9 Антенны кв диапазона

• Название: 9 Антенны кв диапазона
• Дата: 19.12.2021
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: 11.docx
• Тип: Документы; #309506
• страница: 1 из 6

9.2. Антенны КВ диапазона

9.2.1. Особенности коротковолновых антенн

Коротковолновый (декаметровый) диапазон широко использует- ся для радиосвязи (телефон, телеграф, документальная связь), радио- вещания, радионавигации, загоризонтной радиолокации и др.

Связь на большие расстояния в КВ диапазоне осуществляется однократным отражением от верхних слоев ионосферы (слои F2, F1, E) либо многократным отражением от ионосферы и земной поверх- ности. Для этого направление главного максимума диаграммы на- правленности антенны при приёме и передаче должно составлять не- который угол с плоскостью земной поверхности. Для этих целей ис- пользуются горизонтальные антенны, излучающие волны с горизон- тальной поляризацией, которые испытывают меньшее поглощение при отражении от поверхности. Вертикальные антенны создают бо- лее интенсивное излучение вдоль поверхности и применяются для связи земной волной на небольшие расстояния.

Для коротковолнового диапазона ещё сравнительно легко созда- вать антенны с размерами в несколько длин волн, обладающие хоро- шей направленностью. Сопротивление излучения таких антенн зна- чительно превосходит сопротивление потерь, вследствие чего в большинстве случаев КПД коротковолновых антенн довольно близок к единице. Исключение составляют только антенны бегущей волны (ромбические, вибраторные), где наличие потерь связано с вынуж- денным использованием активных сопротивлений.

Условия распространения КВ определяются состоянием ионо- сферы, зависящим от времени года, суток, солнечной активности и других параметров. В связи с этим необходимо переходить от одной
274

длины волны к другой, значительно отличающихся друг от друга, а, следовательно, применять антенны широкодиапазонного типа.

ДН антенн в вертикальной плоскости должны иметь направле- ние главного максимума под таким углами к горизонту, обеспечи- вающими интенсивное излучение или приём радиоволн под наи- более вероятными углами их прихода. При этом, для предельной дальности связи ширина главного лепестка ДН в вертикальной плос- кости должна составлять примерно 8...10º, а в горизонтальной - 4...6º по уровню половинной мощности.

При многолучевом распространении ионосферных волн наблю- даются глубокие интерференционные замирания сигнала, вызван- ные различием длины путей отдельных лучей, приходящих в точку приёма. Вследствие изменения наклона плоскости поляризации элек- тромагнитной волны при прохождении её через ионосферу, называе- мого эффектом Фарадея, могут возникнуть также поляризационные замирания.

Для борьбы с замираниями приём осуществляется одновременно на две или три пространственно разнесённые антенны или на антенны с взаимно перпендикулярной поляризацией. Эффективным способом борьбы с замираниями и явлением эха является применение приём- ных антенн с узкими ДН, малым уровнем боковых и заднего лепест- ков.

Антенны KB диапазона условно можно разделить на простые (типа одновибраторных или одноэлементных) и сложные (многоэле- ментные вибраторные, ромбические и др.). Они также могут быть разделены на антенны, настроенныена определённую частоту, и диапазонные антенны (при двух- и трёхкратном изменении номинала рабочей частоты). В последнее время в качестве приемных антенн все чаще используются адаптивныеантенныесистемы, реализующие когерентный пространственно- и поляризационно-разнесенный при- ем. Такие системы позволяют эффективно бороться с многолучево- стью, эхом и различными помехами, динамически формируя в их на- правлении нули ДН.

Чем больше длина радиолинии, тем под меньшим углом к гори- зонту должен быть направлен максимум ДН антенны и тем более вы- соким КУ должна она обладать, чтобы скомпенсировать ослабление энергии ЭМВ.
275

9.2.2. Простые КВ антенны

К простым антеннам обычно относят симметричные и несим- метричные вибраторы, диапазонные вибраторы Надененко, шунтовые диапазонные вибраторы и ряд других. Для ближней КВ радиосвязи широко используется горизонтальный симметричный вибратор, рас- положенный параллельно поверхности земли на высоте h(рис. 9.17).

Рис. 9.17. Антенна ВГ
Антенну подобного типа принято условно обозначать

_ВГ 2  l_,

h

где ВГ – вибратор горизонтальный; l– длина плеча вибратора; h–

высота подвеса.

Электрические параметры ВГ зависят от h и электрических па- раметров поверхности земли. Считая землю идеально проводящей с помощью метода зеркальных изображений ВГ можно заменить сис- темой из двух параллельных питаемых противофазно вибраторов,

расположенных на расстоянии 2hдруг от друга (рис. 9.18).







Рис. 9.18 Представление антенны ВГ

276

Применяя правило перемножения диаграмм направленности, выражение для ДН ВГ можно представить в виде

f_,_ 

f_{0 },_ 

f_{с },_

(9.17)

где f_{0 },_ – диаграмма направленности вибратора в свободном про-

странстве; f_{с },_ – множитель решетки для двух противофазных вибраторов.

Подставляя в формулу (9.17) известные выражения для f_{0 },_

и f_{с },_, получим выражение, определяющее диаграмму направ-

ленности ВГ в вертикальной плоскости, проходящей через ось вибра- тора (плоскость E):


E
f ^^  ^{cosklcoscoskl}sin^kh sin ^. (9.18)

sin 

Для вертикальной плоскости, перпендикулярной оси вибратора

(плоскость H), при условии, что f_{0 },_  1, получим

f_H   sinkh sin . (9.19)

Выражения (9.18) и (9.19) показывают, что влияние земли на на-

правленные свойства горизонтального симметричного вибратора оп-

ределяется множителем ^{sinkhsin}, который называют множителем

земли. Диаграммы направленности ВГ в вертикальной (H ) плоскости представлены на рисунке 9.19.

Рис. 9.19 Диаграмма направленности ВГ в вертикальной плоскости

Из диаграмм следует, что при

h  4

максимум излучения на-

правлен в зенит. С увеличением высоты, когда 

4  h 

2 , в зенит-

ном направлении уровень поля уменьшается и растет под меньшими

277

углами к горизонту. При

h 0,5

поле в зенитном направлении от-

сутствует. Дальнейшее увеличение высоты подвеса приводит к фор- мированию многолепестковой ДН. Следовательно, направление мак- симума диаграммы направленности ВГ можно формировать путем

соответствующего выбора отношения h .

Изменяя высоту, можно обеспечить максимальное излучение

под требуемым углом возвышения _o. Высота подвеса ^h_opt, при ко-

торой обеспечивается максимальное излучение под углом _o опреде- ляется (9.20):

^hopt

 ^  sin  ^{. (9.20)}


o
4

^{В плоскости, перпендикулярной оси вибратора (}   0 ^{), ВГ соз-} дает поле только горизонтальной поляризации ( E_ ), а в плоскости, проходящей через ось вибратора (   90^o), – только вертикально по- ляризованную составляющую ( E_), изменение которых в вертикаль-

ной плоскости определяется соответственно выражениями (9.19) и

(9.18). Под другими углами ( ) будут существовать обе составляю- щие поля. Поэтому в зависимости от ориентации антенны по отноше- нию к направлению на корреспондента в точке приема будут сущест-

вовать ^E_ ^,

E_ или обе составляющие поля одновременно. Диаграм-

мы направленности ВГ в горизонтальной плоскости для различных углов возвышения  представлены на рисунке 9.20.
Рис. 9.20 Диаграмма направленности ВГ в горизонтальной плоскости

278

По мере увеличения угла  диаграмма направленности ВГ при- ближается к ненаправленной (круговой). Поэтому для осуществления радиосвязи на небольшие расстояния (до 300 км) горизонтальный вибратор по отношению к направлению на корреспондента, можно располагать произвольно. Для работы с дальними корреспондентами (свыше 300 км) ВГ необходимо располагать перпендикулярно на- правлению на корреспондента.

В военных радиостанциях с целью повышения их мобильности вместо ВГ используется симметричный вибратор с наклонными пле- чами, сокращенно обозначенный ВН. Он отличается от горизонталь- ного симметричного вибратора тем, что его плечи разворачиваются в одной плоскости под некоторым углом  к поверхности земли (рис. 9.21). Для полевых радиостанций угол  приблизительно равен 15º.




Рис. 9.21. Антенна ВН
Характеристики направленности в вертикальной плоскости ан- тенн ВН и ВГ отличаются незначительно. Однако при использовании ВН увеличиваются потери энергии ЭМП и уменьшается коэффициент усиления антенны.

Диапазон рабочих частот антенн ВГ или ВН существенно огра- ничивается из-за значительного изменения входного сопротивления, приводящего к рассогласованию с передатчиком (приемником). Рас- ширение диапазона частот достигается за счет увеличения диаметра проводов.

279


Рис. 9.22 Антенна ВГД

Горизонтальные диапазонные вибраторы (ВГД) (рис. 9.22) вы-

полняются из n 6  8 параллельных проводов, расположенных по

образующей цилиндра и могут работать в 2,5  3,5-кратном диапазоне частот.

9.2.3. Сложные КВ антенны

Для дальней ионосферной радиосвязи применяются антенны, элементами которых являются длинные провода с бегущей волной тока, либо антенные системы из достаточно большого числа излуча- телей, сфазированных на сложение полей в заданном направлении. К антеннам первой группы относятся ромбические и V-образные антен- ны различных модификаций. Среди антенн второй группы широкое применение нашли вибраторные антенны бегущей волны с собира- тельной линией типа БС.