Рассматривается разработка и исследование вибраторной антенны с уменьшенным размахом плеч. Для этого сначала дана общая характеристика факторов, связанных с уменьшением размаха плеч вибраторных антенн. Сделаны оценки частотной чувствительности входного сопротивления антенны, а также коэффициента отражения от добротности антенны. Обсуждаются факторы понижения добротности антенн для расширения частотного диапазона их пассивного согласования с фидерной линией.Приведены количественные оценки полосы пассивного согласования полуволнового симметричного вибратора с учетом диаметров проводников, а также их расширение за счет дополнительных нагрузочных резисторов.Выполнен конструктивный синтез плоской антенны с уменьшенным размахом плеч в полосе частот 230…280 МГц. С использованием программы моделирования MMANA исследованы частотные зависимости коэффициента стоячей волны и входного сопротивления антенны для симметричных линейных вибраторных антенн: полуволновой 554 мм; укороченной 284 мм с удлиняющей катушкой 282 нГн, Q =100; 284 мм с катушкой 282 нГн и резистором 160 Ом; трех вариантов плоских антенн 284 ´ 50 мм с емкостными окончаниями без элементов нагрузки.На основе полученных результатов предложена, изготовлена и исследована плоская укороченная симметричная пилообразная вибраторная антенна с габаритами 284 ´ 50 мм, имеющая емкостные окончания и дополнительную удлиняющую катушку 55 нГн. Для ее пассивного согласования с КСВ < 2 в полосе частот 230…280 МГц на идеализированную линию передачи с волновым сопротивлением 20 Ом потребовался дополнительный нагрузочный резистор 80 Ом.Чтобы выполнить согласование антенны на фидерную линию с реальным входным сопротивлением, предложены два варианта электрических эквивалентов антенны (на дискретных LC-элементах и на отрезке кабеля) и проведено их сравнение с характеристиками антенны.

Системно рассматриваются основные подходы к проведению структурно-параметрического синтеза согласующих устройств с учетом специфики входных сопротивлений конкретных КВ- и УКВ-антенн. Синтез структур и выбор параметров преимущественно выполняются с использованием комплексной диаграммы Смита. Для общего случая обсуждается неоднозначность получаемых результатов и влияние на них выбираемых основных и дополнительных критериев эффективности.Варианты структур согласования синтезируются преимущественно на реактивных элементах, но в общем случае могут также включать резистивные и трансформирующие элементы. Обсуждаются варианты структур для антенн как в резонансных режимах (при отсутствии входного реактивного сопротивления), так и в нерезонансных режимах (с комплексными входными сопротивлениями). Выделены области предпочтительного использования рассмотренных структур. Показана специфика и дополнительные возможности структурно-параметрического синтеза вариантов согласования УКВ-антенн на низших частотах СВЧ. Дополнительно методами расчета электрических схем проведен структурно-параметрический синтез контуров согласования с анализом их частотных свойств.Рассмотренная методика структурно-параметрического синтеза и полученные результаты предназначены для прикладных разработок узкополосных согласующих устройств и настраиваемых тюнеров для широкополосного согласования соответствующих КВ- и УКВ-антенн.

Системно рассмотрены традиционные подходы к расширению частотных полос согласования антенн с помощью реактивных цепей. Обсуждены критерии эффективности и особенности синтеза согласующих контуров. Проанализирована оценка предельного расширения частотной полосы пассивного согласования антенн контурами на реактивных элементах. Независимо от сложности и количества согласующих контуров получаемая полоса пассивного согласования ограничивается некоторой областью, размер которой обратно пропорционален добротности согласуемой антенны. Показано, что несколько расширить ее для высокодобротных антенн можно с помощью введения резистивных элементов в дополнительные одноконтурные согласующие модули.Рассмотрен синтез активно настраиваемых тюнеров на реактивных элементах для согласования широкополосных радиотерминалов, и выполнен анализ процессов автоматического регулирования в нем. Показано, что их структурная сложность и эффективность работы тоже зависят от добротности антенн.Приведена методика синтеза согласующей цепи для пассивного узкополосного согласования на нескольких частотах для многодиапазонных антенн. Сначала выбирается основная структура согласующей цепи, и для требуемых частот находятся ее реактивные сопротивления и реактивные проводимости. Далее наборы этих реактивных сопротивлений и проводимостей реализуются через синтез реактивных структур в виде первой и второй форм Фостера.Выполнено моделирование влияния выбора структуры согласующего устройства на расширение частотной полосы согласования высокодобротных антенн. При синтезе многоконтурных согласующих структур методом пробного моделирования небольшие преимущества получены у структур с параллельным соединением последовательных контуров.

Системно рассмотрены инженерные методы синтеза структур согласования УКВ-антенн с использованием отрезков фидерных линий. При этом выбор согласующих структур ограничен применением реактивных элементов и отрезков линий передачи. Обсуждаются возможности и варианты расширения частотной полосы пассивного согласования на таких элементах. Наглядность материала обеспечивается его представлением на комплексной диаграмме Смита.Для использования эквивалентных электрических схем с сосредоточенными реактивными элементами приведены варианты их аналогов в виде шлейфов из замкнутых и разомкнутых отрезков линий передачи, а также показаны возможности создания эквивалентных последовательных и параллельных колебательных контуров с помощью агрегированных двухэлементных шлейфов.Рассмотрено создание реактивных сопротивлений с помощью вставок из отрезков линий. Выбором параметров последовательно включенных вставок можно создавать разные эквивалентные структуры из последовательно и параллельно включенных емкостей и индуктивностей, последовательных и параллельных колебательных контуров. Вставка отрезка линии передачи после нагрузки дополнительно позволяет перераспределять активную и реактивную составляющие входного сопротивления без изменения КСВ, включая изменение знака реактивной составляющей. При этом для упрощения реализации широкополосного согласующего устройства рекомендуется входное сопротивление перемещать ближе к горизонтальной оси в левой полуплоскости диаграммы Смита, так как в ней сопротивление изменяется меньше по сравнению с правой полуплоскостью.С помощью диаграммы Смита приведены разные варианты синтеза двухэлементных согласующих структур с использованием отрезков линий передачи, приведены методики их расчета. Обсуждается задача расширения полосы согласования на основе многоконтурных схем со структурой полосовых фильтров. Для иллюстрации влияния структуры согласующего устройства на ширину полосы согласования представлены результаты моделирования инженерно предложенных структур для случая укороченной антенны.

Рассматривается проектирование антенны в виде горизонтально расположенного широкополосного полуволнового вибратора с зонтичным отражателем, создающего направленное вверх излучение. Для работы в широком частотном диапазоне 230…280 МГц рассмотрены варианты согласующих устройств. Компьютерное моделирование антенны в программном пакете MMANA-Gal показало достаточную для практики нечувствительность к условиям размещения антенны относительно земли. Для синтеза согласующего устройства в программном пакете RFSim99 был построен антенный эквивалент, имеющий близкое к антенне входное сопротивление во всем частотном диапазоне 230…280 МГц. Среди вариантов пассивного согласования антенны с фидерным трактом были рассмотрены широкополосные трансформаторы сопротивлений с коэффициентами 1:2 (идеальный) и 1:2,5 (физически реализованный), а также согласующее устройство на реактивных элементах. Эффективность широкополосного согласования оценивалась качественно по диаграмме Смита в программе RFSim99, а также количественно через расчет коэффициента стоячей волны (КСВ) и коэффициента отражения в частотном диапазоне 230…280 МГц. Исследование эффективности вариантов широкополосного согласования на фидерную линию 50 Ом показано, что результаты согласования трансформаторами 1:2 и 1:2,5 существенно не отличались, обеспечивая КСВ £ 2. В то же время согласование на реактивных элементах позволило достичь КСВ £ 1,5. Выполненное моделирование продемонстрировало высокие эксплуатационные характеристики широкополосной антенны с зонтичным отражателем в диапазоне частот 230…280 МГц, достигаемые с применением предложенных схем широкополосных согласующих устройств.