Диапазонная антенна с изменением длины питающей линии

Ранее были выяснены причины изменения Z_A = R_A + iX_A с изменением диапазона используемых частот. Входное сопротивление при резонансе антенны имеет только активную составляющую.

Такое условие можно осуществить только в одном диапазоне, если антенну возбуждать с помощью линии, имеющей Z₀ = R_A, то в других диапазонах Z_A > R_A и получаем большую степень рассогласования антенны с линией питания. Вместо использования различных подстроечных систем в этом случае можно применить другой способ согласования, а именно изменить место подключения питания антенны, что на практике не вызывает больших трудностей.

Возможность применения такого способа согласования выясняется при рассмотрении рис. 5.14, на котором показаны распределения сопротивления R_A вдоль линии для различных частот радиолюбительских диапазонов. Шкала изменения R_A построена в логарифмическом масштабе и учитывает изменения R_A от 65 Ом до 3000 Ом. Кроме того, на этих графиках криволинейные отрезки изменения R_A заменены прямыми, а коэффициент укорочения K равен 1.

Несмотря на упрощения, принятые при построении, графики изменения R_A достаточно точны для целей практики. Более точные значения R_A можно получить, пользуясь формулой $$\begin{equation}R_A=R_{A1}-R_{A2}\left(1-\cos\left(360^\circ\frac{b}{\lambda}\right)\right)+R_0\end{equation}\tag{5.5}$$ где R_A1 и R_A2 — входные сопротивления, соответствующие узлам тока и напряжения соответственно; R₀ — волновое сопротивление диполя; b — расстояние от точки подключения питания до точки, соответствующей максимуму тока в антенне; λ — длина волны.

Из графиков, приведенных на рис. 5.14, видно, что большинство пересечений линий изменения R_A для различных диапазонов и при различных длинах линии питания происходит в пределах, ограниченных значениями 200 и 300 Ом.

Пример При длине линии питания 14,1 м графики изменения R_A для четырех диапазонов (3,5; 6; 14 и 28 МГц) пересекаются практически в одной точке, соответствующей R_A = 240 Ом, а для диапазона 21 МГц выбранная длина линии питания соответствует максимальному значению R_A. При длине линии питания 7 м совпадение значений R_A (около 240 Ом) наблюдается для трех диапазонов (7; 14 и 28 МГц).

Если теперь волновое сопротивление линии питания, длина которой выбрана на основе совпадения R_A для нескольких диапазонов, взять равным Z₀ = R_A = 240 Ом, то такая система (антенна — линия питания) будет работоспособна в нескольких диапазонах частот одновременно.

Надо иметь в виду, что полного совпадения сопротивлений добиться будет достаточно сложно, так как в наших рассуждениях не принималось во внимание реальное значение коэффициента укорочения, а было принято K = 1. Тем не менее практическим подбором длины линии питания, имеющей волновое сопротивление Z₀ = 240... 300 Ом, можно добиться весьма хороших показателей согласования в нескольких частотных диапазонах.