Директорные антенны

Для получения высокой направленности излучения, часто требуемой на практике, можно использовать систему слабонаправленных антенн, таких, например, как вибраторы, определенным образом расположенных в пространстве и возбуждаемых токами с требуемым соотношением амплитуд и фаз. В этом случае общая направленность зависит от габаритов всей системы и в меньшей степени от свойств отдельных излучателей.

К числу таких систем относят антенные решетки (АР). Обычно АР называется система идентичных излучающих элементов, одинаково ориентированных в пространстве и расположенных по определенному закону: линейные, поверхностные и объемные. Наибольшее распространение получили линейные и плоские АР. Линейная АР является простейшей. В ней излучающие элементы располагаются вдоль прямой – ось решетки, на равных расстояниях d друг от друга (эквидистантная АР).

Для АР справедлива теорема о перемножении диаграмм, в соответствии с которой ДН всей решетки есть произведение ДН одного элемента решетки на множитель системы:

, (4.39)

где – комплексная ДН элемента, – множитель системы.

В качестве примера рассмотрим АР, состоящую из двух симметричных вибраторов, расположенных так, как это показано на рис. 4.17.

На рис. 4.17 D r – разность хода лучей, проведенных из центров виб­раторов 1 и 2 в точку наблюдения М. Пусть – комплексные амплиту­ды токов перво­го и второго вибрато­ров соответственно. Представим их отношение в следующем виде:

, (4.40)

где q – отношение модулей токов;
ψ – разность фаз между токами.

Сечение ДН (в плоскости X0Z) рассматриваемой системы вибрато­ров определяется следующим выражением:

(4.41)

Из сравнения формул (4.35) и (4.41) видно, что множителем системы рассматриваемой АР является первый множитель выражения (4.41).

Рассмотрим ДН для случая q = 1 при различных значениях величины ψ.

При y = 90° вибратор 2 усиливает излучение в направлении на вибратор 1. Такой вибратор по отношению к 1 вибратору называется рефлектором (отражателем).

При y = –90° – наоборот. Вибратор 2 – директор (направитель).

В обоих случаях напряженность поля увеличивается в направлении отставания фазы возбуждающего тока.

На рис. 4.18 показаны ДН рассматриваемой АР для различных значений величин и y.

В диапазоне метровых и дециметровых волн широко используются так называемые директорные антенны. Их называют также антеннами «волновой канал» или в честь изобретателя – антеннами Уда-Яги.

Директорная антенна состоит из одного активного и нескольких пассивных вибраторов, которые возбуждаются полем активного вибратора и выполняют роль рефлектора и директоров. Активный вибратор является полуволновым. Рефлектор по длине несколько больше активного вибратора, а длины директоров несколько меньше длины активного вибратора. В директорной антенне применяется один рефлектор и несколько директоров. Каждый предыдущий директор направляет энергию в сторону последующего (отсюда название «волновой канал»). Схематично директорная антенна показана на рис. 4.19.

Недостаток директорной антенны – ограниченность ее рабочего диапазо­на частот. Ширина рабочего диапазона составляет примерно 5…15 % от основной частоты. Чем больше директоров содержит антенна, тем уже ее рабочая полоса частот.

В качестве активного вибратора в директорной антенне применяется как обычный симметричный вибратор, так и так называемый петлевой вибратор, предложенный А.А. Пистолькорсом. Схематично такой вибратор изображен на рис. 4.20.

Входное сопротивление по­луволнового петлевого вибратора составляет около 300 Ом, что часто является более удобным с точки зрения его питания.