. 3 для примера
0,707-4— смакс
0,8
0,Ь-
0,2—
\о
0,6-
J-^,5 гчакс
а
д
0°
-!2 -10 -8
-Б -И О И 6 Угол раскрыта диаграммы направленности антенны
8 Ю 12
Рис. 3. К определению угла раскрыва диаграммы направленности антенны показана нормированная диаграмма направленности антенны, построенная в относительных единицах поля а и мощности б. Очевидно, что угол раскрыва (ширина диаграммы направленности) не меняется в зависимости от того, в каких единицах построены графики, меняется лишь значение уровня, по которому ведется отсчет. Для единиц мощности он равен 0,5 Рмакс., а для единиц поля 0,707 ЕМаКС.
В общем случае (см. рис. 2, в) диаграммы направленности антенны имеют ряд максимумов и минимумов. Как правило, один из максимумов по уровню заметно превышает остальные. Часть диаграммы направленности, со-* держащая этот максимум и заключенная в секторе уг* лов, ограниченных направлениями двух соседних мини* мумов, называется основным, или главным лепестком. Соседние максимумы образуют боковые лепестки. Ли* нию, проходящую через начало координат и точку максимума главного лепестка, называют направлением главного излучения. По лепесткам, лежащим в секторе углов ± (90°—180°) относительно главного направления, судят и
об обратном (заднем) излучении антенны. На практике пользуются понятием коэффициента защитного действия антенны. Под ним понимают отношение уровня излучения в обратном направлении к уровню излучения в глав-ном направлении.
С точки зрения радиопередачи (или радиоприема) далеко не безразлично, каким образом в пространстве распределяется излучаемая антенной энергия. Во многих случаях желательно излучать энергию преимущественно в одну сторону, увеличивая тем самым дальность радиосвязи при прочих равных условиях. Энергия, излучаемая в другие стороны, оказывается не только затраченной бесполезно, но она подчас и вредит, увеличивая взаимные помехи соседним радиостанциям. Поэтому при отработке направленной антенны стараются уменьшить ее боковое и заднее излучение и сосредоточить энергию в пределах главного лепестка диаграммы направленности.
Как ни удобны и ни наглядны диаграммы направленности, все же они недостаточны для исчерпывающей оценки направленных свойств антенны. Поскольку направленный эффект антенны проявляется в увеличении напряженности поля у принимающего корреспондента, ввели число, показывающее, во сколько раз пришлось бы увеличить мощность передатчика при переходе от направленной антенны к ненаправленной (изотропному излучателю), при условии сохранения прежней напряженности поля у корреспондента. Это число, впервые введенное в теорию и практику антенн А. А. Пистолькорсом в 1929 году, носит название коэффициента направленного действия антенны (КНД).
Обычно рассматривается КНД антенны по направлению ее максимального излучения. Если это направление выбрано правильно, то КНД определяет тот выигрыш в мощности, который получается в результате наличия направленности антенны.
Показателем, характеризующим антенну в целом, как с точки зрения потерь энергии при ее преобразовании, так и с точки зрения распределения энергии в пространстве, является коэффициент усиления антенны (К). Он численно равен произведению коэффициента полезного действия антенны и ее коэффициента направленного действия и поэтому всегда меньше последнего. Следует отметить, что нередко антенну сопоставляют не с изо-12
тропным излучателем, а сравнивают ее коэффициент уси* ления с коэффициентом усиления какой-либо другой ан* тенны. При этом обязательно оговаривают, какая антен* на принята в данном случае за эталон.
Необходимо учесть, что антенна должна выполнять отмеченные выше функции применительно не к одной ча* поте, а к некоторой полосе частот и выполнять их так, чтобы весь антенный тракт не вносил заметных искажений в распределение энергии между отдельными частотами спектра. Насколько антенна справляется с поставленной задачей, показывает ее частотная характеристика, которая обусловлена зависимостью входных сопротивлений антенны и ее КНД от частоты.
, Рассмотренные технические показатели и характеристики антенн являются основными, но не единственными. Почти каждый класс антенн, применительно к их назначению, характеризуется еще рядом своих дополнительных показателей.
Связь размеров антенны с ее диапазонностью
Деление антенн на диапазонные и недиапазонные в известной мере носит условный характер. В настоящее время антенны, перекрывающие двухкратный диапазон рабочих частот, относят к диапазонным антеннам.
Диапазонные антенны не требуют изменения геомет* рических размеров при переходе с одной частоты на другую и во многих случаях позволяют существенно расширить возможности как приема, так и передачи радиоволн. Кроме этого, они допускают отклонения от заданных номинальных размеров без заметного изменения своих электрических параметров, что является немаловажным фактором при изготовлении и отладке таких антенн в любительских условиях.
Подавляющее большинство простых и сложных УКВ антенн имеют в своей основе вибраторный излучатель того или иного типа. Поэтому диапазонные свойства сложной антенны во многом зависят от аналогичных свойств излучателей-элементов, из которых она составлена. Как уже отмечалось, диапазонность антенны определяется допустимыми пределами изменения ее входного сопротивления и КНД. Что касается вибраторного излучателя-элемента, то его диапазонные свойства обус^
ловлены, главным образом, частотной зависимостью входных’ сопротивлений. Входное сопротивление вибратора зависит от распределения в нем тока и напряжения. Чем тоньше вибратор (чем меньше его поперечные размеры), тем больше разница между минимальным и максимальным значениями тока в нем (распределение тока близко к стоячей волне) и тем больше пределы изменения его входных сопротивлений в диапазоне частот. С увеличением поперечных размеров вибратора уменьшается величина энергии, отраженной от его концов, сглаживается различие между минимумами и максимумами тока (распределение тока все больше напоминает бегущую волну), уменьшаются пределы изменения входных сопротивлений от частоты и появляется возможность широкополосного согласования вибратора с фидером. Отметим, что при увеличении поперечных размеров проводников увеличивается их распределенная емкость и снижается волновое сопротивление вибратора, которое характеризуется отношением напряжения к току в бегущей волне.
Распределение тока, близкое к бегущей волне, и связанные с этим апериодические свойства антенны можно получить не только путем увеличения поперечных размеров проводников, но и за счет увеличения их длины. (Применение длинных относительно тонких проводов характерно для построения V-образных и ромбических антенн).
Итак, получение диапазонных свойств антенны по входным сопротивлениям связано с необходимостью увеличения поперечных'размеров или длины проводников, а следовательно, с увеличением габаритных размеров, ве--са и парусности антенны.
Количественную оценку изменению пределов активной составляющей входного сопротивления цилиндрического вибратора позволяет получить график, изображенный на ряс. 4. Он представляет собой зависимости минимального и максимального значений /?Аот диаметра Д проводника при двухкратном изменении частоты. Здесь длина L плеча вибратора подбиралась таким образом для каждого значения Д, чтобы обеспечивалось равенство Х = 0 (т. е. чтобы отсутствовала реактивная составляющая входного сопротивления)» 14
Кривая 1 соответствует г х 4 случаю, когда L — —— (первый резонанс), а кривая 2 — когда
(второй резонанс)
Как видно, при первом резонансе входное сопротивление антенны почти не зависит от ее диаметра. При втором резонансе картина резко изменяется. Диаметр проводника существенно влияет на входное сопротивление антенны, а следовательно, и на ширину полосы ее рабочего диапазона частот.
В широком диапазоне частот затруднительно также обеспечить заданное значение КНД антенны, ляется ее характеристикой
Рис. 4. Зависимость входных сопротивлений вибратора при первом и втором резонансах от отношения L/D
который всецело опреде-направленности. Харак-
теристика направленности антенны, в свою очередь, зависит от распределения и фазы токов на проводниках ее излучателей и от их взаимного расположения. Как правило, увеличение рабочей частоты приводит к перераспределению излучаемой энергии между основным и боковыми лепестками характеристики направлен-
ности антенны, за счет изменения их числа и уровня.
Меры и способы, предпринимаемые для формировав ния диаграмм направленности антенны, в каждом конкретном случае свои. Они будут рассмотрены ниже.
Связь размеров антенны с коэффициентом усиления
Мерой эффективности антенны является ее коэффициент усиления. В УКВ диапазоне, как правило, применяются высоко поднятые антенны, в которых длины от-* дельных проводников соизмеримы с длиной рабочей вол-*
ны К. КПД таких антенн высок, и с достаточной точностью можно считать, что их коэффициент усиления К равен коэффициенту направленного действия. Значение КНД может быть определено либо в относительных единицах, либо в децибелах. График (рис. 5) позволяет вы-
разить значение относительных единиц в децибелах и наоборот.
Суммарная напряженность поля в месте приема зависит от величины излучающей поверхности, распределения токов, текущих по ней, и соотношения фаз между полями, создаваемыми различными элементами излучающей поверхности. Выполняя антенну, стремятся к получению такого оасппелеле-
Рис. 5. к пересчету КНД антенны из относительных единиц в децибелы
ния токов на ее проводниках, чтобы поля от каждого из них в точке приема были одинакового направления и фазы, т. е. обеспечивали бы максимум суммарной напряженности поля.
Излучающая поверхность необязательно должна быть плоской. Важно лишь, чтобы поля, создаваемые отдельными элементами искривленной поверхности, складывались в фазе в заданном направлении.
Примером поверхностной антенны, состоящей из син-фазно возбужденных элементов, может служить параболическая антенна. Рефлектор этой антенны облучается так, что поля в его раскрыве находятся в фазе. Однако, в силу целого ряда причин, КНДП параболической антенны с площадью раскрыва S меньше, чем КНД0 идеальной поверхностной антенны таких же размеров, но имеющей поля в раскрыве с одинаковыми и фазами, и амплитудами. Для реальных поверхностных антенн существует понятие 16
коэффициента использования поверхности у, который
КНД,, в нашем примере численно равен отношению у = —— •
КНД0
Для большинства параболических антенн значение у колеблется в пределах 0,5ч-0,7. Значение КНДП связано с размерами антенны и длиной рабочей волны:
КНД„- .
л>
Произведение Sy принято называть эффективной поверхностью антенны 5эф.
Если антенна состоит из линейных элементов, обтекаемых линейными токами, то напряженность поля в месте приема зависит от общей длины этих элементов, характера распределения и фазы токов, текущих по ним.
Применением антенны из большого числа вибраторов можно получить острую диаграмму направленности, причем тем более острую, чем большее число вибраторов составляет антенну.
Расположение вибраторов и способы их питания могут быть различными. Выбор формы антенны определяется с одной стороны, стремлением уменьшить по возможности ее общие размеры, с другой — стремлением упростить ее конструкцию и настройку, уменьшить количество необходимых проводов и изоляторов. Так например, в продольно излучающих антеннах, к числу которых принадлежат широко известные антенны типа волновой канал, направленность достигается путем распределения подводимой энергии между вибраторами антенны. Вибраторы располагаются и возбуждаются таким образом, что поля, создаваемые ими, складываются в фазе или с небольшим сдвигом фаз в направлении расположения самих вибраторов. При этом рост напряженности поля (рост КНД) достигается за счет увеличения длины антенны. Однако существует предел, после которого увеличение длины антенны (а следовательно, и числа ее элементов) нецелесообразно, так как относительный прирост КНД антенны становится меньше ее относительного удлинения.
График (рис. 6) позволяет ориентировочно оценить этот предел. На нем показана зависимость щирины диаграммы направленности по половинной мощности продольно излучающей антенны от отношения L/X, где L — 2. Зак. 6550	17
Рис. 6. Зависимость угла раскрыва диаграммы направленности от относительной длины директорией антенны
длина антенны. Очевидна нерентабельность построения антенны длиной более (2-:-2,5)Х.
Приведенные соотношения показывают, что увеличение коэффициента усиления антенн непосредственно связано с увеличением их поверхности или длины.
Способы уменьшения размеров антенны
Принципиально можно получать узкие диаграммы направленности, а следовательно, и выигрыш в величине напряженности поля при несинфазном сложении полей отдельных излучателей. В этом случае рассмотренные выше зависимости между КНД антенны и ее размерами не имеют места.
Направленные антенны малых, по сравнению с X, раз^ меров получили название «сверхнаправленных». Построение эффективных антенн небольших размеров, естест-» венно, заманчиво. Однако антенны, на проводниках которых токи имеют большие амплитуды и резкие сдвиги фаз, отличаются рядом недостатков. У них очень мало сопротивление излучения и «сверхнаправленная» антенна по сути дела представляет собой почти чисто реактивную нагрузку. Создаваемое антенной поле является результатом разностного гдействия больших токов. Незначительные изменения амплитуды или фазы тока в одном из вибраторов вызывают искажение характеристики направленности. «Сверхнаправленным» антеннам присущи низкий КПД, как следствие малого сопротивления излучения, и узкий диапазон рабочих частот. В связи с этим «сверхнаправленные» антенны не нашли широкого применения. Однако некоторое уменьшение 18
линейных размеров антенн возможно за счет использования проводников с укорочением. Под проводниками с укорочением следует понимать проводники, электрическая длина которых больше геометрической. Соответственно скорость распространения электромагнитной энергии вдоль таких проводников меньше скорости ее распространения в пустоте в £ раз и меньше, чем вдоль обычных проводников, таких, например, как тонкие цилиндрические стержни. В результате симметричный вибратор, выполненный из проводников с укорочением и настроенный в резонанс, имеет геометрическую длину меньше, чем такой же вабратор, изготовленный из обычных тонких трубок.
Примером проводника с укорочением может служить отрезок коаксиальной линии (рис. 7), внутренний провод которой через равные промежутки длины замкнут накоротко на внешнюю оболочку, а между каждыми двумя такими короткозамыкающими перемычками сделан кольцевой разрез внешней оболочки. При изготовлении данного проводника следует выполнить условие /стС X. Физическую картину работы проводника можно представить так: ток, текущий по внешней оболочке проводника, встречая на своем пути кольцевой разрез, затекает внутрь линии и продолжают свой путь по ее центрально-
2*
Рис. 7. Проводник с укорочением и график зависимости коэффициента укорочения от размеров проводника
му проводнику до короткого замыкания, затем снова через тот же кольцевой разрез попадает на внешнюю оболочку, но уже следующего элемента проводника, и картина повторяется.
Для коротких проводников, у которых длина L < X, при условии /Ст<х А- в первом приближении можно считать, что

где
Do	/	47
^i = 1381g-y-; W>60	2,31g—-1
а	\	D
График (рис. 7) и формулы позволяют оценить зависимость коэффициента укорочения £ от геометрических разменов проводника с воздушной изоляцией.
Уменьшение длины вибратора можно также получить, помещая емкостные добавки на концы его плечей. Примером такого вибратора может служить антенна, схематично показанная на рис. 8. Антенна снабжена шунтом,
Рис. 8. Схема и зависимость КБВ от частоты шунтового укороченного вибратора:	/1 = 0,213ХМакС;	/2=0Л08ЛМакс;
/3 = 0,123Аыакс> ^4 = 0> 147Хмако
который корректирует частотную зависимость ее входных сопротивлений и является одновременно механическим креплением. Пунктиром показана прокладка фидера к клеммам питания вибратора а — б. В точке а к плечу вибратора припаивается оплетка фидера, а в точке б — его центральный проводник. Следует отметить, что, не-20
смотря на сравнительно небольшие размеры вибратора, его рабочий диапазон весьма широк. Об этом свидетельствует, в частности, зависимость коэффициента бегущей волны (КБВ) в 75-омной линии от частоты.
На основании этой зависимости можно утверждать, что более чем в трехкратном диапазоне частот активная составляющая вибратора не выходит за пределы 37— 150 ом, а реактивная — за пределы ±60 ом. Как уже было показано, расширение рабочего диапазона частот антенны связано с нежелательным увеличением диаметра ее проводов. На практике нередко заменяют цилиндрические проводники со сплошной поверхностью пластинами или рядом более тонких проводников, расположенных в одной плоскости, либо по цилиндрической поверхности. На рис. 9, а показаны геометрические соотношения, поз-
воляющие конструировать цилиндрические проводники с меньшей парусностью, волновое сопротивление которых равно волновому сопротивлению цилиндри ч е с к о г о проводника со сплошной поверхностью. С помощью графика, изображенного на рис. 9, б, можно построить плоский проводник, эквивалентный цилиндрическому в отношении волнового сопротивле
Рис. 9. Зависимость эквивалентного радиуса вибратора гЭкв от радиуса г цилиндрической поверхности из п проводов (диаметр провода 3 мм)—а\ пересчет цилиндрического вибратора на плоский— б
ния, при равном числе п образующих проводов. При необходимости можно заменить сплошной трубчатый провод-
ник радиуса г сплошной пластиной, ширина которой ь = 4г, если г < X.
Примером диапазонного вибратора, плечи которого
выполнены из сравнительно тонких проводников, расположенных по цилиндрической поверхности, является хорошо известный диполь Надененко. Как показало исследование, можно сделать подобный однородный вибратор более конструктивным, выполнив его неоднородным — «толстым» не по всей длине. Достаточно сохранить утолщение только в пределах половины длины плеча вибратора, как схематично показано на рис. 10.
При этом имеется возмож-
ность сократить примерно вдвое вес и парусность вибраторов как объемного, так и плоскостного типов за счет су-* щественного (примерно на порядок) уменьшения поперечных размеров их конечных участков. Эквивалентное волновое сопротивление неод-
ные 10. Схема построения облегченного диапазонного вибратора
нородного вибратора в 1,3 -н 1,4 раза меньше по сравнению с волновым сопротивлением однородной антенны
при равных максимальных диаметрах проводников. Сле-
дует отметить, что неоднородная антенна несколько уступает (на 5-?-9%) в диапазонности однородной. На клеммах питания плечи диапазонного вибратора должны быть конусообразными для уменьшения торцевой емкости и улучшения частотной зависимости входных сопротивлений.
Пересчет размеров антенны одного рабочего диапазона частот для применения ее в другом диапазоне частот
Из принципа подобия, сформулированного М. Абра-гамом в 1898 году, следует, что электрические характеристики антенны остаются прежними, если все ее геометрические размеры уменьшить или увеличить пропорционально изменению длины рабочей волны. Этот принцип позволяет в УКВ диапазоне сравнительно просто пересчитать размеры антенны, применяемой, например, для' приема I телевизионного канала, на размеры антенны, предназначенной для приема VI канала. Достаточно лишь уменьшить первоначальные размеры в 3,59 раза пропорционально отношению: 22
%макс?	6,19(-W)	з sg
Амакс-VI	1,72(3/)
Для определения длины волны по известной частоте пользуются соотношением
Л, V 300
* ~ J (Мгц)
При этом антенна, построенная по новым размерам, будет идентична по электрическим характеристикам своему прототипу.
Принцип подобия позволяет исключить громоздкие таблицы по пересчету размеров антенн, предназначенных для*работы в различных поддиапазонах частот, и ограничиться одним чертежом или эскизом, на котором размеры, необходимые для изготовления антенны, выражены в длинах волн. Для этого обычно выбирают среднюю или максимальную длину волны диапазона, в котором должна работать проектируемая антенна.
О СИСТЕМЕ ПИТАНИЯ АНТЕННЫ
Фидер
Устройства, предназначенные для передачи высокочастотной энергии от передатчика в антенну или от антенны к приемнику, называются фидерами (линиями передачи энергии). Качество фидерной системы во многом определяет работоспособность радиотехнического устрой ства в целом, поэтому к фидеру предъявляют ряд требований, первое и основное из которых — исключение антенного эффекта. Передающий фидер не должен излучать энергию, а приемный — возбуждаться под действием электромагнитных волн. В противном случае происходит искажение характеристики направленности антенны и возникают дополнительные потери энергии. Вторым требованием является передача энергии вдоль фидера с наименьшими потерями. Третье требование, предъявляемое к фидеру, — передача энергии вдоль линии с наименьшим напряжением. И четвертое — линия не должна искажать передаваемые сигналы.
Основным параметром линии передачи является волновое сопротивление W =	. Оно характеризуется
погонными (приходящимися на единицу длины) индуктивностью и емкостью линии. Волновое сопротивление на радиочастотах является величиной чисто активной и определяется формой и относительными поперечными геометрическими размерами линии, а при наличии диэлектрика и его параметрами.
Линия передачи может быть образована параллельными проводами, пластинами, коаксиальными или другими проводниками, разделенными изоляторами. В любительских условиях наиболее широкое распространение получили коаксиальные и двухпроводные симметричные линии. На рис. 11 показаны зависимости, которые позво-
Рис. 11. Зависимость волнового сопротивления симметричной двухпроводной и коаксиальной линий от отно-д шения — d
ляют выбрать геометрические размеры для построения линий по заданному волновому сопротивлению или определить последнее по геометрическим размерам имеющейся линии с воздушным заполнением.
В коаксиальной линии, состоящей из внутреннего проводника и внешней, концентрической оболочки, электромагнитное поле сосредоточено внутри линии. Внешний проводник выполняет роль экрана и поэтому в таких конструкциях нет потерь на излучение. Двухпроводная система не обладает этим свойством. С ростом частоты у нее увеличиваются потери на излучение. Для уменьше-24
ния потерь двухпроводные линии иногда также помещают в экран либо стремятся уменьшить их длину, чтобы суммарные потери были невелики. Во всем диапазоне УКВ для передачи электромагнитной энергии на значительные, по сравнению с X, расстояния применяются, как правило, гибкие коаксиальные кабели различных типов, которые отличаются волновыми сопротивлениями и способом крепления центрального проводника.
Наличие изоляторов между центральным проводом и экраном увеличивает потери в линиях и уменьшает скорость распространения радиоволн вдоль проводников. Длина волны в такой линии становится меньше длины волны в пустоте, т. е. электрическая длина линии оказывается больше геометрической. Это обстоятельство учитывается коэффициентом укорочения g, который растет вместе с диэлектрической проницаемостью изоляционного материала и степенью заполнения им объема линии. Кроме того, введение изоляционного материала увеличивает погонную емкость линии, что приводит к уменьшению ее волнового сопротивления. Поэтому в линиях с большей степенью заполнения диэлектриком, для получения заданного волнового сопротивления приходится брать более высокие значения отношения D/d, чем показано на рис. 11.
Следует обратить внимание также на то обстоятельство, что практически трудно выполнить коаксиальную линию с большим волновым сопротивлением, например, больше 200 ом. В случае же двухпроводных систем, наоборот, возникают затруднения при изготовлении низкоомных линий. Эффективность передачи энергии по линии определяется величиной погонного затухания р, выраженной в неперах на метр и КПД фидера (цф).
Так как по пути движения волны часть переносимой ею энергии расходуется на потери в линии, то полезная мощность Ркна конце линии меньше полной мощности в ее начале Рн, и максимальный КПД равен:
•ф.макс = —— =6 * н '
Физический смысл формулы очевиден: чем меньше коэффициент погонного затухания линии р и меньше ее длина Z, тем больше КПД.
Согласование
Если к фидерной линии подключить нагрузку (в частном случае антенну), сопротивление которой не равно волновому сопротивлению фидера, то часть энергии, подведенной к нагрузке, отразится обратно, и полезная мощность, выделенная на ней, станет меньше Рк. При этом в линии будут иметь место две волны: одна идущая к нагрузке— падающая волна, другая, отраженная от нагрузки,— отраженная волна.
В разомкнутой или короткозамкнутой линии, а также в линии, нагруженной на чисто реактивное сопротивление, энергия падающей волны полностью отражается от конца линии. При наличии активной составляющей, то есть при комплексном сопротивлении нагрузки, часть энергии падающей волны будет поглощена нагрузкой, и амплитуда отраженной волны будет меньше амплитуды падающей.
Результирующее напряжение двух рассматриваемых волн вдоль линии будет представлять собой некоторую зависимость с максимумами 6/маКсв местах встречи обеих волн в фазе и с минимумами ^МиНв местах встречи в противофазе.
Судить о режиме волны в линии передачи позволяет коэффициент бегущей волны КБВ =_£мин ' введенный
U макс
А. А. Пистолькорсом в 1927 году. Оказывается, что коэффициент полезного действия фидера будет максимальным, если сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению фидера. В этом случае имеется только падающая волна. Такой режим передачи энергии вдоль линии носит название режима бегущей волны. При существовании в линии режима стоячих волн напряжение и ток в своих минимумах равны нулю, поэтому КБВ тоже равен нулю, и переноса энергии вдоль линии нет. Наоборот, при чисто бегущей волне КБВ равен единице (ток и напряжение в линии не имеют ни максимумов, ни минимумов), и вся энергия, подведенная к нагрузке, ею поглощается.
Таким образом, при неполном согласовании фидера с нагрузкой коэффициент его полезного действия становится меньше коэффициента полезного действия того же фидера в режиме бегущей волны. График, изображен-26
ный на рис. 12, позволяет оценить, насколько возрастают потери в линии при отсутствии согласования с нагрузкой. На графике показана зависимость коэффициента т, являющегося отношением КПД линии, работающей в данном режиме, к КПД той же линии —в режиме бегущей волны, от величины КБВ. Если КБВ лежит в пределах от 1 до 0,5, то КПД линии практически не меняет-
Рис. 12. к оценке потерь в линии за счет рассогласования с нагрузкой
ся и мало отличается от случая оптимального согласования. При более сильном рассогласовании (КБВ < 0,4) КПД резко ухудшается. На практике всегда добиваются такого согласования нагрузки с линией, чтобы КБВ был выше 0,4—0,5. В некоторых случаях требование высокого согласования нагрузки с волновым сопротивлением фидера определяется не только желанием получить максимальный КПД. В телевизионных устройствах, например, отсутствие согласования входного сопротивления антенны с фидером при его значительной длине может привести к сдваиванию изображения за счет появления отраженных волн.
На рис. 13 показаны зависимости КПД фидерных линий от величины затухания 0/ для различных КБВ. Заштрихованная часть графика показывает, что и при неполном согласовании линии передачи с нагрузкой (если
Рис. 13. Зависимость КПД линии от величины затухания для разных значений КБВ
значение КБВ 0,5) КПД-фидера в основном определяется его собственными потерями. Это обстоятельство существенно облегчает передачу мощности в реальную нагрузку в диапазоне частот. Полностью же удовлетворить условию КБВ^1, как правило, удается лишь в узкой полосе частот.
Как уже говорилось, в фидере с заданным волновым сопротивлением не всякая нагрузка создает режим, близкий к режиму бегущей волны. И наоборот, чтобы получить оптимальное согласование данной нагрузки с фидером, потребуется фидер определенного волнового сопротивления. Казалось бы, что, пользуясь графиком рис. 11, для многих встречающихся нагрузок можно подобрать фидер необходимого волнового сопротивления и обеспечить в нем приемлемый КБВ. Однако при этом упускается из вида входное (выходное) сопротивление той аппаратуры (приемника, передатчика, телевизора), к которой фидер подсоединен своим вторым концом. В отношении же этого сопротивления также полностью сохраняется требование по обеспечению согласования с линией передачи. Как правило, входное (выходное) сопротивление аппаратуры выполняют близким к волновому сопротивлению типовых серийных кабелей. 2а
Наибольшее распространение получили коаксиальные кабели с волновыми сопротивлениями 50, 60, 75, 100 и 150 ом.
Таким образом, выходное (входное) сопротивление аппаратуры и волновое сопротивление фидерной линии оказываются уже заданными. Это вынуждает принимать специальные меры по согласованию нагрузки (в нашем случае антенны) с имеющимся фидером.
Для того чтобы наглядно представить сказанное выше, обратимся к рис. 14. Заметим, что в ряде случаев
для графического изображения зависимости комплексного сопротивления от частоты используют комплексную плоскость R — X. Здесь по оси абсцисс откладывают значение активной составляющей нагрузки, а по оси ординат— реактивной в одном и том же масштабе. При этом комплексное сопротивление для данной частоты полностью характеризуется точкой на графике. Рядом с точкой приводят значение этой частоты (или длины волны).
Плоскостью /? — X удобно пользоваться для целей оценки вопросов, связанных с трансформацией (согласованием) комплексных сопротивлений в диапазоне частот. В плоскости /? — X нанесены окружности равного КБВ со значениями 0,7, 0,5 и 0,3. Для фидера с волновым сопротивлением 75 ом окружности даны сплошными линиями, а для 300-омного фидера — пунктирными линиями.
Окружность определенного КБВ, например Ко, характерна тем, что она ограничивает область таких значений комплексных нагрузок, которые, будучи подключены к линии соответствующего волнового сопротивления, создают в ней режим с КБВ большим, или равным KQ. В последнем случае сопротивления должны лежать на самой окружности.
Величина КБВ приближается к единице по мере приближения входного сопротивления антенны к волновому сопротивлению фидера. В нашем примере либо к 75 ом, либо к 300 ом. Для нагрузок, значения которых на рис. 14 показаны крестиками и точками, более выгодным, с точки зрения согласования, является фидер с волновым сопротивлением 75 ом. Как видно из графика, для большинства значений этих нагрузок КБВ в 75-омной линии не менее 0,4. Применение же 300-омной линии, напротив, целесообразнее для нагрузок, значения которых показаны треугольниками. Здесь почти вся кривая вписывается в окружность КБВ = 0,7, в то время как крестики выходят за пределы окружности КБВ = 0,3. Рассмотренные в качестве примера значения нагрузок представляют собой зависимости от частоты входных сопротивлений реальных антенн.
Треугольниками дана зависимость для одного из вариантов петлевого вибратора Пистолькорса; крестиками— для тонкого симметричного вибратора с отношением длины плеча к диаметру, равным 100; точками — для «толстого» симметричного вибратора с отношением длины плеча к максимальному диаметру, равным 2. На кривых показаны также пределы изменения частоты. Как видно, входные сопротивления тонкого вибратора претерпевают сильное изменение при сравнительно небольшом изменении частоты (в нашем случае перекрытие по часто-1.23/
те -1- •0 немногим больше, чем у I телевизионного кана-/о
ла). При дальнейшем увеличении частоты входные со-зо
противления такой антенны выходят далеко за пределы рассматриваемого рисунка. Зависимость от частоты входных сопротивлений «толстого» вибратора носит иной характер. Пределы изменения его входных сопротивлений невелики, что и позволяет получить вполне приемлемое для практики согласование в широком диапазоне частот (перекрытие 1:3).
В свете рассмотренных зависимостей становится бо- . лее понятным график (рис. 4) и очевидней необходимость увеличения поперечных размеров проводников антенны для расширения ее диапазонных свойств.
Понятна также и необходимость специальных приятий по согласованию входных сопротивлений торых антенн, например, петлевого вибратора при нии его 75-омным фидером. Окружности равного
очень удобны для оценки степени согласования антенны с, фидером. Их построение несложно. Центры окружностей лежат на оси /?, а они сами пересекают ось R в точках, значения которых соответственно равны /?мин =
= 117 КБВ и /?макс= ---• При этом радиус окружности
КБВ
R — R
равного КБВ определяется как —-ма—--а координа-
2
меро-неко-пита-
КБВ
та ее центра— ~макс^?^.ин..
Присоединение фидера к клеммам питания антенны
По способу питания антенны можно подразделить на симметричные и несимметричные.
Примером несимметричной антенны служит штыревая антенна. Практически штыревую часть антенны можно выполнить, продолжив несколько центральный проводник фидера, как схематично показано на рис. 15, а. К клеммам питания антенны 1, 2 приложена э. д. с., которая возбуждает токи на наружной поверхности фи-Дера и выступающей части центрального проводника. Направление тока условно показано стрелками, а о характере его распределения вдоль проводников можно судить по заштрихованной области рисунка. В данном римере выполнения системы питания антенны нарушено Дно из требований, которое предъявляется к фидеру. Он
имеет антенный эффект: ток течет по наружной оболочке фидера на всей его длине. В зависимости от длины волны и длины фидера на последнем могут возникать противофазные участки, на которых направление тока противоположно направлению тока в штыревой части антенны. Противофазные участки искажают диаграмму , направленности антенны. Кроме этого, под воздействием вытекающего тока возбуждается наружная поверхность аппаратуры, к которой подключен фидер своим вторым концом. В результате возникают дополнительные потери энергии, а работа антенно-фидерного устройства в целом становится неустойчивой. Для исключения антенного эф-
Рис. 15. Схемы построения несимметричных антенн: а — штыревая антенна; б — штыревая антенна с противовесами; в — дискоконусная антенна; г — вариант штыревой антенны
фекта фидера к штыревой части антенны добавляют противовесы (рис. 15, б). В качестве противовесов можно использовать несколько отдельных проводников, расположенных под некоторым углом вокруг фидера. Противовесы экранируют его оболочку и препятствуют вытеканию на нее тока.
Штыревую часть несимметричной антенны можно видоизменить, выполнив ее в виде диска (рис. 15, в). Если при этом противовесная часть антенны представляет собой конус, то такой вариант несимметричной антенны носит название дискоконусной антенны. В УКВ диапазоне по конструктивным соображениям не делают диск и конус сплошными, заменяя диск радиальными стержнями, а конус — системой отдельных проводников, расположенных по конической поверхности. Отличительная черта дискоконусной антенны — относительно малые размеры возбуждающего диска. Практически достаточно, чтобы его диаметр составлял (0,15—0,2) ХмаКС. Вблизи часто-ты, являющейся нижней границей ее рабочего диапазона (на которой длина образующей конуса равна примерно 0,25 ЛмаКС), КБВ резко возрастает до величины, близкой к единице, при волновом сопротивлении фидера (50—75 ом) и в дальнейшем с увеличением частоты ос* тается почти неизменным. Диаграммы направленности дискоконусной антенны сходны с диаграммами направленности симметричного вибратора, с тем лишь отличием, что на частотах, превышающих нижнюю граничную частоту в 3—4 раза, лепестки диаграммы несколько отклоняются в сторону диска. Дискоконусные антенны применяются как в качестве самостоятельных диапазонных излучателей, так и в качестве элементов остронаправленных антенн. И * противовесы, и конус усложняют конструкцию несимметричных антенн и затрудняют в ряде случаев их эксплуатацию и транспортировку. Более удобной, с этой точки зрения, является конструкция, показанная на рис. 15, г. Здесь участок Znp представляет собой одновременно и часть антенны, и отрезок мачты-опоры, которая несет возбуждающий штыревой проводник. Противовесная часть антенны отделена от основного ствола мачты опорным изолятором. В полости верхней части ствола мачты (между точками питания 1—2 и опорным изолятором) помещают подвижную перемычку, замыкающую накоротко наружную оболочку фидера и внутреннюю по-s. Зак. 6550	33
верхность мачты на расстоянии /Ст от опорного изолятора. По наружной поверхности мачты будет течь ток, который в первом приближении можно рассматривать как геометрическую сумму токов Л и /2. Первый из них обусловлен полем излучения, а второй — непосредственно э. д. с., приложенной к точкам 1—2. В отличие от рис, 15, а в данном случае ток Z2, прежде чем попасть на поверхность мачты, затекает в полость /сг. (Для наглядности на рис. 15, г направления токов на проводниках ус-» ловно показаны стрелками). Изменением длины /Ст (передвигая короткозамыкающую перемычку) можно получить почти полную взаимную компенсацию токов Л и /2-Эта компенсация наступает, когда /Ст~ 2/з^Р> и сохраняется в относительно широком диапазоне частот. Зна-
чение I„о берут порядка -макс . 4
К симметричным антеннам, примером которых может служить обычный диполь, фидер подключается также с определенными предосторожностями. При питании симметричных антенн коаксиальным кабелем их работа во многом зависит от выполнения переходных симметрирующих устройств, ибо непосредственное присоединение такого фидера к антенне нарушает симметрию токов на ней и приводит к появлению тока на его наружной оболочке. ч
На рис. 16, а для примера показано подключение несимметричного фидера к симметричному вибратору. При этом э. д. с. оказывается приложенной не только ко входным зажимам 1—2 вибратора, но также и между точка-» ми 2—3 (входной клеммой антенны и оболочкой фиде* ра). Напряжение между зажимами вибратора 1—2 вызывает в нем симметричные токи, замыкающиеся с одной половины вибратора на другую. Напряжение между точками 2—3 вызывает дополнительный ток, текущий по оболочке кабе-^ ля. Появление этого тока приводит к антенному эффекту фидера со всеми не-
а	б
Рис. 16. Схема питания симметричной антенны несимметричным фидером — а; эквивалентная схема — б
желательными последствиями. На рис. 16, б приведена эквивалентная схема симметричной антенны с непосред-" ственно подключенным коаксиальным кабелем. Антенна здесь изображена в виде сопротивления нагрузки ZА (с заземленной средней точкой) для выходных зажимов генератора или потребителя (передатчика или приемника). Как видно из схемы, один из этих зажимов 2 соединен не только с нагрузкой, но и с землей через сопротивление оболочки фидера Zo6. В результате такого подключения симметрия антенны нарушается. Поэтому для соединения коаксиального фидера с симметричной антенной используются специальные переходные устройства — симметрирующие устройства. Благодаря им достигается электрическая симметрия каждой половины антенны относительно
экранной оболочки фидера.
На рис. 17, а показано переходное устройство типа «запирающий стакан». В этом устройстве входные клеммы 1—2 вибратора непосредственно подключаются к внутреннему и внешнему проводникам коаксиального фидера, который помещен внутрь металлического стакана В по его оси так, что стенки стакана и экранная оболочка Б кабеля образуют
/ 2
0-----
а	6
Рис. 17. Схема питания с «запирающим стаканом» — а; эквивалентная схема б
коаксиальную линию с волновым сопротивлением Входное сопротивление этой линия (стакана) равно;
ZCT — J №л »tg	•
к
При I = — значение Z ст велико, ток от точки 2 к точ-» 4	ст
ке 3 не потечет, и токи на обеих сторонах антенны будут равны. Если же длина I стакана В будет отлична от V4, то значение ZCT снижается и, как это видно из эквивалентной схемы (рис. 17, б), симметрия антенны может нарушиться. В точке 2 часть тока будет ответвляться на землю через ZCth Zo6, и напряжения между землей и точ-3*	35
а	б
Рис. 18. Схема питания с двумя «запирающими стаканами» — а\ эквивалентная схема — б
18. а). Пои этом, как видно из
ками 1—2 уже не будут равны и про-тивофазны. Рабочая полоса частот такого симметрирующего устройства сравнительно невелика. Ее можно увеличить путем введения второго отрезка коаксиальной линии,волновое сопротивление которой равно вол-новому сопротивлению стакана (рис. эквивалентной схе
мы, сопротивления между точками 1—2 и землей всегда равны между собой (на оболочке кабеля нет разности потенциалов). В результате будет обеспечиваться симметрия питания антенны в неограниченно широкой полосе частот.
Симметрирующее устройство, изображенное на рис. 19, наиболее часто употребляется в любительской практике. Оно является модификацией предыдущего симметрирующего устройства, просто по конструкции (вдвое меньшая длина) и работает в широком диапазоне частот. Одним из проводников этого устройства является экранная обо
Рис. 19. Схема питания с использованием точки нулевого потенциала — а; эквивалентная схема — 6; рамочная антенна — в
лочка коаксиального фидера Б, в качестве второго проводника Б' могут быть взяты либо отрезок кабеля, из которого выполнен фидер, либо трубка равного ему диаметра. Элементы Б и Б' образуют замкнутую на конце двухпроводную линию.
Входное сопротивление такого симметрирующего уст* ройства равно:
,	2л1
Zc.y=/^tg— , л
где W л — волновое сопротивление двухпроводной ли-* НИИ.
Симметрирующие свойства устройств, приведенных на рис. 18 и 19, обусловлены наличием на их проводниках так называемой точки нулевого потенциала и использо-ванием ее для ввода несимметричного фидера. Поясним это на примере симметрирующего устройства рис. 19.
Распределение напряжения на проводниках коротко* замкнутой на конце двухпроводной симметричной линии таково, что в точке 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 несимметричным фидером, прокладывая его через точку нулевого потенциала внутри одного из проводов линии (подразумевается, что провод полый), При этом антенный эффект фидера будет исключен.
Многие излучающие симметричные системы имеют точку нулевого потенциала на своих проводниках. Это обстоятельство позволяет использовать ее для прокладки несимметричного фидера и питания антенны без при* менения специального симметрирующего устройства. Как уже отмечалось, открытые двухпроводные линии имеют потери на излучение. Если специально увеличить эти потери, с целью использования двухпроводной системы не столько в качестве фидера, сколько в качестве антенны, то можно прийти к системе, показанной на рис. 19, в, которая представляет собой рамочную антенну. (Ее размеры много меньше длины волны). Образована она из двухпроводной короткозамкнутой линии в результате симметричного изгиба ее проводников относительно прямой, соединяющей клеммы питания 1—2 е точкой нулевого потенциала /7. Пунктиром показана про-
кладка фидера к клеммам питания рамочной антенны. Независимо от полярности приложенного напряжения, в силу симметрии конструкции рамочной антенны, в точке П сохранится нулевой потенциал. Ориентация вектора Е рамочной антенны показана стрелкой. Ее диаграмма направленности имеет резко выраженные минимумы в направлении перпендикуляра к плоскости рамки. Поэтому рамочные излучатели часто используются в качестве элементов пеленгаторных антенн.
На рис. 20, а схематично показано симметрирующее устройство типа «(7-колено». Центральный провод основного коаксиального кабеля присоединяется к клемме 1 левой половины вибратора. От этой точки напряжение
Рис. 20. Схема питания с «(7-коленом» — а\ эквивалентная схема — б
к клемме 2 правой половины вибратора подается через отрезок кабеля длиной Л*/2, где X* — длина волны в кабеле с учетом укорочения. При прохождении участка кабеля длиной Х*/2 фаза напряжения сдвигается на 180°, поэтому к клемме 2 вибратора подводится требуемое противофазное напряжение. Экранные оболочки кабелей соединены между собой. Нетрудно видеть, что при таком способе питания обе половины вибратора симметричны относительно оболочки фидера. Симметрирующие уст-* ройства, будучи включены на вход антенны, влияют на результирующее входное сопротивление. Поэтому симметрирующие устройства можно рассматривать также в качестве трансформирующих и согласующих устройств. «(7-колено» является трансформатором сопротивлений, 38
Входное сопротивление нагрузки, подключенной к фидеру между точками 1—3, в четыре раза меньше, чем ZA. Это можно проследить, пользуясь эквивалентной схемой (рис. 20, б), если учесть, что сопротивления нагрузки на выходе и входе полуволновой линии равны независимо от ее волнового сопротивления. В результате к точкам 1—3 оказываются подключенными параллельно два со-
ZA противления по а результирующее сопротивление
становится равным -Л .
На рис. 21 приведены кривые, характеризующие изменение результирующих сопротивлений, которые образуются на входе основного фидера в результате парал-
Рис, 21. К оценке трансформации сопротив-4 лений симметрирующими устройствами для точек: 1 — /1 = 0,18Х; 2 — й = 0,2Л; <3 —/1 = = 0,22Х; 4 — А=0,25Х; 5 — /I=0,27A; 6 — 1^ = 0,ЗХ; 7 —/j = 0,34X.
дельного включения ZAn Zc.y, в зависимости от отнсн шения — и (/i — длина плеча вибратора). В этом %
примере взяты значения -у =100 (d — диаметр вибратора), что часто встречается на практике, а длина симметрирующего устройства 1 = 1\, Точками на кривых в плоскости R — X отмечены комплексные сопротивления, которые соответствуют определенным отношениям А- . Кривая 1 характеризует входное сопротивление диполя в диапазоне частот без симметрирующего устройства. Остальные кривые показывают, как изменяются результирующие сопротивления в диапазоне частот под влиянием симметрирующих устройств с различными волновыми сопротивлениями. Очевидно, что все входные со« противления диполя претерпевают трансформацию, за исключением сопротивления в точке 4, для которой .Л,
ч — ~ , a Zc.y очень велико и не шунтирует клеммы антенны.
Трансформация входных сопротивлений антенны тем ощутимее, чем меньше волновое сопротивление симметрирующего устройства. В зависимости от характера частотной зависимости Za наличие симметрирующего устройства может как расширить полосу пропускания антенны (с точки зрения согласования с фидером), так и уменьшить ее.
Практически нередко используют трансформирующие свойства симметрирующего устройства (см. рис. 19), добиваясь улучшения согласования антенны с фидером в некоторой полосе частот, путем изменения расстояния между клеммами питания антенны и короткозамыкате-лем (изменением величины /). Применение симметрирующих устройств для питания диапазонных антенн, как правило, ухудшает в целом частотную зависимость сопротивлений на входе фидера.
Питание антенных решеток
Чем выше должна быть эффективность антенны с одной парой клемм питания (одиночной антенны), тем труднее антенну сделать. КНД одиночных антенн, выпол-40
ненных в любительских условиях, как правило, не пре* вышает 2CN-25. Для построения антенн с более высокой направленностью объединяют в систему несколько срав* нительно простых антенн. Рассмотрим на ряде примеров, какие условия необходимо соблюсти и какие возникают затруднения при изготовлении системы питания сложных антенн с несколькими парами клемм питания. Наиболее
простую антенную решетку можно построить, расположив входящие в нее антенны в одной плоскости. Распределение энергии между ними желательно осуществить так, чтобы обеспечивалось равенство токов по фазе и амплитуде на проводах каждой антенны-элемента, из которых составлена решетка. Иными словами, токи на проводах антенн-элементов должны быть одного направ*
ления, и все антенны-элементы должны получать из основного фидера равные доли энергии.
На рис. 22 показана одна из возможных схем питания
нескольких антенн-элементов, В данном примере к основному фидеру подключен ряд симметричных вибраторов. Для выполнения фазовых соотношений вибраторы включены в фидерную линию на расстоянии А/2 друг от друга, а проводники фидерной линии перекрещиваются после включения каждого очередного вибратора. Перекрещивания необходимы потому, что фазы напряжения и тока вдоль фидерной линии меняются на 180° через каждые
собранных в решетку.
Рис, 22. Каскадная схема питания антенной решетки
полволны.
Выполняя систему питания сложной антенны, удобно пользоваться правилом знаков. Учитывая, что напряжения и токи на двух проводах фидерной линии противо-фазны, следует обозначить их фазу знаками (+) и (—)< Условившись, что «токи текут от плюса к минусу», нужно показать направления токов на проводах вибраторов стрелками. И, наконец, следует убедиться в правильности соединений: если все стрелки направлены в одну сторону, то это свидетельствует о синфазности токов.
Схема питания антенной решетки, показанная на рис,
22, не лишена некоторых недостатков. Основной из них заключается в том, что она недиапазонна. Расстояния между вибраторами с изменением частоты начинают отличаться от Х/2 и решетка расфазируется. Кроме этого, не обеспечивается равенство амплитуд токов на проводниках различных вибраторов. По мере распространения волны вдоль линии часть энергии теряется на излучение и поэтому верхние вибраторы возбуждаются слабее нижних. Напомним, что антенная решетка с синфазным или близким к нему питанием антенн-элементов концентрирует основное излучение в перпендикулярном направлении к плоскости своего полотна, по обе стороны от него.
Схемы питания, показанные на рис. 23, а, б, в, принципиально лишены недостатков, присущих схеме рис. 22. Достигается это благодаря тому, что к основному питающему фидеру 6 схемы рис. 23, а в точке 1 параллельно
Рис, 23. Схема питания антенных решеток: а, б — параллельное питание; в — параллельно-последовательное питание
подключены распределительные фидеры 2, 3, 4 и 5. Эти фидеры уже непосредственно подключены к клеммам пи* тания соответствующих антенн симметричным, либо несимметричным способом. Схема питания (рис, 23,6) не-42
сколько отличается от предыдущей, но и в ней к основ-» ному фидеру 6 в точке 1 схемы параллельно подключены два распределительных фидера, которые, в свою очередь, в точках 0, 0' делятся на симметричные отрезки линий 2, 3, 4 и 5, оканчивающихся антеннами. В схеме питания (рис. 23, в) распределительные фидеры 2, 3, 4 и 5 вклю-чены попарно параллельно, а сами пары в точках 1—1' подключаются к основному фидеру последовательно. При этом фазы напряжения, подводимые к точке 1—Г, сдвинуты относительно друг друга на 180°, Для правильной фазировки антенн нужно учесть этот фазовый сдвиг, переполюсовав точки питания антенн 3, 4 по отношению к точкам питания антенн 2, 5.
Приведенные схемы, независимо от длины волны, обеспечивают равенство токов по фазе и амплитуде в точках питания антенн-элементов, не нарушая тем самым их диапазонных свойств. (Имеется в виду, что антенны-элементы полностью тождественны и достаточно удалены друг от друга).
Ко всем распределительным фидерам предъявляют в основном два требования: электрические длины и волновые сопротивления распределительных фидеров, включенных симметрично в схему питания, должны быть соответственно равными. Невыполнение этих требований нарушает работу системы питания антенной решетки^ Круг вопросов питания антенн-элементов не исчерпывается только фазировкой и распределением энергии между ними. Остается задача обеспечения согласования антенной решетки с основным питающим фидером.: ЧехМ шире диапазон рабочих частот и больше элементов в решетке, тем труднее решить эту задачу. Параллельное включение распределительных фидеров приводит к понижению сопротивлений, и может появиться необходимость в их трансформации. Чем большее число антенн-элементов входит в решетку, тем больше распределительных фидеров и ощутимее понижение сопротивлений. Для пояснения сути дела допустим, что антенны-элементы полностью согласованы с 75-омными распределительными фидерами. (Значение КБВ в них равно 1).
В этом случае 75-омный основной фидер 6 в схеме питания (см. рис. 23, а) будет нагружен на сопротивле-75
ние, равное — =18,75 ом и значение КБВ в нем будет 4
не более 0,25. В точках 0, 0' схемы б того же рисунка
75 сопротивления соответственно будут равны — =37,5 ом и, если длина отрезков 0-1 и 0'-1 будет равна Х/2, основной фидер 6 в точке 1 схемы тоже будет нагружен на сопротивление со значением 18,75 ом. В случае произвольной длины 75-омных отрезков 0-1 и 0'-1 значение КБВ в питающем фидере может меняться в пределах 0,25—0,35.
Схема питания (рис. 23, в) в рассматриваемом случае выгодно отличается от двух предыдущих, так как в точках 1-Г подключения основного фидера восстанавливается входное сопротивление, имеющееся на входе каждого отдельно взятого распределительного фидера. В самом деле, параллельное включение отрезков линии 75
<?, 4 дает в точке 1 входное сопротивление — =37,5 ом. Последовательное включение этих сопротивлений позволяет получить значение нагрузки в 75 ом на входе основного фидера (в точке /). При решении вопросов согласования часто в качестве распределительных фидеров применяют отрезки линий с волновым сопротивлением U/р.ф большим, чем волновое сопротивление основного фидера Г0.ф. Например, в схеме рис. 23, а удобно применить линии с И7рф =300 ом при =75 ом, так как будучи включенными параллельно, они дадут в основном питающем фидере такое же значение КБВ, которое имеет место в каждом из распределительных фидеров.
Для> сохранения аналогичного режима в схеме питания б необходимо, чтобы отрезки линий 0-3, 0-4, 0-2 и 0-5 имели Н\ф =300 ом, а отрезки 0-1 и0'-1 соответственно по 150 ом при 1Г0.ф =75 ом. И в первом, и во втором случаях следует подбирать антенны-элементы так, чтобы их входные сопротивления в рабочем диапа* зоне частот обеспечивали требующийся КБВ в распределительных фидерах. Для согласования используют также и трансформаторы сопротивлений, в частности, последовательно включенные отрезки линий с определенными длинами и волновыми сопротивлениями. Места их включения в схемы питания показаны на рис. 23 жирными линиями. Обычно это точки питания антенны, точки разветвления соединительных линий и точки под/ ключения основного фидера* 44
Действие трансформатора сопротивлений основано на компенсации отраженной волны, которая имела место до включения трансформатора в фидерный тракт. Отре-зок трансформирующей линии создает дополнительную отраженную волну, амплитуда которой должна быть равна 'амплитуде компенсируемой волны, а фаза сдвинута на 180°. Для выполнения двух последних требовав ний варьируют волновым сопротивлением и длиной трансформатора. Подбирая эти величины, можно в узкой полосе частот добиться высокого согласования. Для обеспечения работы в широком диапазоне частот, при условии трансформации комплексных сопротивлений, задача усложняется. Во многих случаях приходится подбирать длину трансформатора и волновое сопротивление так, чтобы за счет ухудшения согласования на «оптимальных» частотах, улучшить согласование в целом по всему диапазону частот. Для трансформации чисто активного сопротивления электрическую длину трансформатора берут равной Х/4, а волновре сопротивление определяют как WzTp = ]/rгде — сопротивление нагрузки; W — волновое сопротивление фидера, на входе которого ставят трансформатор.
График (рис. 24) позволяет определять волновое сопротивление Х/4 трансформатора по известному значению
Рис. 24, К расчету четвертьволнового трансформатора сопротивлений
гут быть произвольными в пределах технически выполнимых значений. Зачастую не удается подобрать отрезок типового кабеля для использования его в качестве трансформатора. В таком случае отрезок коаксиальной линии можно выполнить самостоятельно, пользуясь графиками, изображенными на рис. 11 и 25. На последнем показано, как влияет величина эксцентриситета цент* рального проводника на волновое сопротивление линии* Преднамеренно смещая центральный проводник коаксиального кабеля, можно целенаправленно уменьшать волновое сопротивление линии по сравнению с первоначальным. График (рис. 25) позволяет не только оценить погрешность волнового сопротивления коаксиальной линии, которая могла возникнуть в результате неточной центровки ее внутреннего проводника, но и выполнить некоаксиальный трансформатор с наперед заданным волновым сопротивлением.
--------			14»
0,05	0,1	0,15	0,2
Рис. 25. Зависимость волнового сопротивления линии от величины смещения ее центрального проводника.
Трансформатор определенного волнового сопротивления можно также сделать из нескольких отрезков типо-« вых серийных кабелей, соединяя их параллельно друг с другом. Отрезки кабелей должны иметь одинаковую электрическую длину. Если один из кабелей имеет вол< новое сопротивление lFb а другой — W2, то их парал* лельное включение позволит получить линию с волновым
два, а три, четыре, то для определения результирующего
волнового сопротивления линии нужно последовательно воспользоваться формулой параллельного включения сопротивлений, сначала для пары коаксиальных провод-* ников, а затем определить искомое значение каю
V*7Р= w ,1Г- и Т.д.
VV т Р Т" Vy 3
Изготавливая трансформатор, следует помнить, что вол-* на в кабеле имеет укорочение. Поэтому геометрическую длину отрезка кабеля нужно привести в соответствие с расчетной электрической длиной трансформатора (уменье шив геометрическую длину в g раз).
В дальнейшем на конкретных практических примерах покажем некоторые варианты выполнения рассмотренных выше элементов систем питания антенных решеток.
КОНСТРУКЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИБРАТОРНЫХ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ АНТЕНН
Принцип действия директорной антенны
Системы, состоящие из многих одинаковых излучате* лей, в частности, симметричных вибраторов, позволяют концентрировать излучение энергии преимущественно в одном направлении. Симметричный полуволновый виб-* ратор, как известно, создает максимальную напряжен-* ность поля в направлении, перпендикулярном своей оси.; Суммарная же напряженность поля, создаваемая вибраторами, объединенными в систему, и направление, в котором она создается, зависят от взаимного расположения вибраторов, амплитуды и фазы токов, текущих по ним. Если все вибраторы расположены в одной плоскости, параллельны друг другу и питаются в фазе, то они создают максимальную напряженность поля в направлении, перпендикулярном этой плоскости.
Результирующее поле определяется арифметической суммой полей всех вибраторов. Для точек, расположенных по другим направлениям, получаются более или менее значительные разности фаз между полями отдельных вибраторов, и результирующее поле оказывается меньшим. Изменением фазировки токов на вибраторах можно менять направление, в котором суммарная напряженность поля системы будет максимальна. Иными сло
вами, изменением фаз токов можно перемещать главный лепесток диаграммы направленности относительно антенной системы, не меняя ее положения в пространстве.
Создание антенного устройства, каждый вибратор ко* торого подключен к фидерной линии (т. е. является активным), с возможностью регулировки амплитуды и фазы токов, требует сложной системы питания. На практике, особенно в любительских условиях, получили широкое распространение многоэлемен-fHbie направленные антенны с относительно простой системой питания. Это так называемые директорные антенны, или антенны волновой канал.
Схематично антенна волновой канал показана на рис. 26. Она состоит из активного вибратора, рефлектора и ряда директоров. К фидерной линии подключается только один активный вибратор. В отличие от активного, рефлектор и директоры называются пассивными вибраторами. Амплитуды и фазы токов пассивных вибраторов зависят от диаметра, длины и взаимного расположения этих элементов по отношению друг к другу и к активному вибратору.
Подбирая расстояния между элементами антенны и их Длину, или, как говорят, настраивая антенну, добиваются преимущественно однонаправленного излучения от рефлектора к директорам. Настройка антенны волновой канал связана с резонансными явлениями в ее элементах. Здесь нельзя порознь регулировать токи по фазе и амплитуде (как это возможно в системе, состоящей целиком из активных вибраторов). Настройка антенны зависит от амплитудно-фазовых соотношений токов и является неоднозначной. Ее несовершенство проявляется 48
также и в том, что оптимальная настройка возможна только в полосе резонанса, когда в вибраторах антенны возбуждаются токи значительной амплитуды. Фазы токов здесь быстро изменяются и возникает необходимость в «тонкой» регулировке при настройке антенны. Кроме этого, не совпадают условия возбуждения токов максимальной амплитуды и условия получения наиболее благоприятных фаз для сложения полей в главном направлении. Так, например, поля в главном направлении складываются почти синфазно, если директоры антенны сильно укорочены (2 /д <0,4—0,41Х). Применение же таких укорочений неэффективно, так как вибраторы далеки от резонанса, и токи, возбуждаемые в них, малы. Если длины директоров соответствуют резонансным (2 /д^>0,44Х, амплитуды токов велики), то поля в главном направлении складываются несинфазно.
Практически добиваются такого компромиссного соотношения амплитуд и фаз токов в полосе резонанса для данной системы вибраторов, при котором получается максимальное усиление в главном направлении. Не совпадение оптимумов настройки по фазам и амплитудам токов на вибраторах приводит к уменьшению направленности антенны, иначе говоря, приводит к недоиспользованию антенны, как системы, состоящей из определенного количества вибраторов и занимающей определенный объем.
Теоретически трудно строго определить точное значение длин директоров, при которых получается максимальная направленность. Эта задача решается экспериментально подбором длин пассивных элементов и расстояний между вибраторами антенны. Рефлектор антенны должен быть настроен таким образом, чтобы возникающий в нем ток опережал по фазе ток активного вибратора. Для этого нужно обеспечить положительную реактивную (индуктивную) составляющую полного сопротивления рефлектора. Получить ее можно либо включением в вибратор соответствующего сопротивления, либо увеличением длины вибратора относительно резонансной. Токи директоров, наоборот, должны отставать по фазе по отношению к току активного вибратора. Их реактивная составляющая полного сопротивления должна быть отрицательной. Для этого длины директоров Делают меньше резонансной длины. Необходимое для 4. Зак. 6550	49
получения нужного реактивного сопротивления удлинен ние или укорочение вибраторов зависит от размеров их поперечного сечения. Чем вибраторы толще, тем короче их резонансная длина по сравнению с — Воз* можны различные комбинации длины, сечения вибрато* ров и расстояний между ними, при которых достигается определенный коэффициент направленного действия ди* ректорной антенны, состоящей из одного и того же числа элементов.
Коэффициент направленного действия и полоса Пропускания директорной антенны
Директорные антенны при длине волны Л и больше
имеют КНД^ кх—, где L — осевая длина антенны. За* X
висимость коэффициента К\ от отношения —приведена на рис. 27. При оптимальном соотношении фаз между напря* женностями полей, создаваемыми вибраторами в глав*
Рис. 27. К оценке эффективности директорной антенны в зависимости от ее относительной длины
ном направлении, и равномерном распределении амплитуд токов на них значение #1 = 8. Для реальных антенн значение Ki убывает <с ростом отношения . Это умень* шение по мере удлинения антенны объясняется труд* ностью сохранения необходимого соотношения фаз и ам* плитуд токов в вибраторах.
50
Директорные антенны имеют узкую полосу пропуска* ния по сравнению с большинством других типов антенн осевого излучения благодаря тому, что принцип их действия основан на резонансных свойствах элементов. Чем большее число элементов имеет антенна, чем выше ее направленность, тем уже полоса рабочих частот (труднее выдержать необходимую амплитудно-фазовую харак-те{Тистику). Амплитуды и фазы токов вибраторов зависят от величины реактивной составляющей их полного сопротивления, которая резко изменяется с изменением длины волны. Поэтому полосу пропускания директорией антенны в процентах ориентировочно можно оценить как:
Д/ Л ДА\
Р=	-100% 5=32 —4 ,
J	в
где ДХд — изменение реактивной составляющей полного сопротивления директора относительно оптимальной настройки;
— его волновое сопротивление.
Практика показывает, что полоса пропускания дирек* торной антенны составляет ±7%, реже ±15% от средней частоты рабочего диапазона при изменении коэффициент та усиления в полосе пропускания в 1,5 — 2 раза. Сложность настройки директорной антенны приводит иногда в радиолюбительской практике приема телевизионных сигналов к тому, что либо спектр частот изображения, либо спектр частот звука не попадает в полосу пропускания антенны. Это особенно ощутимо в случае приема по длинноволновым каналам, где шире относительная полоса передаваемых частот.
Следует учесть, что кроме реактивной составляющей полного сопротивления вибраторов, изменяется также и активная. Некоторое расширение полосы пропускания антенны может быть достигнуто путем применения директоров различной длины. Отметим, что полосу пропуска* ния антенн ограничивает ухудшение согласования активного вибратора с фидером при изменении частоты, так что вопросы согласования многоэлементных антенн с фидерами остаются актуальными.
4*	51
Построение директорией антенны
Один из возможных вариантов антенны волновой канал состоит из шести элементов: рефлектора, активного вибратора и четырех директоров. Все элементы антенны в своих центрах крепятся к металлической или деревянной рейке, которая, в свою очередь, устанавливается на мачте. Распределение напряжения по рефлектору и директорам таково, что в центре каждого из них имеется точка нулевого потенциала. Это обстоятельство позволяет непосредственно прикреплять элементы волнового канала к металлической рейке, не нарушая электрической симметрии антенны.
Размеры антенны (см. рис. 26 и 28), выраженные через максимальную длину волны Хмакс заданного рабочего диапазона, сведены в таблицу.
Рис. 28. Конструкция петлевого вибратора с пониженным входным сопротивлением
Для уменьшения обратного излучения рефлектор ain тенны можно выполнить из трубок или пластин, скрепленных посередине, как показано на рис. 29.
В качестве активного вибратора целесообразно использовать петлевой диполь Пистолькор-са. Он удобен тем, что:
1)	имеет точку нулевого потенциала, которая позволяет прикрепить вибратор без специального изолятора к продольной рейке;
2)	при питании его коаксиальным кабелем можно обойтись без применения симметрирующего устройства;
3)	активная составляющая входного сопротивления такого вибратора в присутствии реф-

Рис. 29. К выбору рефлектора директорной антенны
лектора и директора сравнительно велика и позволяет получить хорошее согласование с 75-омным питающим фидером. Фидер следует проложить по продольной рейке со стороны рефлектора, протянуть внутри одной из трубок, образующих плечо вибратора (показано пунктиром на рис. 28), и подвести к клеммам питания вибратора. В точках питания а-б кабель распаивается обычным способом.
Трансформация входного сопротивления в петлевом вибраторе осуществляется путем перераспределения тока между параллельными сторонами его петли. Изменяя соотношение поперечных сечений сторон, можно регулировать коэффициент трансформации, добиваясь оптимального входного сопротивления. Так, например, увеличение диаметра проводников одной половины петлевого вибратора (со стороны клемм питания) по сравнению с диаметром проводников другой его половины (со стороны точки нулевого потенциала) влечет за собой уменьшение входного сопротивления. Конструктивно изменение соотношения поперечных сечений сторон петли можно выполнить так, как показано на рис. 28.
Вибратор состоит из двух петлевых диполей — малого / и большого 2, имеющих общие клеммы питания. Эти диполи скреплены между собой и представляют одно целое. Сторона малого диполя в точках в-г разрезана, и в ней прдложен питающий фидер. Малый диполь 1 лежит на большом диполе 2 и в точках а, б, в, г скреплен с ним проволочным бандажом 3. Малый и большой диполи должны иметь между собой надежный электрический контакт. Для обеспечения механической прочности
под клеммы питания а-б вибратора подложена и скреплена с ними диэлектрическая пластина 4.
Для улучшения согласования антенны с 75-омным фидером применяется компенсирующая петля из 50-омного кабеля, показанная на рис. 30 в развернутом виде.
На рис. 28 показано, как нужно подключить и закрепить компенсирующую петлю к клеммам питания а-б. Концы
РК-19
М8 А макс
петли оплетками соединены друг с другом и с трубками петлевого вибратора в точке ну* левого потенциала. Концы внутреннего проводника компенсирующей петли припаивают соответ-» ственно к оплётке питающего фидера б и его центральному проводнику а. Участки кабелей с оголенной наружной оплеткой реко
мендуется изолировать от влияния атмосферных осадков.
На рис. 31 приведены экспериментальные зависимости от частоты КБВ в 75-омном фидере (кривая /) и КНД (кривая 2) для шестиэлементного волнового кана-
Рис. 30. К определению размеров компенсирующей петли
ла. Как уже указы* валось, регулировка и настройка системы со многими пассив* ними директорами представляет извест* ные трудности, так как диаграмма направленности антен*
/	4/75	/,/	4/5 ны и ее входное со-
Рис. 31. К оценке характеристик шести элементного волнового канала
противление критич* ны к изменению ме* стоположения и дли*
ны каждого директора. В связи с этим необходимо пом*
нить, что директоры, равные друг другу по длине, но с разными диаметрами, имеют разные резонансные дли* ны. Это важно потому, что при изготовлении директоров антенны может не оказаться в наличии труб рекомендуем мого диаметра. В таких случаях следует пользоваться поправочными коэффициентами. На рис. 32 в логарифмическом масштабе дана зависимость -у от длины волны h и радиуса трубки г, из которой выполнен директор.
Рис. 32. Зависимость коэффициента укорочения цилиндрического проводника от его относительных поперечных размеров
Величина, обратная коэффициенту укорочения £ директора, для нашего случая, согласно таблице 1 и графику (рис. 32), равна — = — = 0,88. Для получения та-кого значения— , например, в диапазоне волн первого 51
телевизионного канала, в 'котором Хмакс =619 см, нужны довольно толстые трубки диаметром около 62 мм. Если взять трубку стандартного диаметра 16 мм, то для Л 619
первого телевизионного канала — =--------= 246 и со-
лт 3,14-0,8
ответственно -у = 0,92. Поправочный коэффициент к рекомендуемой длине директора определится как отношение:
= 1,045.
1	1	0,92
а= — : — =-------
5	51	0,88
Длина первого директора /Д1 согласно таблице 1 равна: /д1= 0,392 Амакс = 0,392-619 = 242 см (при условии—= = 0,88).	.
Если этот директор выполняется из трубки диаметром 16 мм, для которого у= 0,92, то его длина увеличится и бУДет равна: = 0,392 Лмакса = /Д1 а = 242-1,045 = = 253 см.
Разница в длине директоров, выполненных из труб различного диаметра, может быть значительной. В нашем примере /Д1 —	= 1.1 см. Следует отметить, что
полной компенсации в диапазоне частот получить все же нельзя. Параметры изготовленной антенны будут тем меньше отличаться от приведенных, чем меньше поправочный коэффициент а будет отличаться от единицы. При самостоятельной отработке антенны волновой канал следует знать, что она допускает два типа настройки: на максимальный КНД и на максимальный КЗД (коэффициент защитного действия). Для примера рассмотрим диаграмму направленности трехэлементных антенн волновой канал. На рис. 33 кривые 1 и 2 характеризуют
Рис. 33. Диаграммы направленности трехэлементных антенн волновой канал в Н плоскости, настроенных на максимальный КНД (кривая /) и максимальный КЗД (кривая 2)
Рис. 34. Зависимость КНД от частоты — а\ зависимость входного сопротивления от частоты —б
диаграммы направленности в Н плоскости антенн, настроенных по первому и второму типу соответственно. В первом случае антенна имеет более узкую диаграмму направленности и получается эффективней на средней частоте рабочего диапазона, что можно видеть на примере графиков, приведенных на рис. 34, а. Во втором случае, хотя антенна имеет более широкий главный лепесток диаграммы направленности и меньший КНД, „она получает ценное свойство: существенно ослабленный прием сигналов в секторе углов, близких к 180°. Последнее обеспечивает ей более высокий коэффициент защитного действия, чем имеет антенна, настроенная по первому типу. Это свойство антенны во многих практических случаях является немаловажным, так как связано с вопросами увеличения ее помехозащищенности.
Следует отметить, что наличие рефлектора и директоров снижают активную составляющую входного сопротивления излучателя, возбуждающего волновой канал. Если таким излучателем является полуволновый вибра-Т0Р, у которого собственная активная составляющая входного сопротивления близка к 75 ом, то в системе рефлектор-директор она снижается до 20—25 ом. На рис. 34, б для примера показаны зависимости от частоты активной и реактивной составляющих входного сопротивления трехэлементной антенны, когда в качест-
ве активного использован обычный симметричный вибратор. На рисунке в отличие от плоскости /?—X по оси абсцисс отложены значения частоты, а по оси ординат — значения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления. Это — второй способ графического изображения частотной зависимости входных сопротивлений антенны. Он удобен для определения резонансных частот, на которых ХА = 0, и позволяет оценить порознь частотные зависимости активной и реактивной составляющих комплексных сопротивлений. Так на примере (см. рис. 34, б) видно, что активная составляющая входного сопротивления трехэлементной антенны волновой канал остается почти постоянной при расстройке частоты относительно среднего значения в пределах ± 10%, в то время как реактивная составляющая претерпевает заметные (изменения. Последнее обстоятельство затрудняет вопросы согласования волнового канала с фидером в более или менее широком диапазоне частот.
Построение синфазной решетки из директорных антенн
Как уже говорилось, одним из способов увеличения направленности антенны и повышения ее КНД является объединение в систему нескольких питаемых синфазно относительно слабонаправленных одинаковых излучателей. Такие системы получили название синфазных решеток. В качестве излучателя-элемента, из которых составляется синфазная решетка, могут быть приняты любые антенны, в том числе и многоэлементные. Для пояснения принципа получения направленного излучения рассмотрим простейшую систему, состоящую из двух излучателей, каждый из которых является ненаправлен-нЫхМ в рассматриваемой плоскости (рис. 35). Такую систему можно составить из двух симметричных вибраторов, поместив их центры в точки А и Б и направив оси перпендикулярно рисунку. В этом случае плоскость чертежа является для каждого из вибраторов экваториальной плоскостью, в которой каждый из них излучает равномерно во все стороны, т. е. можег рассматриваться как ненаправленный. На рис. 35 диаграммы направленности вибраторов показаны в виде двух очертанных пунктиром окружностей. Допустим, что вибраторы имеют одинаковые размеры и одинаковые по фазе и амплитуде токи. 58
Рис. 35. К пояснению формирования диаграммы направленности решетки из двух ненаправленных излучателей
Тогда в направлении, перпендикулярном отрезку АБ, соединяющему вибраторы, поля, создаваемые каждым из них в отдельности, будут складываться. Происходит это в силу того обстоятельства, что расстояния от точек Л и Б до любой точки Л1, расположенной на перпендикуляре к АБ, равны, и напряженности полей, создаваемые одним и другим вибраторами, будут одинаково запаздывать по фазе по сравнению с первоначальными
(значения которых равны, потому что вибраторы син-фазны). Так как токи вибраторов равны, то и значения напряженностей полей в рассматриваемой точке М будут тоже равны, а результирующая (суммарная) напряженность поля будет вдвое больше каждой из них. На рис. 35 это обстоятельство отмечено масштабом построения
диаграмм направленности каждого излучателя, у которых поле в максимуме равно 0,5 Е макс, и системы излучателей, у которой максимум в два раза больше. Рассмотрим поля в точке ЛЛ, расположенной в направлении, образующем, например, угол 90° — <р° = 60° с линией АБ (на расстоянии, много большем отрезка АБ). В этом случае расстояния от вибраторов до точки будут не одинаковы. Вибратор А находится к ней ближе. Поэтому напряженность поля от вибратора Б в точке М будет запаздывать по фазе по отношению к напряженности поля, создаваемой вибратором А в той же точке. В зависимости от длины волны, расстояния АБ и направления ср разность фаз (угол сдвига фаз) между полями вибраторов А и Б может принимать любые значения от 0° до 360°. В частности, она может оказаться равной 180°, 3-180°, 5-180° и т. д. В этих случаях результирующая напряженность поля будет равна нулю, так как двз сигнала одинаковой амплитуды будут приходить в точку наблюдения в противофазе. Очевидно, что при сдвиге фаз, равном 0°, 360°, 2 • 360°, 4 • 360° и т. д. будут максиму
мы излучения, равные удвоенному значению каждого из полей. ~В остальных случаях суммарная напряженность поля будет принимать промежуточные значения. Осно-
вываясь на изложенном, построим диаграммы направленности системы, состоящей из двух ненаправленных излучателей, разнесенных на расстояния АБ, равные —
и X. В первом случае диаграмма направленности будет иметь вид, показанный на рис. 35 сплошной кривой, а во втором — кривой с точками. Очевидно, что в случае синфазных излучателей всегда будет максимум поля в на* правлении перпендикуляра (главном направлении) к линии их соединяющей. В зависимости от расстояния между излучателями изменяется ширина основного лепестка, а также число побочных максимумов и их направления. В рассматриваемом случае разнос излучателей на полволны предпочтительней, как с точки зрения.
получаемой конфигурации диаграммы направленности (отсутствие бокового излучения), так и компактности системы.
Выражение для нормированной диаграммы направленности рассматриваемой системы излучателей имеет простой вид:
' ( К'АБ • £(ф) = соэ1—-- sin
л	, 2л
где АБ — расстояние между излучателями; k = — — л
волновое число свободного пространства. Начало отсчета угла ф принято от направления, перпендикулярного линии АБ. Попутно отметим, что для противофазной системы, состоящей из двух ненаправленных излучателей, аналогичная зависимость выразится так:
/ к*АБ \
Е (ф) = sin I —-— sin ф 1.
В этом случае в направлении перпендикуляра к линии, соединяющей вибраторы, излучение всегда будет отсутствовать. Если теперь на место ненаправленных поставить направленные идентичные друг другу и одинаково ориентированные излучатели, то результирующая нормированная диаграмма направленности такой системы определится как произведение диаграмм направленности: нормированной диаграммы направленности одиночного излучателя (из которых построена система) на нормированную диаграмму направленности аналогичной системы, состоящей из ненаправленных излучателей. Имеется в виду, что и первая, и вторая диаграммы направленности относятся к одной и той же плоскости. Диаграмму направленности системы, состоящей из ненаправленных излучателей, называют диаграммой решетки, а выражение, которое ее определяет, — множителем решетки. Поясним сказанное с помощью рис. 36, на котором показано, как образуется результирующая диаграмма направленности синфазной решетки, состоящей из двух направленных, идентичных и одинаково ориентированных антенн-элементов (на рисунке она обведена пунктирной линией). Диаграмма направленности антенны-элемента в данном примере взята кардиоидного типа (кривая /). Как видно из сопоставления, она во мно-
гом сходна с диаграммой направленности 2 (см. рис. 33). Электрические центры антенн-элементов (в плоскости чертежа рис. 36) разнесены на расстояние X относительно друг друга. При этом диаграмма направленности ре-
150	160 ПО 180	190	200	210
Рис. 36. к пояснению формирования диаграммы направленности решетки из двух направленных излучателей
шетки (кривая 2) имеет вид, аналогичный приведенному на рис. 35. Последовательно перемножая относительные значения уровней диаграмм направленности 1 и 2, взятых для одного и того же значения угла <р, получим ре* 62
зультирующую (тоже нормированную) диаграмму направленности синфазной решетки. Анализируя рис. 36, нетрудно прийти к выводу, что в тех направлениях, в которых антенны-элементы не излучают, не будет излучать и система, составленная из них. В тех же направлениях, в которых решетка из ненаправленных излучателей не дает излучения, не будет также излучать и аналогичная решетка из направленных излучателей. Эти свойства используют практически для снижения уровней бокового и заднего излучений системы излучателей. Их расставляют в решетки таким образом, чтобы направления побочных лепестков антенн-элементов совпадали с нулевыми направлениями решетки.
Рассмотренные положения справедливы и для большего числа излучателей в решетке. Если это число кратно двум, то результирующую диаграмму направленности синфазной решетки удобно находить путем последовательного определения (описанным выше способом) диаграмм направленности каждой пары антенн-элементов, принимая в том числе за антенну-элемент также и определенную группу излучателей. Как уже отмечалось, расстояния между отдельными антеннами в решетке желательно выбирать оптимальными. Эти расстояния зависят от направленных свойств антенн-элементов. Чем выше коэффициент направленного действия антенн-элементов, тем дальше относительно друг друга они могут быть расставлены в решетке. При расстояниях меньше оптимальных антенны в решетке будут недоиспользованы, и КНД решетки будет'меньше возможного. Расстояния больше оптимальных нецелесообразны, так как в этом случае неоправданно увеличиваются размеры антенного устройства в целом и ухудшается его характеристика направленности (сужается главный лепесток и растут боковые).
Ориентировочную оценку разнесения антенн в решетке можно дать, пользуясь понятием эффективной поверхности 5эф одиночной антенны с КНД = Do. Представляя условно эту поверхность в виде квадрата со стороной а =	"j/*, можно располагать многоэлементные
направленные антенны в вершинах углов такого квадрата. КНД решетки в этом случае близок к произведению Dq п, где п — число одиночных антенн-элементов в
Рис. 37. Общий вид антенной решетки, составленной из четырех волновых каналов
решетке. Общий вид одного из вариантов решетки схематично показан на рис. 37. Здесь в качестве одиночных антенн используются уже известные шестиэлементные волновые каналы, а питание их в решетке осуществляется по схеме рис. 23,6. Для согласования с распределительными фидерами активный вибратор в антеннах несколько видоизменен по сравнению с вибратором, показанным на рис. 28. Его размеры и конструкция, а также способ подключения к клеммам пита
ния распределительной линии приведены на рис. 38. Петля активного вибратора выполняется из двух трубок
различного диаметра, торцовых металлических пластинок и диэлектрических пластин, при помощи которых концы тонкой трубки механически закрепляются^ клемм
Рис. 38. К построению активного вибратора
питания. Толстую трубку активного вибратора и директоры можно выполнить из листового металла, согнув его в цилиндр требующегося диаметра и пропаяв шов. Для предотвращения вмятин при закреплении директоров к рейке и попадания влаги в полость трубок внутри их следует поставить заглушки. На рис. 39 показана схема питания антенной системы и размеры соединительных линий. Расстояния между проводниками линий должны оставаться постоянными по всей их длине. Для этого провод-64
Рис. 39. Схема питания антенной
решетки
Рис. 40. К пояснению конструкции фидерных линий
ники линий нужно пропустить через отверстия в специальных калибровочных планках (распорках). На рис. 40 показан способ соединения двух распределительных линий между собой. Особое внимание следует обратить на симметричное выполнение системы питания и правильное подключение проводников, отмеченных на рис. 39 индексами I и 2. Основной 75-омный фидер подключается к антенной системе через «бЛколено», которое было описано ранее.
Необходимо позаботиться о жесткости всего антенно-мачтового сооружения и фидерных линий. Последние можно подвязать к мачте оттяжкой, разрубленной изоляторами (см. рис?37). Петлю троса на изоляторе можно закрепить, пропуская трос и конец петли через трубочку Из мягкого металла и свивая ее относительно оси.
Описанная антенная решетка имеет КНД ~ 50. Ширина главного лепестка ее диаграммы направленности составляет примерно 25°. При ориентировке антенны нежелательны отклонения, превышающие ±7° от направления на корреспондента по азимуту и по углу места.
Преимущества и недостатки директориях антенн
Директорные антенны обладают высокой эффективностью при сравнительно небольших размерах. Они удобны в конструктивном отношении, особенно горизонтально поляризованные антенны, которые имеют относительно меньшую парусность и допускают установку на 5 Зак. 6550	65
мачтах, выполненных целиком из металла, в то время как при установке антенн вертикальной поляризации возникает необходимость в диэлектрических вставках между мачтой и антенной. Рефлектор и директоры антенны волновой канал можно непосредственно крепить к металлическому стержню, что позволяет обойтись без изолирующих материалов.
Основным недостатком антенны является малый рабочий диапазон частот. Сложность регулировки и настройки антенн волновой канал в любительских условиях сказывается и на изготовлении антенных решеток, элементами которых они являются. Объясняется это тем, что несколько таких антенн-элементов трудно сделать идентичными.
Конструкции активных вибраторов директорных антенн
Ширина рабочей полосы частот антенны волновой канал по входным сопротивлениям зависит от параметров излучателя, который используется в качестве активного вибратора.
Рассмотрим некоторые варианты конструкций широкополосных вибраторов, имеющих точку нулевого потенциала. Последнее обстоятельство упрощает систему питания антенны, устраняя необходимость в симметрирующих устройствах и облегчая прокладку фидера к клеммам питания антенны. Следует отметить, что эти вибраторы могут быть также использованы самостоятельно в качестве диапазонных слабонаправленных антенн. На рис. 41 схематично показан Х-образный вибратор. Он выполнен из двух идентичных петлевых диполей, соединенных в точке нулевого потенциала П и клеммах питания а-б. В этих точках диполи, образующие Х-образный вибратор, имеют электрический контакт. Питающий фидер прокладывается через точку нулевого потенциала П внутри трубки одного из плечей виб-
Рис. 41, Схема Х-образного вибратора
Рис. 42. Зависимость входных сопротивлений Х-образ-ного вибратора от частоты при <р=90°; 2/=0,4ХМакс для точек 7 |мин', 2 — 1,13/мин‘» 3—1,25/мин; 4---1,5/мин1 5 — 1.62/мин
ратора до его клемм питания. Х-образный вибратор имеет линейную поляризацию (направление вектора Е показано стрелкой). Его можно применять как в системе с линейными, так и с крестообразными пассивными вибраторами (рефлектором и директорами), Последние выполняются из двух трубок, соединенных друг с другом под углом 90°. КНД волнового канала, выполненного из крестообразных диполей, несколько выше, чем у аналогичной антенны с линейными вибраторами. Зависимость входных сопротивлений одиночного Х-образного вибратора от частоты приведена на рис. 42 (в плоскости R — X). Как видно из графика, его входные сопротивления лежат в пределах Лд = 100—350 ом, XА = ± 100 ом, что позволяет иметь при длине плеча вибратора 21 = 0,425 Л и <р = 90° активную составляющую входного сопротивления RA =110 ом.
Наличие рефлектора и директоров уменьшит активную составляющую входного сопротивления Х-образного вибратора. Однако в этом случае можно рассчитывать на получение более высокого согласования с 75-омным фидером, по сравнению с тем, которое имелось бы дл>Г случая обычного линейного вибратора. Для подстройки 5*	67
Х-образного вибратора удобно использовать передвижные короткозамыкающие скобы, которые позволяют менять электрическую длину его плечей. На рис. 43 показана одна из разновидностей симметричного вибратора— Т-образный диполь. Он состоит из Т-образной крестовины 1, на плечи которой надеты две трубки 2.
Рис. 43. Схема и зависимость входных сопротивлений от частоты Т-образного вибратора для точек: 1 f МИН* 2 1 , If МИЯ* 3   1 ,2f мин*> 4   1,3f МПЩ 3 1 мин! 3 — 1,6/мин! 4 — 1,7/мпн; 8 — 1,8/мин;
О— 1,9/мин! 10—2|мин
В точке 3 трубка и крестовина имеют электрический контакт. Питающий фидер прокладывается через точку нулевого потенциала /7, затем по одной из трубок крестовины и по наружной поверхности трубки подводится к клеммам питания вибратора а-б. Трубки 2 можно выполнять облегченными, сгибая их из листового материала и пропаивая шов. Одиночный Т-образный вибратор имеет входные сопротивления, активная составляющая которых '68
меняется в пределах 50-М80 ом. При этом достигается приемлемое согласование с 75-ойным фидером примерно в двухкратном диапазоне частот. На графике входных сопротивлений (см. рис. 43) приведены для ориентировки окружности равного КБВ для 75-омной линии.
лений от частоты облегченного Т-образного вибратора для точек: /—/мин;	2 — 1,2/мин;
3	1,3/мин; 4—1,5/мин; 5—1,7/мин; 8—1,9/мин;
7 — 2,1/Мцн; 8—2,3/мин*, 9— 2,5/мин*, 10— 2,7/м«м
Т-образный вибратор может успешно применяться не только в качестве активного вибратора в системе вол* новой канал, но и в качестве облучателя антенны иного типа. Его конструкцию можно несколько видоизменить, как показано на рис. 44. Здесь трубки заменены пластинами 2, которые в точках 3 тоже имеют электрический контакт с Т-образной крестовиной. У клемм питания вибратора а-б верхняя и нижняя пластины левой и правой 69
половины вибратора замкнуты кольцами. Входные сопротивления такого (одиночного) вибратора имеют несколь* ко большие пределы изменения по сравнению с предыдущим вариантом. Однако для ряда случаев они все же остаются приемлемыми почти в трехкратном диапазоне частот. Т-образный вибратор, выполненный по схеме рис. 44, позволяет в системе волновой канал производить подстройку путем перемещения короткозамыкателей 5 вдоль плечей Т-образной крестовины. Следует отметить сравнительно небольшие размеры Т-образных вибрато-* ров. Они работоспособны на волнах примерно в 1,4 раза более длинных, чем обычный вибратор таких же размеров.
Логопериодические вибраторные антенны
По принципу действия логопериодические антенны (сокращенно ЛПА) представляют самостоятельный тип антенн. Однако некоторые разновидности логопериодиче-
ских антенн по конструктивному решению можно отнести к вибраторным многоэлементным антеннам.
Как уже отмечалось, основным недостатком дирек-торных антенн является узкий диапазон частот, в преде-
Рис. 45. Схема возбуждения ЛПА
лах которого значения их параметров не выходят за пределы допустимых норм. Антенны логоперио-дического типа принципиально лишены этого недостатка и не нуждаются в какой-либо специальной настройке. К тому же логопериодические антенны, выполненные по типу плоских вибраторных антенн, имеют и сравнительно простую конструкцию. Схематично логопериодическая вибра
торная антенна показана на рис. 45. Она состоит из ряда параллельных линейных вибраторов, расположенных в одной плоскости. Размеры элементов ЛПА подбираются так, чтобы их характеристики были периодическими функциями логарифма частоты. Ограничение диапазона этих антенн со стороны низких частот обусловлено возможностью увеличения габаритных размеров, а со стороны высоких частот — точностью выполнения конструкции. Расстояние, выраженное в длинах волн между полуволновым и соседним, меньшим вибратором, характери-
D	Sn—i
зуется параметром Р = —-— .
Длина вибраторов и расстояния между ними изменяются в геометрической прогрессии со знаменателем т:
т= = —<1 (см. рис. 45). Rn—1 I п--1
- Значение параметра Р связано с т соотношением
Р = — (i—'Qctga, где а угол между осью антенны и 4
линией, проходящей через концы вибраторов. Чем меньше величина угла а и больше взято вибраторов для построения антенны, тем меньше получается разброс в пределах изменения значений ее параметров. В этом смысле выбор значений т и Р носит компромиссный характер.
Элементы ЛПА (вибраторы) возбуждаются с переменной фазой симметричной линией (иногда ее называют собирательной линией). К этой линии можно подключить симметричный фидер непосредственно, либо ее можно возбудить коаксиальным кабелем, проложив его внутри одного из -проводников собирательной линии. Центральный провод фидера должен при этом замыкаться на ее второй проводник.
В пределах расчетного диапазона частот максимум излучения ЛПА направлен в сторону более коротких эле* ментов. Токи на участке линии передачи за вибратором, стоящим после резонансного, пренебрежимо малы. Они достигают максимума у вибратора, длина которого близка к Х/2. (Это обстоятельство и позволяет вводить коаксиальный кабель в одну йз трубок линии, не опасаясь возникновения антенно-фидерного эффекта). В первом приближении можно считать, что резонансный вибратор
вместе с двумя непосредственно к нему прилегающими вибраторами образует «активную» область антенны. При изменении частоты резонансным становился другой вибратор, и «активная» область перемещается вдоль антенны. Расстояние до «активной» зоны от вершины-угла а, выраженное в длинах волн, остается при этом постоянным. Активная область деформируется, когда доходит до крайних элементов антенны. Размеры этих элементов определяют границы рабочего диапазона частот ЛПА. Коэффициент направленного действия плоских вибраторных ЛПА сравнительно невелик. Он достигает 5н-6 бб. Такие антенны эквивалентны по усилению трехэлементной антенне волновой канал. На рис. 46 схематично показана одна из конструкций вибраторной лого-периодической антенны. Антенна состоит из двухпроводной собирательной линии /, на которой укреплены три пары вибраторов 2. Вибраторы с линией имеют- электрический контакт. Они расположены на проводниках линии так, что каждый последующий направлен в проги-
Рис, 46. Конструкция трехэлементной вибраторной ЛПА
воположную сторону по отношению к предыдущему. Фидер проложен внутри одной из трубок собирательной линии и в точке 3 (на клеммах антенны) распаян обычным способом. В точке 3 антенны целесообразно поставить изолятор для фиксации проводников собирательной линии в рабочем положении. Концы трубок линии в точке 4 можно замкнуть накоротко перемычкой. Короткоза-мыкатель делает конструкцию антенны более жесткой. Кроме этого, его наличие заметно снижает уровень обратного излучения антенны в низкочастотной части рабочего диапазона, когда нельзя пренебречь токами на конце собирательной линии со стороны ввода кабеля. (Кабель практически подводится через точку нулевого потенциала).
Антенна, изображенная на рис. 46, работоспособна в диапазоне частот с перекрытием —к— « 1,35. При этом /мин
Рис. 47. Диа1раммы направленности трехэлементной ДПА
•	;	73
значение КБВ в 75-омном фидере остается порядка 0,5. К достоинству антенны следует отнести ее небольшую длину, которая составляет всего лишь 0,13 -г-0,14 ХмаКС-На рис. 47 приведены диаграммы направленности пло-
Рис. 48. Зависимость коэффициента укорочения от шага намотки спирали
ской трехвибраторной ЛПА, снятые на средней частоте ее рабочего диапазона в плоскости Н и в плоскости Е. Диаграммы направленности и КНД антенны в рабочем диапазоне частот остаются практически постоянными, что характерно для антенн рассматриваемого типа.
Длину вибраторов ЛПА можно уменьшить, если выполнить их из проводников с укорочением. Такие проводники довольно просто получаются путем навивки спирали с шагом S на цилиндрический стержень радиуса г. Стержень должен быть диэлектрическим, причем параметры диэлектрика слабо определяют электрические 74
характеристики спирального проводника в целом. На рис. 48 приведена зависимость коэффициента укорочен ния g от шага намотки для случая, когда геометрическая длина стержней составляет примерно четверть волны, радиус г = 5 мм, а диаметр навиваемой проволоки 0,8 мм. Следует отметить, что с изменением длины стержней коэффициент укорочения будет изменяться при прочих равных условиях. С ее увеличением значение g уменьшается, стремясь к определенной для каждого конкретного случая величине.
Проводники с укорочением в пределах значений g= (1,4 4-1,6) позволяют примерно пропорционально уменьшить геометрическую длину вибраторов ЛПА. При этом расстояния между вибраторами можно оставить без изменения. С уменьшением размеров элементов ЛПА ее рабочий диапазон частот имеет некоторую тенденцию к сужению. Для обеспечения согласования с 75-омным фидером антенны с уменьшенными по длине вибраторами, целесообразно подключить к ее клеммам питания параллельный короткозамкнутый шлейф (рис. 49). В качестве шлейфа можно использовать отрезок типового коаксиального кабеля, имеющий короткое замыкание на одном из своих концов. Длина кабеля подбирается экспериментально. Конструктивно шлейф удобно выполнить следую
щим образом. Отрезок кабеля ко- Рис. 49. К пояснению схе-роткозамкнутым концом помеща- мы питания ЛПА о уко-ют в трубку собирательной ли- роченными вибраторами Нии, не занятую основным фидером. В месте ввода наружную оплетку шлейфа замыкают накоротко с трубкой, в которую он помещен, а центральный проводник подключают к соседней трубке собирательной линии (или к оплетке фидера). Вибраторы ЛПА могут быть выполнены не только в виде цилиндрических проводников, но и в виде треугольных, трапециевидных и т. п. Такая свобода действий позволяет шире использовать имеющийся в любительских условиях материал для изготовления антенны.
На рис. 50 показан вариант выполнения антенны, излучающая часть которой может быть выполнена из проволоки (или антенного канатика), а каркас из диэлект-
Короткозамкнутый шлейф
Фидер
Рис. 50. Схема ЛПА с вибраторами треугольной формы рика (в частном случае, дерева). Для увеличения направленных свойств антенны проводники собиратель-. ной линии вместе с вибраторами (половинки антенны ! и
II) раздвигают в плоскости Н на некоторый угол <р. Величина этого угла влияет и на входные сопротивления ЛПА. Для данной конструкции (при условии питания антенны 75-омным фидером) оптимальное значение угла ф 60°. Фидер (коаксиальный кабель) прокладывается по одному из проводников собирательной линии к клеммам питания антенны (узел Л), где распаивается 76
обычным способом. Антенна с размерами, показанными на рис. 50, предназначена для работы в диапазоне частот 1 —12 телевизионных каналов. Постоянство электрических характеристик логопериодических антенн в широком диапазоне частот в ряде случаев является необходимым качеством, а следовательно, может быть отнесено к достоинствам антенны. В то же время, на каждой конкретной частоте рабочего диапазона работает только часть антенны (несколько вибраторов из всех имеющихся), что приводит к существенному «недоиспользованию» поверхности антенны, особенно в высокочастотной части диапазона, когда длинноволновые вибраторы представляют собой нечто вроде балласта.
КОНСТРУКЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗИГЗАГООБРАЗНЫХ АНТЕНН
Принцип действия зигзагообразной антенны
Полотно зигзагообразной антенны — (3-антенны) — состоит из восьми замкнутых одинаковых проводников, которые образуют две ромбовидные ячейки (рис. 51, а). Для- формирования диаграммы направленности антенны, в частности, необходимо, чтобы излучатели были сфазированы и разнесены относительно друг друга. При
Рис. 51. К пояснению принципа действия зигзагообразной антенны: а — схема 3-антенны; б, в—аналоги 3-антенны
этом в случае обычных синфазных вибраторных решеток, у которых число пар клемм питания равно числу вибраторов, входящих в решетку, возникают трудности в их согласовании с питающим фидером. 3-антенна имеет одну пару клемм питания (а—б), к которой непосредственно подключается фидер. При этом благодаря конструкции антенны ее проводники возбуждаются так, что образуется своеобразная синфазная решетка. Рассмотрим это более подробно.
Свойства и параметры любой антенны зависят от закона распределения тока на ее проводниках (или поверхности). Характер распределения тока на проводниках 3-антенны существенно изменяется по мере роста ее рабочей частоты. В результате можно условно выделить три режима работы антенны. Первый из них имеет место в начале рабочего диапазона частот, когда распределение тока близко к синусоидальному (см. рис. 51, а). Для этого случая схематично показаны направления токов на проводниках полотна антенны в один из момен-
Л тов времени. Для наглядности взят случай, когда /= — • При этом учтено, что в точках /7-/7 проводники полотна антенны замкнуты между собой и здесь всегда имеется пучность тока. В пределах полуволны токи на проводниках направлены в одну сторону, а затем меняют знак на противоположный. Если разложить токи на цроводни-ках полотна антенны на горизонтальные /г и вертикальные /п составляющие, то нетрудно убедиться, что их горизонтальные составляющие токов направлены одинаково, т. е. сфазированы, а для каждой вертикальной составляющей имеется равная и противоположно ей направленная, В результате антенна излучает линейно поляризованные волны с преимуществом горизонтальной составляющей электрического поля. 3-антенна в этом случае примерно эквивалентна антенной решетке, составленной из линейных сфазированных вибраторов (рис. 51, б).
Третий режим имеет место в верхней части рабочего диапазона частот и близок к режиму бегущей волны. В этом случае можно представить аналог 3-антенны в виде двух витков с бегущими в противоположные стороны волнами тока (рис. 51, в). Векторы напряженности электрического поля Е, создаваемые каждым из витков, будут вращаться в плоскости чертежа с одинаковой 78
угловой частотой, но в разных направлениях: один по часовой, а другой против часовой стрелки. При этом каждый раз, когда векторы будут ориентированы горщ зонтально, их направления совпадут, -и наоборот, будут , встречными при вертикальной ориентации. В результате в главном направлении антенна будет иметь линейную поляризацию с преимущественно горизонтальной составляющей поля.
При втором режиме работы, в средней части рабочего диапазона частот, на проводниках антенны существуют одновременно и бегущие, и стоячие волны примерно в равной пропорции. В этом случае антенна представляет собой промежуточный вариант между двумя предыдущими.
Практически во всем рабочем диапазоне частот 3-ан-тенны уровень паразитной (вертикальной) составляющей поля ниже уровня основной (горизонтальной) примерно на 26 дб. Диаграммы направленности 3-антенны приемлемы в широком диапазоне частот с перекрытием Zkiri ~ 2 ч-2,5. Ее КНД мало зависит от изменения /мин угла а (рис. 51, а). Объясняется это тем, что уменьшение направленности антенны в плоскости Н (по мере роста угла а) компенсируется увеличением направленности в * плоскости Е и наоборот. Характеристика направленности 3-антенны симметрична относительно плоскости, в которой расположены проводники ее полотна.
Так как в точках П-П нет разрыва проводников полотна антенны, то здесь имеются точки нулевого потенциала (нули напряжения и максимумы тока) независимо от длины волны. Это обстоятельство позволяет обойтись без специального симметрирующего устройства при пи-тании коаксиальным кабелем. Последний прокладывается через точку нулевого потенциала П и по двум проводникам полотна антенны подводятся к клеммам ее питания. Здесь оплетка кабеля гальванически соединяется с одной из клемм антенны, а центральный проводник — с другой. Принципиально оплетку кабеля в точке П тоже нужно замкнуть накоротко на полотно антенны, однако, как показала практика, делать это не обязательно. Достаточно кабель подвязать к проводам полотна антенны в точке П, не нарушая его полихлорвиниловой оболочки.
Выполнение полотна зигзагообразной антенны
3-антенна (рис. 52) удобна тем, что ее конструкция сравнительно проста и отклонения в ту или иную сторону от номинальных размеров, 'неизбежные при изготовлении антенны, практически не сказываются на ее параметрах. В качестве телевизионной 3-антенна может быть выполнена'для работы в диапазоне либо первых пяти каналов 50 4-100 Мгц, либо с 6 4-12 в диапазоне 174 4- 230 Мгц.
Рис. 52. Конструкция варианта зигзагообразной антенны
Для изготовления антенны нужно взять деревянный брусок 1, который служит одновременно ее центральной стойкой и мачтой; к бруску под углом 90° крепятся две рейки 2, которые вместе с ним образуют каркас антенны. Посредине между рейками устанавливается плата-3, состоящая из двух закругленных металлических пластин, собранных на диэлектрической прокладке. На бруске 80
сверху, снизу и на концах реек закрепляют изоляторы 4. В качестве последних можно воспользоваться изоляторами от осветительной сети. На изоляторах и плате 3 натягивают полотно антенны 5, которое выполняется из проволоки или антенного канатика. Проводники полотна антенны припаиваются к пластинам платы питания 3 и перемыкаются между собой. Кабель питания 6 подвязывают к центральной стойке и по одному из внутренних проводников полотна антенны прокладывают к плате питания. Оплетку кабеля припаивают к пластине а, а его центральный проводник — к пластине б. Размеры деталей, не указанные на рис. 52, можно выбирать произвольно.
Для оценки и сравнения антенн различных типов и конструкций особенно важны данные, характеризующие их электрические свойства. На рис. 53 кривой / показа-
Рис. 53. К оценке характеристик варианта зигзагообразной антенны
на зависимость КБВ от отношения 1/к в 75-омном фидере для. 3-антенны, изображенной на рис. 52, а кривой 2 тг аналогичная зависимость для значений ее КНД. Как видно с ростом отношения //X КНД 3-антенны вначале увеличивается, достигает некоторого максимума и затем уменьшается. Начальный рост КНД объясняется увеличением (в длинах волн) размеров полотна 3-антенны, а 6. Зак. 6550
спад — после прохождения оптимального соотношения //X— расфазировкой ее элементов. С помощью графика, изображенного на рис. 53, можно построить антенну, имеющую максимально возможный КНД для данного типа полотна антенны. При этом ее диапазонностъ будет снижена. При построении антенны представляют интерес также и данные, показывающие тенденцию изменения характеристик антенны в зависимости от конструктивного изменения ее элементов и допускающие количественные оценки. На основании этих данных радиолюбитель может сознательно варьировать имеющимися у него материалами и средствами для построения антенны.
Так, например, зависимости рис. 54 и рис. 55 показы-
Рис. 54. Зависимость активной составляющей входного сопротивления 3-антениы от //Л для различных диаметров проводников ее полотна
вают соответственно изменение активной составляющей входного сопротивления 3-антенньг в диапазоне волн, выполненной из проводников различного диаметра при угле а = 45°, и выполненной с различными углами а при фиксированном значении диаметра проводника. Эти графики необходимы для определения возможности согласования 3-антеНны с фидером в заданном диапазоне ча-82
стот. Приведенные зависимости имеют резонансный характер, который проявляется более резко с уменьшением угла а. Отсюда следует, что более выгодной конструкцией, с точки зрения согласования с 75-омным фидером, является конструкция 3-антенны с углом а = 60° при одинаковых диаметрах проводников полотна антенны. В этом случае при резонансе (область отношения 1/к ~ 0,375) входное сопротивление 3-антенны меньше, чем в случае а = 30° и а = 15°. При условии равенства КБВ для 3-антенны с углом а = 45° и а = 60° в последней можно допустить более тонкие проводники, что конструктивно удобнее.
Рис, 55. Зависимость активной составляющей входного сопротивления 3-антенны от //X для различных значений углов а между проводниками ее полотна
Входное сопротивление З^антенны в диапазоне частот в значительной степени зависит от поперечных размеров проводников, из которых выполнено ее полотно.
Чем толще проводники, тем меньше входное сопротивление в области резонанса и лучше согласование с фидером. Максимум КНД (см. рис. 53 и 54) находится в области резонанса. Поэтому при выполнении 3-антенны с 1/к ~ 0,375 (наиболее эффективной антенны) следует особо позаботиться о ее согласовании с фидером. С удалением от резонансной частоты разница в значениях /?а л*	83
для различных отношений //г быстро уменьшается и в пределах отношения //Л = 0,2 н-0,32 диаметр проводника практически не сказывается на активной составляющей входного сопротивления 3-антенны. Это обстоятельство позволяет лри проектировании облегчить конструкцию 3-антен.нЫ для работы не в группе телевизионных каналов, а на один-два канала. Полотно 3-антенны можно выполнять из проводников самого различного профиля: трубок, пластин, уголков и т. ,п.
Для уменьшения веса и парусности сплошной проводник целесообразно заменить эквивалентным ему по электрическим параметрам проводником, выполненным из ряда параллельных проводов (см. рис. 9).
Способы уменьшения размеров полотна зигзагообразной антенны
Самым простым способом уменьшения размеров 3-антенны является устранение ее верхней (или нижней) половины (рис. 56). (В этом случае такая неполная 3-антенна внешне напоминает рамочную). Конструктивно она более проста и удобна, но менее эффективна. На проводниках неполной 3-антенны в вершине квадрата, противолежащей клеммам питания, имеется пучность тока и, соответственно^ нулевой потенциал. В этой точке
Рис, 56. Конструкция неполной 3-антенны
Характеристика
84
антенну можно непосредственно закрепить на матче и проложить фидер. Одна из возможных конструкций неполной 3-антенны показана на рис. 56, где полотно антенны выполнено из плоских проводников, наложенных «внахлест» друг на друга и зафиксированных на деревянном каркасе. Можно облегчить конструкцию, антенны, выполнив ее из более тонких проводников по типу, показанному на рис. 77, однако, при. этом несколько сужается ее рабочий диапазон частот.
направленности неполной 3-антенны
незначительно изменяется в рабочем диапазоне, частот с
несложно, па рис.
а
Оь, ^ан^а/к ^mp°'J39flMaKc 20-30 rK~!	—---
Отрезок кабеля РК-3 без .внутреннего проводника
р бандам Отрезок центрального ™ л	провода от кабеля
РК-1
перекрытием ^макс- ^2 и почти не зависит от изменения /мин
угла а в пределах 30°-:-60°. Ее КНД изменяется по диапазону частот от 4 до 5 дб, а активная составляющая входного сопротивления в пределах 150-^200 ом.
Для согласования неполной 3-антенны с 75-омнььм фидером требуется трансформация входных сопротивлений. В качестве соответствующего трансформатора может служить отрезок коаксиального кабеля геометрической длины /тр = 0,052 Лмакс и волновым сопротивлением WTp = 100 ом. Место его включения между антенной и фидером показано на рис. 56. Выполнить такой транс-казаны два варианта выполнения 100-омного трансформатора. Вариант а применяется, когда в качестве . питающего фидера используется кабель типа РК-75-4-15 (РК-1), а вариант б, когда фидером служит кабель типа РК-3. В первом случае надрезают конец коаксиального кабеля со стороны антенны на длину, несколько большую, чем длина /тр для
того, чтобы иметь возможность подключить трансформатор к клеммам питания антенны.-Затем, осторожно снимая внутреннюю изоляцию кабеля, нужно оголить его центральный проводник и на место снятой изоляции кабеля РК-1 надеть внутреннюю изоляцию и экранирующую оплетку кабеля РК-3. Наружную оплетку кабеля РК-3 следует спаять с оплеткой фидера и защитить от воздействия окружающей среды. Внутреннюю изоляцию кабеля РК-3 можно надевать на центральный проводник кабеля РК-1 отдельными отрезками. Во втором случае б нужно снять внутреннюю изоляцию с кабеля 85
Рис. 57. К построению трансформаторов с волновым сопротивлением 100 ом*.
' а —фидер РК-1; б —фидер РК-3
б

го^зр
РК-3 (фидера) на длине /тр + (30-? 40) мм и заменить центральный проводник этого кабеля таким же проводником кабеля РК-1 или медной голой проволокой диаметром О'Коло 0,7 мм. Центральные проводники нужно спаять прочно и аккуратно. Затем натянуть снова снятую внутреннюю изоляцию и экранирующую оплетку кабеля РК-3. С целью герметизации изготовленного трансформатора можно просмолить оголенный участок кабеля и закрыть его изоляционной лентой.
Трансформаторы можно выполнять также из отрезков открытых несимметричных линий, используя для их построения зависимости, приведенные на рисунках 58, 59 и 60, полученные Бекетовым В. И. На первом из них показано, как меняется волновое сопротивление двух ва-
Рис. 58. К определению волнового сопротивления несимметричных линий
86
риантов несимметричных линий от параметра — , даны сечения линий и их поперечные размеры. Для обеспечения жесткости и заданных расстояний м^жду проводниками линий применяют диэлектрик. В зависимости от его диэлектрической проницаемости изменяется фазовая скорость и волновое сопротивление линии. Второй график (рис. 59) позволяет учесть эти изменения. В случае
Рис. 59. К определению фазовой скорости распространения волны в несимметричной линии в зависимости от параметров диэлектрика
наличия диэлектрика волновое сопротивление, определенное по графику рис. 58, нужно умножить на отношение , взятое по соответствующей кривой (рис. 59). с
стной электрической длине необходимо последнюю так-Для определения геометрической длины линии по изве-
же умножить на соответствующее значение
Последний рисунок показывает процентное распределение энергии по сечению линии. На рис. 60 сечение линии показано в масштабе.
Можно расширить рабочий диапазон 3-антенны в сторону более низких частот без увеличения геометрического размера I за счет образования дополнительной рас-
Рис. 60. К оценке распределения мощности в сечении несимметричной линии
пределенной емкости проводников ее полотна. При этом размеры антенны, выраженные в длинах максимальной волны рабочего диапазона, станут меньше, а задача по миниатюризации антенны будет решена. Существо способа заключается в том, что перемыкают часть проводников 3-антенны (рис. 61, а) пластинами (рис. 61, б), которые и обусловливают дополнительную распределенную емкость. Конструктивно не всегда удобно выполнять пластины сплошными.
Более легкая система, имеющая меньшую парусность, показана на рис. 61, в. Здесь сплошные пластины заменены сетками, натянутыми между наружными дугами и сторонами полотна антенны. В качестве наружной дуги может быть использована металлическая трубка. Сетку следует изготовить из проволоки или антенного канатика. Ее проводники нужно тщательно перепаять между 88-
собой и обеспечить их контакт по периметру крепления. В остальном антенна может быть выполнена по типу, показанному на рис. 52.
Включение пластин в полотно 3-антенны заметно улучшает ее электрические характеристики в отношении входных сопротивлений. (Выравнивает пределы их измене-
а
Рис. 61. а — полотно 3-антенны; б, в — полотно 3-антенны с дополнительной распределенной емкостью
ний). На рис. 62 для примера показана зависимость КБВ в 75-омном фидере такой антенны с углом а = 45° от /Д— кривая 2. Рядом для сравнения нанесена аналогичная зависимость — кривая 1 для 3-антенны:без пластин. Как видно из графика, включение пластин позволяет сдвинуть рабочий диапазон 3-антенны влево до ча-. стоты f' МиН (в сторону более длинных волн) примерно на 30%. При этом сохраняется допустимое минимальное . значение КБВ, которое в данном примере выбрано равным .0,5. Другими словами, включение пластин позволяет уменьшить длину стороны полотна антенны на 7з от первичной, взятой для работы в диапазоне частот, начиная с f мнн.
Одна из возможных модификаций 3-антенны с пластинами приведена на рис. 63. Такая конструкция ппн-мечательна тем, что обеспечивает работоспособность ан* тенны при минимальных относительных размерах ее полотна. Здесь полотно вырождено в кольцо, заполненное Двумя металлическими секторами с углом 0 у клемм питания а-б. Выполнить полотно несложно. Для этого нужно взять обруч или сделать кольцо требующегося разме-89-
Рис. 62, К сравнению диапазонных свойств 3-антенн различных конструкций
ра, на котором натянуть две сетки (см. рис. 61, в) взамен сплошных пластин, образующих секторы с углом р. На клеммах питания антенны следует поставить изолятор, чтобы освободить центральный проводник фидера от механических усилий. Обруч (кольцо) крепится к мачте в токах нулевого потенциала /7-/7, при этом точки а-б нужно удалить от мачты на 100-:- 150 мм.
0,375 Лнакс
Рис. 63. Конструкция варианта 3-антенны
Рис. 64. Зависимость волнового сопротивления антенны от угла 0
С изменением угла 0 меняется волновое сопротивление антенны. Характер этой зависимости показан на рис. 64. Если в качестве фидера используется кабель с волновым сопротивлением 75 ом, то оптимальным углом
Рис. 65. Зависимость КБВ в 75-омном.- фидере от частоты
30	20 fO 360	350	340	330
150	160 ПО 180 190 ZOO 210
Рис. 66. Диаграммы направленности в //-плоскости варианта 3-антенны
для построения металлических секторов антенны является угол Р = 140°. Зависимость КБВ в 75-омном фидере от частоты для антенны с углом Р = 140° приведена на рис. 65. Как видно из графика, удовлетворительное согласование антенны с фидером можно получить примерено в трехкратном диапазоне частот. В этом диапазоне частот диаграммы направленности антенны в Е плоскости аналогичны диаграммам симметричного вибратора. 92
В И плоскости диаграммы направленности антенны с увеличением частоты претерпевают значительные изменения. Так, в начале рабочего диапазона частот они лишь
слегка сжаты под углами, близкими к 90°, а в конце рабочего диапазона частот поле практически отсутствует в секторе углов ± (40°-:- 140°).
Для иллюстрации сказанного на рис. 66 приведены диаграммы направленности антенны с углом р = 160° в Н плоскости на частотах 1Л /мин > 2,5 /мин И 3 /мин СООТв чве1ственно в порядке их нумерации. Об эффективности антенны позволяет судить зависимость, приведенная на
Рис. 67. Зависимость КНД от частоты
рис. 67. Она характеризует КНД антенны в рабочем диа-
пазоне частот.
Увеличение эффективности зигзагообразной антенны
Для увеличения направленности антенны, состоящей из зигзагообразного полотна, применяют плоский экран-рефлектор. В его задачу входит отражение части высокочастотной, энергии, падающей на экран, в сторону полотна антенны. В плоскости последнего фаза высокочастотного поля, отраженного от рефлектора, должна быть близка к фазе поля, создаваемого самим полотном. В этом случае происходит требуемое сложение полей, и экран примерно удваивает первоначальный коэффициент усиления антенны. Фаза, отраженного поля зависит от формы и размеров экрана, а также от расстояния S между ним и полотном антенны. Как правило, размеры экрана достаточно велики, и фаза отраженного поля зависит главным образом от последнего фактора. На практике редко,выполняют рефлектор в виде сплошного металлического листа. Чаше он представляет собой ряд проводников, расположенных в одной плоскости параллельно вектору поля Е.
Длина проводников определяется максимальной дли-» ной волны рабочего диапазона и размерами активного
полотна антенны. Последнее не должно выступать за пределы экрана. В плоскости Е размер рефлектора обязательно должен быть несколько больше половины максимальной длины волны. Чем толще проводники, из которых выполнен рефлектор, и чем ближе они расположены друг к другу, тем меньшую часть падающей на него энергии пропускает рефлектор в заднее полупространство. Однако по конструктивным соображениям экран не следует делать слишком плотным. Практически достаточно, чтобы расстояние между проводниками диаметром 2-3 мм не превышало 0,05 -4—0,1 от минимальной волны рабочего диапазона. Можно пренебречь влиянием элементов (из металла или диэлектрика) на работу рефлектора, если они расположены в плоскости самого рефлектора или за ним. Проводники, образующие экран, можно соединить между собой при необходимости в любом месте. В частности, их можно приваривать или припаивать к металлической раме. Во избежание дополнительных помех не следует допускать, чтобы проводни-
ки (полотна антенны или рефлектора) под действием ветра терлись, либо касались друг друга. Один из возможных вариантов антенны с рефлектором показан на рис. 68. Полотно антенны состоит здесь из плоских проводников-планок. Такая конструкция может быть выполнена полностью из металла. В местах соединений элементы антенны должны иметь между собой электрический контакт.
94
Следует иметь в виду, что с обратной стороны рефлектора может быть расположено еще одно активное полотно антенны, рассчитанное для работы в таком же или более высокочастотном диапазоне. В этом случае габариты экрана определяются максимальной длиной волны рабочего диапазона антенн, а его плотность (расстояния между проводами рефлектора) — минимальной длиной * волны. Если поляризации антенн, расположенных по разные стороны экрана, не совпадают, например, взаимно перпендикулярны, то для второй антенны необходимо изготовить свой рефлектор, провода которого могут располагаться в плоскости первого (пересекать или накладываться на его проводники) и должны быть параллельны, вектору поля Е второй антенны. В случае касания проводов рефлекторов их целесообразно в этих точках перепаять друг с другом.
Непосредственный практический интерес представляют вопросы согласования с питающим фидером 3-ан-
Рис. 69. Зависимость КБВ 3-ан-тенны от //Л для разных диаметров проводников ее полотна
тенны с экраном. На значение КБВ в тракте с волновым сопротивлением 75 ом в значительной степени влияют как ширина планки с/Пл (или радиус провода г), так и расстояние S, на которое полотно антенны удалено от экрана.
На рис. 69 приведены зависимости КБВ от //X для 3-антенны с углом а = 45°, S = 0,16Хмакс и различными Размерами dni . Первая кривая приведена для dnjl= „ 0,003 ХМаКС, вторая для dnj1 = 0,02 Хмакс и третья для Рпл = 0,04 Хмакс. С увеличением ширины планки КБВ
.	.	95
заметно возрастает, однако по конструктивным соображениям затруднительно применять планки шириной большей, чем д?пл = (0,16-4-0,17)/. Максимум КВБ имеет место при //А ~ 0,25 и почти не зависит от ширины планки. Для получения приемлемого согласования 3-антенны с фидером в широком диапазоне частот полотно антенны следует располагать от экрана на расстоянии S>0,18 Амакс. Однако размер S влияет и на направленные свойства антенны. С его увеличением КНД антенны снижается и сужается диапазон частот, в пределах которого направленные свойства 3-антенны не претерпевают заметных изменений. Таким образом, с точки зрения улучшения последних, размер S желательно уменьшать, а с точки зрения согласования — увеличивать.
Имеется возможность улучшить согласование 3-антенны с 75-омным фидером при помощи трансформатора сопротивлений, включенного между антенной и фидером, как показано на рис. 56. Волновое сопротивление трансформатора должно быть порядка IFTP = 90 ч-100 ом, а геометрическая длина, если он выполнен из отрезка коаксиального кабеля, /тр = 0,057 -ь 0,083 Амакс. . Тог факт, что значения параметров трансформатора некритичны, облегчает их изготовление. Применение трансформатора позволяет приблизить полотно антенны к экрану до 0,16 Амане и тем самым улучшить направленные свойства антенны.
Построение синфазной решетки из зигзагообразных антенн
 Наиболее простую синфазную решетку можно построить, используя две 3-антенны (рис. 70). Распределение энергии между ними осуществляется по схеме (рис. 23, б).
Эта схема обеспечивает равенство токов (по фазе и амплитуде) на клеммах питания антенн, независимо от длины волны, не нарушая гем самым диапазонных свойств антенны. Чтобы выполнить такую схему питания решетки, состоящей из двух антенн, необходимо сделать тройник (рис. 70). Он объединяет три кабеля. Один из них РК-1 (или РК-3) является фидером, два других — распределительные. Последние идут от зройника к клем-%
мам питания -антенн, входящих в решетку. К распределительным кабелям предъявляют следующие требова* ния: их электрические длины должны быть одинаковыми, волновые сопротивления равны и выбраны таким образом, чтобы обеспечить максимальный коэффициент бегу-
Рис. 70. Схемы построения решеток из двух 3-антенн: а — Я-решетка; б — £-решетка
щей волны в питающем фидере. В данном случае длины распределительных кабелей определяются геометрическими размерами антенной системы, а их волновые сопротивления должны быть порядка 150 ом. В качестве распределительных целесообразно взять кабели РК-50 или РК-150.	_
Конструктивно тройник представляет собой металлическую коробку. В трех стенках коробки делают отверстия по диаметру изоляции кабелей. Перед сборкой тройника с концов кабелей удаляют наружную полихлорвиниловую оболочку и расплетают оголенную часть экрана. Равные концы кабелей (центральные проводники в изоляции) вставляют в отверстия на стенках коробки. Экраны кабелей припаивают к соответствующим стенкам тройника. После этого следует потянуть за кабели, чтобы возможные механические усилия были приложены к Мх экранам .и не могли передаться на- центральные проводники. Затем в центре коробки тройника нужно соединить и спаять между собой центральные проводники кабелей. Закончив, сборку, тройник закрывают крышкой 7. Зак. 6550	97
и запаивают. Необходимо обратить внимание на герме* тизацию тройника.
Приведенный способ заделки кабелей в тройник относительно прост, но имеет тот недостаток, что в процессе эксплуатации в местах пайки фидера к стенкам коробки обрываются проводники его наружной оболочки.
Более надежного закрепления кабелей можно достичь с помощью полых накойечников с флянцами, которые предварительно закрепляются на стенках коробки с наружной стороны. Кабель вставляют таким образом, чтобы наконечник вошел между оплеткой и внутренней изоляцией кабеля. Для этого отверстие в наконечнике делают под диаметр внутренней изоляции кабеля. Наружную поверхность наконечника выполняют конусообразной для получения более надежного контакта с оплеткой кабеля. Чтобы кабель не соскальзывал с наконечника по его конической поверхности, делают различного вида уступы или накатку и применяют бандаж. Вставляя кабель в наконечник, не следует снимать с него полихлорвиниловую защитную оболочку.
Антенны, образующие решетку, можно располагать относительно друг друга двояко: в плоскостях электрического Е и магнитного Н векторов напряженности поля (располагать антенны-элементы в решетке рядом или друг над другом). Антенная система первого типа схематично показана на рис. 70, а, а второго на рис. 70, б, В'этих случаях происходит сужение диаграммы направленности антенной решетки соответственно, либо в горизонтальной, либо в вертикальной плоскостях. Следует обратить внимание на прокладку и подключение распределительных кабелей к точкам питания антенн-элементов. Для соблюдения правильной фазировки этих антенн 'экраны обоих распределительных кабелей нужно подключить к правым (или левым) половинам антенного полотна, а их центральные проводники соответственно наоборот. Ошибки в подключении не должно быть, иначе антенная система не будет работать. В случае противофазного включения антенн-элементов в главном направлении будет глубокий минимум поля, так как про-изойдет расщепление основного лепестка диаграммы направленности решетки. Этот факт можно обнаружить, вращая решетку в плоскости расположение антенн-элементов и наблюдая за уровнем принимаемого сигнала. 98
В случае обрыва в распределительном кабеле, идущем к одной из антенн-элементов, может существенно ухудшиться согласование в месте подключения основного фидера к тройнику. В результате резко возрастут потери в фидере и ухудшатся условия приема (передачи).
Антенные решетки типов Е и Н (с разнесением элементов в соответствующей плоскости) неравноценны по своим электрическим и конструктивным параметрам. Решетка Е имеет лучшее согласование с кабелем, особен-* но в длинноволновом участке рабочего диапазона. .Кроме этого, решетка Е более компактна. Следует отметить, что антенные решетки (рис. 70, без экрана) примерно эквивалентны по КНД 3-антенне с экрансгм (см. рис. 68). Требования к точности направления антенны на телецентр для решетки Е более жесткие, так как ее диаграмма направленности в горизонтальной плоскости в 1,5—2 раза уже, чем решетки Н на соответствующих частотах.
Расстояния между антеннами в решетках выбирают-* ся из условия, приведенного на стр. 63 для До= 10. (Значение До относится к 3-антенне с экраном).
Более направленную антенную систему с КНД ~ 40 можно получить, выполнив полотно решетки так, как показано на рис. 71, и предусмотрев рефлектор. Здесь, как и в предыдущих вариантах, в качестве распределительных фидеров используются 150-омные кабели. Все они в месте подключения к фидеру соединены параллельно друг с другом при помощи металлической коробки. Распайка 75-омного фидера и распределительных кабелей по ее стенкам аналогична описанной для тройника с той лишь разницей, что теперь вместо двух 150-омных кабе-
лей включены четыре. К распределительным кабелям в этом случае предъявляется дополнительное требование: они должны быть длиной порядка Zp.K ~ 1,5 ХмаКс. Для улучшения согласования такой антенной решетки с фидером можно применить трансформатор, включив его между фидером и распределительной коробкой. В каче-7*	99
Рис, 71. Схема построения решетки из четырех 3-антенн <
сгве трансформатора удобно использовать отрезок типового 50-омного коаксиального кабеля, электрическая длина которого составляет 0,104 лмакс. Антенные решетки с системами питания, выполненными согласно рисункам 70 и 71 могут работать в 2->2,5-кратном диапазоне частот. В случае, когда реализация приведенных выше схем питания затруднена из-за отсутствия 150-омных кабелей, для построения синфазных решеток следует воспользоваться схемами, приведенными на рис. 72. Они удобны тем, что позволяют целиком (за исключением схемы а) ограничиться кабелями с волновым сопротивлением 75 ом.
На схемах рис. 72 показано, как нужно проложить кабели к точкам питания антенн для их правильной фа-зировки. Особое внимание следует обратить на соединение проводников в точках включения фидера. На рис. 72, а показана схема питания решетки, состоящей из двух 3-антенн. Экраны распределительных кабелей каждой из них соединены между собой, а центральные проводники в точках 0-0 припаяны к центральным проводникам трансформатора. Последний выполнен из двух одинаковых отрезков 50-омного кабеля длиной /Тр= — 0,165 %ср, где Хср —средняя длина волны рабочего диапазона антенны. Оплетки кабелей, входящих в трансформатор, соединены между собой. В точках С-С, на выходе трансформатора, питающий фидер включается через симметрирующее устройство, выполненное согласно схеме рис. 19, а. Схема питания решетки из четырех 3-антенн (рис. 72, б) более проста, здесь фидер через симметрирующее устройство непосредственно подключается к точкам 0-0 антенной решетки. Как и в предыдущем случае, экраны распределительных фидеров соединены между собой, а центральные проводники в точках 0-0 замкнуты друг на друга попарно. (Схема питания рис. 23, в).
На рис. 72, в показана схема питания антенной решетки, состоящей из 16 элементов. Она аналогична схеме б того же рисунка, если считать каждую четверку излучателей как одиночный элемент. Такая антенная решетка имеет КНД « 15Q4-160 (с учетом наличия экрана). Юстировку (ориентировку) антенны на корреспон* дента можно производить с помощью компаса и карты, или непосредственно по уровню принимаемого сигнала, 100 ,
Рис. 72, Схемы питания 3-антенн в решет* ках: а — двухэлементная решетка; б — четырехэлементная решетка; в—16-элементная решетка
С увеличением КНД антенны увеличиваются требования к тщательности ее юстировки как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. В последнем случае нежелательны отклонения от направления на корреспондента, превышающие ± 4°.
101
ВЫБОР И УСТАНОВКА АНТЕННЫ
Что определяет выбор и установку антенны
На выбор антенны и место ее установки большое влияние оказывает тот участок диапазона волн, в котором антенна работает. На пути от передатчика к приемнику радиоволны затухают, что и является основным препятствием для осуществления дальних и сверхдальних связей. При связи земными (поверхностными) вол« нами более длинные волны затухают медленнее и распространяются вдоль земли дальше, более короткие огибают препятствия (дифрагируют) слабее и быстрее затухают. На своем пути радиоволны могут переотражать-ся от различных предметов и в место приема приходить с разных направлений. В результате наложения (интерференции) таких волн сигнал может усиливаться или ослабляться.
Воздействие на прохождение радиоволны со стороны препятствия, расположенного на трассе, зависит от его размеров, конфигурации и электрических параметров. Чем меньше размеры препятствия и чем ближе его элек« трические параметры к параметрам воздушной среды, тем слабее оно влияет на прохождение радиоволн.
В случае приема телевизионных передач многолучевость приводит к повторным изображениям. Помимо сигнала корреспондента в месте приема, как правило, имеется масса посторонних сигналов, которые по отношению к полезному могут рассматриваться как помехи. Задача антенного устройства состоит в том, чтобы повысить энергетический потенциал радиолинии и содействовать устранению помех, в том числе и повторных изображений.
Самые разнообразные условия приема на местности (особенно в телевидении) требуют индивидуального подхода к выбору и установке антенны наиболее подходящего типа. Не всякой антенной и не в каждом случае можно достигнуть желаемых результатов. Однако существуют общие принципы, которым целесообразно следовать.
За зоной прямой видимости, определяемой примерно расстоянием /?км = 3,55 (l^hi + ]/h2), где hi и h2 — высоты подъема электрических центров передающей и 102
приемной антенн (л<), напряженность поля в УКВ диа< пазоне быстро падает. Здесь естественно необходимо применять антенны с возможно более высокой направленностью. Следует однако иметь в виду, что подъем антенн также приводит к энергетическому выигрышу, и в этом смысле его можно отождествить с увеличением коэффициента усиления "антенны. Иными словами, можно обеспечить одинаковые уровни сигнала на входе приемника, применяя вместо высокоэффективных, а еле-, довательно, тяжелых и громоздких антенн, более простые антенны, но расположенные выше первых. При подъеме антенны удлиняется фидер и увеличиваются потери в нем. Однако можно полагать, что в пределах практически выполнимых в любительских условиях высотах подвеса антенн, потери в коаксиальных фидерах^ будут меньше, чем выигрыш от подъема антенны. В этих случаях целесообразность применения фидеров с меньшим погонным затуханием и обеспечение возможно лучшего согласования с ним антенны не нуждаются в пояснении.
В большинстве случаев по мере приближения и вхождения в зону прямой видимости задача выбора антенны упрощается, т. к. здесь можно воспользоваться антенной с меньшим значением КНД, а следовательно, с меньши
Рис. 73. К пояснению переотраженнй радиоволн
ми размерами и более простой конструкции. Однако из-за переотраженнй и помех в этом случае тоже предпочтительнее антенны повышенной направленности. Антенны с более узкими диаграммами направленности, меньшим числом и уровнем боковых лепестков, повышают воз-
103
можность устранения сигнала помехи (если, конечно, направление ее прихода не совпадает с направлением при* хода полезного сигнала). Поясним сказанное на примере рис. 73. Здесь схематично показаны возможные варианты переотражения радиоволн. Отраженная волна проходит больший путь и поступает к месту приема позже, чем прямая. При поступлении в антенну прямой и отраженной волн, в случае приема телевидения, на экране одновременно будут видны два изображения. При наличии нескольких отраженных волн на экране телевизора появится столько же повторных изображений. Повторные изображения будут- смещены относительно основного пропорционально пути, проходимого каждой из отраженных волн. Если поступающие в антенну отраженные волны по интенсивности сравнимы с основной, то ко всему прочему, изображение на экране телевизора становится неустойчивым.
Повторные изображения нельзя устранить путем регулировки телевизора, пытаясь использовать внутренние отличительные признаки отраженной волны по сравне* нию с основной. Внешний отличительный признак — различие в направлении прихода радиоволн к ме,сту приема — можно использовать для устранения повторных изображений, используя пространственную избирательность антенны. Чем выЩе направленные свойства антенны, тем легче получить искомые результаты, вращая антенну в горизонтальной плоскости до совмещения минимумов в ее диаграмме направленности с направлением прихода нежелательных излучений. Причем, степень подавления отраженной волны будет зависеть от глубины соответствующего минимума в диаграмме направленности антенны.
Динамический диапазон уровней телевизионного сигнала (перепад яркостей) велик. Он достигает порядка 30 дб. Это обстоятельство осложняет задачу по устра* нению повторных изображений, так как даже существенно ослабленные отраженные волны могут вносить заметные искажения (повторные изображения).
Изображение на экране телевизора считается повторным, если оно смещено относительно основного изображения на расстояние, превышающее 1 мм. Небольшое двоение в пределах 1 мм можно отнести за счет'нерез-кости изображения, 104
Для борьбы с помехами иного происхождения, направления прихода которых не совпадают с направлением прихода полезного сигнала, следует также использовать направленные свойства приемной антенны. В большинстве случаев требуется сужение диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости, что приводит к необходимости увеличения ее размеров в этой же плоскости. Однако в ряде случаев, при наличии таких источников помех как, например, различного вида транспорт, следует позаботиться о сужении диаграммы направленности в вертикальной плоскости, либо о соответствующей ее ориентации в этой плоскости.
Следует сказать, что при рассогласовании фидерной линии с антенной и приемником в фидере возникает ряд переотраженных волн. Наличие этих волн приводит к результатам, аналогичным описанным выше, т. е. к искажению нормального Приема телепередачи. Интенсивность воздействия многократно отраженных волн на телевизионное изображение зависит от длины фидера и его КПД. Чем длиннее фидер, тем больше время распространения отраженных волн и величина смещения повторного изображения на экране телевизора. Однако с другой стороны, с увеличением длины кабеля (или уменьшением его КПД) возрастает затухание отраженных волн, что ослабляет их воздействие на телевизионное изображение.
Величину смещения d можно определить как:
. , tx а—О —— , ‘Р где Ь — ширина экрана телевизионной трубки, мм;
tK— время распространения отраженных волн в ка* беле, мксек;
/р — длительность развертки одной строки, мксек.
Если время распространения отраженной волны равно длительности воспроизведения одного элемента изображения, то повторное изображение становится заметным на экране телевизора в том случае, когда амплитуда отраженной волны составляет 15->20% амплитуды волны, несущей изображение. Если же время распространения отраженной волны равно длительности воспроизведения двух с половиной элементов изображения, то повторное изображение заметно уже тогда, когда
амплитуда отраженной волны составляет 8—12% амплитуды волны, несущей изображение.
В итоге со всей очевидностью вытекает необходимость в улучшении согласования с фидером и антенны, и приемника, либо в устранении, отражений хотя бы с одного конца. Определить причину появления многоконтурно-сти изображения можно при помощи поворота антенны. Если причина заключается в рассогласовании, то степень искажения изображения не будет зависеть от поворота антенны.
Способы установки антенн
Вопросы рациональной установки антенн на крышах явл&ются актуальными, вследствие большого количества повреждений, причиняемых кровлям при монтаже антенн индивидуального пользования.
Установка антенн на крышах зданий приводит к необходимости систематического наблюдения за состоя-
нием как самих антенн, так и кровли. Поэтому желательно, если позволяют условия приема, использовать для размещения антенных устройств чердачные помещения. Здесь антенны будут защищены от атмосферных воздействий. Срок их службы увеличится. В чердачном помещении антенны можно монтировать при отсутствии 106
стальных кровель (рис. 74). К стойкам, стоящим на лежне по оси здания, прикрепляют продольный брусок 1. На этом бруске, между стропилами, прикрепляют вибратор 2, ориентируя его на телецентр. Симметрирующее устройство 3 и фидер 4 в этом случае не требуют специального закрепления. Фидер вводится в жилое помещение через потолочное перекрытие.
Рис. 75. Вариант установки антенны на крыше здания
При установке антенны на крыше необходимо предварительно подключить к ней фидер и произвести все необходимые пайки. После ориентировки антенны в нужном направлении на крыше производится разметка для
Рис. 76. Способ прокладки фидера, устраняющий его обледенение
установки подпятника стойки и закрепов под оттяжки. На рис. 75 показана схема установки антенны на крыше. Стойка 1, установленная в подпятник 3, фиксируется двумя ярусами оттяжек 2. Оттяжки оканчиваются закрепами 4. Стойка поддерживает антенну 5. Отдельные функциональные узлы показаны крупным планом (подпятник, закреп, ярус оттяжек с кольцом на стойке). Фидер на крыше целесообразно проложить по специаль? ному кронштейну, укрепленному в настенном жёлобе (рис, 76). На конце кронштейна делают вырез со значи-
.6
Рис. 77. Способ использования оттяжек для фиксации антенны
тельным округлением, чтобы кабель не получал резкого изгиба.
Кронштейн должен иметь обратный уклон по отношению к скату крыши порядка 20°. При таком положе* нии он гарантирован от попадания талых вод, а фидер — от образования наледи и сосулек. Поднимая антенны на 108
мачтах, следует стремиться к максимальному облегчению их конструкции и снижению парусности. На рис. 77 показано, как можно изготовить, например, зигзагообразную антенну без применения поперечных реек. В трех точках полотно антенны крепится непосредственно к мачте, а за четыре вершины квадратов растягивается Оттяжками для придания ему необходимой формы и фиксации в рабочем положении. Проволочные оттяжки присоединяются к полотну антенны через изоляторы. Такая конструкция удобна тем, что полотно антенны само частично выполняет роль оттяжек и позволяет применить более высокий и легкий шест — мачту, чем в случае использования реек.
Некоторые вопросы изготовлений, эксплуатации и ремонта антенн
Следует учитывать, что антенна может быть изготовлена не только из трубок, но и из плоских лент, уголков и проволоки. В местах соединений элементов антенны нельзя допускать касания разнородных металлов, которые образуют недопустимые гальванические пары, приводящие к коррозии. Так, например, нельзя, прижимать необлуженный медный проводник к стальному. Нельзя приклепывать к меди стальные лепестки (оцинкованные или неоцинкованные) или прижимать центральный провод кабеля к медной трубке стальным винтом. Медь — сталь и медь — цинк образуют гальванические пары.
Пайка, выполненная припоем типа ПОС, имеет невысокую механическую прочность, поэтому, во избежание разрыва спая, кабель нужно дополнительно подвязывать на небольшом расстоянии от места пайки. Обнаружить и устранить неисправности в ануеннах, поднятых на мачту, довольно трудно. Поэтому при монтаже кабельных соединений в антенне необходимо следить за тем, чтобы проводники не были надрезаны и волоски наружной оплетки кабеля не могли замкнуть его накоротко. Кабель, симметрирующие и согласующие устройства следует подвязывать к рейкам или мачтам, чтобы вибрация не могла нарушить места сочленений. Последние полезно также предохранить и от попадания влаги.
В связи с тем, что антенны, как правило, подняты на значительную высоту возникает опасность поражения 10Й
молнией и антенны, и аппаратуры, к которой она под* ключена. Поэтому вопросам грозозащиты должно быть уделено серьезное внимание. При установке антенн, имеющих точки нулевого потенциала на своих проводниках, устройство заземления упрощается.
В этом случае оплетка коаксиального фидера подсоединяется (например, перед вводом в дом) к металлическому листу, вкопанному в землю. В процессе эксплуатации необходимо периодически проверять целостность заземления.
Антенны и фидеры находятся в тяжелых эксплуатационных условиях. Колебания температуры, атмосферные воздействия, дым, выделяемый во время топки печей, являются основными причинами, которые ускоряют их износ. Осмотр наружных антенн нужно проводить ежегодно в летнее время. Во время осмотра проверяют и обновляют пайки, подтягивают болтовые соединения и провисшие оттяжки. Очищают от грязи и копоти антенные изоляторы. Если у кабеля сильно изношена наружная оболочка, то его целесообразно заменить.
При установке антенн на крышах строений необходимо соблюдать правила по технике безопасности.
Л ИТЕРАТУРА
П и с то ль к о р с А. А. АНТЕННЫ. Связьиздат, 1947 г.
Долуханов М. П. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИО-
ВОЛН. Госиздат, 1952 г.	•
Давыденко Ю. И. РАСПРОСТРАНЕНИЕ УКВ И РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ. Воениздат, 1963 г.
Бекетов В. И. АНТЕННЫ СВЧ. Воениздат, 1957 г.
Л и н д е Д. П. АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА. Госэнергоиздат, 1953 г.
Самойлов Г. П. ДАЛЬНИЙ ПРИЕМ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПЕРЕДАЧ. Связьиздат, 1952 г.
Козловский А. С. КАК УСТАНОВИТЬ АНТЕННУ НА КРЫШЕ. Москва, 1958 г.
За гик С. Е., Капчи некий Л. М. ПРИЕМНЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ. Госэнергоиздат, 1962 г.
Фибранц А. АНТЕННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРИЕМА ТЕЛЕВИДЕНИЯ И РАДИОВЕЩАНИЯ. Связьиздат, 1964 г.
Харченко К. II. «Бюллетень изобретений» № 10, 1961 г.
Харченко К. П. «Радио» №№ 3, 4, 8, 1961 г.
Харченко К. П. «Радио» № 5, 1961 г., № 4, 1965 г.
Харченко К. П, «Радио» № 10, 1967 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие .	,	.	  3
О ХАРАКТЕРИСТИКАХ АНТЕННЫ . . f........................... 5
Назначение антенны..................................  5
Основные технические показатели антенны	....	5
Связь размеров антенны с ее диапазонностью .	. '.	13
Связь размеров антенны с коэффициентом усиления .	15
Способы уменьшения размеров антенны .	.	.	.	18
Пересчет размеров антенны одного рабочего диапазона частот для применения ее в другом диапазоне частот .	22
О СИСТЕМЕ ПИТАНИЯ АНТЕННЫ ............................... 23
Фидер .	.... Г ...	...	23
Согласование.........................................26
Присоединение фидера к клеммам питания антенны .	31
Питание антенных решеток.............................40
КОНСТРУКЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИБРАТОРНЫХ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ АНТЕНН.......................... 47
Принцип действия директорной антенны ....	47
Коэффициент направленного действия и полоса пропускания директорной антенны...........................50
Построение директорной антенны ..................... 52
Построение синфазной решетки из директорных антенн 53
Преимущества и недостатки директорных антенн	65
Конструкции активных вибраторов директорных антенн	66
Логопериодические вибраторные антенны ....	70
КОНСТРУКЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗИГЗАГООБРАЗНЫХ АНТЕНН.................................   77
Принцип действия зигзагообразной антенны ....	77
Выполнение полотна зигзагообразной антенны ...	80
Способы уменьшения размеров полотна зигзагообразной антенны..........................................84
Увеличение эффективности зигзагообразной антенны .	93
Построение синфазной решетки из зигзагообразных антенн .................................... .....	96
ВЫБОР И УСТАНОВКА АНТЕННЫ........................  .	102
Что определяет выбор и установку антенны .	.	,	.102
Способы установки антенн .......................... 106
Некоторые вопросы изготовления, эксплуатации и ремонта антенн ............................ .....	109
Литература................................................НО
УКВ АНТЕННЫ
Константин Павлович Харченко
Редактор Л. А. Енина
Художественный редактор Г. Л. Ушаков Технический редактор Б. С. Фриман Корректор Р. М. Рыкунина.
Г-64503 Сдано в набор 14.12-67 г.
Подписано к печати 4.1-69 г.	Изд. № 1/4729.
Формат 84 X Юв'/зг.	Бумага типографская № 3.
Тираж 200.000 экз.
Цена 22 коп. Объем физ. п. л. 3,5-5,88 усл. п. л.
Уч. изд: л. 5,374	Зак. 6550.
Издательство ДОСААФ, Москва, Б-66, Ново-Рязанская ул., д. 26.
Типография «Красная звезДа».
Мне всегда нравились старые, сильно потрёпанные книжки. Потрёпанность книги говорит о её высокой востребованности, а старость о вечно ценном содержании. Всё сказанное в большей степени касается именно технической литературы. Только техническая литература содержит в себе ту великую и полезную информацию, которая не подвластна ни политическим веяниям, ни моде, ни настроениям! Только техническая литература требует от своего автора по истине великих усилий и знаний. Порой требуется опыт целой жизни, чтобы написать небольшую и внешне невзрачную книгу.
К сожалению ни что не вечно в этом мире, книги треплются, разваливаются на отдельные листы, которые затем рвутся в клочья и уходят в никуда. Плюс ко всему орды варваров, которым без разницы, что бросить в костёр или чем вытереть свой зад. Именно их мы можем благодарить за сожженные и растоптанные библиотеки.
Если у Вас есть старая книга или журнал, то не дайте им умереть, отсканируйте их и пришлите мне. Совместными усилиями мы можем создать по истине уникальное и ценное собрание старых технических книг и журналов.
Сайт старой технической литературы:
Http ://г£иГШЬ. 'АЙ rorf. ГМ.
И tup: // rtt YO С t. Ж.££ РЖ.. С- О Ж.
С уважением,
Архивариус