Общие сведения. Антенна «волновой канал» (ВК), известная также как антенна Уда–Яги (Uda–Yagi), широко используется в различных радиотехнических системах благодаря возможности

Антенна «волновой канал» (ВК), известная также как антенна Уда–Яги (Uda–Yagi), широко используется в различных радиотехнических системах благодаря возможности получения высокой направленности при сравнительно простой и дешевой конструкции [8]–[10].

Антенны этого типа используются во многих частотных диапазонах, начиная от коротковолнового (рис. 6.1, а) до печатных вариантов в СВЧ-диапазоне. Наиболее широкое применение ВК получили в диапазонах метровых и дециметровых волн для приема телевизионного сигнала (рис. 6.1, б).

Конструктивно антенна состоит из расположенных параллельно друг другу активного и нескольких пассивных вибраторов, размещенных на общей несущей – траверсе (рис. 6.2). В ВК мощность от генератора по фидерной линии подводится, как правило, лишь к одному элементу (активному), остальные (пассивные) возбуждаются благодаря сильной взаимной электромагнитной связи.

а б
Рис. 6.1

Пассивные элементы можно разделить на два типа: 1) директоры, расположенные в направлении формирования основного лепестка диаграммы направленности (ДН) антенны; 2) как правило, один рефлектор (отражатель), расположенный с противоположной стороны от активного элемента. В верхней части ДМВ-диапазона и в СВЧ-диапазоне рефлектор может быть выполнен в виде сплошного металлического экрана (рис. 6.2).

Рис. 6.2

Активный элемент выполняется в виде разрезного или петлевого вибратора с длиной около 0, 5 λ (λ – длина волны в воздухе), длины директоров, как правило, на 5–15 % меньше активного. Расстояние между элементами антенны обычно не превосходит 0, 35λ.

Для рефлектора, собственное сопротивление которого носит индуктивный характер, длина несколько больше 0, 5 λ. При этом ток в рефлекторе опережает по фазе ток в активном вибраторе на 90°. В результате излучения активного вибратора и рефлектора в направлении главного лепестка ДН складывается в фазе, а в обратном направлении – в противофазе, что приводит к усилению излучения в направлении главного лепестка (в направлении директоров) и подавлению поля в противоположном направлении (в направлении рефлектора).

Аналогично рефлектору работают директоры, однако из-за емкостного характера их сопротивления (оно определяется их меньшей длиной) фаза тока в них отстает по фаз от тока в активном элементе.

Направленное осевое излучение формируется в результате создания амплитудно-фазового распределения в виде бегущей волны, распространяющейся от активного элемента в направлении директоров. На фазовое распределение существенное влияние оказывают размеры и взаимное расположение всех элементов. Выбор числа элементов антенны ВК осуществляется исходя из требуемого коэффициента усиления или ширины главного лепестка. Для больших ВК (при количестве элементов 15–20) дальнейшее наращивание числа элементов нецелесообразно, ввиду существенного замедления роста направленных свойств, обусловленного уменьшением амплитуды токов в дальних директорах.

Рис. 6.3 Рис. 6.4

Рис. 6.5

Вклад каждого вибратора в полное поле излучения ВК определяется амплитудой тока, наведенного на элементе. На рис. 6.3 приводится распределение амплитуды тока по излучателям для 15-элементной антенны. Видно, что наиболее сильно возбуждаются два первых директора и активный вибратор.

В результате синфазного сложения полей в осевом направлении антенна имеет довольно узкий лепесток ДН. На рис. 6.4 приводится диаграмма направленности 15-элементной ВК, на рис. 6.5 ее сечения в Е- и Н- плоскостях.