Строительный блокнот  Теория однородной линии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 [ 66 ] 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177

высоте подвеса над землей излучать и принимать волны под низкими углами к горизонту, необходимыми для связи с отдаленными корреспондентами. Диаграмма направленности и усиление вертикальных вибраторов слабо зависят от частоты, и диапазон их использования в основном определяется возможностью их согласования с фидерным трактом.

Вертикальные вибраторы создают также достаточно интенсивную поверхностную волну (см. § 7.3), распространяющуюся непосредственно вдоль земли без отражения от ионосферы и позволяющую осуществлять связь с близко расположенными корреспондентами.

Интенсивный прием повер.х-ностных волн является одновре-менно и недостатком вертикальных вибраторов ввиду большей чувствительности к местным по-1- мехам. К недостаткам вертикаль-

ного вибратора следует также отнести более высокие, чем у горизонтального вибратора, потери в земле при излучении.

Указанные особенности, а также более простая, чем в случае горизонтального вибратора, конструкция и малые размеры площадки, необходимые для размещения вибратора, определяют область применения вертикальных вибраторов в качестве самостоятельных антенн и элементов антенных решеток.

11.2. Распределение тока и входное сонротивление

Распределение тока и входное сопротивление в вертикальном симметричном вибраторе могут быть найдены путем численного решения уравнения Галлена либо с помощью обобщенного метода наведенных ЭДС (см. гл. 6). Влияние земли учитывается введением зеркальных токов. В связи с тем что на практике поверхность земли вокруг вибратора обычно металлизируется, такая идеализация допустима.

Специфической особенностью симметричного вертикального вибратора является некоторая асимметрия распределения тока в его плечах, заметная, однако, лишь при малых высотах подвеса и резонансной длине плеча /= 0,5Я,. Возможная асимметрия должна быть учтена в представлении тока в вибраторе. Число независимых коэффициентов, определяющих распределение тока и соответственно порядок получающейся системы алгебраических уравнений, в этом случае больше, чем при анализе горизонтального вибратора.

На рис. 11.2 показано рассчитанное распределение тока в вер-



тиюальном симметричном вибраторе при различных высотах подвеса и длинах вибратора для радиуса провода а = 0,007Л,. Сплошной линией показана действительная составляющая тока, штриховой - мнимая. Ток соответствует входному напряжению 1 В.

Как видно из рисунка, асимметрия распределения тока невелика даже при малых высотах подвеса, кодда нижний конец 1Вибратора почти касается земли, а ток в точке питания практически не зависит от высоты подвеса. Ввиду этого влиянием земли на входное -сопротивление можно пренебречь и для определения входного сопротивления пользоваться кривыми, приведенными на рис. 10.7, 10.8, 10.12. Зависимость входного сопротивления симметричного вибратора от высоты подвеса иллюстрируется рис. 11.3.

В случае несимметричного вертикального вибратора при металлизации земной поверхности вокруг вибратора введение зеркальных токов эквивалентно добавлению симметричного плеча. Ввиду этого распределение тока в несимметричном вибраторе совпадает с распределением тока в плече симметричного вибратора, находящегося в свободном пространстве, а его входное сопротивление вдвое меньше сопротивления симметричного вибратора.

На практике вертикальные вибраторы обычно выполняются в виде набора проводов, натянутых по образующей цилиндра. Такая система эквивалентна сплошному металлическому цилиндру с радиусом asK = R V nr/R, где п -число проводов; г - радиус отдельного провода; i? -радиус образующей цилиндра (см. § 10.9).

В случае толстых вибраторов наличие плоской торцевой поверхности у точки питания приводит к заметному отличию между расчетными и экспериментальными значениями входного сопротивления из-за неучета торцевой емкости и связанных с ней токов. Для уменьшения торцевой емкости, ухудшающей согласование вибратора с линией питания, плечо вибратора вблизи точки питания выполняется в виде конуса. При этом расчетные значения входного сопротивления, полученные без учета торцевых токов, хорошо совпадают с экспериментальными.

На рис. 11.4 показана расчетная кривая входного сопротивления толстого вибратора а =0,078. Кружками показаны экспериментальные значения, полученные на модели, установленной на металлической подставке. Угол при вершине конуса, образованного сходящимися в точку питания проводами, составлял 90°. При расчетах ток в вибраторе представлялся в виде степенного ряда (6.25) с Л/= 2 и 3. Для сравнения приведены также значения входного сопротивления, рассчитанные по (1.13) при замене вибратора эквивалентной длинной линией с потерями (см. § 6.6).

В заключение отметим, что металлизация земной поверхности, выполняемая для уменьшения потерь в земле, существенно упрощает задачу расчета электрических характеристик вибратора, позволяя свести влияние земли к добавлению зеркальных токов. При отсутствии металлизации задача расчета входного сопротивления намного усложняется [14].




11.3. Диаграмма направленности, i

действия, коэффициеот усиления

иент полетного

Диаграмма направленности вертикального вибратора в горизонтальной плоскости представляет собой окружность. В вертикальной плоскости ДН симметричного вибратора в предположении синусоидального распределения тоюа описывается (7.14), где коэффициент отражения от земли ри определяется (7.12).

Выражение (7.14) представляет собой произведение ДН вибратора, находящегося в свободном пространстве, и множителя, учитывающего интерференциЮчПрямого и отраженного от земли лучей. Синусоидальное распределение тока соответствует бесконечно тонкому вибратору. Поправки, связанные с реальным распределением тока в вибраторе конечного радиуса, иллюстрируются рис. 10.5,6. Они заметны лишь при Я S 0,5 и сводятся в основном к сглаживанию ДН.

На диаграмму направленности вертикального вибратора существенно влияют параметры земли. На рис. 11.5,а, б показана за-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 [ 66 ] 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177