Равномерная линейная решетка вибраторов

1) Рассмотрим направленные свойства антенны состоящей из ряда линейных вибраторов, расположенных вдоль.

Определим суммарное поле в удаленной точке М. Если расстояние до точки М намного больше длины линейных вибраторов, то , , , . . , практически одинаковы по величине и отличаются только сдвигом фаз, получающимся из-за разницы длины путей от отдельных вибраторов до точки М.

Так как расстояние до точки М велико лучи можно считать параллельными, где разность хода лучей от вибраторов 1 и 2 равна , то есть:

.

Аналогично:

Суммарное поле в точке М:

,

где ,

где А=const, - ДН отдельного вибратора, - расстояние от первого вибратора до точки М.

Таким образом, линейка вибраторов создает в дальней зоне ЭМП со сферическим фронтом волны, центр которой совпадает со средней точкой линейки. Функция имеет вид, указанный на рисунке:

То есть имеется основной максимум при ψ=0 и серия боковых лепестков. Положение минимумов и максимумов лепестков определяется числителем, являющимся быстро меняющейся функцией, а их амплитуда определяется знаменателем – медленно меняющейся функцией.

Ширина главного лепестка ДН:

,

если - мал, то ,

где - длина антенны.

2) Пусть антенна состоит из нескольких рядов линейных синфазно возбужденных вибраторов, расположенных в одной плоскости.

Напряженность электрического поля системы вибраторов в дальней зоне:

Ширина ДН:

а) - в плоскости

б) - в плоскости .

Если антенная решетка несинфазная, то есть токи ряда вибраторов несинфазны, а сдвиг фаз между токами соседних вибраторов постоянен и равен некоторой величине χ, то для линейной решетки выполняется соотношение:

Максимум излучения получается под углом :

,

то есть меняя χ можно изменить направление максимального излучения. Аналогично, если антенна состоит из нескольких рядов, можно управлять направлением максимального излучения по углам и . Необходимые фазовые сдвиги между токами соседних вибраторов одного ряда и токами вибраторов соседних рядов определяется следующим образом:

Тогда ДН такой системы имеет вид:

Вибраторные антенны УКВ

Свойства обычного симметричного вибратора были рассмотрены ранее. Практическое исполнение их может быть разнообразным.

Выполнение их конусовидными в месте присоединения вибратора к питающей линии, позволяет уменьшить емкость между торцами плеч вибратора (рис 1 и 2). У биконического вибратора (3) распределенная емкость постоянна, что позволяет его использовать в более широком диапазоне частот.

Питание симметричного вибратора

В большинстве случаев питание вибраторов УКВ осуществляется коаксиальным кабелем. Простое подсоединение коаксиальной линии к симметричному вибратору недопустимо, так как это приведет к несимметричному возбуждению плеч и возбуждению наружной поверхности оболочки линии.

В коаксиальной линии на внутреннем проводнике и внутренней стороне внешней оболочки токи равны по амплитуде, а фазы противоположны: . Однако на наружной оболочке ток разветвляется на два тока: - ток в начале плеча вибратора и - ток, текущий по наружной поверхности оболочки. Отсюда следует, что . В результате соотношение амплитуд и фаз токов на плечах вибраторов (в отличие от требуемого), что приводит к искажению ДН и потерям. Чтобы избежать этого используют специальные схемы соединения коаксиальной линии с вибратором, при которых обеспечивается симметричное возбуждение плеч вибратора –так называемые схемы симметрирования.

Четвертьволновый стакан.

На коаксиальную линию надевают металлический стакан длиной , дно которого соединяется с внешним заземленным проводом линии. При этом получается -ая короткозамкнутая линия, входное сопротивление которой между точками a и b очень велико. В результате точка b изолирована от заземленного стакана и ток не ответвляется на внешнюю сторону оболочки.

U-колено

В данной схеме внутренний провод коаксиальной линии через U-колено разветвляется к обеим половинам симметричного вибратора. При этом длина пути тока к одной половине вибратора больше, чем к другой на , чем достигается противоположная полярность потенциалов в точках а и b. Однако, чтобы токи в обоих плечах вибратора были одинаковы, необходимо, чтобы токи, выходящие на наружные оболочки коаксиальных линий были бы тоже одинаковыми, поэтому наружные оболочки накоротко замыкаются.

Обе эти схемы узкополосны.

Для расширения рабочего диапазона симметричного вибратора используют схемы с компенсацией тока на наружной оболочке коаксиальной линии.

В данной схеме используется компенсирующий штырь 3, который имеет такую же конфигурацию, что и наружная поверхность 2 коаксиальной линии. В результате, ток текущий по штырю, противоположен по фазе току, текущему по наружной оболочке коаксиальной линии и равен ему по амплитуде.

Следовательно, вибратор симметричен. Такое устройство работает в широком диапазоне, даже до двукратного.