Вибраторные антенны

Различного назначения

Принцип действия антенн авиационных РЭС

Любая антенна, применяемая в авиационных РЭС, состоит из первичных и вторичных излучателей. Первичным излучателем называется элемент антенны, связанный с линией передачи. Излучающий элемент, не связанный с ней и возбуждаемый полем первичного излучателя, называется вторичным.

В авиационных радиостанциях широко используются антенны, состоящие из линейных проводников. Их еще называют проволочными антеннами. Они состоят из множества элементов, простейшими из которых являются симметричный (полуволновый) и несимметричный (четвертьволновый) вибраторы.

Полуволновой вибратор состоит из двух прямолинейных проводников, симметрично расположенных на одной линии ОZ, с небольшим промежутком между ними, рис. 4.

Внутренние (срединные) концы проводников, к которым подключают генератор высокой частоты (ГВЧ), называют клеммами. Подключенный к клеммам проводников ГВЧ является причиной формирования в них переменной ЭДС. Под действием последней свободные электроны начинают совершать колебательное движение, создавая электромагнитное излучение в окружающем пространстве.

Вообще симметричный вибратор можно представить как длинную линию, разомкнутую на конце, провода которой развернуты на 180⁰ (рисунок 5).

Благодаря этому токи в симметричных относительно клемм точках Zi и –Zi равны и направлены в одну сторону (рисунок 4). Распределение тока I(z) вдоль проводников симметрично (рис. 4).

Для получения максимального тока в проводах вибратора (и соответственно максимального уровня излучения) должно быть выполнено условие резонанса. Т.е. когда длина волны колебаний ГВЧ совпадает с длиной волны собственных колебаний вибратора ().

Рис. 4. Полуволновый вибратор

Рассмотрим процесс свободных электрических колебаний в симметричном вибраторе.

Присоединим оба проводника вибратора к источнику постоянной ЭДС (рисунок 6,а). После того как распределенные емкости проводов зарядятся и между его половинами возникнет разность потенциалов, отключим источник питания накоротко замкнем обе половины перемычкой (рис. 6, б). При этом распределенные емкости начнут разряжаться через перемычку. При этом наибольший электрический заряд протекает через отрезки проводов вибратора расположенных у середины вибратора и поэтому разрядный ток в них больше. К концам проводника ток уменьшается до нуля. Ток в проводе нарастает постепенно. Знак потенциала относительно средней точки по обе стороны от нее различен, т.к. в одной половине вибратора ток течет к ней, а в другой – от нее.

По мере разряда распределенной емкости ток в проводе нарастает и достигает максимума, когда она полностью разрядится. При этом вся энергия электрического поля, запасенная емкостью, переходит в энергию магнитного поля распределенных индуктивностей. И если вначале индуктивность проводов вибратора препятствовала нарастанию тока, то теперь она препятствует его уменьшению.

Рис. 6. Свободные колебания в симметричном вибраторе

Поэтому ток уменьшается постепенно, сохраняя прежнее направление (рис. 6,г). За счет этого происходит перезаряд распределенной емкости. Когда ток спадает до нуля, емкости оказываются перезаряженными (рис. 6,д). После этого процесс протекает в обратном направлении (рис.6, е-и). Таким образом, в вибраторе возникают свободные электрические колебания. При этом при включении ГВЧв нем устанавливаются стоячие волны тока и напряжения, причем вдоль его длины укладывается половина стоячей волны тока и напряжения. Следовательно длина волны собственных колебаний симметричного вибратора вдвое больше его длины , поэтому он и называется полуволновым.

Известно, что излучающие свойства антенны зависят от характера распределения тока в излучающем проводе.

Поэтому диаграмма излучения полуволнового вибратора (рис. 7, а, в) имеет максимум в направлении, перпендикулярном оси вибратора.

Рис. 7. Диаграммы направленности полуволнового вибратора:

а – пространственное изображение, б – в горизонтальной плоскости,

в – в вертикальной плоскости

С уменьшением угла интенсивность излучения падает и в направлении оси вибратора становится равной нулю. В плоскости, перпендикулярной оси вибратора, вследствие симметричности антенны излучение по всем направлениям одинаково, и диаграмма имеет вид окружности.

Линейные вибраторы использу­ются как самостоятельно, так и в качестве элементов более слож­ных антенн.

Дата добавления: 2014-01-20