Симметричный электрический вибратор

Симметричные вибраторы, состоящие из двух одинаковых по размерам и форме проводников, между которыми включается генератор высокой частоты (проводники называют плечами), начали широко применяться уже в первой половине 20-х годов на коротких волнах. В настоящее время они применяются на декаметровых, метровых, дециметровых и сантиметровых волнах, как в качестве самостоятельных антенн, так и в качестве элементов более сложных антенн. Схематично симметричный электрический вибратор изображен на рис. 4.12. При этом выполняется неравенство .

Распределение тока в плечах вибратора можно определить по следующей приближенной формуле

I_z = I_п sin k (l – | z |), (4.33)

где I_п – амплитуда тока в пучности; l – длина плеча вибратора; k = 2p/l – коэффициент фазы.

Формула (4.33) получена из приближения, что закон распределения тока вдоль плеч вибратора соответствует стоячей волне линии без потерь, разомкнутой на конце.

На практике наиболее часто используется так называемые полуволновой () и волновой () вибраторы. Из формулы (4.33) видно, что распределение тока по вибратору зависит от отношения (). Так, например, для полуволнового вибратора распределение тока показано на рис. 4.13,а, а для волнового – на рис 4.13,б.

а) б)

Рисунок 4.13 – Распределение тока в симметричном вибраторе

Вектор напряженности электрического поля, излучаемого вибратором, лежит в плоскости, проходящей через ось вибратора (как и у элементарного электрического излучателя). Его комплексная амплитуда в дальней зоне определяется по следующей формуле:

, (4.34)

где I ₀ – ток в точках питания вибратора (z = 0 в формуле (4.33)); r – расстояние до точки наблюдения; q – угол между осью вибратора и направлением на точку наблюдения.

Вибратор обладает направленными свойствами в меридиональной плоскости (плоскости Е). Из формулы (4.34) следует, что нормированная характеристика направленности симметричного электрического вибратора имеет вид:

. (4.35)

Для полуволнового вибратора (l /l = 0,25, ):

. (4.36)

Для волнового вибратора (l /l = 0,5, ):

. (4.37)

Характер ДН, рассчитанных по формулам (4.36) и (4.37), показан на
рис. 4.14,а (l /l = 0,25) и 4.14,б (l /l = 0,5). Из рисунков видно, что ДН имеют вид «восьмерки» (как и элементарный электрический излучатель). При этом для случая l /l = 0,25 ширина главного лепестка () составляет 80^о, а для случая l /l = 0,5 – 44^о.

а) б)

Рисунок 4.14 – Диаграммы направленности полуволнового

и волнового симметричного вибраторов

Если l /l > 0,5, то в диаграмме направлен­ности появляются боковые лепестки (рис. 4.15). Наибольшее излучение в главном направлении (направление, перпендикулярное оси вибратора, т.е. при ) наблюдается при l /l = 0,625 (Dq_0,5 = 31°). При дальнейшем увеличении вели­чины l /l, уровень излучения в главном направле­нии уменьшается, а уровень излучения в направ­лениях боковых лепестков возрастает. Уровень излучения в главном направ­лении становится нулевым при l /l = 1.

КНД симметричного электрического вибратора в направлении, перпендикулярном его оси определяется следующей формулой:

. (4.38)

где R _åп – сопротивления излучения, отнесенные к току в пучности (I_п);
Z _c – волновое сопротивление среды.

На рис. 4.16 приведен характер зависимости от величины .

Важной характеристикой симмет­ричного вибратора, как и любой прово­лочной антенны, является входное сопротивление. Входное сопротивление вибратора в общем случае является комплексным и существенно зависит от величины . Кроме того, входное сопротивление зависит от толщины проводов, из которых выполнен виб­ратор. Для полуволнового и волнового бесконечно тонких вибраторов входное сопротивление чисто активно и равно соответственно 73,1 и 199 Ом.