Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств

Подождите немного. Документ загружается.

В тех случаях, когда земля обладает конечной про-

водимостью, ДН в вертикальной плоскости может быть

рассчитана по формуле [ЛО. 2]:

»=ш»

!tf

cos

{kl Sin 5

cos

kl)] (1

cos

}

-\-1 R

sin

[sin (kl sin

3) —

sin kl sin

8]}

+ i{[sin(/2/sinS)

—

sin/г/sin

(1—

(\R

[{

|«^

)-f

+ |/?„ |sin®

[cos

()W

sin

—cos

*/]}[,

(3-66)

где /— длина вибратора;

—

угол между лучом и плоскостью земли;

/?и |, Ф, —модуль и фаза коэффициента Фг енеля.

При идеально проводящей земле или хорошо выпол-

ненных системах заземления или противовеса входное

сопротивление несимметричного вибратора равно поло-

вине входного сопротивления соответствующего ему сим-

метричного вибратора. При его расчете следует помнить,

чго и волновое сопротивление несимметричного вибра-

тора следует брать в 2 раза меньше, чем симметричного.

При земле с конечной проводимостью входное сопротив-

ление рассчитывается более сложными методами

[Л.

13, 14, ЛО. 14].

На рис. 3-14, 3-15 приведены графики входного сопро-

тивления несимметричного цилиндрического вибратора

в зависимости от его длины и диаметра при идеально

проводящей земле. Некоторое уточнение входною сопро-

тивления при конечной проводимости земли можно полу-

чить,

прибавляя к определенному без учета земли по

графикам или формулам полному сопротивлению сопро-

тивление, наведенное его зеркальным изображением,

умноженное па коэффицент Френеля при нормальном

падении.

КНД неспммефичпого вибратора можно определшь

при известной ДИ по формуле (2-134). При известном

сопротивлении излучения можно воспользоваться фор-

мулой (2-135).

Нагруженный несимметричный цилиндрический ви-

братор. Несимметричные вибраторы очень часто, особен-

но в диапазонах длинных и средних волн, выполняются

с емкостной нагрузкой на конце. Это позволяет полу-

141

чить более равномерное распределение амплитуды тока

вдоль вертикальной части провода вибратора и тем са-

мым увеличить его действующую длину. Если известна

величина емкости на конце вертикальной части, то мож-

но найти эквивалентный ненагруженный несимметричный

ом.

W00

900

800

700

500

-"Т^

Шго

—/

\ -\

\гЗо\

Л у&к \

4—-

\—

1 \я

]20о\

\юо\

—

=.360

400

300

200

100

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250

Рис.

3-14. Активная составляющая входного сопротивления не-

симметричного вибратора в зависимости от отношения /Д и

относительного диаметра

112а.

вибратор по формулам (3-25) и (3-26). ДН такого ви-

братора определяется выражением (3-27), если землю

считать идеально проводящей. При земле с конечной

проводимостью выражение для ДН можно найти, поль-

зуясь опять-таки методом зеркального изображения.

В этом случае эквивалентная система будет состоять из

двух проводов длиной /, причем отношение токов этик

проводов равно коэффициенту Френеля для соответст-

вующего точке наблюдения угла скольжения д. Распре-

деление тока по проводам находится при рассмотрении

142

эквивалентною вибратора, по для расчетов ДН берутся

только реально излучающие участки вибратора длиной /,

ане/

=/+/'[см. формулы (3-26),

(3-27)].

25 50 75 100 125 150

Г 5

200 225 250

Рис

3-15

Реактивная составляющая входного сопротив-

ления несимметричного вибратора

зависимости

от

отношения

Ц"к

и от

относительного диаметра

//2а

Для антенн

небольшими относительно длины волны

размерами (короткие антенны)

емкостью

виде

си-

стемы горизонтальных проводов обычно применяют

ме-

тод расчета, основанный

на

представлении горизонталь-

ной части

виде некоторой линии. Волновое сопротив-

143

легие этой линии, а также волновое сопротивление вер-

тикальной части антенны, рассчитывают по формуле:

= g. (3-67)

где С"— статическая емкость в сантиметрах, приходя-

щаяся на сантиметр длины провода (погонная

емкость).

Для расчета полной емкости обычно применяют фор-

мулы М. В. Шулейкина.

По этим формулам емкость вертикального плоского

снижения из параллельных проводов

веП1

„ ,, ,

T >__. ,—- [см], (3-68)

'верт—

г h

4,6 lg

а/3 Vd/3 J (л

где h — длина проводов (высота подвеса горизонталь-

ной части) ';

п — число проводов;

а — радиус провода;

d — расстояние между проводами.

Все размеры в формуле (3-68) должны выражаться

в сантиметрах.

Для емкости одиночного вертикального провода фор-

мула (3-68) упрощается:

^верт^ т • (о-ЬУ)

оуЗ

Емкость юризонталыюго плоского полотна опреде-

ляется по следующей формуле:

W0P = Г 9А / эдТтПП i Т' (о-70)

Г 2А ( 2й\"-1 1 V

где /— горизонтальная длина полотна, а остальные обо-

значения те же, что и в (3-68).

Высота подвеса h есть длина половины вибратора I Приво-

димая ниже методика расчета обычно используется в антеннах

длинных п средних воли, где принято обозначение длины верти-

кального плеча через h Это обозначение сохранено в приводимых

ниже формулах.

144

Для одиночного провода

гор

•

2А

4,Glg-

(3-71)

Если горизонтальная часть антенны представляет со-

бой радиальные провода, обычно равной длины и с рав-

ными углами между ними, то такую антенну называют

зонтичной. Часто радиальные провода (спицы) образуют

некоторый угол с вертикальным проводом. Емкость та-

кой системы находят по формулам Б. В. Брауде, в кото-

рых h — высота вертикального провода, а

— диаметр

этого провода, R — длина радиальных проводов, а—ра-

диус проводов,

— угол наклона радиальных проводов

относительно вертикали, п — число проводов «зонта».

Сначала определяют так называемые потенциальные

коэффициенты:

^ и — ' ii-T

R п

где

Ргг =

Х(0)

Ana

(3-72)

/2Л

/ — — i

•cosff] -f 0,5 sin

а величина X определяется из графика на рис. 3-16;

(3-73)

где

Ух

'2R '

Уг

3ft

ад-

Значения функции F определяются с помощью кривых

на рис. 3-16;

(3-74)

"»=4('п^-0-

Если спицы зонта соединяются проводом, то увеличение

емкости учитывается увеличением длины спиц зонта со-

гласно формуле

= R

*!£iy

(3-75)

Ю-2541 Ц5

Теперь емкость „зонта" С

и емкость вертикальной части

можно вычислить по формулам:

•Я»

РиР'и -Р

[см];

/*!•— Р»

[см].

(3-76)

(3-77)

В антеннах с верхним питанием (см. ниже) „зонт" изоли-

руется от вертикальной части. В этом случае его емкость

определяют с помощью

выражения

100

-В SmiXi

fly)

-в=«(Г

80**

о*'

\50°

"0°

Pltp'll —р

;

,2 .(3-78)

0.5

Рис.

3-16 Графики для определе-

ния функций F и X в формулах

для потенциальных коэффи-

циентов

где формулы для потен-

циальных коэффициентов

прежние.

Необходимые для рас-

чета волнового сопротивле-

ния по формуле (3-67) по-

гонные емкости определя-

ют ся^как

~~/Г'

г_

~ / '

(3-79)

В случае зонтичной ан-

тенны погонная емкость

вычисляется для одного ра-

диального провода и равна:

nR'

(3-80)

Таким образом, антенна из вертикального и горизон-

тального проводов теперь может быть представлена

в виде отрезка длинной линии (вертикальная часть),

к которой присоединена одна или несколько линий (го-

ризонтальная часть), причем первая линия имеет волно-

вое сопротивление, отличное от других. Порядок полу-

чаемых волновых сопротивлений лежит обычно в преде-

лах 300—600 ом.

146

Знание параметров линии, эквивалентной горизон-

тальной части антенны, позволяет просто определить

распределение тока по вертикальному проводу, являю-

щемуся основным излучающим элементом, а также

входное сопротивление антенны. Горизонтальную часть

заменяют эквивалентным с точки зрения ее входного со-

противления отрезком вертикальной линии. Длину этого

отрезка W для антенны, в которой вертикальная часть

присоединена к концу горизонтальной (Г-образная ан-

тенна),

находят из соотношения

ctgfeA'=-biE.ctgfe/. (3-81)

Рверт

Если вертикальная часть присоединена в середине го-

ризонтальной (Т-образная антенна), то h' находят из соот-

ношения

tgfcA'=^-ctg*4- (3-82)

В формулах (3-81) и (3-82) /

—

длина горизонтальной части.

Для зонтичной антенны величину h' можно, если я.<(5—6),

определить из аналогичного соотношения:

ctg kh' = -^— ctgkR. (3-83)

Ирверт

Эквивалентное удлинение при п>5 можно определить

с помощью формулы (3-25), которая в принятых обозна-

чениях имеет вид:

Рверт ctg

kh'==-

^-. (3-84)

Сопротивление излучения короткой (h<X/4) несим-

метричной антенны можно определить по формуле

600

fY.

(3-85)

Действующую высоту антенны Л

определяют из соотно-

шения (2-154), а в случае антенны с горизонтальной

частью

—

по формуле (2-158).

Для расчета сопротивления излучения более длинных

антенн можно воспользоваться формулой (3-28), умень-

шая в 2 раза получаемое значение. Более просто опре-

10*

147

Делить сопротивление излучения можно по измененной

формуле (3-28) :

= A

cos 2kh

—

sin

2kh

-4-

(3-86)

где коэффициенты Л

, А

(коэффициенты Конгоро-

вича) являются функциями относительной длины верти-

кальной части антенны

(6ft,,) и могут быть опре-

делены по кривым

рис.

3-17.

Пересчет сопротив-

ления излучения к вход-

ным клеммам произво-

дится обычным путем

[первая формула (3-11)

или (3-18)]. Следует

помнить, что в общем

случае к

£?

следует

прибавить суммарное со-

противление потерь, от-

несенное к току в пуч-

ности.

Реактивное входное

сопротивление несим-

метричной антенны обычно определяют как входное

сопротивление разомкнутой длинной линии:

ьи

га

-1П

/д

1,0 1,i/ 2,0 2,5 3ft

Рис.

3-17. Графики для определе-

ния коэффициентов Конторовчча.

Лщ= •

•"верт

ctg kh

(3-87)

Для антенны, высота которой много меньше длшш вол-

ны,

реактивное сопротивление можно вычислить непо-

средственно через емкость антенны.

Несимметричную антенну обычно настраивают в ре-

зонанс, что позволяет получить при неизменном возбуж-

дении антенны максимальный ток в антенне. Для этого

в основание антенны при fh<K/4 включают индуктив-

ность L

(удлинение антенны), равную:

^н =

—

Хвх = Рлсрт ctg'£/z.,,

(3-88)

а при h

>\/4 — емкость С„ (укорочение антенны), опре-

деляемую из соотношения

TSr^PuepTCtg/eft;,.

о>С

(3-89)

148

Если

по

каким-либо конструктивным соображениям

по-

следовательно

цепь антенны необходимо включить как

емкость,

так и

индуктивность,

то их

величина определя-

ется

из

условия настройки антенны

резонанс:

~^k

PBepTCtg^. (3-90)

При резонансе входное сопротивление несимметричной

антенны оказывается чисто активным,

что

облегчает

за-

дачу согласования антенны

линией передачи.

Рис.

3-18. Варианты несимметричных антенн

л —с шунтовым питанием; б —с верхним питанием;

— вариант антенны

с верхним питанием;

—антенна Линденблада.

Рассмотренные несимметричные антенны возбужда-

лись

основания

и,

следовательно, требовали изоляции

от поверхности земли. Часто, особенно

на

длинных вол-

нах, наличие такого изолятора, способного выдержать

большие механические нагрузки, является существенным

конструктивным недостатком этих антенн. Более удобны

с этой точки зрения антенны

заземленным основанием.

Возбуждение таких антенн осуществляется либо

по

схе-

ме

шунтовым питанием

(рис.

3-18,а), либо

по

схеме

с верхним питанием (рис. 3-18,6).

Шунтовое питание несимметричного вибратора анало-

гично возбуждению симметричного вибратора

помо-

щью дельта-трансформатора. Входная проводимость

в точке подсоединения фидера равна [ЛО.

17]:

R,,

epT

cos

M, ^ p^

sln»AA, ^

P-.PT

X(tg*A,—ctgAA,), (3-91)

149

где /?

и R

—

сопротивления излучения (плюс сопротив-

ления потерь, если их необходимо учи-

тывать) верхней и ьижней частей антен-

ны,

определяемые по формулам (3-8) и

(3-28) соответственно, причем уменьшен-

ные в 2 раза.

При

h =

X/4

формула (3-91) переходит в формулу

(3-54) (7?

вх

РФ).

Интересно, что входное сопротивление

при этом получается практически чисто активным в лю-

бой точке антенны и изменяется в пределах от 0 (h

=0)

до 5 000 ом (h

K/A).

Подбирая точку подсоединения

фидера, можно легко получить хорошее согласование

с антенной.

ДН и другие параметры антенны с шунтовым пита-

нием практически не отличаются от изолированных ан-

тенн соответствующих размеров [Л. 18].

Антенна с верхним питанием была предложена Ай-

зенбергом [Л. 19, 20] и отличается тем, что возбуждение

ее осуществляется в точке соединения вертикальной и

горизонтальной частей антенны. Сопротивление нагрузки

фидера в этой точке равно:

ВХ

= тт?—^

+ ^верт tgkk-i-L, (3-92)

ЧРверт/

где С — емкость горизонтальной части антенны [см. фор-

мулы (3-70), (3-71), (3-78)]. Согласование такой антенны

с генератором обычно осуществляется с помощью спе-

циального контура.

Антенна с верхним питанием имеет более равномер-

ное распределение тока по своей длине, чго повышает

сопротивление излучения почти в 4 раза и, следователь-

но,

повышает к. п. д. антенны.

Иногда сосредоточенную емкость в антенне верхнего

питания заменяют изолированной вертикальной частью

(рис.

3-17,в). Входное сопротивление такой антенны

в точках аа равно:

« = ^Ййг+^ *е *М- 1И7 " '*

ctg

**'•

93)

При /г

4~/г

Я/4

входное сопротивление

чисто активным и равным:

Авх

sin

АЛ, '

оказывается

(3-94)

150