Площинні синфазні антени
Площинними синфазними антенами називають антени, що складаються з декількох вібраторів, розташованих в одній площині на певних відстанях один від одного і збуджуються в одній фазі. Схематично така антена з восьми напівхвильових вібраторів, зібраних на чотири поверхи по два вібратори в кожному, показана на рис. 16.
Ця антена є налаштованою і здатна працювати у вузькій смузі частот. Відстань між поверхами у неї дорівнює половині хвилі; живлення вібраторів здійснюється двопровідною лінією.
Так як у двопровідній лінії напруга через кожні півхвилі змінює свій знак (фаза змінюється на 180 °), то точки підключення вібраторів до лінії живлення робляться переміщуються при переході від одного поверху до іншого, таке перехрещування кінців якраз і забезпечує живлення вібраторів в одній фазі.
При відхиленні робочої хвилі від розрахункової синфазності живлення вібраторів у антени, показаної на рис. 16, порушується. У правій частині рис. 16 пунктиром показано розподіл напруги лише одному з проводів у разі, коли робоча хвиля l перевищує розрахункову l0.
Зіставляючи розподіл напруги на хвилях l0 і l, можна бачити, що на хвилі l0 вібратори 1-го і 4-го поверхів живляться в протифазі, від чого порушується нормальна робота антени. Таким чином, антена, зображена на рис. 16, виявляється недіапазонною через особливості системи живлення. Застосування у разі товстих вібраторів положення не рятує.
Коли все ж таки потрібна правильна робота антени в діапазоні частот, то її систему живлення здійснюють за принципом «антен кратних хвиль», запропонованим С. І. Надененком. Цей принцип живлення полягає в тому, що електрична довжина шляху від вхідних затискачів системи до будь-якого з вібраторів.робиться однією і тією самою(АВ = АВ', ВС =ВС"=ВС′′′).Схематично це показано на рис.17.
Рис.17.Схема діапазонного живлення синфазних антен
Максимальне випромінювання площинних синфазних антен спрямоване перпендикулярно площині вібраторів. Кути, що визначають положення перших нулів діаграми випромінювання площинної синфазної антени, визначаються рівнянням
N — число елементів (рядів або поверхів) у площині, що розглядається;
d- відстань між центрами сусідніх вібраторів у тій же площині, що вимірюється в тих самих одиницях, що іl.
Так, для антени, показаної на рис.16, у площині, перпендикулярної осі вібраторів,N=4іd=l/2, отже υн = ± 30 про; у взаємно-перпендикулярній площині,паралельної осі вібраторів,
N= 2,d =l/2і υн =± 90 0 .
Щоб зробити антену односпрямованою, за вібраторами, на відстані приблизно чверті хвилі, розміщують плоске «дзеркало» (рефлектор).
Прикладом конструктивного виконання подібної антени може бути антена, показана на рис. 18. Вона стоїть із восьми вібраторів (чотири поверхи, по два вібратори на поверсі). Вібратори цієї антени кріпляться до металевих стояків у вузлах напруги. Кожна стійка одним кінцем прикріплюється до загальної металевої пластини рефлектора, що часто служить одночасно дном коробки, яку містить антена для захисту від атмосферних опадів.
 |
Передня стінка коробки в цьому випадку робиться з діелектрика з малим втратами, що пропускає випромінювану або енергію, що приймається, без відчутного поглинання.
Зазначений вище спосіб кріплення вібраторів забезпечує жорсткість конструкції антени та не порушує їїелектричних властивостей.
У деяких об'єктів, для яких важливим є зменшення парусності антени, рефлектор робиться не у вигляді суцільного металевого листа, а з сітки або решітки з прутів. Коли антена призначається для роботи у порівняно вузькому діапазоні частот, рефлектор виконується у вигляді стінки з вібраторів, що повторює розміщення активних вібраторів (рис. 19). Недоліком такої антени є досить велике тильне випромінювання, тобто наявність помітної задньої пелюстки в діаграмі спрямованості.
Розглянуті вище конструкції антен характерні дециметрових хвиль.
На сантиметрових хвилях площинні синфазні антени значно відрізняються від своїх короткохвильових аналогів.
Ілюстрацією до сказаного може бути рис. 20, на якому зображено ділянку подібної антени. Тут утворюють антену вібратори розташовані паралельно широкій стінці хвилеводу 1, що виконує роль рефлектора, і пов'язані з хвилеводом, що збуджує, за допомогою коротких відрізків коаксіальної лінії.
Обидва плечі вібратора в даній конструкції укріплені на зовнішній оболонці коаксіалу 2,має дві щілини 3,прорізані вздовж утворює в площині, перпендикулярної осі вібратора. Внутрішній провідник 4замкнуть накоротко перемичкою 5 однієї з половинок коаксіалу 2.Наявність перемички 5і щілин 3забезпечує симетричне живлення вібратора.
 |
Внутрішній провідник коаксіальної лінії, введений внутрішньо хвилеводу у вигляді зонда паралельно вектору електричного поля (рис. 21), служить елементом зв'язку вібратора з хвилеводом.
Для забезпечення рівності струмів у вібраторах останні розміщуються один від одного на відстані, що дорівнює половині довжини хвилі у хвилеводі.
Замість перехрещування точок живлення, яке було зроблено біля антени, показаної на рис. 16 для забезпечення збігу по фазі струмів у всіх вібраторах, в даному випадку кожен з сусідніх вібраторів повернутий на 180° навколо зонда зв'язку. Напрями струмів показані на рис. 21 стрілками з оперенням.
Антенні, що розглядається, притаманний той же недолік, що і антені, показаної на рис. 16: напрямок її головної пелюстки змінюється з частотою внаслідок порушення умови синфазності струмів у вібраторах при відхиленнях хвилі від оптимальної.
Для збереження сталості напрямку головної пелюстки в досить широкому діапазоні частот на перший погляд є доцільним застосувати хвилеводне живлення кожного з вібраторів відповідно до схеми, показаної на рис. 17.
Хоча принципово таке харчування можливе, на практиці ним користуються лише частково, поділяючи антену на дві симетричні половини та живлячи їх синфазно.
На оптимальній хвилі пелюстки кожної половини цієї антени будуть збігатися, а при змінах частоти напрямку цих індивідуальних пелюсток будуть переміщатися в протилежних напрямках симетрично щодо перпендикуляра до площини антени.
В результаті цього головна пелюстка сумарної діаграми збереже незмінною свою орієнтацію, але дещо розшириться, а рівень бічних пелюсток також дещо збільшиться.
У разі значних змін частоти головна пелюстка сумарної діаграми може роздвоюватися.
Коефіцієнт посилення площинних синфазних антен з рефлектором визначається за наближеною формулою G ≈ 3,2NеNр,деНеіNр— відповідно число поверхів і кількість напівхвильових вібраторів у кожному поверсі. Так, дляантен, показаних на рис. 18 і 19,Nе =4 іNр= 2, тому їх коефіцієнт посиленняG≈ 26.