Симетричні пристрої антен
Багато KB та УКХ антени, зокрема телевізійні, відносяться до класу симетричних антен. При живленні таких антен через коаксіальний фідер їхня робота багато в чому залежить від виконання перехідних симетруючих пристроїв. Однак нерідко радіоаматори, виготовляючи антену, взагалі не роблять таких пристроїв або конструюють їх неправильно, виходячи з помилкових рекомендацій, які зустрічаються в деяких популярних книгах з антени.
У цій статті описані способи симетрування антен та властивості деяких симетруючих пристроїв, а також надано рекомендації щодо їх виконання.
Безпосереднє приєднання коаксіального фідера до симетричної антени (наприклад, до диполя) порушує симетрію струмів у ній і призводить до появи струму на зовнішній поверхні екрана фідера, тобто викликає появу антенно-фідерного ефекту. На рис. 1a показано таке з'єднання диполя з фідером. При цьому вихідна напруга фідера прикладена не тільки до вхідних затискачів 1-2 симетричного вібратора, але також і до одного затискача 2 і оболонці 3 фідера, що екранує.
Напруга між затискачами вібратора викликає у ньому симетричні струми, замикаються з половини вібратора в іншу, як показано на рис. 1,а суцільними стрілками. Напруга між правою половиною вібратора та оболонкою кабелю викликає додатковий струм, показаний пунктирними стрілками. Поява цього струму призводить до випромінювання (прийому) фідер електромагнітної енергії, що порушує симетрію струмів в антені і в результаті спотворює діаграми спрямованості.
На рис. 1,б наведена еквівалентна схема симетричної антени з безпосередньо підключеним коаксіальним фідером, де антена зображена у вигляді опору Rн навантаження вихідних затискачів генератора абоспоживача (передавача чи приймача). Як видно зі схеми, один з цих затискачів буде з'єднаний не тільки з опором навантаження Rн, але і з землею через конденсатор, обкладинками якого є вібратор антени і екрануюча оболонка фідера. Таким чином, симетрія антени порушиться. Тому для з'єднання коаксіального фідера з симетричною антеною використовують спеціальні перехідні пристрої, які також називають симетруючими, завдяки яким досягається електрична симетрія кожної половини антени щодо екрануючої оболонки фідера.
Перехідний пристрій типу "замикаючий стакан" показано на рис. 2,а.
У цьому пристрої вхідні затискачі 1-2 вібратора антени безпосередньо підключаються до внутрішнього і зовнішнього провідників коаксіального кабелю, який розміщений всередині металевого склянки по його осі так, що стінки склянки і оболонка, що екранує, Б кабелю утворюють коаксіальну лінію для хвильовим опором r (форму хвильових опорів коаксіальних та двопровідних ліній наведені в журналі "Радіо" N 11 за 1962 р.). Вхідний опір цієї лінії між точками 2 і 3 дорівнює:
При l=l/4 величина Z2,3 велика, струм від точки 2 до точки 3 не потече, і струми по обидва боки антени дорівнюватимуть. Якщо ж довжина l склянки буде відмінна від l/4, то Z2,3 не буде велике і, як це видно з еквівалентної схеми рис. 2,б, симетрія порушиться: у точці 2 частина струму відгалужуватиметься на землю і напруги між землею і точками 1-2 вже не будуть рівні та протифазні. Тому робоча смуга частот такого симетруючого пристрою невелика. Зазвичай вона не перевищує 10% значення основної частоти, на яку спроектовано пристрій.
Смуга частот симетруючогопристрою зі склянкою може бути збільшена шляхом введення другого відрізка коаксіальної лінії з таким же хвильовим опором, що і склянка (рис. 3,а). При цьому, як видно з еквівалентної схеми (рис. 3,б), опори точок 1 і 2 щодо землі дорівнюватимуть, незалежно від їх величини, тобто Z1,2=Z2,3. Завдяки цьому живлення антени буде симетрично у широкій смузі частот. Відмінність між пристроями, наведеними на рис.3 і рис.4, полягає в тому, що в останньому два елементи (Б і Б') розміщені поруч, утворюючи замкнуту на кінці двопровідну лінію.
Вхідний опір цього симетруючого пристрою дорівнює
де r'- хвильовий опір двопровідної лінії.
Симметрирующее пристрій рис.4 просто у конструкції, працює у широкій смузі частот й у аматорської практиці використовується найчастіше. Одним із провідників цього симетруючого пристрою є екрануюча оболонка коаксіального фідера (елемент Б), як другий (елемент Б') можуть бути взяті або відрізок кабелю, з якого виконаний фідер, або трубка рівного йому діаметра. Основна перевага цього пристрою перед попереднім (рис.3) – удвічі менша довжина.
Схема симетруючого пристрою типу "U-коліно" показана на рис.5,а. Тут центральний провід основного коаксіального фідера приєднується до затискача лівої половини вібратора. Від цієї точки напруга до затиску 2 правої половини вібратора подається через відрізок кабелю довжиною l/2, де l - довжина хвилі в кабелі (з урахуванням укорочення). Фаза напруги при проходженні ділянки кабелю довжиною l/2 зсувається на 180 °, тому до затискачів вібратора підводиться потрібну протифазну напругу. Екрануючі оболонки кабелів з'єднані між собою.
