20. Виды антенн

1. Ромбические антенны

Ромбические антенны относятся к группе широкодиапазонных остронаправленных антенн. Напомним, что для построения такой антенны необходимо разрешить две задачи: обеспечить без перестройки согласование элементов антенно-фидерной системы во всем диапазоне волн, сохранить при изменении длины волны постоянным направление максимального действия антенны, а если можно, то и всю диаграмму направленности. Для этого наиболее подходящим режимом антенной системы является режим бегущих волн. Ромбические антенны работают с бегущей волной тока, благодаря чему их входное сопротивление остается постоянным и активным во всем рабочем диапазоне волн.

Изображенная на рис. 27 антенна состоит из четырех горизонтальных проводов 1, 2, 3, 4, образующих стороны ромба. Генератор подключается к началу проводов 1 и 3 при помощи фидера, волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению антенны:

;

Рис. 27. Принципиальная схема ромбической антенны.

Острый угол ромба устанавливается равным , где угол между первым максимумом излучения провода с бегущей волной тока и его осью.

Благодаря этому основные лепестки Диаграммы направленности всех четырех проводов совпадают по форме и направлению. Значит, ромбическая антенна обладает направленным действием, максимум которого совпадает с направлением большой диагонали ромба.

При достаточно большой длине провода изменение длины волны не меняет существенно угол и направление максимального излучения ромбической антенны сохраняется постоянным в широком диапазоне волн. Удовлетворяется и второе условие образования диапазонной антенны: хорошее согласование фидера и антенны достигается независимостью входного сопротивления антенны от частоты.

В ромбической антенне исключено увеличение напряжения и тока на отдельных участках провода, которое получается в антеннах с использованием стоячей волны тока. Отсюда вытекает дополнительное преимущество ромбической антенны: можно значительно увеличить мощность излучения по сравнению с другими антеннами. Ромбическая антенна очень проста и удобна в эксплуатации, имеет сравнительно малую высоту (до 50 м), но по направленным свойствам и К.П.Д. уступает антеннам СГ, СГД и КГ.

Наличие боковых лепестков в диаграмме направленности антенны выражено в еще большей мере, чем в диаграмме направленности отдельных проводов. На рис. 27 видно, что даже основные лепестки (b', b", c' ,с") диаграммы направленности отдельных проводов ромба образуют боковые лепестки в диаграмме направленности всей антенны. На излучение в боковых направлениях бесполезно затрачивается много энергии, поэтому коэффициент направленного действия ромбической антенны обычных размеров не превышает 125—150.

Существенным недостатком ромбической антенны является ее низкий К.П.Д., обусловленный тем, что часть энергии, поступающей от генератора, поглощается в сопротивлении нагрузки R и не расходуется на излучение.

Низкий К.П.Д. описанных ромбических антенн, который не превышает 75—80%, а в среднем равен 60—70%, и сравнительно малый коэффициент направленного действия определяют относительно низкий коэффициент усиления антенны.

Рис. 28. Конструктивное выполнение простой ромбической антенны

Для магистральных линий связи протяженностью 900 км Г 3. Айзенберг рекомендует , и . что соответствует антенне , а для линий протяженностью свыше 1500 км антенну .

Обычно простая ромбическая антенна осуществляется таким образом, что каждая сторона ромба образуется двумя проводами, которые расходятся к вершине тупого угла и сходятся у вершины острого (рис. 28). Это позволяет компенсировать уменьшение погонной емкости, обусловленное удалением проводов 1—4 и 2—3 друг от друга, и таким образом сохранить постоянным волновое сопротивление антенны по ее длине.

Рис. 29. Двойная ромбическая антенна Г. З. Айзенберга

В приемных антеннах поглощающее сопротивление — непроволочное или изготовленное из тонкого провода (безреактивное), а в передающих антеннах — это линия длиной в сотни метров, изготовленная из хромоалюминиевой (фехрали) или стальной («железная линия») проволоки. Поглощающая линия располагается на невысоких столбах вдоль большой диагонали ромба. Материал и размеры поглощающей линии выбираются с учетом того, что в ней теряется до 20—40% мощности, подводимой к антенне.

Ввиду отмеченных недостатков простую ромбическую антенну усовершенствовали. Г. 3. Айзенберг предложил схему двойной ромбической антенны, обозначаемой .

Эта антенна (рис. 29) состоит из двух одинаковых ромбов 1,2,3,4 и 1', 2', 3', 4', которые смещены в горизонтальной плоскости (по малой диагонали ромба) на и вкючены параллельно у входных а— , а'— ' и выходных с—d, с'—d' зажимов. Поглощающее сопротивление 5 является общим для обоих ромбов. Взаимное расположение ромбов таково, что поля наиболее значительных боковых лепестков оказываются в противофазе и уничтожаются. Это намного увеличивает коэффициент направленного действия антенны.

Дальнейшее принципиальное усовершенствование ромбических антенн было сделано М. С. Нейманом, предложившим использовать в антенне обратную связь (рис. 28) для увеличения ее К.П.Д. В этой антенне поглощающее сопротивление заменено фидером 5, который соединяет выхода — b ромба 1—2 — 3—4 с входом с—d ромба 1' — 2'—3'—4'. Благодаря такому соединению поглощается лишь та мощность, которая не использована обоими ромбами для излучения. Это составляет 3—5% мощности, подведенной к антенне, и К.П.Д. такой антенны достигает 95—97%. Соответственно увеличивается и коэффициент усиления антенны.

Недостаток ромбической антенны, предложенной М. С. Нейманом, заключается в ограничении ее диапазонных свойств, связанном с необходимостью изменения длины фидера обратной связи при переходе с одной волны на другую. Путь тока по замкнутому контуру должен быть равен или кратен длине волны; следовательно, при данном значении длина линии 5 должна быть вполне определенной. При использовании кратных волн для дневной и ночной связи необходимые фазовые соотношения получаются без изменения длины фидера обратной связи.

Рис. 30. Ромбическая антенна с обратной связью

Волновое сопротивление одинарной ромбической антенны 600 — 700 Ом, в связи с чем между генератором и входом такой антенны включается открытая двухпроводная линия с волновым сопротивлением = 600 Ом без согласующих элементов. Волновое сопротивление двойной ромбической антенны 300 — 350 Ом и потому в качестве главного фидера антенн РГД используется четырехпроводный 300-омный фидер. В ромбической антенне Неймана применяются экспоненциальные фидеры.