Изучение симметричного вибратора в одноосном кристалле

 

 

 Входное сопротивление несимметричного вибратора над диском зависит от длинны вибратора и диаметра диска. При диаметре диска, больше чем , поправка на конечный диаметр не превышает Ом для активного и реактивного сопротивлений и уменьшается с увеличение диаметра диска.

 

НЕСИММЕТРИЧНЫЕ АНТЕННЫ

 

Конструктивное выполнение несимметричных антенн зависит от геометрических размеров, т.е. от диапазона волн в котором работает антенна.

Основные параметры антенны при большой проводимости земли могут быть рассчитаны с помощью метода зеркальных изображений. Не симметричная антенна высотой h, расположенная над идеально проводящей плоскостью, создаёт в верхнем полупространстве ( ) такое же поле, как симметричный вибратор длинной 2h при одинаковых токах на входе.

 

 

Несимметричные антенны с горизонтальными проводами по полю в верхнем полупространстве имеет своим эквивалентом симметричный вибратор с ёмкостной нагрузкой на конце.

1. Расчёт поля и ДН не симметричной  антенны – производится по  формулам для эквивалентного  симметричного вибратора, находящегося  в свободном пространстве (необходимо  заменить  и ) для углов (нижнее полупространство) поле излучения отсутствует. В горизонтальной плоскости излучения несимметричных антенн также, как и эквивалентных симметричных вибраторов – направленное.

2. КНД несимметричной антенны  высотой h в 2 раза больше, чем КНД эквивалентного симметричного вибратора (длиной 2h). Например, для антенны ;

3. Действующая длина несимметричной  антенны – определяется как  длина вертикального диполя Герца (или антенны с равномерным  распределением тока), расположенного  непосредственно над проводящей  плоскостью и создающего при  одинаковых токах такую же  напряжённость поля в максимуме  ДН, что и рассматриваемая антенна.

Из расчётов вытекает, что , т.е. действующая длина несимметричной антенны в 2 раза меньше длины эквивалентного симметричного вибратора.

Применительно к нем антеннам применяют термин «действующая высота» и обозначают её . При этом напряжённость поля несимметричной антенны рассчитывается по формуле:

.

4. Сопротивления излучения несимметричной  антенны – в 2 раза меньше, чем  сопротивление излучения эквивалентного  симметричного вибратора, т.к. антенна  излучает в 2 раза меньшую мощность (не излучает в нижнее полупространство).

5. Входное сопротивление не симметричной  антенны – в 2 раза меньше входного  эквивалентного симметричного вибратора, т.к. при одинаковых токах  на входных клеммах у эквивалентного симметричного вибратора напряжение на них должно быть в 2 раза больше, чем у не симметричной антенны – ; - в режиме приёма электромагнитной волны одинаковой интенсивности наведут на клеммах несимметричной антенны наведут в 2 раза меньшую ЭДС.

 Всё, что было сказано ранее о настройке и диапазонности симметричных вибраторов, в полной мере относится и к не симметричным антеннам. Настройка с помощью концевой ёмкости в не симметричных вертикальных антеннах используется гораздо чаще, чем в симметричных вибраторах, т.к. довольно трудно настроить антенну достаточно большой высоты, а создать разветвлённую концевую горизонтальную часть проще (особенно на ДВ).

 6. Эквивалентная высота горизонтальной части антенны – зависит от числа, диаметра и длинны составляющих проводов. При высоте антенны , горизонтальные провода с их зеркальными изображениями можно рассматривать как разомкнутые на концах двухпроводные линии. На основании этого для расчётов длины антенны с N одинаковыми горизонтальными лучами получено уравнение:

где и - волновое сопротивление и длина горизонтальных проводов, а - волновое сопротивление вертикальной части антенны.

 

 

 7. Несимметрично короткие антенны – антенны высота которых много меньше длины волны. Распределение тока в них описывается отрезком синусоиды и может считаться линейным. Такие антенны широко распространены в диапазонах ДВ и СВ.

 ДН всех коротких антенн в горизонтальной плоскости имеет вид почти правильной окружности, а вертикальной – половины «восьмёрки», т.е. ; при .

 Действующая высота коротких антенн проще всего определяется по методу равенства площадей тока (см. ранее). При отсутствии горизонтальной части ( ) , а при её большом разветвлении , т.к. при этом распределение тока на вертикальной части приближается к равномерному.

 Входное сопротивление коротких антенн состоит из сравнительно небольших по величине сопротивлений излучения и потерь и большого ёмкостного сопротивления:

 Настройка коротких антенн производиться с помощью удлинительных катушек, индуктивность которых определяется из условия :

Удлинительные катушки обычно имеют большую индуктивность. Активное сопротивление их проводов может достигать значительных величин – до единиц Ом. Из-за больших реактивностей самой антенны и органов настройки и малой величины активного сопротивления короткие антенны имеют большую добротность, доходящую до сотен единиц. Поэтому полоса пропускания коротких антенн получается узкой, а напряжение в антенне большим.

 

Диско - конусная антенна

 

Расширение полосы пропускания несимметричных вибраторов и антенн достигается такими же методами, как и симметричных вибраторов: утолщение проводов симметрических вибраторов и применение конических и плоскостных конструкций.

 

 

Диско - конусная антенна – широкополосная несимметричная антенна – образована из биконических антенн при замене одного конуса диском. Питание к ней подводиться с помощью коаксиального кабеля, причём центральный провод присоединяется к диску, а наружная оболочка – к конусу в его вершине. Наименьшая рабочая частота называется наибольшей рабочей длинной волны и равна , т.е. длина образующей должна быть несколько больше четверти наибольшей длинны волны. Установлено, что с уменьшением размеров d и t граница полосы рабочих длин волн расширяется в сторону более коротких волн и что оптимальным углом конуса является . Между размерами устройства возбуждения должно соблюдаться соотношение: . Радиус основания конуса равен . Радиус диска выбирается равным .

 ДН антенны в горизонтальной плоскости круговая. ДН в вертикальной плоскости зависит от угла при вершине конуса , отношения и от рабочей частоты. Она имеет вид лепестков, которые с увеличением частоты сужаются, всё более прижимаясь к образующей конуса.

 Диско - конусные антенны применяются в основном как слабонаправленные антенны метрового и дециметрового диапазонов.

 

 

Влияние конечной проводимости земли

 

Оно сводится прежде всего к уменьшению КПД и соответственно коэффициента усиления за счёт потерь в земле. Качественно представление можно получить из рисунка на котором показана ДН по меридиональной составляющей электрического вектора поля создаваемого четвертьволновым вибратором над идеально проводящей плоскостью (пунктир) и над плоскостью с потерями (сплошная линия).

 

Наиболее общее выражение для КПД несимметричной антенны: где - сопротивление потерь в экране или земле, - активное сопротивление органов настройки (чаще всего – удлинительные катушки). Вопрос о КПД остро стоит для антенн длинных и сверхдлинных волн, которые вынужденно оказываются электрически короткими, с малым сопротивлением излучения. КПД этих антенн не превышает . При этом важно снизить потери в органах настройки и в земле. Для уменьшения удлинительной катушки применяют широко разветвлённую горизонтальную часть. Если этого не достаточно – применяют антенны с многократным снижением – здесь добиваются синфазных токов во всех снижениях.

Для уменьшения потерь в земле применяют специальные устройства – заземление и противовесы. Здесь токи к обратному проводу фидера подводятся через разветвлённую сеть проводов, имеющих малое сопротивление по сравнению с сопротивлением поверхностного слоя земли. Чем гуще расположены провода и чем больше занимаемая ими площадь, тем лучше заземление или противовес. Заземление в общем обеспечивает меньшее сопротивление потерь, чем противовес, однако стоимость его выше. Периметр заземления или противовеса должен отстоять от антенны на расстоянии, примерно равном высоте антенны. Провода противовеса изолируются от земли.