4. Коротковолновые антенны

Диапазон волн, в котором может быть использован симмет­ричный вибратор длиной l, находится в пределах

0,8<<4l. (4.1)

Угол наклона первого (относительно земной поверхности) мак­симума диаграммы направленности бшзх вибратора определяется выражением

sin_max=/4h. (4.2)

Максимальная дальность связи R, обеспечиваемая горизон­тальным вибратором, расположенным на высоте h над землей, при отражении радиоволн от ионизированного слоя высотой Н будет

(4.3)

Входное сопротивление синфазной горизонтальной антенны, со­стоящей из полуволновых вибраторов,

(4.4)

где R_а — сопротивление излучения всей антенны, отнесенное к току в пучности.

При параллельном питании полуволнового вибратора для сог­ласования фидер с волновым сопротивлением Z_в.ф подключается к точкам вибратора, удаленным от его середины на расстояние x, согласно равенству

(4.5)

Эквивалентный радиус диполя Надененко r_э, т. е. радиус сплош­ного вибратора, имеющего такое же волновое сопротивление, как диполь Надененко, составляет

(4.6)

где r' - радиус проводов, расположенных по образующим цилинд­ров диполя; п - число проводов в цилиндре; r - радиус цилиндрической поверхности.

Волновое сопротивление диполя Надененко, имеющего длину l и эквивалентный радиус r_Э:

. (4.7)

В ромбической антенне острый угол ромба, сторона которого l, равен 2_max , причем

(4.8)

Высота h ромбической антенны связана с оптимальным углом наклона луча _mах зависимостью

(4.9)

где λ ₀—длина волны, при которой антенна имеет максимальный коэффициент усиления.

Оптимальный коэффициент замедления волны в антеннах бе­гущих волн

. (4.10)

Коэффициент замедления волны

(4.11)

где с=310⁸— скорость света, м/с; _ф - фазовая скорость волны в данной среде.

Задачи

4.1. Почему коротковолновые антенны желательно иметь диа­пазонными?

4.2. Почему важно отсутствие обратного излучения и боковых лепестков в диаграммах направленности коротковолновых антенн?

4.3. Из каких соображений выбирается длина и высота под­веса симметричного горизонтального вибратора (ВГ)?

4.4.* Какую длину должен иметь тонкий горизонтальный виб­ратор ВГ для работы в диапазоне волн λ _min=20 м, λ _max=50 м?

4.5.* Тонкий вибратор ВГ имеет длину 15 м. В каком диапазо­не волн может работать этот вибратор?

4.6.* Определить угол наклона луча _mах и дальность связи R в случае применения вибратора ВГ, расположенного на высоте h= λ/2 , при отражении волн от ионизированного слоя, находящегося на высоте Н =300 км.

4.7. На какой высоте h должен быть подвешен вибратор ВГ, чтобы при отражении электромагнитной волны от ионизированного слоя высотой H=350 км и длине волны λ=40 м обеспечить связь на расстояние R= 1000 км?

4.8. На каком расстоянии х от середины вибратора ВГ, волно­вое сопротивление которого равно 570 Ом, следует включить концы двухпроводного фидера, имеющего волновое сопротивление 600 Ом, если согласование вибратора с фидером производится по схеме параллельного питания на волне λ=30 м?

4.3. Вибратор СГ изготовлен из бронзового провода диаметром 4 мм. Длина волны равна 40 м. На каком расстоянии х от се­редины вибратора следует подключить концы двухпроводного фи­дера с волновым сопротивлением 600 Ом для согласования его с вибратором по схеме параллельного питания?

4.4.* Какое должно быть установлено соотношение между радиусом вибратора и длиной волны, чтобы волновое сопротивле­ние вибратора было равно 300 Ом?

4.11.* Имеется диполь Надененко ВГД 2, стороны которого образованы восемью проводами диаметром 3 мм. Определить волновое сопротивление диполя.

4.5. Диполь Надененко длиной 30 м изготовлен из шести проводов радиусом 1,5 мм, расположенных по образующим цилиндра радиусом 0,75 м. Каково волновое сопротивление диполя?

4.13.* Определить среднее значение сопротивления излучения R_1, приходящегося на один вибратор антенны СГ P(R_А=1117 Ом). Почему каждое из этих сопротивлений больше, чем для одиночного вибратора?

4.14. Определить входное сопротивление антенн СГ P (R_А=1117 Ом) и СГ P (R_А =2300 Ом), полагая, что волновое сопротивление одного вибратора Z_В.А.=1000 Ом.

4.15.* Рассчитать коэффициенты стоячих волн на всех участ­ках фидеров, питающих антенну СГ P (см рис. 5), при условии, что волновое сопротивление фидера Z_В.ф=600 Ом, а волновое сопротив­ление вибраторов Z_В.А.=1000 Ом.

Примечание. Сопротивление излучения всей антенны R_А дано в прил.5.

4.16. Определить k_С.В. на всех участках фидеров, питающих антенну СГ Р , при условии, что волновое сопротивление фиде­ра Z_В.Ф=600 Ом, а волновое сопротивление вибраторов Z_В.А.=1000 Ом..

Рис. 5.

4.17.* Мощность, излучаемая антенной СГ Р, равна 10кВт. Определить амплитуды токов и напряжений вибраторов в пучностях, полагая, что волновое сопротивление вибратора равно 1000 Ом.

4. 18. Амплитуда напряжения в пучности одного вибратора антенны СГ Р равна 2 кВ. Определить мощность, излучаемую антенной, полагая, что волновое сопротивление вибратора 1000 Ом.

4. 13. Чем объясняется, что антенны СГ не обладают диапа­зонными свойствами?

4.20. Чем достигается равенство токов (по амплитуде) и их синфазность в вибраторах антенны кратных волн (КГ) при работе антенны в широком диапазоне волн?

4.21. Как осуществляется согласование антенны КГ с фидером при работе без перестройки на двух кратных и на двух произ­вольно выбранных волнах?

4.22. Почему ромбическая антенна наиболее полно удовлет­воряет требованиям, предъявляемым к диапазонным антеннам? В чем преимущества и недостатки простых ромбических антенн?

4.23. Расшифруйте следующие обозначения: РГ 1; РГ 0,5; РГД 1,25.

4.24.* Определить оптимальные углы ромба при длине каж­дой стороны его l=2λ; 3λ; 4λ; 5λ; 6λ; 8λ; 10λ.

4.25. Определить высоту h ромбической антенны в длинах волн при оптимальном угле наклона луча =15°.

4.26. Определить высоту h ромбической антенны в длинах волн при оптимальном угле наклона луча =30°.

4.27.* Выбрать стандартную ромбическую антенну для связи на расстоянии 2000 км.

4.28.* Определить длину стальной линии, которая использует­ся в качестве поглощающего сопротивления ромбической антенны, излучающей мощность Р_=40 кВт при КПД антенны _a=65 и максимальной длине волны λ_mах=60 м, считая, что в линии по­глощается 99% поступающей в нее мощности.

4.23. Какая мощность P_R рассеивается на поглощающем со­противлении передающей ромбической антенны, к которой подво­дится мощность Р=35 кВт и КПД которой равен 60%? Потерями на нагрев проводов ромба пренебречь.

4.30.* Определить фазовую скорость _ф, которую целесооб­разно установить в линии антенны бегущей волны, имеющей длину 91,2 м и работающей в диапазоне волн λ=14…25 м.

4.31. При какой фазовой скорости в собирательной линии антенна бегущей волны имеет максимальный коэффициент усиле­ния, если длина собирательной линии равна 100 м, а длина вол­ны 25 м?

4.32.* Рассчитать фазовую скорость волн в собирательной линии антенны бегущей волны Б 16, полагая, что волновое сопротивление линии при отключенных вибраторах равно 600 Ом. .

4.33. Рассчитать коэффициент замедления и фазовую скорость волн в собирательной линии антенны Б 16, полагая, что, волновое сопротивление линии без шунтирующих элементов равно 600 Ом.