антенны; R и X - соответственно активная и реактивная составляющие входного сопротивления антенны Z в точках подключения соединительного кабеля. Для обеспечения режима бегущей волны, в соединительном кабеле одновременно должны выполняться условия:

Х=0,(2.2)

R=150(2.3)

Первое условие может быть выполнено только при наличии в схеме реактивных сопротивлений противоположного знака. Электрическим эквивалентом корпуса автомобильной антенны является, как было показано ранее, цилиндрический конденсатор, и потому его эквивалентное сопротивление Zkop является чисто реактивным и носит емкостный характер. Следовательно, для выполнения условия (2.2) реактивная составляющая входного сопротивления штыревой антен» ны должна носить индуктивный характер, т. е. антенна должна работать в режиме укорочения, когда 1А>лрав/4.

С учетом изложенного выражение (2.1) может быть представлено в виде

На первый взгляд, выражение (2.4) не требует специального анализа с точки зрения выполнения условия (2.2), представляющего совой запись условия резонанса в параллельном колебательном контуре, элементами которого является R, Хаш, Хкор. Как известно, для получения резонанса достаточно обеспечить равенство абсолютных значений реактивных сопротивлений противоположного знака, т. е. иметь для данного случая ХАш=ХКОР. Однако следует вметь в виду, что полная компенсация реактивности в выходном сопротивлении параллельного колебательного контура при резонансе достигается лишь в достаточно «добротном» контуре, т. е. при соблюдении условия Qh=Xk/Rk>1 или Rx<Xk (где (Зк - добротность, RK и Хк - соответственно активное и реактивное сопротивление элементов контура). Особенностью анализируемого в данном случае контура (Ruu, Хаш, Хкор) является то, что активная и реактивные Хаш, Хкор составляющие его выходного сопротивления оказываются соизмеримыми (см. табл. 2.3). В этом случае, как показывает анализ выражения (2.4), компенсация реактивных сопротивлений будет иметь место при выполнении условия

Подставляя Хкор в выражение (2.4), получаем:

Z - R = (R аш + X Аш )/Rauj.(2.6)

Следует также отметить, что при выполнении условия (2.5) коэффициент передачи автомобильной антенны Kj достигает максимального значения

JmaK + W(2.7)

С учетом (2.6) можно теперь написать окончательное выражение для условия (2.3) оптимизации автомобильной антенны

2аш+Х2аш)аш = 150.(2.8)

Анализируя выражения для RAm и ХАш, легко сделать вывод о той» что значения RAm и ХАш в основном определяются одним параметром mlA или 1А/л, т. е. каждому значению 1А/Л соответствует определенная пара значений RAm и ХАш. Таким образом, задача оптимизации штыревой автомобильной антенны сводится, во-иервых,. к нахождению такого значения 1А /л, которому соответствует пара значений и ХАт, удовлетворяющих условию (2.8), и, во-вторых, к выбору значения ХКОР (а следовательно, и СКОр) в соответствии с выражением (2.5).

Для нахождения требуемого отношения 1А/л необходимо решить уравнение (2.8), подставив в него значения RAm и ХАт, выраженные соответствующим образом. Как уже было отмечено, условие (2.2) и как следствие условие (2.8) могут быть выполнены только в штыревой антенне, работающей в режиме укорочения. Однако сложность аналитического выражения для RZB [6], через которое выражаются RAm и ХАш в режиме укорочения, не позволяет решить уравнение (2.8) относительно 1А/л алгебраическими методами. С другой стороны, проведенный анализ показал, что для нахождения приближенного решения этого уравнения вполне можно пользоваться более простыми выражениями, используемыми для

вычисления значений RAlII и ХАш в режиме удлинения, которые к тому же дают достаточно точные результаты и в режиме небольшого укорочения. Получаемое в результате такого решения приближенное значение 1А/Л легко уточняется при изменении его в небольших пределах (увеличении и уменьшении) и вычислении значений RAlII и ХАт (по формулам для режима укорочения), соответствующих каждому такому значению 1А /Л. В качестве окончательного решения принимается такое значение 1а/Л, соответствующая которому пара значений RAm и ХАш обеспечивает наиболее точное выполнение условия (2.8).

В результате подстановки в выражение (2.8) значений RAm в ХЛт для режима удлинения получаем

[ 40 (lg } ]"+ (Pa c*S а) *

(2.9)

Приняв рА = 300 (типичное значение для всех используемых автомобильных антенн) и проведя соответствующие алгебраические и тригонометрические преобразования, получим (заменив также mlA на 2п1А/л)

64(tsn-)+66o(tg*-j) -reottg* +900 -0.(2

Решение тригонометрического уравнения (2.10) дает четыре вещественных значения \р/Л: . (ц/л)1=0,293; (1а/л)=0,215; (ц/л)з=0,705: (ул)4=0,79. Однако два решения (ыЛ=0,215 и 1A/л=0,705) далее не рассматриваются, так как расчетное значение ХАШ при таких значениях 1а/Л имеет отрицательный знак (носит емкостный характер) и как следствие требуется получение индуктивного характера сопротивления Хкар, что не может быть реализовано.

Таблица 2.5

Примечание. Приведенное в таблице радиовещательного УКВ диапазона 69 МГц.

одно значение Ско рассчитано по формуле (2.5) для средней частоты

Значение 1а/Л=0,79 также не имеет практического значения, так жак длина штыревой антенны (!а=0,79л.) в этом случае должна составлять 3,2 - 3,5 м (так как Х=4,1-н4,5 м в радиовещательном диапазоне УКВ), что также не может быть реализовано на практике. Таким образом, решение уравнения (2.10) дает вполне определенное и единственное значение 1а/л. удовлетворяющее требованию оптимизации автомобильной антенны как с электрической, так а с практической точек зрения. Это значение (после небольшого уточнения) равно (1а/л)опт=0,288.

Рассчитанные при (1а/л)опт электрические параметры оптимизированной автомобильной антенны (на трех частотах УКВ диапазона) приведены в табл. 2.5; в табл. 2.6 даются параметры антен-яых систем, в которых применена оптимизированная антенна.

Таблица 2.6

Примечание. Z, K1 и К рассчитаны для трех длин кабеля, испольуемых на практике (см. табл. 2.1).

Сравнение данных, приведенных в табл. 2.6, с аналогичными данными табл. 2.3 наглядно демонстрирует преимущества оптимизированной антенны: постоянство, активный характер и независимость от длины соединительного кабеля входного сопротивления автомобильной антенны системы в диапазоне УКВ, значение близко к волновому сопротивлению соединительного кабеля 150 Ом (реактивная составляющая практически отсутствует), коэффициент передачи антенной системы также сохраняет постоянное значение во всем диапазоне рабочих частот.

На практике из трех оптимальных значений иопт, приведенных в табл. 2.5, приходится выбрать какое-то одно конкретное значение (рекомендуется 1А=1,25 м, т. е. 1A 0вт для средней частоты УКВ диапазона), вследствие чего,, конечно, будет иметь место некоторое нарушение условий оптимизации на тех частотах УКВ диапазона, где значение 1д/л отличается от оптимального (0 288). Однако, как показывает анализ, и в этом случае основные преимущества оптимизированной антенны сохраняются (хотя и проявляются на крайних частотах диапазона в меньшей степени) и антенная, система в целом обеспечивает более эффективную передачу сигнала, наведенного в штыревой антенне на вход приемника.

Использование оптимизированной антенны также позволяет упростить процесс проектирования и настройки входной цепи 4JW тракта, расчет которой в этом случае ведется из условия согласования с чисто активным и равным 150 Ом эквивалентным сопротивлением антенной системы; значительно упрощается и эквивалент антенной системы, который состоит только из активных сопротивлений, дающих в сумме с внутренним сопротивлением измеритель-. ного генератора 150 Ом.

Суммируя все изложенное, можно сделать вывод, что автомобильная антенна,- длина штыревой части которой выбрана равной. 1,25 м, а емкость корпуса 21 пФ, позволяет на частотах радиовещательного диапазона УКВ (65,8 - 73 МГц) обеспечить режим, близкий к режиму бегущей волны в соединительном кабеле с волновым сопротивлением 150 Ом.

Полученные здесь результаты, обосновывающие критерии дл» выбора конструктивных характеристик оптимизированных автомобильных антенн для диапазона УКВ, могут быть практически использованы при разработке новых антенных систем.

2.2. Активные антенны

Активные автомобильные антенны - новая разновидность радиоаппаратуры, которая впервые стала применяться в автомобилях в начале 70-х годов. В широком смысле понятие «активная антенна» относится к устройствам, в которых конструктивно объединены без-промежуточных элементов связи или фидерных линий пассивный приемный элемент и электронный блок - широкополосный (непере-страиваемый) антенный усилитель. Особенностью активных автомобильных антенн является то, что в них, как правило, используется приемный элемент, габариты которого значительно меньше габаритов штыревых автомобильных антенн.

К основным предпосылкам, которые привлекали внимание разработчиков к созданию активных антенн, можно отнести следующие три фактора: конструктивные и эксплуатационные недостатки пассивных антенн и их низкая надежность; снижение эффективности антенной системы, обусловленное наличием соединительного кабеля и отсутствием согласования по шумам в диапазоне УКВ; специфическая особенность условий радиоприема в автомобиле - высокий уровень помех от системы электрооборудования в месте расположения антенны.

Рассмотрим, какое влияние каждый из этих факторов оказал на принципы построения активных антенн. Главные конструктивные и эксплуатационные недостатки пассивных антенн, которые в конечном итоге снижают ее надежность, обусловлены наличием телескопического штыря со сравнительно большими геометрическими размерами. В процессе эксплуатации телескопическая антенна подвергается неблагоприятным климатическим