18076

АНТЕНИ РАДІОРЕЛЕЙНИХ ЛІНІЙ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ЛЕКЦІЯ №3 з навчальної дисципліни ПРИКЛАДНІ ПИТАННЯ АНТЕННИХ ПРИСТРОЇВ ТЕМА 1: АНТЕНИ РТС ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ. ЗАНЯТТЯ 4: антенИ радіоРЕЛЕЙНИХ ЛІНІЙ 1. НАВЧАЛЬНІ ПИТАННЯ Вимоги до антен радіорелейних ліній. 2. Особли

Украинкский

2013-07-06

284 KB

12 чел.

PAGE  16

ЛЕКЦІЯ №3

з навчальної дисципліни

ПРИКЛАДНІ ПИТАННЯ АНТЕННИХ ПРИСТРОЇВ

ТЕМА 1: АНТЕНИ РТС ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ.

ЗАНЯТТЯ 4: антенИ радіоРЕЛЕЙНИХ ЛІНІЙ

1. НАВЧАЛЬНІ ПИТАННЯ

  1.  Вимоги до антен радіорелейних ліній.

2. Особливості конструкції та характеристики антен радіорелейних ліній.

II. НАВЧАЛЬНА ТА ВИХОВНА МЕТА

  1.  Вивчити вимоги до антен радіорелейних ліній.

  1.  Вивчити особливості конструкції та характеристики антен радіорелейних ліній.

III. ЛІТЕРАТУРА ТА НАВЧАЛЬНО-МАТЕРІАЛЬНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

  1.  Чернышов В.П. Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещения. – М.: Связь, 1987.
  2.   Кочержевский Г.Н. и др.. Антенно фидерные устройства. – М.: Радио и связь, 1989. 
  3.   Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны. Ч.П. Антенны. – М.: Радио и связь, 1983.
  4.   В. Рамзей . Частотно независимые антенны. М.: Мир 1968.
  5.    Найденко Є.П. Електродинаміка та техніка НВЧ, конспект лекцій. – Житомир: ЖВІРЕ, 1998.
  6.   Должиков В.В. и др. Активные передающие антенны. – М.: Радио и связь, 1984.
  7.   Цыбаев Б.Г., Романов Б.С. Антенны-усилители. – М.: Радио и связь, 1980
  8.   Б.А.Панченко, Е.И. Нефёдов. Микрополосковые антенны. – М.: Радио и связь 1986. 
  9.   Проблемы антенной техники/ под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского. – М.: Радио и связь, 1989.
  10.   Ямпольский В.Г., Фролов О.П. Антенны и ЭМС. – М.: Радио и связь, 1989.
  11.  В.И. Болшаченков, И.Д. Прилепский. Электродинамика и техника СВЧ.
  12.  Діапозитиви.
  13.  Наочні посібники (буклеты, проспекты, рекламные материалы).
  14.  Технічні засоби навчання


1
. Вимоги до антен системи супутникового радіозв’язку.

Радіорелейні лінії (РРЛ) призначені для передачі багатоканальної телефонії, телевізійного і звукового мовлення та інших сигналів. Для РРЛ виділені смуги частот 1,75—2; 3,4—3,9; 5,67—6,17; 7,9—8,4 і 10,7—11,7 Ггц.

Розрізняють РРЛ:   прямої видимості,

тропосферні,

супутникові.

Для РРЛ прямої видимості, які працюють переважно в діапазонах дециметрових і сантиметрових хвиль, характерні завмирання сигналу, які обумовлені

змінами рефракції,

появою шаруватих неоднорідностей у тропосфері і

наявністю відбивань від земної поверхні.

На хвилях коротше 3—5 см відбувається послаблення сигналів, викликаних поглинанням в опадах у дощі, у мокрому снігу й у тумані. Сприятливими з точки зору зменшення відбивань від землі є траси, що проходять над лісистою або сильно пересіченою місцевістю, що поглинає або розсіює падаючу на неї хвилю. Глибокі завмирання спостерігаються на трасах, що проходять над рівниною або водною поверхнею, що добре відбиває радіохвилі.

Вибір типу антени для РРЛ в основному визначається

робочим діапазоном частот,

ємністю лінії (числом телефонних або телевізійних каналів),

а також планом розподілу частот.

Найбільш поширені РРЛ прямої видимості, що працюють у діапазонах дециметрових і сантиметрових хвиль. У дециметровому діапазоні хвиль (390... 470 Мгц) в основному застосовують спіральні антени. При цьому для збільшення КП використовують антени, що складаються з двох або чотирьох паралельно включених спіральних випромінювачів.

До антен РРЛ прямої видимості пред'являються наступні основні вимоги.

  1.  Високий коефіцієнт підсилення (КП). Тому що зі збільшенням частоти зростає затухання на ділянці поширення (між станціями РРЛ) та у фідерних лініях, то для компенсації цих втрат повинний збільшуватися КП антен.

Так, для діапазону 2 Ггц необхідні антени з КП щодо ізотропного випромінювача 30—36 дб,

для діапазону 4 Ггц — 39—43 дб і

для діапазону 6 Ггц — 43—46 дб.

Такі антени дозволяють працювати з передавачами потужністю 0,5— 10 Вт. Збільшення КНД і КП здійснюється шляхом звуження діаграми спрямованості. Для антен з відносно великим рівнем бічних пелюстків ширина діаграми спрямованості і КНД зв'язані наближеним співвідношенням

Тут °о,5н и °о,5Е — ширина діаграми спрямованості по половинній потужності в градусах відповідно для Н и Е площин.

Так, антена з КНД, рівним 40 000, тобто 46 дб, має ширину головного пелюстка 0,8о-1о. Подальше звуження діаграми спрямованості у вертикальній площини обмежується наступними обставинами.

- При поширенні радіохвиль змінюються кути їх приходу і при малій ширині діаграми спрямованості, хвиля може вийти за межі головного пелюстка. Антени РРЛ, що працюють у межах прямої видимості, при відстанях між проміжними станціями 40—60 км розміщаються на опорах висотою 20—100 м.

- Вітрові навантаження на антену й опору при недостатній жорсткості опори викликають механічне хитання конструкції і можуть змінити напрямок головного пелюстка діаграми спрямованості антени.

 2.Малий рівень бічних пелюстків. Висока захисна дія антени — малий рівень бічних пелюстків (—65…—70дБ) в інтервалі кутів 90°—270°.

Нормальній роботі РРЛ можуть заважати радіолокаційні станції, як на основній частоті, так і на гармоніках, станції космічних апаратів і однотипні РРЛ. При двох частотній схемі зв'язку на проміжній станції РРЛ два передавачі, що працюють у протилежних напрямках, випромінюють одну частоту, а два приймачі, що ведуть прийом також із протилежних напрямків, працюють на іншій частоті. У випадку слабкої захисної дії антен будуть спостерігатися перешкоди від своєї ж РРЛ. Для відсутності перешкод між прямим і зворотним каналами коефіцієнт захисної дії антени захпрзвор повинний складати не менш 65...70 дБ.

3. Малий рівень перехресної поляризації. Радіорелейні лінії з великим (4 і більш) числом частотних стовбурів (каналів) мають розніс по частоті між стовбурами 29 Мгц. При такому частотному розносі спектри сусідніх стволів можуть частково перекриватися і виборчі властивості смугових фільтрів виявляються недостатніми для необхідної розв'язки стволів.

Поліпшення розв'язки досягається роботою сусідніх стволів із взаємно перпендикулярними поляризаціями. Антена повинна забезпечити розв'язку по поляризації на 30—35 дб.

Однак, унаслідок того, що випромінюване параболічною антеною поле крім складової з основною поляризацією має також складові перпендикулярної їй поляризації, можливий перехід потужності з каналу передачі в канал прийому. Щоб уникнути зв'язаних з цим спотворень коефіцієнт поперечної (крос) поляризації поля антени повинний складати —25...—30дб.

4.Широка смуга робочих частот. Радіорелейні лінії є багато ствольними. В одному частотному діапазоні при 6—8 стволах робоча смуга складає 400 Мгц. При більшому числі стволів використовують суміжні частотні діапазони, наприклад, 4 і 6 Ггц. Бажано одну антену використовувати на декількох частотних діапазонах.

  1.  Гарне узгодження антени з хвилеводом — КБХ>0,97 (р<0,015). У багатоканальних РРЛ використовується частотна модуляція. Наявність відбитих хвиль у лінії НВЧ змінює фазу хвилі корисного сигналу і приводить до появи паразитної модуляції по частоті, що виявляється у формі шумів.

Відбиті хвилі в тракті живлення приводять до нелінійності фазової характеристики останнього, що викликає спотворення зображення при передачі телебачення, і появі шумів у телефонних каналах при передачі багатоканальної телефонії при частотній модуляції. Припустиме значення коефіцієнта відображення, яке виникає при неузгодженісті лінії з антеною, для багатоканальних систем не повинне перевищувати 2...3%, у всій робочій смузі частот. Для цих систем смуга частот, що задовольняє даній вимозі, складає 10...15% від несучої частоти високочастотного сигналу.

  1.  Стійкість до зовнішніх впливів. Конструкція повинна виключати вплив поривів вітру, ожеледі й опадів у виді дощу або снігу на параметри антени.

Конструкція антени — жорстка, щоб при поривах вітру пружна деформація антени не перевищувала припустиму величину. Атмосферні опади не повинні попадати в тракт живлення антени, тому що це приводить до збільшення затухання в тракті і до неузгодженості.

Необхідно мати можливість повороту антени в невеликих межах для точної установки напрямку максимального випромінювання на кореспондента (юстировка).

На РРЛ прямої видимості

використовують передавачі невеликої потужності (від часток вата до 10...20 Вт).

Відстань між сусідніми проміжними пунктами звичайно складає 40... 70 км;

висота антенних опор може доходити до 100 м, а іноді і більш. При цьому необхідно,

щоб для стійкого зв'язку КП антени складав 30...48 дБ.

Площа pозкриву таких антен складає 2...15 м2.

Ширина ДС 20,5р знаходиться в межах від 50 (при G = 30 дБ) до 0,7° (при G = 48 дБ).

Найбільш прості у виробництві одно дзеркальні параболічні антени, однак

одержати в їх pозкриві потрібний розподіл скрутно. Це, а також

переливання поля опромінювача через дзеркало і

затінення pозкриву опромінювачем не дозволяє одержати досить низький РБП і високий коефіцієнт захисної дії. Крім того, недоліком цих антен є

погане природне узгодження опромінювача з фідером, обумовлене перехопленням опромінювачем частини відбитих від дзеркала променів.

Трохи кращі результати за рівнем бічного випромінювання можна одержати при використанні двох дзеркальних антен, як звичайних, так і з модифікованими поверхнями. Для зменшення бічного випромінювання і збільшення коефіцієнта захисної дії застосовують різного роду захисні екрани (див. § 14.2), а також [9].

Дуже важливим питанням роботи параболічної дзеркальної антени РРЛ є послаблення рівня бокових пелюсток в секторі кутів 90о...270о (задня на півсфера). Це досягається зменшенням струмів, що затікають на тіньову поверхню рефлектора.

Більше складним завданням, чим знаходження поля в області, пов'язаною з напрямком максимального випромінювання, є відшукання розподілу інтенсивності випромінювання в області далекого бічного випромінювання. Справа в тому, що в цій області формування поля у великому ступені залежить

від конкретної схеми антени,

особливостей її конструктивного виконання,

близько розташованих тіл, наприклад будинків, споруджень і т.п.

Зниження рівня далекого бічного випромінювання антени забезпечується насамперед

спадом амплітуди збудливого поля до країв розкриву. Інтенсивність дифракційного поля може бути оцінена методом геометричної теорії дифракції (ГТД).У дзеркальних антенах одержати розподіли, близькі до оптимальних, можна за допомогою таких опромінювачів,

як рупор зі зламом,

комбінований рупор,

рупор з імпедансной структурою й ін.

Інший шлях зниження поля в задньому півпросторі складається у використанні спеціальних екранів, що послабляють розсіяне поле. Цей спосіб можна проілюструвати на прикладі рупорної антени. На мал. 14.3,а показана звичайна рупорна антена зі спеціальними екранами. Екрани виконані у вигляді частини поверхні параболічного циліндра, фокальні лінії яких суміщені із краями рупора. У такій схемі помітно знижується рівень випромінювання в задньому півпросторі, але конструкція є занадто складною. У дзеркальних антенах можуть бути використані більше прості плоскі екрани, як показано на мал. 14.4,а й б. Використання одного екрана дозволяє зменшити рівень поля в задньому півпросторі на 8...14 дб. Два послідовно розташованих екрани забезпечують зменшення рівня поля на 20...25 дб. Ці екрани можуть виконуватися з листового металу або густої дротяної сітки, причому жорстких вимог до точності виконання й установки екранів не пред'являється.

Третій шлях зниження інтенсивності дифракційних полів заснований на деформації контуру розкриву антени. Так, якщо контур розкриву представляє окружність із центром, що лежить на фокальній осі параболоїда, всі струми контуру збуджуються синфазно, що обумовлює високий рівень дифракційного поля в напрямку =180°. Для зменшення рівня цього поля необхідно додати краям параболоїда таку форму, при якій парціальні дифракційні поля, збуджувавані окремими ділянками країв, були б розфазовані в напрямках, близьких до =180°. На мал. 14.5 наведені різні типи розфазуючих країв (спіральна, трикутна, пелюсткова). Вони зменшують випромінювання в напрямках, близьких до =180°, на 5...6 дБ.

Четвертий шлях зниження далекого бічного випромінювання антени пов'язаний з виконанням периферійної частини поверхні розкриву антени з радіо поглинаючого або частково радіо прозорого матеріалу. Найбільше просто такий матеріал виконати у вигляді металевого аркуша, поверхня якого перфорована отворами. Змінюючи розміри отворів й їх щільність розташування, можна домогтися зменшення інтенсивності розсіяного поля.

На закінчення відзначимо, що ще одним істотним фактором, що визначає далеке бічне випромінювання антен (втім, як і ближнє), є наявність статистичних розподілених помилок амплітудно-фазового розподілу, обумовлених, наприклад, технологічними погрішностями виконання профілю дзеркала (див, п. 9.2.4).

Для зменшення бічного випромінювання й збільшення захисної дії однодзеркальних і двохдзеркальних осесиметричних антен застосовують різного роду захисні екрани [9]. На мал. 14.6,а показаний установлений по контурі антени циліндричний екран (бленда), що дозволяє істотно (на 5...10 дб) знизити далеке бічне випромінювання й випромінювання в задньому півпросторі. Довжину екрана звичайно підбирають так, щоб рівень збудження його країв був близький до нуля. Зменшення випромінювання в задніх квадрантах можна забезпечити також закругленням периферійної частини поверхні дзеркала (мал. 14.6,б). Для поліпшення ЕМС розглянутих антен, як указувалося на початку даного параграфа, застосовуються також розфазування кромочних струмів.

Застосовувані на РРЛ для супутникового й космічного радіозв'язку осенесиметричні антени, такі як

рупорно-параболічні (РПА) і

антени з винесеним опромінювачем (АВО) (див. п. 11.2.1), мають досить гарні захисні властивості - гарної ЕМС. Вживання додаткових заходів дозволяє ще більше підсилити захисну дію цих антен.

Один зі способів складається в створенні в розкриві РПА розподілу поля, що сильно спадає до країв. Для цього необхідно змінити характеристики випромінювання живильного рупора.

Так, якщо в живильному квадратному хвилеводі збудити поряд з основною хвилею Н10 дві гібридні хвилі типу ЕН, то можна забезпечити в розкриві сідлоподібний розподіл поля із крутими скатами на краях.

До аналогічних результатів приводить використання замість звичайного рупора, що опромінює, гофрованого рупора або рупора зі зламом.

Поліпшити характеристики випромінювання в головних площинах (поздовжній і поперечній) можна,

перерозподіливши енергію бічного випромінювання в просторі, використовуючи, наприклад, діагональний збудливий рупор. У цьому випадку головні площини проходять через діагоналі розкриву.

Антени з винесеним опромінювачем, виконані за закритою схемою, захищені, як і РПА, з боків екрануючими стінками. По перешкодозахищеності такі антени приблизно рівнозначні РПА. Конструктивно простіше АВО, виконані за відкритою схемою (див. мал. 11.9), коли відсутні бічні стінки, що екранують, і атмосферний захист розкриву. Перешкодозахищеність відкритих АВО в основному визначається спрямованими властивостями опромінювача й при раціональному проектуванні може не уступати перешкодозахищеності РПА.

Найкращим опромінювачем для АВО є

розфазований рупор зі зламом утворюючой поворотом осі та косим зрізом (див. мал. 11.10).

Перешкодозахищеність антен з таким опромінювачем як в області ближнього, так і далекого бічного випромінювання винятково висока. Тому є підстава вважати, що подібні антени будуть усе ширше використатися в системах радіозв’язку.

Для збільшення перешкодозахищеності застосовуваних на РРЛ перископічних антен крім мір, зазначених в § 11.2.1, варто так підбирати розміри випромінювача (при заданих висоті опори й діаметрі перевипромінювача), щоб забезпечити малий витік енергії на ділянці випромінювач - перевипромінювач. Додаткове підвищення перешкодозахищеності може бути забезпечене при віднесенні випромінювача від основи опори. При цьому збуджується тільки частина опори, безпосередньо примикаюча до верхнього дзеркала. Певний вплив на перешкодозахищеність робить тип опори. Найменший вплив робить опора у вигляді суцільної круглої гладкої труби. Ґратчаста опора являє собою періодичні ґрати, що при ковзному падінні приводить до появи більших бічних пелюстків.

Для зменшення бічного випромінювання й збільшення захисної дії однодзеркальних і двохдзеркальних осесиметричних антен застосовують різного роду захисні екрани [9]. На мал. 14.6,а показаний установлений по контурі антени циліндричний екран (бленда), що дозволяє істотно (на 5...10 дб) знизити далеке бічне випромінювання й випромінювання в задньому півпросторі. Довжину екрана звичайно підбирають так, щоб рівень збудження його країв був близький до нуля. Зменшення випромінювання в задніх квадрантах можна забезпечити також закругленням периферійної частини поверхні дзеркала (мал. 14.6,б). Для поліпшення ЕМС розглянутих антен, як указувалося на початку даного параграфа, застосовуються також розфазування кромочних струмів.

Помітне зниження перешкодозахищеності осесиметричных антен обумовлено рівнем кроссполяризационного випромінювання антени. Найбільший рівень цього випромінювання спостерігається в діагональних площинах, що становлять кут 45° з головними площинами Е и Н. Підвищений рівень кроссполяризационного випромінювання може бути ослаблений при використанні спеціальних «погоджених» опромінювачів, а також придушенням перехресної складової після її випромінювання. Для цього використаються дзеркала у вигляді однолінійної дротяної сітки, наклеєної на поглинаючий матеріал, завдяки чому придушується поперечна кроссполяризационная складова поля антени. Проведення однолінійної сітки можуть розташовуватися в цьому розкриві дзеркала перпендикулярно основної поляризації; у цьому випадку їх доцільно виконувати з поглинаючого матеріалу. Така сітка може затінювати тільки ті ділянки дзеркала, які максимально збуджують кроссполяризационное випромінювання (ділянки під кутом 45° до площини придушення, що займають третину площі розкриву).

Як відомо, антени, у розкриві яких розподіл поля спадає до країв до нуля, мають знижений рівень бічних пелюстків, у тому числі пелюстків у задньому півпросторі. Розподіл поля в апертурі буде близько до розподілу з нулем на краю дзеркала, якщо периферійна частина поверхні, що відбиває, антен покрита поглинаючим матеріалом. Однак зниження коефіцієнта підсилення антени в цьому випадку, а також відсутність ефективних і недорогих поглинаючих матеріалів не дозволяють широко застосовувати подібні пристрої.

Ослаблення бічного випромінювання антен в одному або декількох заздалегідь відомих напрямках можливо за допомогою винесених захисних екранів. Вони розташовуються перед антеною по напрямку сигналу, що заважає.

Розрізняють прості, фігурні (однозв'язкові) і многосвизные захисні екрани. До простих екранів можна віднести кільцеві й секторні екрани. При внутрішньому радіусі кільця, рівному радіусу першої зони Френеля, а зовнішн-радіусу другої зони (мал. 14.7,а), кільцевий екран може істотно підсилити поле в напрямку осі системи джерело випромінюванн-кільцевий екран. При інших розмірах екрана можна одержати зворотний ефект - глибоке придушення випромінювання. Радіус секторного екрана повинен бути рівним радіусу першої зони Френеля. Екраном потрібно затінити половину першої зони Френеля, щоб одержати нульове значення результуючого поля на осі системи. При цьому форма секториального екрана може бути різної (мал. 14.7,6, в, г).

Використання перерахованих вище екранів дозволяє істотно знизити рівень побічного випромінювання антени, але всі вони володіють тим недоліком, що сектор придушення випромінювання порівняно невеликий. Для розширення сектора придушення випромінювання використають многосвязные екрани. На мал. 14.8 показані многокольцевой (а) і многощелевой (б) захисні екрани. Слід зазначити, що в многосвязных екранах існує деяка воля вибору шуканих геометричних параметрів (наприклад, радіусів кілець р). Це може використатися для розширення сектора придушення або для оптимізації системи, наприклад забезпечення заданої форми ДН у тіньовій області за екраном.

Для звичайних антен з КП, рівним приблизно 40 дб,

коефіцієнт захисної дії складає від —45... —50 дб, що неприпустимо при використанні антени на РРЛ, що працює по двох частотному плані. У високоякісних антен, які мають захисні екрани, коефіцієнт захисної дії може складати мінус 55...70 дБ.

2. Особливості конструкції та характеристики антен радіорелейних ліній

На мал. 11.8 зображена двох дзеркальна антена з кільцевим фокусом (АДЕ — антена двох дзеркальна з еліпсоїдальним малим дзеркалом). Велике дзеркало утворене обертанням частини параболи 1 навколо фокальної осі z, зміщеної щодо осі симетрії антени z' на d/2. Геометричне місце фокусів F являє собою синфазне фокальне кільце діаметром d. Поверхня допоміжного дзеркала є результатом обертання частини еліпса 2 навколо осі z, один фокус еліпса збігається з фазовим центром випромінювача (звичайно — рупор зі зламом) 3, а другий — сполучений з фокусом параболи (крапка F). На осі симетрії мале дзеркало має злам типу конічного вістря. У наближенні геометричної оптики така схема забезпечує синфазність збудження pозкриву антени.

Дана антена в порівнянні зі звичайними двох дзеркальними володіє  перевагами.

По-перше, наявність конічного вістря на малому дзеркалі значно усуває реакцію цього дзеркала на опромінювач і різко поліпшує природне узгодження антени.

По-друге, це дозволяє істотно скоротити відстань між опромінювачем і малим дзеркалом і тим самим зменшити витік енергії за це дзеркало і спростити його кріплення.

По-третє, унаслідок того, що промені, що йдуть з фазового центра опромінювача (яким відповідає найбільша щільність енергії), перевипромінюються малим дзеркалом на периферію параболоїда, а промені, відбиті від крапок, що знаходиться поблизу краю допоміжного дзеркала (їм відповідає менша щільність енергії), попадають на ділянки поверхні параболоїда, близькі до його вершини, забезпечується велика рівномірність амплітудного розподілу поля в pозкриві антени (більш високий КВП).

По-четверте, високе природне узгодження в широкому діапазоні хвиль і наявність широкодіапазонного опромінювача, забезпечує можливість суміщення в антені різних діапазонів. Для одержання високої захисної дії антени АДЕ виконуються короткофокусними (2o210°) та забезпечуються спеціальними екранами.

Останнім часом значно підвищився інтерес до антен з винесеним опромінювачем (АВО). Це пояснюється зростанням вимог до перешкодозахищеності, що у багатьох випадках не можуть бути виконані при використанні осесиметричних антен. Більшість знову розроблювальних АВО виконані по двох- або трьох дзеркальній схемі. Однак при використанні оптимальних опромінювачів і однодзеркальні АВО можуть мати високі електричні параметри. Вартість і вагові характеристики таких антен приблизно такі ж, як в осесимметричних [28].

Однодзеркальна АВО (мал. 11.9) складається з дзеркала, що відбиває, 1, що представляє собою вирізку з параболоїда обертання циліндром, вісь якого зміщена на деяку відстань щодо фокальної осі вихідного параболоїда. Антена має екран 3, що збільшує її коефіцієнт захисної дії. Опромінювачем антени 2 служить розфазований рупор зі зламом утворюючим поворотом осі і косим зрізом pозкриву (мал. 11.10). Такий рупор [9] забезпечує ДС, необхідну для опромінення антени АВО,— осесиметричну в одній площині і неосесиметричну в перпендикулярній площині. Осі малого (1) і основного (2) рупорів розгорнуті на деякий кут . Тому що при цьому кути 1 і 2 виявляються різними, вершина головного пелюстка в площині ВВ' ДС рупора стає неосесиметричною. У перпендикулярній площині кути 1' і 2" рівні і ДС симетрична. Зрізавши розкрив основного рупора, не перпендикулярного його осі, можна усунути різну розфазировку поля в крапках В, В', що лежать на границях pозкриву.

Характерним недоліком осенесиметричних антен є підвищений рівень кросполяризаційного випромінювання. Цей недолік може бути зменшений застосуванням спеціальних так званих погоджених опромінювачів [9].

Серед існуючих антен найменшим бічним випромінюванням (найкращою перешкодозахищеністю) володіють рупорно-параболічні антени (РПА). Однак через великі габарити (вертикальний розмір) і маси їх застосовують тільки на найбільш важливих магістральних лініях зв'язку.

Рупорно-параболічна антена складається з хвилевода живлення, пірамідального або конічного рупори і безпосередньо приєднаного до нього дзеркала, що є частиною параболоїда обертання (мал. ll.ll.a).

Фокус параболоїда збігається з фазовим центром рупора, що знаходиться у вершини останнього. Електромагнітні хвилі, виходячи з рупора, відбиваються від параболічного дзеркала (мал. 11.11,б).

Фронт відбитої від дзеркала хвилі близький до плоского, і поверхня pозкриву дзеркала (поверхня АВ) є синфазною. У такій системі електромагнітна енергія випромінювача не може пройти повз дзеркало, що різко зменшує задні пелюстки ДС.

Випромінювач (рупор) не затінює поверхню дзеркала, що також приводить до зменшення бічних пелюстків.

В зв’язку з тим, що відбита від дзеркала енергія не попадає в рупор, то відсутня реакція дзеркала на випромінювач.

Узгодження рупора з хвилеводом у випадку досить довгих рупорів з великим випромінюючим отвором, що приєднуються до хвилеводу за допомогою плавних переходів, не порушується в досить широкому діапазоні частот (двохкратному). У цьому діапазоні може бути отриманий КБВ, приблизно рівний 0,98, тому одна РПА може бути використана для спільної роботи в двох або декількох радіорелейних системах передачі.

Коефіцієнт захисної дії антени дорівнює приблизно —70 дБ,

КВП — близько 0,6,

коефіцієнт поперечної поляризації поля антени в головному напрямку складає від —36 до —42 дБ.

Звичайно кути розкрива рупора в площинах Е и Н вибираються в межах 30...50°,

а площа pозкриву несиметричного параболоїда складає 5...15м2.

Антена може бути використана одночасно для прийому і передачі полів із взаємно перпендикулярною поляризацією, а також при відповідному збудженні для випромінювання і прийому поля з круговою поляризацією. Докладний аналіз РПА є в [9, 12].

На РРЛ застосовуються також перископічні антенні системи (мал. 11.12), істотна перевага яких — відсутність довгого фідера (до 100 м). У перископічній антенній системі енергія передається за допомогою беспроводної лінії передачі, яка складається з нижнього дзеркала (випромінювача), встановленого в підстави щогли, і верхнього дзеркала (перевипромінювача). Випромінювачі можуть бути симетричні параболічні або несиметричні, виконані за схемою АВО, параболічні або еліпсоїдальні дзеркала. У випадку перископічної антени, яка виконана по так званої трьохелементній схемі (див. мал. 11.12), опромінювач нижнього дзеркала (наприклад, рупор зі зламом) установлюється безпосередньо в технічному будинку.

В якості перевипромінювача звичайно застосовується плоске дзеркало. Випромінювач і перевипромінювач так орієнтуються відносно один одного, що хвилі, випроменені нижнім дзеркалом, «перехоплюються» верхнім і перевипромінюються в напрямку на сусідній проміжний радіорелейний пункт.

Фокусуюча дія нижнього дзеркала виражається в тому, що потік енергії, що поширюється від нижнього дзеркала до верхнього, трохи звужується, що приводить до збільшення ККД передачі енергії (відношення потужності, прийнятої перевипромінювачем, до потужності, випромененої нижнім дзеркалом) від нижнього дзеркала до верхнього. Частина енергії все-таки переливається через краї верхнього дзеркала.

Вигідніше застосовувати плоский перевипромінювач не з прямокутним, а з еліптичним контуром обріза, що має круглу поверхню pозкриву, тому що при цьому збільшується ККД безпровідної лінії передачі і зменшується РБП ДС верхнього дзеркала.

Коефіцієнт підсилення перископічної антени

G=vа 42Rр2/2,

де  vа — апертурний КВП нижнього дзеркала;

Rр — радіус pозкриву цього дзеркала;

 — ККД безпровідної лінії передачі.

Сучасні перископічні антени завдяки прийняттю ряду заходів (спеціальна форма верхнього дзеркала, використання випромінювачів нижнього дзеркала, що забезпечують апертурний розподіл поля з крутими схилами й ін.) мають захисну дію, що дозволяє використовувати їх на магістральних РРЛ. Коефіцієнт підсилення таких антен складає 40 ...45 дб (у діапазоні 4...6 Ггц).

АНТЕНИ ТРОПОСФЕРНИХ РРЛ

Можливість стійкого зв'язку на УКВ на відстанях, що значно перевищують відстань прямої видимості (до 600 км і більш), пояснюється розсіюванням цих хвиль на неоднорідностях тропосфери (див. п. 5.4.1 у [10]). Для тропосферного зв'язку може використовуватися діапазон 100 ... 10000 Мгц. На вітчизняній тропосферній РРЛ застосовуються частоти від 790 до 960 Мгц.

Схема тропосферної РРЛ зображена на мал. 11.13. Об’єм тропосфери CCDD', що обмежений областю перетинання тілесних кутів головних пелюстків ДС передавальної (А) та приймальної (В) антен, називається розсіючим. Частина електромагнітної енергії, перевипромененої неоднорідностями, які обмежені цим об’ємом, може бути прийнята прийомною антеною, ДС якої обмежена прямими ВС і BD. Прийнята антеною енергія може бути посилена передавальною антеною, що знаходиться в крапці В, і спрямована нею так, щоб після розсіювання в тропосфері бути прийнятою антеною наступного пункту, і т.д. Напрямок максимального випромінювання антени береться майже горизонтальним.

У зв'язку з тим, що прийомна антена уловлює тільки невелику частину енергії, перевипромененої об’ємом, що розсіює, для стійкого зв'язку необхідно, щоб як передавальна, так і приймальна антени мали великі КП (приблизно 42 ...50 дБ). Для цього випромінюючі поверхні антен повинні досягати сотень квадратних метрів.

Варто мати на увазі, що КП антени тропосферної лінії росте не прямо пропорційно поверхні її pозкриву, а повільніше (явище «втрати посилення»), що можна пояснити зменшенням об’єму тропосфери, що розсіює, при звуженні ДС. При цьому, чим більше розрахунковий КП антени, тим значніше зменшення її реального КП.

На тропосферних РРЛ, що працюють у діапазонах дециметрових і сантиметрових хвиль, в основному застосовують параболічні антени, виконані за схемою АВО. На цих лініях немає необхідності в підйомі антени на велику висоту. Звичайно нижній край антени піднімається на 10...20 м над землею. Для збільшення перешкодозахищеності антен застосовують різного роду екрани (див. § 14.2).

3. ПАСИВНІ РЕТРАНСЛЯТОРИ ДЛЯ РРЛ

У гірській або пересіченій місцевості для забезпечення прямої радіо видимості між ретрансляційними пунктами РРЛ їх приходиться розміщувати на пануючих висотах, як правило, важкодоступних, що приводить до значного подорожчання будівництва й ускладненню експлуатації цих пунктів. У таких умовах вигідно використовувати пасивні ретранслятори, що не мають приймально-передавальної апаратури і не потребують обслуговуючого персоналу.

Відомі три види пасивних ретрансляторів:

відбивні,

заломлюючі

і типу перешкоди.

Найбільш простий і дешевим є пасивний ретранслятор типу перешкоди, запропонована в 1953 р. Г. 3. Айзенбергом і А. М. Моделем. Він являє собою металеву поверхню, котра не пропускає електромагнітних хвиль, яка розташована в площині Q перпендикулярно напрямкові поширення хвилі від пункту А до пункту В, між якими відсутня пряма видимість (мал. 11.14). Пасивний ретранслятор П знаходиться. у зоні прямої видимості пунктів А и В. При відсутності непроникного для. електромагнітних хвиль перешкоди передавальна антена пункту А не створює поля в пункті В.

Поява напруженості поля в пункті В при установці на шляху поширення хвилі перешкоди П пояснюється в такий спосіб. При відсутності ретранслятора в площині Q створюється поле, розподілене по визначеному законі. Напруженість поля в пункті В визначається інтерференцією полів від всіх елементів цієї збудженої поверхні. Розподіл збуджуючого поля на площині Q таке, що при відсутності прямої видимості між пунктами А и В напруженість сумарного поля в пункті В дорівнює нулеві. Іншими словами, ДС збудженої площини Q така, що випромінювання в напрямку пункту В відсутнє. Встановлення в площині Q непроникного для електромагнітних хвиль перешкоди приводить до того, що на частині площини Q, закритою металевою поверхнею П, напруженість поля наближається до нуля. Таким чином, змінюється амплітудно-фазовий розподіл збуджуючого поля, що повинно привести до зміни ДС збудженої площини Q і появі випромінювання в напрямку пункту В.

Форма перешкоди вибирається так, щоб забезпечити мінімальне розфазування поля в крапці прийому від різних ділянок металевої поверхні. Для цього перешкода виконується у виді частини кільця (мал. 11.15 - вид у вертикальній площині Q), верхня і нижня краї якої збігаються з границями зони Френеля [10]. Це забезпечує синфазність поля в горизонтальній площині в крапці прийому від сектора  при будь-якому . У вертикальній площині розфазування поля дуг різного радіуса r визначається різницею ходу відповідних променів від пункту А до пункту В. З цих причин кутовий розмір перешкоди по координаті і відповідний лінійний розмір можуть мати досить велике значення й обмежуються в основному тільки конструктивними міркуваннями. Пасивні ретранслятори типу перешкоди на відміну від ретрансляторів що відбиває і переломлює типів не вимагають жорсткої фіксації в просторі і точності виконання поверхні, тому що її роль полягає тільки в створенні на фронті падаючої хвилі ділянки з нульовою напруженістю поля («темну пляму»). Відсутність вимог до жорсткості конструкції дозволяє виконувати полотна у виді дротяної сітки і підвішувати його на легких опорах.

Антени пасивних ретрансляторів будь-якого виду повинні мати значно великими КП, чим антени звичайних ретрансляційних пунктів, що пояснюється необхідністю необхідного посилення сигналу, що надходить, винятково самою антеною, тому що підсилювальна апаратура на пасивному пункті відсутня. Тому площа пасивних ретрансляторів повинна бути більшою (до 500 м2) і в 50...60 разів перевищувати площа pозкриву антени активного пункту. Коефіцієнт підсилення пасивних ретрансляторів типу перешкоди досягає

значення 60...70 дБ.

Простота конструкції ретранслятора типу перешкоди і виграш у площі в порівнянні з пасивними ретрансляторами інших типів визначають його високу економічність.

Застосування відбивних ретрансляторів доцільно тільки в тих випадках, коли відсутня зручна будівельна площадка в створі активних пунктів.

Діаграма спрямованості пасивного ретранслятора досить вузька, ширина її виміряється хвилинами. У зв'язку з цим центр пасивного ретранслятора повинний установлюватися на лінії, що з'єднує активні пункти (у створі цих пунктів) з високою точністю. Відхилення центра ретранслятора від створу повинне бути не більш 5...10 м.

Можна застосовувати багатоповерхові пасивні ретранслятори, розташовуючи полотна в зонах Френеля через одну. При цьому поля від різних поверхів у пункті прийому складаються синфазно. Діаграма спрямованості у вертикальній площині звужується.

Варто мати на увазі, що в зв'язку з неоднорідністю тропосфери траєкторія лучачи криволінійна, радіус її кривизни міняється в часі і визначається вертикальним градієнтом діелектричної проникності повітря. При звуженні ДС напруженість поля в пункті прийому стає критичною до зміни цього градієнта, тобто до зміни умов рефракції.

Певні обмеження на число поверхів накладає також необхідність пере випромінювання всієї смуги спектра частот РРЛ. При зміні довжини хвилі змінюється ширина зони  Френеля, і тому при досить великій ширині смуги частот багатоповерховий ретранслятор може збуджуватися несинфазно. За даними [12], число поверхів при передачі широкої смуги частот не може перевищувати 4...6.

Пасивні ретранслятори типу перешкоди можуть застосовуватися не тільки для обходу природних перешкод рельєфу, але й в інших цілях. Зокрема, за допомогою пасивних ретрансляторів можна збільшити в кілька разів відстань між активними пунктами звичайної РРЛ. При цьому виходить економія капітальних вкладень на 25…40% та зменшується кількість діючої на лінії апаратури. Використання пасивних ретрансляторів дозволяє при звичайній довжині РРЛ (приблизно 50 км) істотно скоротити висоту опор і довжину хвильових трактів.

Пасивний ретранслятор типу перешкоди може бути використаний на звичайних РРЛ із прямою видимістю для збільшення КП антени. При цьому ріст КП антени РРЛ не супроводжується збільшенням її поверхні, що вимагає високої точності обробки.

Принцип дії такого ретранслятора складається у наступному. Розіб'ємо площину Q, перпендикулярну лінії, що з'єднує пункт передачі А з пунктом прийому В (рис 11.16), на концентричні зони Френеля S1 S2, S3.... Поля, яке випроменені в пункт прийому В сусідніми зонами, мають різні знаки і взаємно послабляють один одного. Якщо усунути випромінювання однієї (наприклад, другої) парної зони або декількох парних зон за допомогою пасивного ретранслятора, виконаного у виді одного або декількох кілець (мал. 11.17), то напруженість поля в пункті прийому може бути значно збільшена. Такий ретранслятор називається антенним директором.

Якщо ретранслятор затінює N зон з парними номерами, виграш у КП антени складає (2N+l)2. Якщо кільцевий директор виконати з фазозрушуючого радіопрозорого середовища, то в загальному випадку виграш у КП складає (4N+l)2.

Використання антенних директорів на РРЛ доцільно лише у випадку низьких опорних антен РРЛ пунктів. Це пояснюється тим, що директор повинний встановлюватися на відстані, рівним декільком сотням метрів від основної антени, на окремій опорі, приблизно такої ж висоти, як і опора цієї антени.

Особливо доцільно застосовувати антенні директори на РРЛ, що працюють у діапазонах 8 і 11 ГГц, де завдяки невеликій відстані між активними пунктами (25...35 км) висота антенних опор звичайно невелика.

При будівництві РРЛ у гірській або сильно пересіченій місцевості можливо використовувати пасивні відбивні ретранслятори (дзеркального) типу [27]. Звичайно вони виконуються з одного або двох плоских дзеркал (мал. 11.18,а, б). Якщо кут >45...60° (мал. 11.18,а), найбільш доцільна схема однодзеркального пасивного ретранслятора. Якщо 35°<<60°, доцільно використовувати двох дзеркальний ретранслятор, дзеркала якого складають так звану -конфігурацію (мал. 11.18,б), при якій дзеркало Р2 і пункт прийому В розташовані по різні сторони прямій АР1. Лінійні розміри використовуваних на РРЛ дзеркальних ретрансляторів досягають декількох сотень довжин хвиль (поверхня відбивача виміряється десятками і сотнями квадратних метрів). Дзеркала настільки великих розмірів, виконані з достатньою точністю (+/10... ±/20), дорогі.

Викладач кафедри

    О.Рихальський


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2842. Функции как совокупность объявлений и операторов 79 KB
  Функции Функция – это совокупность объявлений и операторов, предназначенных для выполнения отдельной задачи и заключённых в специальный блок. Необходимость в использовании функций возникает при решении сложных задач, когда нужно выполнять набор...
2843. Время жизни и область видимости в программировании 54 KB
  Время жизни и область видимости В языке C блоком считается последовательность объявлений, определений и операторов, заключенная в фигурные скобки. Объект языка C может быть объявлен на внешнем уровне (вне любого блока), на внутреннем уровне (внутри ...
2844. Препроцессор языка C 75.5 KB
  Препроцессор языка C Препроцессор языка C – это программа, выполняющая обработку исходного кода для передачи его компилятору, в процессе которой происходит подстановка директив и выполнение операций препроцессора. Все директивы препроцессора на...
2845. Интерпретация составных описателей 36 KB
  Интерпретация составных описателей При объявлении переменных, массивов, указателей или функций кроме простых идентификаторов могут использоваться составные описатели. Составной описатель – это идентификатор, дополненный более чем одним признако...
2846. Типы данных, определяемые пользователем (агрегативные типы данных) 51 KB
  Типы данных, определяемые пользователем (агрегативные типы данных) Язык C позволяет программисту создавать следующие типы данных: переименование типов перечислимый тип структура битовые поля объединение Переименование типов. Язык C позволяет дать но...
2847. Прерывания в ОС MS-DOS 36 KB
  Прерывания в ОС MS-DOS Драйвер – это программа, являющаяся посредником между устройством и программой пользователя и предоставляющая набор функций для работы с устройством. В MS-DOS существуют драйверы символьных устройств (за одну операцию обм...
2848. Процесс взаимодействия системы с клавиатурой в ОС MS-DOS 39 KB
  Процесс взаимодействия системы с клавиатурой в ОС MS-DOS Клавиатура – это устройство компьютера, предназначенное для ввода текстовой информации. Технически клавиатура представляет собой матрицу ключей (кнопок), замыкаемых пользователем при нажа...
2849. Работа с мышью 89 KB
  Работа с мышью. Мышь – это устройство компьютера для ввода информации, относящееся к классу манипуляторов. Курсор мыши – это указатель мыши, перемещающийся по экрану в зависимости от перемещения мыши по столу. Так как курсор мыши представля...
2850. Видеосистема компьютера 54.5 KB
  Видеосистема компьютера Видеосистема компьютера включает в себя ряд аппаратных и программных средств, позволяющих получать на экране терминала изображения. К аппаратным средствам относятся монитор и видеоадаптер. К программным средствам относятся ср...