2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Директорная антенна представляет собой линейную антенную решетку осевого излучения. В таких решетках фазы токов в вибраторах Ψ_П отстают в направлении излучения

Ψ_П = k*d(c/v),

где k = 2π/λ – волновое число,

λ – длина волны,

d – расстояние между вибраторами,

c/v – коэффициент замедления,

с – скорость света,

v – фазовая скорость волн.

Если пространственный сдвиг фаз Ψ = kd равен сдвигу фазы по питанию Ψ_П, что наблюдается когда c/v = 1, то в направлении излучения (вдоль оси антенны) поля будут складываться синфазно Ψ_Р = Ψ_П – Ψ = 0⁰, т.е. арифметически, а в противоположном направлении – компенсироваться.

В директорной антенне v<c (c/v>1), т.е. наблюдается режим «медленной волны» при котором наблюдается векторное сложение полей в направлении излучения (рис. 2.1)

Рис.2.1. Пример сложения полей при c/v>1

Антенна состоит из активного вибратора (так называют вибратор к которому подводится фидер) и ряда пассивных вибраторов (так называются вибраторы к которым питание не подводится). Пассивные вибраторы возбуждаются электромагнитным полем активного вибратора. В качестве активного вибратора, как правило, используется петлевой или шунтовой вибратор. Устройство антенны иллюстрируется на рис.2.2.

Пассивные вибраторы расположенные от активного вибратора в направлении максимального излучения (приема), называют «директорами» (название произошло от латинского слова «Direkt» – направлять).

Рис.2.2. Эскиз директорной антенны

Пассивный вибратор, расположенный от активного вибратора в направлении, противоположном направлению максимального излучения (приема), называется «рефлектором» (название произошло от латинского слова «Reflekt» – отражать). Обычно применяется только один рефлектор, так как последующие за ним пассивные вибраторы возбуждаются слабо и не оказывают существенного влияния на излучение антенны.

Ток в пассивном рефлекторе должен опережать по фазе ток в активном вибраторе. Это возможно, когда его входное сопротивление будет носить индуктивных характер, т.е. полная длина вибратора (2l) должна быть больше его резонансной длины.

Ток в пассивном директоре должен отставать по фазе от тока в активном вибраторе. Это возможно, когда его входное сопротивление носит емкостной характер, т.е. полная длина вибратора (2l) должна быть меньше его резонансной длины.

Направленные свойства директорной антенны определяются числом, взаимным расположением и настройкой пассивных вибраторов. Так как входное сопротивление симметричного вибратора меняется с изменением его относительной длины плеча (l/λ) как показано на рис.2.3, настройка всех пассивных вибраторов производится изменением их длин. Длины вибраторов и расстояние между ними подбирают так, чтобы начиная от рефлектора, в каждом последующем вибраторе, ток отставал по фазе от тока в предыдущем вибраторе на величину Ψ_П.

При этом в направлении расположения директоров будет происходить сложение полей излучения от всех вибраторов, а в обратном направлении – компенсация. Таким образом, директорная антенна формирует почти однонаправленную диаграмму направленности.

В директорной антенне длину рефлектора выбирают равной (0,51…0,53)λ, а расстояние между рефлектором и активным вибратором–(0,15…0,25)λ. Длины директоров выбирают равными (0,41…0,45)λ, а расстояние между активным вибратором и ближайшим к нему директором, а также между отдельными директорами – (0,1…0,34)λ.

Рис.2.3.Зависимости активной и реактивной составляющих входного сопротивления вибратора от величины l/λ

Пояснение о сложении электромагнитных полей системы из двух вибраторов в плоскости Н дается в ПРИЛОЖЕНИИ.

Если бы в качестве активного вибратора использовать полуволновой вибратор, то за счет наведенных сопротивлений его входное сопротивление уменьшилось бы до 20…30 Ом, что вызвало бы проблемы согласования с коаксиальным кабелем. Поэтому, в основном, в качестве активного вибратора используется петлевой вибратор, имеющий точку нулевого потенциала «0» (рис.2.4.), и обладающий входным сопротивлением 290…300 Ом.

Поскольку коаксиальный фидер является не симметричным фидером, то для подключению к активному вибратору требуется симметрирующее устройство являющееся также трансформатором сопротивлений. Таким свойством обладает симметрируюшее устройство типа «U – колено» (рис.2.4.б) с коэффициентом трансформации 4. В результате петлевой вибратор оказывается хорошо согласованным с коаксиальным фидером, имеющим волновое сопротивление 75 Ом.

Длина «U – колена» выбирается равной λ_K/2, где λ_K = – длина волны в коаксиальном фидере, где ε – относительная диэлектрическая проницаемость заполнителя между центральной жилой и оплеткой кабеля (для полиэтилена низкого давления ).

Рис.2.4. Эскиз петлевого вибратора (а) с симметрирующим устройством (б)