Рис. 13.6.3.
В простейшем случае дальний конец собирательной линии выполняется так, как показано на рис. 13.6.2, – подключается к самому длинному элементу и всё. При этом на FМИН этот элемент работает как вибратор. Значит, на минимальной частоте в антенне отсутствует рефлектор. А это приводит к снижению F/B в начале полосы.
Чтобы избежать этого, надо сделать из последнего элемента рефлектор для низшей частоты. То есть удлинить его электрически (рефлектор длиннее вибратора). Проще всего для этого добавить индуктивность в середину последнего элемента. А на УКВ небольшую индуктивность удобно делать как закороченный отрезок линии, короче четверти волны. В ЛПА это делают, продляя собирательную линию дальше (левее по рис. 13.6.1 и 13.6.2) последнего элемента и закорачивая ее на конце.
Такое выполнение дальнего конца собирательной линии является стандартным для УКВ ЛПА, т.к. поднимает до приемлемых значений F/B в нижней части полосы (п.13.6.4).
При обоих вышеописанных способах выполнения дальнего конца собирательной линии (разомкнут на последнем элементе как на рис. 13.6.2 или проходит дальше и короткозамкнут как описано выше) в ЛПА имеется проблема, существенно ограничивающая выбор t, входного сопротивления и диаметра элементов.
Для анализа этой проблемы изучим рис. 13.6.3. На участке от источника до активной зоны ток в коротких (для этой частоты) элементах мал, а собирающая линия согласована. Взгляните, ток в ней на этом участке равномерный, это режим бегущей волны. На участке активной зоны диполи возбуждаются (их размер близок к резонансному на данной частоте) и формируют направленное излучение, отбирая практически всю мощность, пришедшую по собирательной линии. Именно так описывается процесс работы ЛПА во всех учебниках.
А на участок антенны от левого (по рис. 13.6.3) края активной зоны до конца собирательной линии внимания не обращают. Казалось бы, зачем на него обращать внимание? Тока на этом участке все равно почти нет. Его же активная зона еще раньше "съела". А те крохи тока, которые прорвались за активную зону, вроде бы ничего плохого не сделают. Ведь на этом участке элементы слишком длинные для данной частоты и поэтому не возбуждаются. Но это неполное рассуждение.
Посмотрим внимательно последний, неактивный участок собирательной линии. От левого (по рис. 13.6.3) края активной зоны го конца. На дальнем левом конце он закорочен или разомкнут. То есть на этом участке линия рассогласована и в ней высокий КСВ. А что делает отрезок линии с высоким КСВ, замкнутый или разомкнутый на дальнем конце? Правильно, трансформирует импеданс на ближний конец. И если его длина не кратна l/4, дает высокую реактивность (п. 3.2.4). Причем делает это вне зависимости от того есть в линии ток, или нет. Это просто трансформация импеданса.
Из-за непрерывной полосы ЛПА обязательно найдется такая частота, на которой реактивность, вносимая этим рассогласованным участком собирательной линии в последний (левый по рис. 13.6.3) вибратор активной зоны, будет такой, что расстроит этот вибратор. Например, немного сдвинет его вверх по частоте, превращая его из рефлектора в директор. Из-за этого паразитного резонанса нарушится распределение токов в активной зоне, и, соответственно изменятся ДН, усиление и импеданс.
Таких паразитных резонансов в полосе ЛПА будет несколько. Во-первых, может быть поражен не только последний, и любой из вибраторов активной зоны. Во-вторых, электрическая длина этого последнего, неактивного участка собирательной линии меняется с частотой в очень широких пределах (п. 3.2.4), поэтому обязательно найдутся частоты, на которых возникнут паразитные резонансы.
К чему это приводит показано на рис. 13.6.4. На нём даны зависимости КСВ от частоты для 16-ти элементной ЛПА с t = 0,9, работающей в полосе 0,4 … 1,6 ГГц с входным сопротивлением 50 Ом (диаметр элемента 0,9% l).
При классическом выполнении ЛПА (т.е. или точно по рис. 13.6.2 с открытым дальним концом собирательной линии файл …400_1400_end_open.gaa, или с короткозамкнутым шлейфом на конце этой линии файл …400_1400_end_short.gaa) в полосе видны несколько резких всплесков КСВ. Это вышеописанные паразитные резонансы.
Что происходит с распределение токов в антенне и ее ДН на таком резонансе показано на рис. 13.6.5, на котором рассчитана антенна …400_1400_end_short.gaa (для которой построен верхний график на рис. 13.6.4) на частоте 507 МГц (первый паразитный резонанс).
Ничего похожего на нормальную работу ЛПА на рис. 13.6.5 нет. КСВ выпрыгнул выше 8, диаграмма направленности вообще развернулась в обратную сторону. Причина этого безобразия: реактивное сопротивление рассогласованного левого конца собирательной линии превратило два последних элемента в директоры. На этих элементах видно, что распределение тока на них не синусоидально, а имеет скачок в центре, что как раз и бывает при подключении реактивности.
Bonn, 23.07.2012