8. Питание вибраторных антенн.

Для питания антенн в диапазоне ультракоротких волн открытые линии из-за антенного

эффекта обычно не используются, а большей частью для этой цели применяется экранированный,

в частности коаксиальный фидер.

Непосредственное присоединение коаксиального несимметричного фидера к симметричной

антенне нарушает симметрию токов в ней и приводит к появлению тока на наружной поверхности

экрана фидера. При непосредственном соединении, как показано на рис. 8.1., выходное

напряжение фидера возникает не только между входными зажимами симметричного вибратора, но

и между одним из зажимов вибратора (правым на рисунке)

и

оболочкой фидера. Напряжение между зажимами вибратора вызывает в нем симметричные токи,

замыкающиеся с одной половины на другую, как показано сплошными линиями на рисунке.

Напряжение между правой половиной вибратора и экраном кабеля вызывает дополнительный ток,

замыкающийся с этой половины вибратора на оболочку фидера, как показано пунктирными

линиями. Появление тока снаружи экрана приводит к излучению фидера. Кроме того, нарушается

симметрия токов в половинах вибратора. Все это заметно искажает диаграмму направленности

антенны, что считается недопустимым.

Рис. 8.1. Непосредственное подсоединение коаксиального фидера к симметричному вибратору.

Поэтому для соединения коаксиального фидера с симметричной антенной применяются

специальные переходные устройства, называемые также симметрирующими устройствами.

Основная задача, которую они выполняют, заключается в обеспечении электрической симметрии

каждой половины антенны относительно оболочки фидера.

На практике применяется довольно большое количество подобных переходных устройств.

Наиболее распространенные из них рассматриваются ниже.

а) «U-колено». Схема симметрирующего устройства типа «U-колено» показана на рис. 8.2.

Центральный провод коаксиального фидера присоединяется к зажиму А левой половины

вибратора. От этой точки напряжение к зажиму Б правой половины вибратора подается через

участок кабеля длиной 2Лλ , где Лλ — длина волны в кабеле. Фаза напряжения на участке

длиной 2Лλ изменяет свой знак на обратный. Поэтому к зажимам вибратора подводится

требуемое противофазное напряжение. Оболочки всех отрезков кабелей соединены между собой и

заземлены. При указанной схеме питания обе половины вибратора совершенно симметричны

относительно оболочки кабеля.

U-колено является трансформатором сопротивления по той причине, что входное

сопротивление нагрузки общего фидера (Ф) между точками A3 в четыре раза меньше, чем входное

сопротивление вибратора на зажимах АБ.

Схема U-колено может быть использована также для перехода с коаксиального кабеля на

симметричный двухпроводный фидер, открытый или экранированный.

К недостаткам рассмотренного переходного устройства относится то, что оно может

применяться только при работе на одной волне или, точнее, в узкой полосе частот, так как

геометрические размеры устройства связаны определенным образом с длиной волны.

Рис. 8.2. Симметрирующее устройство типа «U-колено»

б) «Четвертьволновый стакан». Переходное устройство типа «четвертьволновый стакан»

показано на рис. 8.3. Металлический цилиндр («стакан») длиной в четверть волны охватывает с

небольшим зазором внешнюю оболочку кабеля и припаян с нижней стороны к этой оболочке.

Верхняя часть цилиндра не соединена с оболочкой и может быть закрыта диэлектрической

шайбой. Внутренняя поверхность указанного цилиндра и наружная поверхность кабеля образуют

четвертьволновую линию, короткозамкнутую на конце, входное сопротивление которой (на

зажимах 2-3) при достаточно большом волновом сопротивлении этой линии будет очень велико.

Таким образом, зажим 1 антенны изолирован от наружной оболочки кабеля

непосредственно, а зажим 2 изолирован от оболочки (от точки 3) большим входным

сопротивлением отрезка четвертьволновой линии. Следовательно, обе половины вибратора

оказываются примерно в одинаковых условиях относительно оболочки кабеля и симметрия

вибратора не нарушается.

Сопротивление нагрузки для фидера (в точках 1-2) при точной настройке стакана остается

примерно равным входному сопротивлению самой симметричной антенны.

Рассмотренное переходное устройство так же, как и «U-колено», является весьма

узкополосным.

в) Симметрирующая щель. На рис. 8.4. показано переходное устройство в виде отрезка

коаксиального фидера с двумя продольными щелями. Длина каждой щели равна четверти длины

волны ( 20λ ). Одна половина симметричного вибратора (левая на рисунке) присоединяется

непосредственно к наружной оболочке кабеля; другая половина (правая) присоединяется

одновременно к центральной жиле и к оболочке кабеля. При таком соединении каждая половина

Рис. 8.3. Симметрирующее устройство типа «четвертьволновый стакан»

вибратора оказывается совершенно симметричной относительно оболочки кабеля вследствие чего

не нарушается симметрия токов в половинах вибратора. А вследствие того, что длина

расщепленного участка оболочки составляет четверть волны, входные зажимы симметричного

вибратора изолированы от сплошной оболочки фидера.

В рассмотренном переходном устройстве симметричное возбуждение сохраняется не

только на резонансной волне 0λ но и при изменении длины волны. В последнем случае, однако,

ухудшается согласование между коаксиальным фидером и вибратором. Тем не менее указанное

переходное устройство является более широкополосным, чем «U-колено» или «четвертьволновый

стакан».

Рис. 8.4. Симметрирующая щель