Проектиране на директорна антена

[Mozo]

I. Общи сведения за директорните антени.

Директорната антена е предложена за пръв път от руския инженер Р. В. Лвович през 1926г. и в последствие усъвършенствана от японците Уда и Яги, поради което в днешно време е по-известна под наименованието “УДА -ЯГИ”.
Директорната антена е насочена антена за работа на фиксирана вълна, използвана в диапазона на метровите и дециметровите вълни за целите на радиосвръзката, радиолокацията, радиорелейните линии, в телевизията (за приемни антени) и др. С оглед на простотата на конструкцията си и експлоатацията, директорната антена получава широко разпространение.
За изясняване принципа на действие на директорните антени е целесъобразно да се разгледа еквидистантна решетка, състояща се от редица успоредни вибратори с максимално излъчване по оста z (фиг.1)

За да постигнем максимална интензивност на приемане в директорната антена трябва да имаме чист режим на бягаща вълна. Ако в антената не е създаден такъв режим от нейния край ще се приема отразена вълна, която предизвиква увеличаване на задните листи в диаграмата на насоченост, водещо до спад на ефективността на приемната работа на антената като цяло. Антените с бягаща вълна имат еднопосочно насочено действие и приемат с максимална интензивност по дължината на своята ос (антени с осово приемане).
Бягащата вълна в директорната антена се формира от система симетрични пасивни вибратори (директори Д1, Д2, Д3, Д4) и се възбужда от устройство състоящо се от симетричен активен вибратор А, захранван от генератора и от рефлектор Р, отразяващ вълната към директорите (фиг. 2)


Активният елемент при предавателни антени е захранван от генератор и служи за преобразуване на променливотоков електрически сигнал в електромагнитна вълна с дължина пропорционална на дължината на активния елемент. При приемните антени процесите са обратими и активният елемент преобразува разпространяващите се в пространството електромагнитни вълни в променливотоков сигнал.
Пасивните вибратори се възбуждат от електромагнитното поле на активния елемент (съответно от разпространяващите се в прострaнството електромагнитни вълни) и се закрепват върху носещата конструкция (стрела) без изолатори.
За да работи един пасивен вибратор като директор, е необходимо неговият ток да изостава с 90 спрямо тока на активния вибратор, т.е. да има реактивно съпротивление с капацитивен характер, което се осигурява при дължина на директора lD < /2.
Токът на пасивния вибратор, работещ в режим на рефлектор, трябва да изпреварва с 90 спрямо тока на активния вибратор, т.е. да има реактивно съпротивление с индуктивен характер, което се осигурява при дължина на рефлектора
lР > /2.
Рефлекторът усилва полето в посока на активния вибратор и отслабва полето в обратна посока, но използването на няколко рефлектора е обикновенно неизгодно, понеже следващите рефлектори се възбуждат по-слабо и имат по-малка ефективност. Първият директор усилва в посока на следващия директор и затова, ако се използват няколко директора, те се възбуждат достатъчно интензивно и се повишава ефективността на антената. От изложеното се вижда че директорите образуват своеобразен вълнов канал. Затова тази антена в литературата се среща още и под наименованието “антена тип вълнов канал”.
Дължините на директорите и разстоянията между тях се подбират така, че токът във всеки следващ вибратор да закъснява по фаза с k.dД от тока в предидущия, посредством което се осигурява режим на бягаща вълна. Обикновенно разстоянието между директорите е dД = (0,150,25) , а разстоянието между рефлектора и активния вибратор е:
dР = (0,10,35) .
Чрез подходяща настройка на вибраторите могат да се получат необходимите характеристики и параметри на директорните антени. При определяне броя на директорите в антената трябва да се има предвид, че поради намаляване на токовете в директорите, отдалечени от активния вибратор, всеки следващ директор влияе върху насоченото действие на антената по-малко от предидущия. Затова броят на директорите обикновенно се ограничава до 10, при което широчината на диаграмата на насоченост е от порядъка 25 до 30.
За изчисляване характеристиката на насоченост на директорната антена е необходимо да се знаят относителните амплитуди и фазите на токовете във всички вибратори. Те може да се определят посредством теорията на свързаните вибратори, решавайки система от уравнения на Кирхоф (броят на уравненията е равен на броя на вибраторите в антената).
Решението на тази система при даден брой на вибраторите, разстоянията между тях и техните реактивни съпротивления с използването на Електронно изчислителни машини (компютри) не е трудно. Обикновенно при проектирането на антена тези величини са неизвестни, а се дава широчината на диаграмата на насоченост.
Коефициентът на насочено действие на антената може да се определи по израза D = k1L/λ, където коефициентът k1 се увеличава при намаляване на дължината на вълната. Това се обяснява в голяма степен чрез насоченото действие на отделните вибратори при малки размери на антената.
Поляризацията на директорната антена се определя от разположението на вибраторите:

Целият материал: