Добавлено (15.03.2009, 15:16)

Широкополосные вибраторные антенны с реактивными нагрузками.

Антенны с емкостными нагрузками были упомянуты еще в 1947 г.(1) но ввиду многогранности свойств и разнообразных вариантов выполнения их и в настоящее время продолжают исследовать. Из теории (31) известно, что включение в определенном месте плеча антенны одной чисто реактивной нагрузки приводит к возникновению бегущей волны тока между точкой возбуждения и нагрузками. Это теоретическое предположение подтверждается результатами экспериментальной проверки на частоте 600 МГц антенны длиной d=1 м, радиусом ra=0,003175м с реактивными нагрузками Хс = -j363 Ом, включенными в точках hс =+0,811(-0,811)м. Между точками возбуждения антенны и указанными емкостными нагрузками образуется бегущая волна тока. Реализация такой антенны показала, что режим бегущей волны можно обеспечить при включении не только активных, но и реактивных нагрузок, что существенно увеличивает КПД антенны благодаря малым потерям в емкостных нагрузках. Из-за большой длины (d= 2 длины волны) такая антенна практического интереса не представляет, однако ее разработка послужила определенным толчком к созданию подобных антенн с меньшей длиной.
В(32) показано, что режим бегущей волны в антенне с конденсаторами можно воссоздать при значительно меньших длинах плеча антенны (d <0.8 длины волны), чем в антенне Найквиста и Чена. Однако эти расчеты проводились на основе приближенной теории и не дали приемлемой точности, особенно вблизи параллельных резонансов. Не были также определенны оптимальные значения и места включения конденсаторов. В (33) предлагается широкополосный симметричный вибратор, в каждое плечо которого включен конденсатор, причем при соблюдении соотношения hz /d=0.4…0.6 и С/d=0.25….0.30, где С – емкость нагрузки в виде конденсатора в пикофарадах; d- длина плеча антенны (в сантиметрах); hz – координаты включения нагрузок, обеспечивается КБВ >0,40 в диапазоне частот 470…890 МГц. Однако в (33) не оговорена электрическая длина антенны, что не позволяет оценить ее габариты и электрические параметры.
В(34) для получения экспоненциально спадающего к концам антенны распределения тока типа бегущей волны предложено включить в разрывы проводников антенны через равные интервалы емкостные нагрузки, абсолютные значения которых экспоненциально увеличиваются к концу антенны…. Всего в плечо антенны длиной 250 мм включено 39 конденсаторов…. Во всем частотном диапазоне (600…3000 МГц) ток на антенне с емкостными нагрузками экспоненциально затухает в направлении свободного конца и его распределение слабо зависит от частоты. При этом электрическая длина антенны на низшей частоте диапазона fн =600 МГц составляет d = 0.5 длины волны. КСВ напряжения данной антенны при наличии емкостных нагрузок заметно снижается и стабилизируется в диапазоне частот по сравнению с КСВ антенны без нагрузок. Диаграмма направленности рассмотренной антенны с нагрузками стабилизируется только в трехкратном диапазоне частот(600…1800МГц)….

Значения Zвх и КБВ для антенны с тремя одинаковыми равномерно включенными конденсаторами найдены при реактивном сопротивлении Хс =-j470 Ом каждого из них на низшей частоте диапазона (d/длина волны низшего диапазона = 0,5) Это значение Хс получено экспериментально и является оптимальным с точки зрения достижения в наиболее широком частотном диапазоне при электрических длинах плеча антенны, равных (0,5…1,0) длины волны, максимально возможных значений КБВ при волновом сопротивлении подводящего фидера W=50…100 Ом. Введение в антенну конденсаторов укорачивает ее эквивалентную электрическую длину, при этом ослабляется отраженная от конца антенны волна тока, благодаря чему расширяется полоса пропускания антенны. При КБВ>0.3 обеспечивается перекрытие частотного диапазона более чем в два раза, а при КБВ>0,5 перекрытие частотного диапазона составляет 1,82, что превышает даже возможности антенны с тридцатью девятью конденсаторами в плече (34). Полученный результат свидетельствует о том, что для достижения режима бегущей волны не обязательно включать в антенну большое число конденсаторов (9,35,36). Для подтверждения того, что сопротивление Хс= - j 470 Ом для каждого из трех конденсаторов является оптимальным, проведен эксперимент определения Zвх и КБВ при Xc= -j 160 Ом. В этом случае Zвх антенны в диапазоне частот значительно хуже стабилизируется, чем в предыдущем случае, особенно при малых электрических длинах плеча антенны порядка d=0.5….0.6 длины волны и КБВ при этом снижается до 0,1.
У аналогичной антенны, но с двумя одинаковыми конденсаторами, реактивное сопротивление каждого из которых на низшей частоте диапазона (при d/длину волны=0,5) Xc= -j 720 Ом, координаты включения конденсаторов hc1 = 0.28d и hc2 =0.54 d, перекрытие частотного диапазона при КБВ > 0,3 составляет 1,90. У такой же антенны, но с одним конденсатором, реактивное сопротивление которого на низшей частоте диапазона (при d/длину волны=0,5) Хс = - j 1450 Ом, координата включения конденсатора hc =0.34d, перекрытие частотного диапазона по уровню КБВ>0,3 равно 1,80.Во всех трех случаях Диаграмма Направленности стабилизируется в полосе частот и подобны ДН полуволнового вибратора.
Из приведенного следует, что широкополосные антенны с емкостными нагрузками по сравнению с обычными антеннами, имеют приблизительно в два раза большую длину. Попытки уменьшить длину антенны приводит к сужению полосы пропускания в области низких частот. В отличие от многочастотных антенн, в которых сопротивления нагрузок составляют десятки и сотни килоОм, в широкополосные включаются реактивные нагрузки сопротивлением в сотни Ом, причем независимо от числа введенных в плечо антенны конденсаторов их суммарное сопротивление на низшей частоте диапазона должно находится в пределах Хс = -j (1400…1500) Ом. На верхних частотах это сопротивление соответственно снижается. При этом включение в плечо всего лишь одной емкостной нагрузки позволяет образовать в антенне режим, близкий к режиму бегущей волны, и застабилизировать КБВ на уровне не менее 0,3 в полосе частот около 55…60%. С увеличением числа конденсаторов в плечах антенны можно более равномерно распределить реактивное сопротивление. Конденсаторы одинаковой емкости целесообразно включать на расстояниях от концов антенны, кратных нечетному числу четвертей короткой волны. Ближайшие к центру антенны конденсаторы не рекомендуется располагать на расстоянии от него менее чем 0,2 длинной волны, причем длина плеча антенны должна быть d= или>0.5 длинной волны…….

Мы коснулись нескольких тем о работе вибраторных антенн с сосредоточенными нагрузками. Автор в других разделах книги предлагает нашему вниманию новые взгляды на работу штыревых и петлевых антенн с реактивными нагрузками, в том числе конденса-торами, шунтами, но об этом в следующей публикации.
P.S. Я по образованию инженер-экономист железнодорожного транспорта и, к сожалению, не могу профессионально, корректно комментировать изложенный в книге материал. Надеюсь, это сделают специалисты – радиоинженеры, что будет хорошим подспорьем для массового радиолюбителя в новых экспериментах со «старыми» вибраторными антеннами.
Журавлев Е.А.(UY5IY) Начальник коллективной радиостанции UT1IZZ

Читал много раз об этой антенне.Хотелоси проверить. Но как-то не вдохновлялся.
Может и зря. Видимо все дело в кол-ве конденсаторов. Всегда что проще,оно кажется
не эффективным. Но думаю антенна стоящая. Скопирую-пригодится.

ra9afv.