Для приёма сигналов в широком диапазоне частот оптимально подходит структура с геометрически изменяющимися элементами. Её ключевое преимущество – сохранение характеристик при перестройке без дополнительных настроек. Основой служит набор вибраторов, длина и расстояние между которыми подчиняются логарифмической прогрессии. Коэффициент масштабирования обычно лежит в пределах 0,8–0,95, что обеспечивает плавное перекрытие рабочих частот.
Активная зона формируется группой соседних элементов, резонирующих на текущей частоте. Остальные части конструкции либо отражают, либо направляют энергию, не участвуя в излучении. Благодаря этому КПД остаётся высоким даже при десятикратном изменении длины волны. Например, модель с минимальной частотой 100 МГц и максимальной 1 ГГц демонстрирует коэффициент стоячей волны не выше 2:1 на всём диапазоне.
Поляризация зависит от ориентации проводников – горизонтальное расположение даёт горизонтальную поляризацию, вертикальное – круговую. Для телевизионного вещания чаще применяют первый вариант, так как он совпадает с поляризацией передатчиков. Ширина диаграммы направленности обычно составляет 60–80 градусов, что позволяет охватывать сектор без механического поворота.
При сборке важно соблюдать точность геометрии: отклонение в размерах более 2% вызывает рассогласование и рост боковых лепестков. Материал опорной балки – алюминий или углепластик, проводники выполняются из меди или латуни. Для защиты от коррозии используют порошковое напыление или анодирование. Экран-рефлектор монтируют на расстоянии 0,2λ от последнего элемента, где λ – максимальная длина волны.
Конструкция излучателя с переменными размерами элементов
Геометрия системы основана на последовательности вибраторов, длина которых изменяется по логарифмическому закону. Каждый следующий элемент длиннее предыдущего на фиксированный коэффициент масштабирования (τ), обычно в диапазоне 0.7–0.9. Например, при τ=0.8 и длине первого диполя 50 см, второй будет 40 см, третий – 32 см.
Разногабаритные вибраторы обеспечивают широкополосность. Короткие элементы реагируют на высокие частоты, длинные – на низкие. При этом активная зона (группа диполей, резонирующих на текущей частоте) смещается вдоль оси конструкции. На 100 МГц работают самые крупные диполи, на 1 ГГц – компактные.
Расстояние между соседними элементами (σ) связано с τ формулой: σ = (1 — τ)/(4 tan(α/2)), где α – угол раскрыва конструкции. Типичное значение α – 30–45°. Например, при τ=0.85 и α=40° шаг составит 0.18 от длины волны.
Фидерная линия подключается попеременно к четным и нечетным вибраторам через фазирующие отрезки. Это создает синфазное возбуждение в активной зоне. Для медных проводников диаметр стержней выбирают от 3 мм (для УКВ) до 10 мм (КВ-диапазон).
КПД достигает 85% за счет согласования импеданса (обычно 50–75 Ом) через плавное изменение расстояния между плечами диполей. Ширина полосы пропускания – до 10:1 (например, 50–500 МГц) при КСВ ≤2.
Области использования и настройка широкополосных структур
Телевизионный приём. Конструкции с периодическим изменением размеров элементов применяют для цифрового и аналогового ТВ в диапазоне 470–862 МГц. Минимальный коэффициент усиления – 8 дБи, шаг между вибраторами влияет на полосу пропускания.
Связь УКВ/ДМВ. В радиолюбительской практике (144–146 МГц, 430–440 МГц) обеспечивают стабильный приём при изменении частоты без перенастройки. Оптимальный угол раскрыва – 30° для 2-элементной решётки.
Измерительные системы. Используют в камерах ЭМС-тестирования из-за равномерной ДН в диапазоне 1–18 ГГц. Требуют точного согласования с волновым сопротивлением 50 Ом.
Порядок настройки
1. Проверка геометрии. Отклонение длины любого вибратора более 1 мм на 900 МГх вызывает рассогласование. Контролировать линейные размеры штангенциркулем.
2. Коррекция фазы. При подключении к коаксиальному кабелю RG-6 смещение точки питания на 5% от центральной частоты компенсируют изменением длины фидера.
3. Тест КСВ. Допустимое значение – не выше 1.5:1 в рабочем диапазоне. Для коррекции регулируют расстояние между крайними элементами (шаг 2–5 мм с последующим замером).
4. Ориентация. Максимум диаграммы направленности выставляют по компасу с поправкой на магнитное склонение. Для диапазона 600 МГц допустимая погрешность – ±3°.
