Aperiodic anrenna

Режим біжучої хвилі передбачає наявність опору (повинна ж чимось поглинатися хвиля, що біжить, щоб не було відбитою). Але цим опором зовсім не обов'язково повинен бути навантажувальний резистор. Згадаймо (з розділу 2), що отримати режим біжучої хвилі в лінії можна двома способами:

1. Накинувши її на резистор, рівний хвильовому опору лінії,

2. Використовуючи дуже довгу лінію з великими активними втратами в ній (п. 3.9.2.4).

Перший спосіб в застосуванні до антен біжучої хвилі ми розглянули в трьох попередніх параграфах. А як застосувати другий спосіб для створення АБВ? Чи не робити ж антену з ніхрому, щоб в ньому все затухло ...

Виявляється, є спосіб (причому вже добре відомий нам) забезпечити режим, близький до біжить хвилі в антенном дроті. Для цього лише треба зробити діаметр проводу зростаючим по довжині до великих значень (помітних в l). Згадали? Так-так, параграф 4.1.3.2: «На частотах, де довжина сверхширокополосного диполя (в l) велика, його можна уявити як лінію з великими втратами на випромінювання. Поки падаюча хвиля добереться до кінця вібратора, вона втратить багато енергії на випромінювання. Те ж саме трапиться і з відбитої (вже невеликий) від країв вібратора хвилею. А (як ми пам'ятаємо з п. 3.9.2.4) лінія, з великими втратами поводиться як активний опір незалежно від опору навантаження. Тому-то КСВ такого диполя не збільшується навіть на дуже високих частотах (антена рис 4.1.10 має КСВ <2 навіть на 435 МГц), а розподіл струму по вібратора ближче до рівномірного, ніж до синусоидальному ».

Отже, все надширокосмугові антени, описані в параграфах 4.1.3.2, 4.1.5.1, 4.2.8.1, 4.2.8.2, можна вважати апериодическими (біжучої хвилі) антенами. Причому, без навантажувальних резисторів. Будемо називати такі антени АБВ без резистора.

Розподіл струму по АБВ без резистора не настільки рівномірно, як в узгодженої лінії. Завжди є відбита від відкритих кінців антени хвиля (хоча і невелика). Тому АБВ без резистора мають не настільки широку смугу і не такий низький КСВ в ній (див. П. 4.1.3.2, 4.1.5.1, 4.2.8.1, 4.2.8.2) як АБВ з навантажувальним резистором.

Тоді який сенс в АБВ без резистора? У зростанні ККД і Ga. Адже якщо немає резистора - значить, немає і теплових втрат в ньому. Тому ККД (а отже і Ga) таких антен вище. Особливо велике це перевага при малих довжинах антени - посилення АБВ без резистора практично таке ж, як і у резонансного диполя аналогічних розмірів. А у АБВ з навантажувальним резистором воно помітно нижче, і це програш різко зростає при зменшенні довжини антени. Якщо ви хочете описів коротких (з довжиною сторони до 1 ... 2 l) АБВ без резистора, то перечитайте параграфи 4.1.3.2, 4.1.5.1, 4.2.8.1, 4.2.8.2 і справа з кінцем.

Але в цьому розділі ми вже якось звикли до антен з довжиною кілька l. І тому цікаво вивчити довгі (кілька l) АБВ без резистора. На перший погляд здається, що досить у будь-який з антен п. 4.1.3.2, 4.1.5.1, 4.2.8.1, 4.2.8.2 збільшити частоту настільки, щоб електрична довжина вібратора досягла б тих самих кількох l - і довга АБВ без резистора готова. Якщо вас не цікавить ДН і Ga, цього і справді достатньо.

Але погодьтеся - від довгої антени все-таки бажано отримати високу посилення і спрямовану ДН. А при простому підвищенні частоти у більшості антен п. 4.1.3.2, 4.1.5.1, 4.2.8.1, 4.2.8.2 виявляється занадто великим (в l) поперечний розмір. І тому ДН розсипається на безліч пелюсток і навіть віддалено не нагадує вузькі ДН довгих АБВ з резистором.

Тому, при створенні довгих АБВ без резистора доводиться вибирати форму і поперечні розміри вібратора компромісно. З одного боку поперечний розмір повинен бути відносно невеликим (грубо кажучи - менше 0,5 l) на верхній робочій частоті антени. З іншого - збільшення цього розміру забезпечує меншу відображення і більш рівномірний розподіл струму, що збільшує смугу і Ga. Складні, об'ємні вібратори (типу дротяних конусів) при великій довжині складні конструктивно. Тому для довгих АБВ без резистора використовують плоский трикутний вібратор (з набору проводів), лінійно розширюється до вільного кінця. У файлі ... ABW-R1.maa показаний такий вібратор з довжиною 100 метрів і максимальною шириною на кінці 12 м.

Дуже показово порівняти параметри проводу однієї і тієї ж довжини, але живиться по-різному. На рис 4.4.14 показані параметри на частоті 14 МГц трьох антен однакової довжини 100 м (5l):

1. АБВ без резистора . Плоский, трикутний вібратор з набору проводів розширюється до вільного кінця до 12 м.

2. Резонансний LW з тонкого дроту (п. 4.1.7.2).

3. АБВ з тонкого дроту з навантажувальним резистором на кінці (рис. 4.4.1).

Мал. 4.4.14.

Всі три антени знаходяться у вільному просторі.

Перехід від резонансного LW до АБВ з резистором (від 2 до 3 на рис 4.4.14) майже повністю прибирає задні пелюстки, але знижує Ga в двох передніх пелюстках без малого на 3 дБ. Це наслідок розсіювання частини потужності передавача в навантажувальними резисторами.

Навпаки, перехід від резонансного LW до АБВ без резистора (від 2 до 1 на рис 4.4.14) підвищує посилення. Очевидно, що в АБВ без резистора немає непотрібних теплових втрат. Просто немає того місця, яке можна обігріти (метал самої антени припускаємо добре проводять). Тому АБВ без резистора випромінює в ефір точно таку ж потужність, як і резонансний LW. Але за рахунок того, що в АБВ без резистора розподіл струму набагато ближче до рівномірного, ніж до синусоидальному, змінюється ДН. Задні пелюстки (обумовлюються відбитої від відкритого кінця вібратора хвилею) стають помітно (на кілька дБ) менше. Зекономлена на випромінюванні тому потужність йде на збільшення передніх пелюсток.

Тому у АБВ без резистора посилення навіть вище, ніж у резонансного LW рівної довжини. Трохи (в залежності від довжини на 1 ... 1,5 дБ), але вище.

Історично перша вдала АБВ без навантажувального резистора була розроблена Б. Брауде [1]. Він виконав ромбическую антену з набору проводів, ширина якого зростала до кінця антени (рис. 4.4.15). Вихідна ідея була така - знизити хвильовий опір навантажується двухпроводной лінії. Це дозволить застосувати навантажувальний резистор меншого опору, і відповідно знизити теплові втрати в ньому. Ідея спрацювала: така антена (файл ... RHOMBIC_Braude.maa з прапором «Включити навантаження») мала Ga на 1..2 дБ, ніж проста ромбическая антена з такими ж розмірами.

Мал. 4.4.15

При експериментах з'ясувалося, що якщо з цієї антени взагалі виключити навантажувальний резистор (залишивши далекі широкі кінці антени вільними), то посилення ще трохи зросте (файл ... RHOMBIC_Braude.maa зі знятим прапором «Включити навантаження»), але при цьому погіршиться F / B. Якщо поглянути на ДН 3 і 1 на рис 4.4.14, то це виявиться цілком зрозумілим.

Як не дивно, але АБВ без резистора в вигляді одиночного товстого дроту практично була застосована набагато пізніше - в кінці 20-го століття К. Харченко [2]. Настільки довге невикористання таких антен, на мій погляд, пояснювалося складністю отримання однолепесткових спрямованої ДН.

Справа в тому, що ДН одиночного (нехай навіть і товстого) дроти - фігура обертання двох пелюсток навколо осі проводу. Тобто при великих висотах підвісу є значний мінімум в азимутальной ДН точно по осі проводу. Щоб азимутальная ДН придбала пристойний вигляд з одним головним пелюсткою треба, щоб вона будувалася для зенітного кута, рівного куту відхилення пелюсток від осі проводу b (табл. 4.1.2). Тобто максимум ДН у вертикальній площині повинен бути спрямований під кутом b до горизонту. А для цього (див. П.4.1.7.2) провід повинен бути розташований досить низько над землею. При цьому ближня зона антени буде гріти землю уздовж всієї довжини антени і ККД сильно впаде. До роботи [2] це вважалося неминучим злом, і довгі антени біжучої хвилі використовувалися лише як прийомні (див. Наступний розділ).

Для виключення обігріву грунту Харченко металізовані землю декількома проводами, що йдуть по землі паралельно уздовж всієї довжини низько підвішеною АБВ без резистора. Це призвело до значного зростання Ga. Справді: навіть у вільному просторі Ga АБВ без резистора перевищує 10 dBi (рис. 4.1.14), а (як ми пам'ятаємо з п. 3.3.3 та 3.4.3) при переході від вільного простору до землі є прибавка Ga до 6 дБ. Звичайно, для отримання цієї надбавки в напрямку головної пелюстки треба грамотно вибрати висоту і положення антени над землею, і домогтися низьких втрат ближньої зони в ній. В [2] обидві ці завдання успішно вирішені в променевої антени (рис. 4.4.16 файл ... Lu4-full.maa) . Її довжина становить 120 метрів.

Мал. 4.4.16.

Для підвищення посилення замість одного плоского розширює дроти використані два, паралельно включених і трохи розходяться по ширині. З тією ж метою дальній кінець антени розташований трохи вище її початку. В результаті цих заходів на оптимальній частоті (15 МГц) променева антена має Gа, що перевищує 15 dBi, що можна порівняти з ромбічної антеною такої ж довжини. Причому у променевої антени таке посилення досягається при помітно меншій висоті підвісу.

Однак за це доводиться платити хорошою металізацією землі під полотном антени. Очевидно, що променева антена це дві паралельно включені однопровідні, злегка похилі АБВ без резисторів.

Антена з розмірами рис. 4.4.16 працездатна в смузі 5..21 МГц. Але це сама АБВ. А в даному випадку для підключення джерела необхідно ВЧЗ (точно так само, як і в іншій однопровідною АБВ, наприклад рис. 4.4.1). На рис. 4.4.16 воно умовно показано одним l / 4 противагою. На практиці його виконують як безліч паралельно включених противаг різної довжини (см. П.4.4.1), так щоб на будь-якій робочій частоті один з радіаль мав би близьку до l / 4 довжину.

Оскільки в повному файлі променевої антени ... Lu4-full.maa майже 3000 сегментів, то розрахунок йде довго. Для якісного вивчення краще скористатися спрощеною моделлю ... Lu4.maa , В якій розходиться сітка проводів замінена ступінчастими переходами провідників наростаючого радіусу.

На головну - Main page