Излучаемая антенной радиопередатчика электромагнитная энергия характеризуется определенной величиной, называемой частотой колебаний, которая представляет собой количество единичных электромагнитных периодов, возникающих в течение одной секунды.
За единицу измерения частоты колебаний принято такое состояние излучаемой электромагнитной энергии, когда за одну секунду возникает только один период колебаний. Такая единица измерения называется Герц (по фамилии известного ученого).
Это элементарное понятие известно каждому школьнику, поэтому следует только заметить, что каждой величине колебаний в Герцах соответствует также определенная длина пути (в метрах), которая равна кратчайшему расстоянию в пространстве, которое пройдет волна электромагнитного колебания за один период.
Математическая зависимость между длиной волны электромагнитных колебаний и частотой этих колебаний выражается формулой Л = С/Г, где Л - длина волны в метрах, С - скорость света в вакууме, равная 300 000 000 м/с (или 300 000 км/с), f - частота в Герцах (или кГц, если С = 300 000 км/с).
Частота колебаний определяется по формуле f (кГц) " 300 000 (км/с) / Л (м). И теория и практика антенных систем показали, что наилучшими условиями излучения электромагнитных волн (или приема этих волн) обладают антенны, геометрические размеры которых равны длине волны или составляют половину длины волны, но не менее одной четвертой части от длины волны.
Наибольшее применение в радиолюбительских УКВ антеннах в качестве излучающего элемента приобрел прямолинейный цилиндрический проводник, питаемый генератором электромагнитных колебаний высокой частоты. Длина этого элемента равна половине длины излучаемых им радиоволн, поэтому этот элемент получил название полувалновый вибратор (диполь).
Что нужно знать о полуволновом вибраторе: Полуволновый вибратор (диполь) может быть либо активным, либо пассивным элементом. Активным вибратор является в том случае, если - он соединен одним проводом или системой проводов с основным радиоаппаратом - передатчиком или приемником. При этом говорят, что на вибратор подается питание, т.е. вибратор является запитанным.
Пассивные диполи располагаются в непосредственной близости от вибратора активного и служат для формирования диаграммы направленности антенной системы. Непосредственно с передатчиком или приемником пассивные элементы не соединены. Пассивные вибраторы могут быть либо длиннее, либо короче активного вибратора. Более длинный вибратор называют рефлектором, укороченные вибраторы называются директоры.
Антенная система, созданная из активного вибратора, рефлектора и нескольких директоров, расположенных параллельно друг другу на одной несущей траверсе, называется волновой канал. В общем случае это будет многоэлементная антенна. Полуволновый вибратор может быть запитан с конца, тогда такая антенная система будет иметь большое входное сопротивление и, следовательно, должна запутываться по фидеру, который имеет точно такое же большое волновое сопротивление.
Чаще всего поступают таким образом, что между запутывающим фидером и концом полуволнового вибратора устанавливают согласующее устройство. Обычно таким согласующим устройством бывает трансформатор, намотанный на ферритовом кольце или четвертьволновый трансформатор, выполненный из коаксиального кабеля или двухпроводной линии.
Если стержень полуволнового вибратора распилить точно посередине его длины, то при этом электрические свойства вибратора не изменяются, но появляется возможность запитать этот вибратор по фидеру с малой величиной волнового сопротивления. Определено, что входное сопротивление запитанного посередине полуволнового вибратора равно примерно величине 75 Ом.
Близкое к этой величине волновое сопротивление имеет обычный бытовой телевизионный кабель отечественного производства. Западные фирмы производят телевизионные кабели с волновым сопротивлением 60 Ом, Если не придавать большого значения симметрированию антенной системы, то центральная жила кабеля подсоединяется к одной половине вибратора, а оплетка - к другой.
Важное значение имеет диаметр вибратора, вернее отношение длины излучаемой волны к диаметру вибратора. На частотах УКВ диапазона, где величины длин волн имеют сравнительно небольшие значения, это отношение может оказаться довольно малым, из-за чего может значительно ухудшиться работа антенны, уменьшиться её коэффициент полезного действия (кпд).
Чтобы скомпенсировать увеличенный диаметр вибратора, уменьшают длину этого вибратора. Получается так, что чем толще вибратор, тем короче должна быть его длина. Имеется даже понятие коэффициент укорочения длины полуволнового вибратора. В верхней строке этой таблицы располагаются величины отношения длины волны к диаметру вибратора, в нижней строке - величины коэффициента укорочения.
Например, вы хотите задействовать в качестве полуволнового вибратора цилиндр диаметром 20 мм, при этом длина волны, при которой будет работать этот вибратор, составляет 700 мм (частота 427 МГц). Полученной величине 700/20 = 350 будет соответствовать коэффициент укорочения 0,945. Следовательно, при определении необходимого размера вибратора сначала следует по приведенной выше формуле определить цифровое значение половины длины рабочей волны, затем эту величину умножить на коэффициент укорочения.
Следует помнить, что антенны, выполненные из тонких проводников, имеют большую величину добротности и хорошо работают только в узком диапазоне частот. Петлевой вибратор: Два одинаковых петлевых вибратора могут быть размещены на небольшом расстоянии, параллельно друг другу.
Если при этом соединить между собой концы этих вибраторов, а нижний вибратор разрезать посередине получится так называемый петлевой вибратор. Практически простой полуволновый вибратор и петлевой полуволновый вибратор имеют похожие рабочие характеристики. Однако входное сопротивление петлевого вибратора в четыре раза выше, чем у обычного полуволнового, и составляет 300 Ом.
Так что при запитывании петлевого вибратора обычным телевизионным коаксиальным кабелем следует применять согласующие трансформаторы. Конструктивно петлевой вибратор может быть выполнен в различных вариантах. Он может иметь или форму круга, или форму треугольника, или форму квадрата, или какую - то иную форму.
В любом из этих вариантов определяющим размером будет размер периметра этого вибратора. Периметр активного петлевого (рамочного) вибратора должен быть равен длине рабочей волны, умноженной на коэффициент укорочения.
Антенны могут состоять из одного активного вибратора и нескольких вибраторов пассивных. Например, антенна "тройной квадрат" состоит из активной рамки, периметр которой равен длине волны, из рефлектора, периметр которого на 5% больше длины волны, и директора, периметр которого примерно на 3% меньше длины волны. Все пассивные вибраторы представляют собой замкнутые контуры и их плоскости располагаются на одной траверсе параллельно плоскости вибратора активного.