Синфазні антени
Синфазними називаються комбіновані антени, складені з кількох антен типу "Хвильовий канал" з невеликою кількістю елементів, що дозволяє антеною решітці зберегти необхідну смугу пропускання частот.
11-елементні антени мають вузьку смугу частот, що пропускаються, тому їх не можна складати в синфазну решітку.
У синфазних гратах однакові за розмірами антени розносяться по вертикалі (рис. 10. 43) або горизонталі і підключаються до загального фідера. При розносі антен по вертикалі діаграма спрямованості звужується у вір
тикальної площині, а при розносі по горизонталі - в горизонтальній. Антени часто розносяться і горизонталлю, і з вертикалі (рис. 10. 44), тоді діаграма спрямованості звужується обох площинах.
У вертикальній площині антени розташовуються одна над іншою (рис. 10. 45) на відстані від половини довжини хвилі до повної її довжини в площині, перпендикулярної електромагнітної хвилі, що приходить. При цьому хвиля, що приходить, досягає всіх вібраторів одночасно і збуджує в них струми однієї і тієї ж фази. Дотримання певної відстані між поверхами антени робить її нечутливою до хвиль, що надходять з вертикальних напрямків. Якщо хвиля приходить, наприклад, знизу, вона досягає спочатку нижнього вібратора, та був, пройшовши відстань у півхвилі,— верхнього. Таким чином, обидва вібратори виявляються протифазно збудженими, і струми окремих вібраторів на вході фідера взаємно знищуються. Це сприяє значному зниженню перешкод
що приходять знизу. Число поверхів антени має бути парним, інакше з'явиться прийом знизу.
Використання двоповерхової синфазної антени дозволяє при незмінній напруженості поля у місці прийому підвищитинапруга на вході телевізійного приймача не в 2 рази, а тільки в2^0.5разів (3 дБ). При використанні чотирьох антен коефіцієнт посилення синфазних грат зростає на 6 дБ, при восьми - на 9 дБ і т. Д. По відношенню до коефіцієнта посилення одиночної антени.
Максимальне посилення синфазна антена має тоді, коли відстань між окремими антенами дорівнює довжині хвилі. Якщо відстань між окремими антенами дорівнює половині довжини хвилі, коефіцієнт посилення знижується приблизно на 20%. Вибирати відстань між поверхами більше довжини хвилі не слід, оскільки це може призвести не до підвищення, а до зниження коефіцієнта посилення через збільшення бічних пелюсток діаграми спрямованості.
Для отримання максимального рівня сигналу від синфазної антени необхідно з'єднати вібратори так, щоб їх струми на вході фідера складалися синфазно. При складанні таких антен важливо, щоб активні вібратори (рамка, петлевий вібратор) були з'єднані синфазно, що досягається підключенням відрізків кабелів до тих самих точок активних вібраторів, які знаходяться з одного боку (з правого або лівого в обох поверхах). Наприклад, якщо в рамковій антені обплетення шлейфу та центральний провідник кабелю підключені до лівого кінця вібратора, то таке саме підключення необхідно зробити і до нижньої рамки. Нижню антену при цьому перевертати не потрібно.
Якщо в антенах типу «Хвильовий канал» центральні про
водники петлі та фідера підключені до правого кінця вібратора, таке ж підключення роблять і до нижнього вібратора антени, яку слід перевернути на 180° по відношенню до верхньої.
При монтажі кабельних з'єднань в антені потрібно стежити за тим, щоб центральний провід кабелю не був надрізаний і зволікання мідного обплетення кабелю не могливипадково його торкнутися.
Використовуючи для з'єднання поверхів антен типу «Хвильовий канал» двопровідні симетричні лінії, виконані з коаксіального кабелю з хвильовим опором 75 Ом, можна обійтися без узгоджено-симетруючих пристроїв у активних вібраторів.
На рис. 10. 46 наведена схема з'єднання двоповерхової триелементної антени з використанням симетричних ліній. Якщо вхідний опір кожного поверху антени становить приблизно 150 Ом, то сполучні лінії з хвильовим опіром 150 Ом добре узгоджуються з ними. У точках А-А два таких опори з'єднані паралельно. При цьому повний вхідний опір антени в цих точках дорівнюватиме 75 Ом.
У разі коли вхідний опір кожного поверху більше 150 Ом, чвертьхвильові відрізки сполучних ліній Т трансформують його в точках А—А до значення, яке менше 150 Ом. Вхідний опір усієї антени в точках А-А при цьому буде трохи менше 75 Ом.
Якщо вхідний опір кожного поверху менше 150 Ом, чвертьхвильові відрізки сполучних ліній трансформують його в точках А-А до значення, що перевищує 150 Ом. Вхідний опір усієї антени в точках А-А буде більше 75 Ом. Однак у всіх випадках антена задовільно узгоджується з фідером кабелю з хвильовим опором 75 Ом. Такий спосіб з'єднання поверхів можна рекомендувати для багатоелементних антен типу «Хвильовий канал». Фідер приєднується до точок А-А через короткозамкнутий шлейф Ш (розміри відрізків Т і Ш наведені у табл. 10.5, 10.6).
Якщо рознесення між поверхами антени подвоїти і зробити рівним 2Т (відстань від точок а-б до точок А-А дорівнює половині довжини хвилі в кабелі), коефіцієнт посилення антени зросте приблизно на 20%. У цьому випадку напівхвильовівідрізки сполучних ліній не трансформують у точках А-А вхідний опір кожного з поверхів. Обидва опори з'єднуються в точках А—А паралельно, у своїй вхідний опір всієї антени дорівнює приблизно 75 Ом і добре узгоджується з фідером Відстань між точками Л—А становить 60. 80 мм.
Для підключення двоповерхової дворядної 5-елементної антени типу «Хвильовий канал» до 75-омного фідер можна рекомендувати схему на рис. 10. 47 де з'єднання між поверхами виконані за допомогою симетричних ліній.
Для отримання необхідного вхідного опору та покращення узгодження антени з фідером у цій схемі використані трансформуючі властивості ліній, що з'єднують поверхи. Вхідний опір поверхів у точках 1-2 дорівнює приблизно 75 Ом і в кожному вертикальному ряду трансформується в точках 3-4 чвертьхвильовими відрізками сполучних ліній Т до 300 Ом. Ці два опори з'єднані паралельно, тому вхідний опір одного вертикального ряду в точках 3-4 становить приблизно 150 Ом.
До точок 3-4 підключено симетричні лінії з хвильовим опором 75 Ом, складені з відрізків коаксіального кабелю. Вхідні опори двох таких ліній кожного з вертикальних рядів, з'єднаних у точках 5—6 паралельно, визначають вхідний опір всієї антени. Цей опір дорівнює приблизно 75 Ом, тому фідер з коаксіального кабелю з хвильовим опором 75 Ом слід приєднувати до точок 5-6 через короткозамкнутий шлейф Ш, що симетрує. Обплетення кабелів в точках Про необхідно спаяти (довжини відрізків Т і Ш наведені в табл. , 10. 6).
У ряді випадків зручно та доцільно розміщувати антени типу «Хвильовий канал» у чотири поверхи по вертикалі. Така побудова значно звужуєдіаграму спрямованості у вертикальній площині і дозволяє притиснути її головний пелюсток до землі. Це дуже важливо за умов далекого прийому, коли сигнал надходить з лінії горизонту.
На рис. 10. 48 наведена схема з'єднання чотирьох антен, встановлених на щоглі по вертикалі. Узгодження антен здійснюється так. Перший (нижній) поверх з'єднується з другим сполучною лінією з хвильовим опором 75 Ом, утвореною двома відрізками 75-омного коаксіального кабелю. Аліна ліній, якими з'єднані перший поверх з другим і третій з четвертим, повинна дорівнювати половині довжини хвилі в кабелі. У зв'язку з тим, що сигнал, проходячи лініями такої довжини, затримується на половину періоду, тобто його фаза змінюється на зворотну, для компенсації відрізки кабелю в лініях слід перехрещувати.
У точках А-А живлення другого та третього поверхів два опори по 150 Ом з'єднані паралельно, утворюючи 75 Ом. До цих точок підключені трансформатори, утворені відрізками 50-омного кабелю завдовжки Т з хвильовим опором 100 Ом. Тому в точках А-А вхідні опори двох нижніх та двох верхніх поверхів виявляються рівними 150 Ом. Вони з'єднані паралельно та утворюють 75 Ом. До цих точок підключають фідер за допомогою чвертьхвильового симетруючого шлейфу довжиною Ш (див. рис. 10. 46). (Розміри трансформаторів Т та шлейфу Ш наведені у табл. 10. 5, 10. 6). На кінцях ліній та трансформаторів обплетення кабелів з'єднують між собою. Центральний провідник фідера, з'єднаний з центральним провідником і обплетенням шлейфу, підключають до лівої точки А, а обплетення фідера - до правої точки А. З обплетення трансформаторів обплетення фідера не з'єднують.
Схема з'єднання двоповерхової дворядної рамкової синфазної антени представлена на рис. 10. 49 (вона одна для2-елементних та 3-елементних антен). У схемі всі з'єднання виконані з коаксіального кабелю з хвильовим опором 75 Ом. В даному випадку, як і при з'єднанні поверхів двоповерхової антени, як симетруючі пристрої можуть бути використані короткозамкнуті шлейфи або містки. Два верхні і два нижні поверхи з'єднуються відрізками ліній однакової довжини. У цьому вхідний опір кожної пари дорівнює 37, 5 Ом. Відрізки кабелю завдовжки Т трансформують ці опори до 150 Ом і з'єднуються паралельно. Вхідний опір антени дорівнює 75 Ом і добре узгоджується з
фідером із коаксіального кабелю з хвильовим опором 75 Ом.
Підвищення коефіцієнта захисної дії сприяє ослабленню перешкоди, яка приходить до антени з протилежного напряму від передавача, що працює на таких або близьких до них частотах передавача основного напрямку.
Підвищений КЗД синфазної антени досягається в такий спосіб. При встановленні антен на щоглі верхню антену необхідно зрушити вперед на 1/4 середньої довжини хвилі каналу, що приймається. Додатково слід також на 1/4 довжини хвилі в кабелі (вона у 1,52 рази менше, ніж у вільному просторі) збільшити довжину верхніх відрізків «Лінія» (рис. 10. 49) порівняно з нижніми відрізками, довжину яких вибирають довільно.
Сигнал, що надходить з основного напрямку, потрапляє на верхню антену на чверть періоду раніше, ніж сигнал,
прийнятий нижніми антенами. Однак за рахунок довших відрізків лінії сигнал від верхніх антен буде затриманий також на 1/4 періоду. В результаті сигнали від верхніх та нижніх антен потраплять у точку підключення трансформатора Т одночасно у фазі та складуться.
Сигнал перешкоди, яка надходить від передавача з протилежногонапрямки, потрапить до верхніх антен із запізненням на 1/4 періоду порівняно з перешкодою, яка прийнята нижніми антенами. Додатково сигнал перешкоди,
прийнятий верхніми антенами, буде затриманий верхніми лініями ще на 1/4 періоду. Таким чином, сигнал перешкоди, прийнятий верхніми антенами, до точки підключення трансформатора Т потрапляє на півперіоду пізніше, ніж прийнятий верхніми антенами. Тому вони виявляться в протифазі, і їх сигнали віднімаються один з одного.
Такий спосіб збільшення КЗД синфазних грат можна використовувати не тільки для рамкових антен, але і для антен типу «Хвильовий канал». Він дозволяє збільшити КЗД антени приблизно на 20 дБ, якщо напрямки на джерело сигналу та перешкоди протилежні. Це означає, що кут між цими напрямками становить 180°. Однак і за менших кутів (майже до 150°) доцільно використовувати такий спосіб збільшення КЗД антени.