Большая Советская Энциклопедия (АН). Страница 109
Теория и методы построения А. базируются на теории излучения элементарного электрического вибратора (рис. 1, а), опубликованной Г. Герцем в 1889. Под элементарным электрическим вибратором подразумевают проводник, длиной во много раз меньшей длины излучаемой волны λ, обтекаемый током высокой частоты с одинаковой амплитудой и фазой на всей его длине. Его диаграмма направленности в плоскости, проходящей через ось, имеет вид восьмёрки (рис. 1, б). В плоскости, перпендикулярной оси, направленность излучения отсутствует, и диаграмма имеет форму круга (рис. 1, в). КНД элементарного вибратора равен 1,5. Примером практического выполнения элементарного вибратора является Герца вибратор . Любая А. может рассматриваться как совокупность большого числа элементарных вибраторов.
Первая практическая А. в виде несимметричного вибратора была предложена изобретателем радио А. С. Поповым в 1895. Несимметричный (относительно точки подвода энергии) вибратор представляет собой длинный вертикальный провод, между нижним концом которого и заземлением включается передатчик или приёмник (рис. 2, а). Заземление обычно выполняется в виде системы радиально расположенных проводов, которые закапывают в землю на небольшую глубину. Эти провода соединены общим проводом с одной из клемм передатчика или приёмника. Диаграмма направленности вертикального несимметричного вибратора, длина которого мала по сравнению с λ, имеет в вертикальной плоскости (при высокой электрической проводимости земли) вид полувосьмёрки (рис. 2, б); в горизонтальной — форму круга. КНД такой А. равен 3. Как видно из рис. 2, б, вертикальный несимметричный вибратор обеспечивает интенсивное излучение вдоль поверхности земли и поэтому получил широкое применение в радиосвязи и радиовещании на длинных и средних волнах. На этих волнах свойства почвы близки к свойствам высокопроводящей среды и обычно требуется обеспечить интенсивное излучение вдоль поверхности земли.
Одной из важных характеристик А. такого типа является сопротивление излучения Rизл. При длине вибратора l £ 1/4l под сопротивлением излучения обычно подразумевают отношение излученной мощности к квадрату эффективного значения силы тока, измеренного у нижнего конца вибратора. Чем больше Rизл, тем больше излучаемая мощность (при заданном токе в вибраторе), выше кпд, шире полоса пропускаемых частот и ниже максимальная напряжённость электрического поля, возникающая у поверхности провода А. при заданной подводимой мощности. Т. к. максимальная напряжённость поля, во избежание ионизации окружающего воздуха и пробоя изоляторов, поддерживающих А., не должна превосходить определённого значения, то чем больше Rизл, тем больше максимальная мощность, которую можно подвести к А. Rизл увеличивается с ростом отношения l/λ, а также с повышением равномерности распределения тока по длине вибратора. Расширение полосы пропускаемых частот и снижение макс. напряжённости поля достигаются также увеличением диаметра провода А. или применением нескольких параллельно соединённых проводов (снижение волнового сопротивления А.).
А. длинных волн. В области длинных волн совершенствование А. шло по линии увеличения их геометрической высоты, доходившей до 300 м, выравнивания распределения тока путём добавления горизонтальных и наклонных проводов (Т-образные, Г-образные и зонтичные А., рис. 3) и выполнения вертикальных и горизонтальных частей А. из нескольких параллельных проводов с целью снижения волнового сопротивления. КНД длинноволновых А. » 3. По мере укорочения λ облегчается строительство А. высотой, соизмеримой с λ. При этом нет надобности в добавлении горизонтальных или наклонных проводов. Поэтому в 30-х гг. на радиовещательных станциях, работающих в диапазоне длин волн от 200 до 2000 м, стал применяться вертикальный несимметричный вибратор в виде изолированных от земли свободностоящей металлической антенны-башни или антенны-мачты, поддерживаемый оттяжками, разделёнными изоляторами на короткие секции с целью уменьшения токов, наводимых в них электромагнитным полем вибратора. КНД антенны-мачты и антенны-башни зависит от отношения их высоты к λ . Когда это отношение равно 0,63, КНД имеет максимальное значение, равное 6. Если по условиям работы в этом диапазоне волн желательно направленное излучение в горизонтальной плоскости, то применяют сложную А. (рис. 4, а), состоящую обычно из 2 вертикальных несимметричных вибраторов — одного, непосредственно питаемого от передатчика (активный вибратор), и другого, выполненного идентично первому и возбуждаемого вследствие пространственной электромагнитной связи с ним (пассивный рефлектор). При надлежащей настройке пассивного рефлектора в результате интерференции волн , излучаемых активным вибратором и пассивным рефлектором, получается диаграмма направленности, характерная форма которой в горизонтальной плоскости показана на рис. 4, б. Как видно, применение рефлектора приводит к существенному ослаблению интенсивности излучения в одном полупространстве. КНД такой А. примерно в 2 раза больше КНД одного вибратора.
А. средних волн. В радиовещательном диапазоне 200—550 м широко применяют так называемые антифединговую А., позволяющую ослабить эффект замирания электромагнитного поля (фединг), возникающий на малых расстояниях от А. (начиная с 40—60 км) вечером и ночью. Эффект замирания обусловлен интерференцией пространственной (отражённой от ионосферы) волны и волны, распространяющейся вдоль поверхности земли. Распределение тока по вибратору у антифеддинговой А. подбирается так, что приём пространственной волны значительно ослабляется. Для приёма на длинных и средних волнах , помимо несимметричных вибраторов, пользуются рамочной антенной (рис. 5) и так называемыми магнитными антеннами , а также сложной А., представляющей собой композицию из рамочной А. и вертикального симметричного вибратора. Эти приёмные А. обладают направленными свойствами в горизонтальной плоскости и тем самым позволяют ослабить помехи радиоприёму, если источник помех находится в направлениях минимума диаграммы направленности. Дальнейшее увеличение помехозащищенности при приёме на длинных и средних волнах может быть достигнуто применением антенны Бевереджа, представляющей собой длинный горизонтальный провод, подвешенный на высоте нескольких метров над землёй и направленный на принимаемую станцию.
А. коротких волн. Выполнение коротковолновых А. (см. Короткие волны ) существенно зависит от протяжённости линий связи. На линиях малой протяжённости (до нескольких десятков км) связь осуществляется посредством волн, распространяющихся вдоль поверхности земли (см. Распространение радиоволн ). На таких линиях в качестве А. часто применяют вертикальный несимметричный вибратор, подобный вибратору средних и длинных волн, а также вертикальный симметричный вибратор (рис. 6, а). На линиях большой протяжённости (от 50—100 км и более) связь осуществляется посредством радиоволн, однократно или многократно отражённых от ионосферы. На таких линиях широко применяют А. из горизонтальных симметричных вибраторов (рис. 6, б), обеспечивающих максимальное излучение под некоторым углом к горизонтальной плоскости. Круглосуточная и круглогодичная связь на коротких волнах требует частой смены λ. В дневное время, летом и в годы повышенной солнечной активности требуются более короткие волны, чем ночью, зимой и в годы пониженной солнечной активности. Поэтому применяют преимущественно диапазонные А., работающие в широком диапазоне волн без каких-либо перестроек. Одной из простейших диапазонных А. является симметричный горизонтальный вибратор, известный под названием Надененко диполя (рис. 7). Эта А. имеет малое волновое сопротивление, вследствие чего её входное сопротивление в широком диапазоне волн мало зависит от длины волны, что позволяет обеспечить хорошее согласование с питающим фидером в более чем 2-кратном диапазоне волн без перестройки. КНД диполя Надененко (с учётом влияния земли, устраняющей излучение в нижнее полупространство) лежит в пределах от 6 до 12.