Входной импеданс симметричного вибратора в свободном пространстве, зависит от его длины и диаметра провода диполя. На рис 3.3.3…3.3.6 приведены зависимости активной (R) и реактивной (JX) частей входного импеданса для двух разных отношений длины диполя l к диаметру провода d, от длины (общей, физической) вибратора в l.
Входное сопротивление диполя становится чисто активным (резонансным) дважды – первый раз, когда его размер составляет около l/2, второй раз – l(и далее на всех кратных частотах). Это называется соответственно полуволновым и волновым резонансом. На полуволновом резонансе входное сопротивление диполя низкое – 60…70 Ом (меняется от толщины провода), а на волновом, напротив, высокое –сотни Ом…единицы кОм (также зависит от диаметра провода).
Отличие резонансов диполя от точно l/2 и l связано с торцевым эффектом (излучением с торцов провода). Поэтому ток на концах диполя не равен точно нулю, а имеет небольшое конечное значение. За счёт этого антенна как бы немного удлиняется, и имеет резонанс на несколько более низкой частоте, чем можно ожидать исходя из физических размеров. Это явление характеризуется коэффициентом укорочения (Ку), показывающим, во сколько раз физический размер диполя меньше l/2 (или l, для волнового резонанса).
Для полуволнового вибратора Ку меняется от 0,98 при отношении l/d=20000, до 0,92 при l/d=50. Для волнового вибратора Ку меняется от 0,96 при отношении l/d=20000, до 0,84 при l/d=50. Для каждого конкретного случая Ку может быть легко определен в MMANA.
Увеличение диаметра провода диполя, кроме снижения резонансной частоты также снижает активное сопротивление на волновом резонансе (сравните рис.3.3.4 и 3.3.6), и намного уменьшает реактивную часть входного сопротивления. То есть приводит к снижению добротности диполя, как колебательной системы. В отличие от обычного контура, для антенны это эффект полезный. Поскольку приводит к расширению рабочей полосы антенны.
В антенной технике полоса пропускания антенны (BW) определяется исходя из полосы, в которой обеспечивается требуемое согласование (то есть КСВ) с линией питания. И хотя (как показано в разделе 3.2.6) допустимая величина КСВ в зависимости от качества линии питания может быть весьма разной, обычно принято определять полосу пропускания резонансной антенны по уровню КСВ<2. Так для полуволнового диполя с l/d=10000 BW=6,5%, а для диполя с l/d=100 BW=15,3% (напомню, речь идет о свободном пространстве).
Практическое выполнение диполя из труб большого диаметра проблематично, поэтому на КВ для увеличения эквивалентного среднего диаметра dэкв, выполняют плечи диполя из набора параллельных проводов. Классическим вариантом такой антенны является диполь Надененко (рис. 3.3.7, файл … ANT\HF simple\Диполь и варианты его питания\fat dipole2.maa),
тонкие провода в котором расположены по поверхности эквивалентного толстого цилиндра. Эффективный диаметр dэкв такого диполя примерно в два-три раза меньше чем диаметр толстого цилиндра D, но значительно выше диаметра одиночного провода d. Точное значение dэквдля n образующих проводов:
(3.3.1)
Существует множество конструктивных вариантов «толстых» вибраторов. При достаточно большом dэкв резонансы выражены слабо, реактивная составляющая меняется в небольших пределах (несколько десятков Ом) в очень широкой полосе. Такие антенны называются широкополосными и могут работать в двух-…четырехкратной полосе частот. Однако получить идеальное согласование т.е. КСВ близкий к 1 (как пишут иногда) в такой полосе частот нельзя. Резонансы никуда не исчезают, изменение импеданса остается имеющим тот же характер, как показано на рис 3.3.5 и 3.3.6 лишь с меньшим размахом изменения реактивности и пониженным (до 200…250 Ом) сопротивлением на волновом резонансе. Хорошим показателем считается получение КСВ в упомянутой полосе частот не более 2…3.