Петлевой вибратор с индуктивной нагрузкой

   С физической точки зрения эффективная  площадь антенны представляет собой  некоторую, соответствующую данной антенне, площадку (перпендикулярную направлению  прихода ЭМВ) поглощающую всю  энергию падающей на нее волны.

   Между эффективной площадью А и коэффициентом  усиления антенны  существует следующая связь:

    .

 

    ОПИСАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ РЕАКТИВНЫХ НАГРУЗОК. РАСЧЕТ УДЛИНЯЮЩЕЙ КАТУШКИ ДЛЯ ПЕТЛЕВОГО ВИБРАТОРА.

   Для уменьшения размеров часто используются антенны с сосредоточенными реактивными  нагрузками.

   

   Вибраторные антенны с сосредоточенными реактивными  нагрузками Z.

   Методика  расчета таких антенн заключается  в следующем:

   а)  определяется входное сопротивление

   

   

   здесь — коэффициент укорочения;

       — волновое сопротивление  антенны;

   б)  из условия последовательного резонанса

   находится значение сопротивления реактивной нагрузки:

   

   в)  находится значение индуктивности  для     l <= 0,2.5 λ;

   

   Применимо к искомой антенне имеем:

   

     

   

   

 
 
 
 
   

   

 
 

   Помимо  уменьшения габаритных размеров, укорочение антенны приводит к уменьшению мощности излучения антенны, некоторому сужению  помехозащищенности антенны, а так  же, в зависимости от точности подбора  реактивного элемента, незначительно  изменяет полосу рабочих частот антенны. Характеристики антенны, основанные на электрической длине антенны, не изменяются, так как этот параметр остается постоянным.

 

     

     ОЦЕНКА  СПРОЕКТИРОВАННОГО  УСТРОЙСТВА С ТОЧКИ  ЗРЕНИЯ ТРУДОЁМКОСТИ И ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ В СЕРИЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

     С точки зрения трудоемкости при изготовлении данного устройства не представляет особых трудностей. Может производиться  с высокой точностью.

     Это обусловлено такими факторами как :

1. Не требует каких-либо вспомогательных материалов;
2. Материал является доступным и относительно недорогим;
3. Практический отсутствуют дополнительные конструкции;

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ СОГЛАСОВАНИЯ. СПОСОБЫ СОГЛАСОВАНИЯ.

   Как отмечалось, режим бегущих волн соответствует  режиму работы фидера, т.е. при этом отсутствуют отраженные от нагрузки волны. Этот режим наиболее благоприятный  и с точки зрения мощности, максимально  допустимый для передачи по фидеру

   

   Здесь - величина пробивного напряжения.

   Данное  выражение показывает, что, во-первых, допустимая мощность максимальна а  режиме бегущих волн ( =1) и уменьшается с усилением стоячих волн (повышение ); во-вторых, при увеличении для сохранения неизменной допустимой мощности требуется увеличить пробивное напряжение , но это влечет за собой удорожание конструкции фидера и рост диэлектрических потерь в его изоляции.

   Наличие стоячих волн в фидере приводит к  появлению в его входном сопротивлении  реактивной составляющей , за счет чего вносится расстройка в колебательную систему генератора, к которому подключен фидер. Это приводит к нестабильности частоты, и мощности генератора, к срыву генерации, к явлению “затягивания” частоты.

   Режим бегущих волн обладает также очень  важным свойствам – удобством  измерений. Например, при смешанных  волнах действующие значения напряжения и тока изменяются вдоль длинны фидера, что ведет к затуханию измерений.

   Таким образом, согласованный режим работы фидеров наиболее благоприятен для  линии передачи и установление этого  режима имеет большое практическое значение. Поскольку в большинстве  случаев сопротивления, то для обеспечения  режима бегущих волн включаются согласующие  устройства.

   Согласующие устройство СУ₂ предназначено для выравнивания сопротивления между точками 3-3 фидера с волновым сопротивлением фидера при данном сопротивлении нагрузки . На практике эта задача не всегда точно выполняется, особенно в широкополосных устройствах , где неизбежно отражение волн к генератору в какой-то области диапазона частот. Дополнительное согласующее устройства СУ₁ включается между генератором и началом фидера для устранения вторичного отражения волн от генератора к нагрузке. Она обеспечивает равенство сопротивления между точками 2-2 волновому сопротивлению фидера . С другой стороны СУ₁ обеспечивает в точках 1-1 равенство сопротивления генератора волновому сопротивлению фидера

   

   Г – генератор; СУ₁, СУ₂ – согласующие устройства.

   Схема согласования фидера с нагрузкой  и генератором. 

   Рассмотрим  способы согласования фидера с нагрузкой. 

   

1. Согласование  с помощью четвертьволнового  трансформатора ( )

   Четвертьволновой  трансформатор представляет собой  отрезок фидера длиной , который включается между согласуемыми нагрузками.

   

   Согласование  сопротивления с помощью  -трансформатора.

   С помощью такого способа возможно согласование только активных сопротивлений ( ). Принцип работы устройства заключается в следующем. Поскольку , то в согласующем отрезке возникают смешанные волны, которых определяются отношением и . Допустим, что . В этом случае на конце отрезка трансформатора, обращенного к меньшему согласуемому сопротивлению, получится минимум напряжений и максимум тока (последовательный резонанс), что соответствует сопротивлению . На другом конце трансформатора, обращенном к большему сопротивлению, получают максимум напряжений и минимум тока (параллельный резонанс), что соответствует сопротивлению .

   Волновое  сопротивление трансформатора нужно  выбрать таким, чтобы коэффициент  стоячих волн, обусловленный переходом  от фидера к трансформатору и от трансформатора к нагрузке, имел одинаковую величену

     или 

   2.Широкополосные  трансформаторы сопротивлений. 

    -трансформатор является узкополосным  согласующим устройствам, т.к.  при отклонении длины волны  от среднего значения электрическая  длина трансформатора уже не  равняется. Для расширения полосы  пропускания согласующее устройство  составляет из нескольких трансформаторов. 

   

   Согласование  сопротивлений с помощью ступенчатого трансформатора. 

   Волновое  сопротивление отрезков трансформатора и подбирают с таким расчетов, чтобы от сечений 1-1 и 3-3 волны отражались бы с одинаковой амплитудой, а от сечения 2-2 – с двое большей амплитудой. Поскольку волна от 1-1 до 3-3 и обратно проходит путь то волны, отраженные от 1-1 и 3-3, совпадают по фазе и складываются. Вместе с тем, они полностью компенсируются волной, отраженной от сечения 2-2, так как путь от 1-1 до 2-2 и обратно равен , что соответствует сдвигу по фазе на 180º.

   Допустим, что длина волны передаваемого  кабеля стала такой, что для нее  участок трансформатора имеет уже  длину, несколько большую чем  . В этом случае отраженные волны суммируются в сечении 1-1 следующим образом: волна , отраженная от 2-2, отстает по фазе на угол 180º+ , а волна , отраженная от 3-3, отстает на угол 2(180º+ ) относительно от волны , отраженной от 1-1. В результате суммарное напряжение оказывается почти в противофазе с напряжением , и так как , то отраженные волны почти полностью компенсируются.

   Сопротивления трансформирующих переходов должны удовлетворять равенством

   

     

   2. Согласование при помощи экспоненциального  трансформатора.

   При этом способе согласование осуществляется с помощью линии передачи, по длине  которой волновое сопротивление  изменяется по экспоненциальному закону.

   

   Экспоненциальный  трансформатор. 

   Это достигается изменением расстояния между проводами или их диаметра и соответственно изменением погонной индуктивности и емкости трансформатора по его длине. Экспоненциальный трансформатор  рассчитывается по формулам

   

   

   Здесь - максимальная длина волны рабочего диапазона волн;

    - минимально допустимое значение  в фидере.

   Длина экспоненциального трансформатора определяется по формуле

     

   4. Согласование с помощью фидеров. 

   Данный  способ узкополосного согласования был предложен Татариновым. В  качестве согласующих элементов  он предложил использовать отрезки  короткозамкнутых фидеров (короткозамкнутые шлейфы), имеющих входную реактивную проводимость

   

   Согласование  с помощью шлейфа. 

   Условие согласования фидера с комплексной  нагрузкой  имеет вид

     

   Здесь и - активная и реактивная составляющие входной проводимости фидера в месте включения шлейфа.

    - реактивная проводимость шлейфа.

   Длина шлейфа (при равенстве волновых сопротивлений шлейфа и фидера )

   

     

   На  рисунке показаны соответственно распределение  поля при отсутствии шлейфа и при  его наличии.

   На  практике согласующее устройство может  состоять из двух шлейфов. 

   5. Согласование с помощью объемных  резонаторов (ОР).

   ОР  могут также использоваться в  качестве трансформаторов сопротивлений.

   

   Согласование  с помощью ОР 

   При стоячих волнах в одном месте  резонатора образуется максимум электрического поля при минимуме магнитного поля, а в каком-то другом месте –  наоборот. В остальных точках полости  резонатора значения напряженностей носят  промежуточный характер. Поэтому  входное сопротивление резонатора р разных точках полости различное, а, следовательно, от места расположения петель связи П1 и П2 зависят входное  и выходное сопротивления резонатора. Входное сопротивление зависит  также и от площади витка связи  и от угла между плоскостью витка  и линиями магнитного поля. Благодаря  этому ОР позволяет трансформировать сопротивление о требуемым коэффициентом  трансформации. 

   6. Использование согласующих цепей  (СЦ). 

   СЦ  находят широкое применение на практике

   Параметры цепи согласования, изображенной на рисунке, рассчитывается по формулам

    ;   ;   ;  

    ;    

   

   Согласующие цепи на сосредоточенных элементах. 
 
 
 
 
 

   ОБОБЩЕНИЕ ЗАДАЧИ СИММЕТРИРОВАНИЯ. УСТРОЙСТВА СИММЕТРИРОВАНИЯ. 

   При питании вибраторных антенн от коаксиального  кабеля необходимо применять симметрирующее устройство. Это связано с тем, что вибратор — симметричное устройство, а коаксиальный кабель — несимметричное, поэтому непосредственное присоединение  коаксиального фидера к симметричной антенне приводит к нарушению  симметрии токов в плечах антенны, что в свою очередь ведет к  искажению ДН и снижению помехоустойчивости. Для симметрии токов в плечах антенны нужно воспрепятствовать  затеканию тока на внешнюю поверхность  оплетки кабеля.