Вибраторные антенны
Вибраторная антенна (антенна Герца) – это самая простая антенна, которая используется для приема и излучения электромагнитных волн.
Вибраторная антенна представляет собой прямолинейный электрический проводник малой, по сравнению с длиной электромагнитных волн, длины, по которому протекает переменный электрический ток. В настоящее время вибраторные антенны используются в диапазона от километровых до дециметровых волн и обычно являются составляющей связных радиостанций и систем радиотехнического обеспечения полета. Вибраторные антенны относятся к классу нелинейных антенн, для которых, чтобы рассчитать поля излучения необходимо знать закон распределения тока вдоль антенны.
Самым распространенным типом вибраторов для антенн является симметричный. Он представляет собой вибратор в виде двух симметрично расположенных проводников равной длины, к концам которых подводится фидер. Чтобы в такой антенне соблюдалась электрическая симметрия, необходимо выполнение следующих условий:
- Проводники должны занимать одинаковое положение относительно нулевого потенциала, в качестве которого могут выступать поверхность земли или экран.
- Оба плеча симметричного вибратора должны быть одинаковыми не только по размерам, но и форме.
- Питание вибратора должно быть симметрично
Симметричные вибраторы классифицируются по электрической длине и конструкции. По электрической длине различают волновой, полуволновой и электрически короткий. Из перечисленных самым распространенным является полуволновой, представляющий собой прямолинейный прямой тонкий проводник, длина которого равняется половине длины электромагнитной волны в среде. По конструкции различают вибратор-бабочка, цилиндрический, с емкостной нагрузкой, биконический, петлевой. Выбор способа питания и фидера симметричной вибраторной антенны зависит от диапазона рабочих частот. В данном случае могут использоваться двухпроводная линия передачи, коаксиальный кабель или полосковая линия. Когда применяется симметричная линия передачи, то она подключается непосредственно к зажимам. В том случае, когда используется несимметричная линия (полосковая линия или коаксиальный кабель), необходимо специальное симметрирующее устройство.
Проектирование вибраторных антенн
Процесс проектирования вибраторной антенны состоит из расчета следующих параметров:
- Сопротивление излучения.
- Полное активное сопротивление антенны.
- Коэффициент полезного действия.
- Коэффициент усиления по мощности.
- Коэффициент направленного действия.
- Действующая высота.
- Эффективная площадь антенны.
Эффективная площадь вибраторной антенны определяет ту часть площади фронта плоской волны, с которой снимает энергию антенна. Как правило, данный параметр используется для расчета многовибраторных сложных антенн. У принимающих антенн эффективная площадь и коэффициент направленного действия связаны следующим выражением:
$D=4*п*Аэфф/л(2)$
где: п=3,14; Аэфф - эффективная мощность площадь антенны; л - длина электромагнитной волны.
Мощность сигнала на входе приемника, который согласован с антенной, рассчитывается по следующей формуле:
$Ра = (Е(2)*Аэфф) / 120$
где:Е - напряженность поля; Аэфф - эффективная площадь антенны
Затем строится диаграмма направленности.
Диаграмма направленности – это зависимость электродвижущей силы вибраторной антенны от направления прихода волны.
Ширина диаграммы направленности представляет собой угол, внутри которого электродвижущая сила антенны не опускается ниже 0,7 от своего максимального значения. Коэффициент полезного действия приемной вибраторной антенны рассчитывается следующим образом:
$n = Р1/Р2$
где: Р1 - мощность снимаемая с антенны; Р2 - мощность, которую получает электромагнитная волна от антенны.
Для вибраторной передающей антенны формула выглядит следующим образом:
$n = P3/P4$
где: Р3 - излучаемая мощность; Р4 - подводимая мощность
Коэффициент усиления антенны представляет собой значение, показывающее во сколько раз, снимаемая с антенны мощность, больше той, которая могла бы быть снята в аналогичных условиях с ненаправленной антенны при отсутствии потерь
$G = nAv*D$
Сопротивление излучения связывает излучаемую антенной мощность с током следующим образом:
$R = P/I$
где: Р - мощность излучаемой волны; I - эффективное значение электрического тока.
Методика проектирования и расчета вибраторных антенн может различаться, так как зависит от типа вибратора в антенне, технических характеристик, а также условий работы.
