Симетризуючі пристрої антен

Багато КБ і УКВ антени, зокрема телевізійні, відносяться до класу симетричних антен. При живленні таких антен через коаксіальний фідер їхня робота в значній мірі залежить від виконання перехідних симетризуючих пристроїв. Однак не рідко радіолюбителі, виготовляючи антену, взагалі не роблять таких пристроїв або конструюють їх неправильно, виходячи з помилкових рекомендацій, які зустрічаються в деяких популярних книгах по антенних пристроях.

У цій статті описані способи симетризації антен і властивості деяких симетризуючих пристроїв, а також дані рекомендації по їх виконанню.

Непосреднє приєднання коаксіального фідера до симетричної антени (наприклад, до диполя) порушує симетрію струмів в ній та призводить до появи струму на зовнішній поверхні екрана фідера, тобто викликає появу антенно-фідерного ефекту. На рис. 1,a 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 затиску 2 та екранізуючої оболонки 3 фідера.

Pиc.1

Напруга між затискачами вібратора викликає в ньому симетричні струми, замикаючись з однієї половини вібратора на іншу, як показано на рис. 1,a суцільними стрілками. Напруга між правою половиною вібратора та оболонкою кабелю викликає додатковий струм, показаний пунктирними стрілками. Поява цього струму призводить до випромінювання (прийому) фідером 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 або споживача (передавача або приймача). Як видно з схеми, один з цих затискачів буде з'єднаний не тільки з опором навантаження Rн, але і з землею через конденсатор С, обкладками якого є вібратор антени та екранізуюча оболонка фідера. Таким чином, симетрія антени порушиться. Тому для з'єднання коаксіального фідера з симетричною антеною використовують спеціальні перехідні пристрої, які також називаються симетризуючими, завдяки яким досягається електрична симетрія кожної половини антени відносно екранізуючої оболонки фідера.

Перехідний пристрій типу "захисний стакан" показано на рис. 2,а.

Pиc.2

У цьому пристрої вхідні затискачі 1-2 вібратора антени безпосередньо підключаються до внутрішнього та зовнішнього провідників коаксіального кабелю, який розміщено всередині металевого стакана В по його осі так, що стінки стакана та екранізуюча оболонка Б кабелю утворюють коаксіальну лінію з хвильовим опором r (формули для розрахунку хвильових опорів коаксіальних і 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 на обох сторонах антени будуть рівні. Якщо ж довжина l стакана В буде відмінною від l/4, то Z2,3 не буде великою і, як це видно з еквівалентної схеми рис. 2,б, симетрія порушиться: в точці 2 частина струму буде відгалужуватися на землю, і напруги між землею і точками 1-2 вже не будуть рівні і протифазні. Тому робоча смуга частот такого симетризуючого пристрою невелика. Зазвичай вона не перевищує 10% від значення основної частоти, на яку спроектовано пристрій.

Pиc.3

Смуга частот симетризуючого пристрою зі стаканом може бути збільшена шляхом введення другого відрізка коаксіальної лінії з таким же хвильовим опором, що і стакан (рис. 3,а). При цьому, як видно з еквівалентної схеми (рис. 3,б), опори точок 1 і 2 відносно землі будуть рівні, незалежно від їх величини, тобто Z1,2=Z2,3. Завдяки цьому живлення антени буде симетричним в широкій смузі частот. Різниця 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.

Вхідне опір цього симетризуючого пристрою дорівнює

де r'- хвильове опір двопровідної лінії.

Симетризуюче пристрій рис.4 просте за конструкцією, працює в широкій смузі частот і в любительській практиці використовується найчастіше. Одним з провідників цього симетризуючого пристрою є екранізуюча оболонка коаксіального фідера (елемент Б), в якості другого (елемент Б') можуть бути взяті або відрізок кабелю, з якого виконано фідер, або трубка рівного йому діаметра. Основна перевага цього пристрою перед попереднім (рис.3) - вдвічі менша довжина.

Pиc.4

Схема симетризуючого пристрою типу "U-коліно" показана на рис.5,а. Тут центральний провід основного коаксіального фідера приєднується до затиску 1 лівої половини вібратора. Від цієї ж 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 зміщується на 180°, тому до затискачів вібратора підводиться потрібне протифазне напруга. Екранізуючі оболонки кабелів з'єднані між собою.

Pиc.5

Радіо N 2 1966 р., c.24