Види, параметри та принцип роботи антен (стр. 2 из 4)
Відповідно до правила перемноження ДС система буде визначатися за співідношенням
, (7.26)де
− ДС напівхвильового вібратора; 
− множник системи.Система, що розглядається, можна подати у вигляді лінійної решітки із двох випромінювачів. Відомо, що множник системи для такої антени має вигляд
. (7.27)Розраховані за формулою (7.27) графіки множника системи для різних електричних відстаней d/λ та різної настройки пасивного вібратора наведені на рис.7.18.
Із аналізу наведених графіків (рис. 7.18) можна сформулювати такі висновки:
при заданій відстані між вібраторами шляхом зміни довжини пасивного вібратора (величини х22 можна домогтися того, щоб він діяв, як директор або, як рефлектор;
при заданій довжині пасивного вібратора досягти такого ж ефекту можна зміною відстані між вібраторами.
Результуюча ДС системи f(θ) у площині Н (площині, що перпендикулярна вібраторам) збігається з множником системи
fН(θ)=60fсист(θ) . (7.28)
Результуюча ДС у площині Е визначається за виразом
(7.29)Вхідний опір активного вібратора матиме вигляд
. (7.30)Виділяючи дійсну та уявну частини, набудемо такі співвідношення
, (7.31, а) 
. (7.31, б)Опір
не враховує втрати в системі. Налагодження системи в резонанс здійснюється укороченням пасивного вібратора 
.КСД системи слід розраховувати за загальною формулою для вібраторних антен
. (7.32)Як показують розрахунки, система дозволяє набути значення D=4...6. Необхідна форма ДС досягається шляхом зміни довжини пасивного вібратора та його віддалення від активного вібратора.
Система активний вібратор – плоский ненастроєний екран
Для отримання односторонньої ДС та розширення робочого діапазону частот використовують антену, яка складається із напівхвильового активного вібратора, що розміщується паралельно плоскому екрану на відстані h. Для наближеного розрахунку ДС системи, вважають, що екран нескінченний. Тоді відповідно до методу дзеркальних зображень [ ] дану систему можна замінити системою паралельних вібраторів, що віддалені один від одного на відстань 2h (рис. 7.19).
Для визначення ДС системи скористуємося формулою (7.20). Оскільки кут θ відраховується від осі системи і враховуючи, що фо=π, а d=2h, набудемо:
ДС в електричній площині дорівнює співвідношенню
. (7.33) 
ДС у магнітній площині дорівнює
. (7.34)Розрахунки показують, що ДС у площинах Е та Н майже однакові, внаслідок чого КСД системи збільшується до 5...7. Оскільки екран ненастроєний, розширюється робочий діапазон частот. Тому така система широко використовується як первинний опромінювач дзеркальних антен.
Особливості конструкції та спрямованихвластивостей директорних антен
З метою звуження ДС та підвищення КСД використовують директорну антену або антену типу “хвильовий канал” (в іноземній літературі – антена Яги або Уда-Яги). Така антена є лінійною дискретною системою, що складається із однаково орієнтованих та розміщених в одній площині одного активного вібратора, рефлектора та декількох директорів (рис. 7.20). Центри вібраторів приєднуються до металевої або діелектричної стріли.
Постановка більш одного рефлектора неефективна, оскільки поле за рефлектором слабке. Рефлектор розміщують на відстані (0,15...0,25)λ від активного вібратора. Кількість директорів, зазвичай, не перевищує 10...12. Відстань між ними (0,1...0,35)λ. Активний вібратор виготовляють на 3...5% коротшим напівхвильового; директори укорочені на 5...15%, а рефлектор на 2...5% довший напівхвильового. Директори збуджуються хвилею, що розповсюджується впродовж осі, утворюючи своєрідний “хвильовий канал”. Відповідно до цього директорна антена подібна антені біжучої хвилі.
Директорна антена формує ДС практично вісьосиметричної
форми. ШДС залежить від електричної довжини директорної антени, що визначається за відношенням L/λ (рис. 7.21).
Збільшення довжини антени призводить спочатку до більш швидкого, а потім до більш повільного звуження ДС. Це пояснюється більш слабким збудженням кожного наступного директора. Для здійснення умови 2θ0,5p<15o використовують синфазні антени із директорних антен.
До переваг директорної антени належать: простота та жорсткість конструкції, до недоліків – це вузькосмуговість та складність настройки. Антена використовується на УКХ.
Логоперіодична антена
Логоперіодичні антени належать до частотно незалежних антен. В основу роботи таких антен покладений принцип електродинамічної подібності, тобто при одночасній зміні довжини хвилі та всіх геометричних розмірів, в однаковій пропорції, основні параметри антени (вхідний опір та діаграма спрямованості) залишаються практично незмінними. Характерною особливістю частотно-незалежних антен є те, що одночасно (на заданій хвилі) у роботі приймає участь тільки частина антени. При зміні довжини хвилі робоча область, зберігаючи свої відносні розміри (у долях хвилі), переміщується вздовж антени.
Одна із можливих конструкцій логоперіодичної антени наведена на рис.7.22.
На рис. 7.22 показана двопровідна лінія, до якої приєднані симетричні вібратори. Довжина вібраторів та відстань між ними збільшуються у міру віддалення від початку антени так, що всі вібратори виявляються подібними, а лінії, що з’єднують їх кінці, утворюють постійний кут αдля даної антени.
Коефіцієнт подібності τ(безрозмірний період структури) пов’язує довжину сусідніх вібраторів 2ℓi−1 та 2ℓi, а також і відстані цих вібраторів Ri−1 та Ri до вершини кута α співвідношенням
. (7.35)Розглянемо принцип дії логоперіодичної антени. Оскільки вібратори відрізняються один від одного за довжиною, то всі вони резонують на різних частотах. На деякій частоті fo, яка є резонансною для одного з вібраторів, вхідний опір такого вібратора стає чисто активним і дорівнює близько 73 Ом, а вхідний опір решти вібраторів буде комплексним. При цьому їх реактивні складові будуть тим більшими, чим більше довжина кожного відрізняється від резонансної. Це, в свою чергу, призводить до істотного зменшення струмів у вібраторах, що віддалені від резонансного, і зменшенню, внаслідок цього, їх впливу на сумарне поле випромінювання. Воно буде визначатися, так званою, активною областю антени (резонансним та найближчими до нього двома-трьома вібраторами). Нехай антена збуджується на хвилі, для якої вібратор 3 настроєний у резонанс. При цьому, оскільки довжина вібратора 4 є більшою за резонансну, а довжина вібратора 2 менша резонансної, то наведений, завдяки просторового зв’язку, струм у вібраторі 4 буде випереджати за фазою струм у вібраторі 3, а струм у вібраторі 2 буде відставати від струму у вібраторі 3. Отже, короткий вібратор 2 відіграє роль директора, а більш довгий вібратор 4 – рефлектора. Тому подібні антени випромінюють енергію переважно у межах однієї напівсфери у бік початку антени. Якщо частота генератора зменшиться і стане дорівнювати τfo, то розпочне резонувати наступний, більш довгий вібратор. Збільшення частоти до значення fo/τ викликає резонанс у більш короткому вібраторі.
Тому на всіх частотах, що дорівнюють
, (7.36)де fi − резонансна частота i-го вібратора.
ДС антени практично не змінюється.
Оскільки, при відображенні за логарифмічною шкалою, резонансні частоти повторюються через однакові інтервали, що дорівнюють
, (7.37)то антени і набули назву логоперіодичних. На резонансних частотах f1, f2,…,fn електричні параметри антени практично зберігаються незмінними. Всередині інтервалів f1−f2, f2−f3, … , fn−1−fn ДС та вхідний опір дещо змінюються.