Система из двух антенн, каждая из которых содержит, например, по три элемента (рис. 6.13а), выполнена так, что верхняя антенна сдвинута относительно нижней на расстояние λ/4 вдоль оси излучения. Этот прием позволяет значительно ослабить боковые и задний лепесток и добиться реализации отношения F/B = 60 дБ.
Рассмотрим принцип действия данной антенны. В точку О, лежащую на оси антенны и находящуюся относительно антенны в дальней зоне, волна, излучаемая антенной II, приходит с запаздыванием относительно волны, излучаемой антенной I, причем запаздывание составляет λ/4. Если фазу возбуждения антенны II подобрать так, чтобы она на 90° опережала фазу возбуждения антенны I, то в точке О обе волны сложатся синфазно и напряженность результирующего поля удвоится по сравнению с напряженностью поля, создаваемого одиночной антенной.
В точке О', лежащей на оси антенной системы «в направлении, диаметрально противоположном направлению точки О, разность фаз между волнами, излучаемыми обеими антеннами, будет составлять 180° (90° — из-за сдвига фаз возбуждения обеих антенн и еще 90° — из-за смещения антенн I и II на λ/4). Таким образом, результирующая напряженность поля в точке O' и в близлежащих точках резко уменьшится по сравнению с напряженностью при обычной схеме выполнения антенны.
Основная трудность при конкретном конструировании такой антенной системы сводится к созданию условий равного деления мощности, а также осуществлению фазового сдвига на 90°. Однако уже известны устройства, позволяющие реализовать эти два условия. Речь идет о так называемых направленных ответвителях.
Эквивалентная схема направленного ответвителя показана на рис. 6.13б. Оба сильно взаимодействующих элемента связи имеют длину λ/4. Для того чтобы получить равенство мощностей в точках b и c, т. е. условие Pb = Pc = P/2, необходимо, чтобы выходы b, c и d были нагружены на одинаковые сопротивления R. Если это условие выполнено и связь подобрана таким образом, что Рb = Рc, то мощность на сопротивлении R не выделяется, а разность фаз между токами Ib и Ic составляет 90°.
Отметим одно важное свойство направленных ответвителей: если один из его выходов будет иметь бесконечно малую или бесконечно большую нагрузку, то в оставшемся без изменения плече будет та же самая мощность, а ее другая половина будет выделяться в плече, нагруженном на сопротивление R.
В рассматриваемой схеме антенны могут быть размещены вертикально или горизонтально (см. рис. 6.13в). Можно также, используя данный принцип, сконструировать четырехэлементную антенную систему (рис. 6.13г). Для возбуждения всех элементов данной антенны используется система питания, содержащая три направленных ответвителя.
Теоретическое значение усиления такой антенны должно составить 12 дБ, на практике обычно достигается усиление около 10 дБ. Приведенная схема антенны позволяет изменять уровень излучения антенны по отдельным боковым направлениям.
Конструктивное решение узла, содержащего элементы связи, показано на рис. 6.13д, е, ж. На металлической пластинке (обычно — оцинкованная сталь) крепятся три коаксиальных кабеля с волновыми сопротивлениями 50...75 Ом. Внешние оплетки кабелей присоединяются к металлической пластинке. Собственно элементы связи располагаются на поверхности цилиндра из достаточно хорошего изоляционного материала (например, текстолита диаметром 7...9 мм). На цилиндре делается винтовая нарезка, на которой навиваются две катушки (например, проводом с диаметром 3,27 мм). Для увеличения взаимосвязи между катушками внутри изоляционной катушки помешают медный стержень.
В заключение отметим, что направленный ответвитель вносит дополнительное затухание (около 0,7 дБ) и обеспечивает неравномерность деления мощности не хуже 0,5 дБ.