18077

АНТЕНИ СИСТЕМ КОРОТКОХВИЛЬОВОГО ЗВ’ЯЗКУ ТА РАДІОМОВЛЕННЯ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ЛЕКЦІЯ №4 з навчальної дисципліни ПРИКЛАДНІ ПИТАННЯ АНТЕННИХ ПРИСТРОЇВ ТЕМА 1: АНТЕНИ РТС ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ. ЗАНЯТТЯ 5: антенИ систем короткохвильового зв’язку та радіомовлення. 1. НАВЧАЛЬНІ ПИТАННЯ Вимоги до антен коротк...

Украинкский

2013-07-06

258.5 KB

10 чел.

2

PAGE  2

ЛЕКЦІЯ №4

з навчальної дисципліни

ПРИКЛАДНІ ПИТАННЯ АНТЕННИХ ПРИСТРОЇВ

ТЕМА 1: АНТЕНИ РТС ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ.

ЗАНЯТТЯ 5: антенИ систем короткохвильового зв’язку та радіомовлення.

1. НАВЧАЛЬНІ ПИТАННЯ

  1.  Вимоги до антен короткохвильового діапазону.

2. Особливості конструкції та характеристики антен короткохвильового діапазону.

II. НАВЧАЛЬНА ТА ВИХОВНА МЕТА

  1.  Вивчити вимоги до антен короткохвильового діапазону.

  1.  Вивчити особливості конструкції та характеристики антен короткохвильового діапазону.

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 короткохвильового діапазону.

Короткі хвилі ( м) використовуються для радіомовлення й радіозв'язку на великі відстані та в радіолокації (заобрійна радіолокація). При розповсюдженні уздовж земної поверхні короткі хвилі дуже сильно поглинаються і зв'язок на поверхневих хвилях відбувається на відстанях, які не перевищують 100 кілометрів. Тому зв'язок на більші відстані здійснюється просторовими хвилями. Надійність зв'язку на коротких хвилях у значній мірі визначається застосуванням оптимальних довжин хвиль. Умови поширення просторових хвиль, а отже, і оптимальні частоти, визначаються висотою й електронною концентрацією іонізованих областей іоносфери, стан яких істотно залежить від часу доби, пори року й періоду сонячної активності. Зв'язок на відстані до 3000—4000 км здійснюється одним стрибком, тобто при однократному відбитті від іоносфери. При більшій довжині траси використовується багато стрибкове поширення. За рахунок неоднорідностей в іоносфері й нахилах її шарів можливі відхилення траєкторії поширення просторової хвилі від напрямку дуги великого кола, тому ширину головного пелюстка діаграми спрямованості в горизонтальній площині вибирають не менш 4—6°. Зони оптимальних кутів випромінювання й прийому у вертикальній площині залежно від довжини траси при різних висотах іонізованого шару, що відбиває () наведені на рис. 1.

Рис. 1. Оптимальні кути випромінювання для різних трас:

1 — з одним стрибком; 2 - двома стрибками

На трасах довжиною2000-4000 км оптимальні кути  й для трас понад 4000 км . Із цієї причини короткохвильові антени повинні мати можливість змінювати напрямок головного випромінювання й прийому у вертикальній площині або ширина головного пелюстка повинна бути досить широкої, не вужче 10°. Лінійно-поляризована хвиля при відбитті від іоносфери перетвориться в еліптично поляризовану. За рахунок флуктуації в іоносфері еліпс поляризації змінює своє орієнтування в просторі. Отже, поляризації приймальні й передавальній антенам при зв'язку просторовою хвилею можуть бути різними. Антени з вертикальною поляризацією вимагають металізації землі, їх діаграми спрямованості істотно залежать від параметрів ґрунту, значна частка енергії, випромінювана уздовж поверхні землі, поглинається ґрунтом. Місцеві перешкоди мають в основному вертикальну поляризацію. З огляду на ці обставини, на передачі й прийомі при зв'язку просторовою хвилею переважно застосовують антени з горизонтальною поляризацією. Основними факторами, що погіршують відношення "сигнал/шум в KB зв'язку, є перешкоди від інших радіостанцій. Щоб зменшити ці перешкоди, прийомні й передавальні антени повинні мати діаграми спрямованості з малими бічними пелюстками. Для зменшення на радіоцентрі загального числа антен вони повинні бути діапазонними.

2. Особливості конструкції та характеристики антен короткохвильового діапазону

2.1. Вібраторні антени

Найпростішою антеною для зв'язку просторовою хвилею є симетричний горизонтальний вібратор, який позначається ВГ (). Тут  — довжина плеча вібратора, м; Н — висота підвісу, м. Вібратори виконуються з біметалевого або мідного проводу діаметром 3, 4 і 6 мм і мають хвильовий опор близько 1000 Ом (рис. 2а). Навпіл хвильовий вібратор (2=0.5 ) має вхідний опір 73,1 Ом, хвильовий (2=) — близько 5000 Ом. Такі вхідні опори погано узгоджуються із хвильовим опором симетричного фідера (КБВ<0,15). Тому антена типу ВГ застосовується обмежено, тільки як прийомна антена.

Рис. 2. Симетричні горизонтальні вібратори:

в — з живленням у центрі; б-б— із шунтовим живленням

При роботі на одній фіксованій частоті можна одержати гарне узгодження фідера з напівхвильовим вібратором, використовуючи схему так званого шунтового живлення (рис. 2б). Вхідний опір вібратора визначається відстанню між крапками а й b. 

Зі збільшенням цієї відстані вхідний опір збільшується, прагнучи до величини , а зі зменшенням — зменшується, у межі прагнучи до нуля. Точки підключення фідера до вібратора вибирають із умови , що виконується за умови cos . Для фідера із хвильовим опором  Ом геометричні співвідношення такі;

Рис. 3. Диполь Надененко (ВГД)

Великий хвильовий опір робить вібратор вузько смуговим ( становить 5%) і непридатним для випромінювання великої потужності через виникаючі перенапруги на кінцях вібратора. Для розширення діапазону робочих частот і одержання можливості підводити до антени більші потужності С. И. Надененко запропонував використовувати вібратор зі зниженим хвильовим опором, що одержав назву диполя Надененко, надалі позначуваний ВГД. Зі зміною частоти вхідний опір вібратора зі зниженим хвильовим опором змінюється в менших межах і узгодження з фідером забезпечується в більше широкому діапазоні частот. Диполь_Надененко_виконується з 6—12 паралельних мідних або біметалічних проводів діаметром 3; 4 або 6 мм, розташованих по утворюючого циліндра з радіусом  (рис. 3). Хвильовий опір диполя ВГД, Ом, вибирається в межах 250-600 Ом і розраховується по формулі

Тут n — число проводів; r — радіус проводів; l — довжина плеча вібратора; R — радіус утворюючого вібратора. Для кращого узгодження перехід від фідера до вібратора ВГД повинен виконуватися плавним, без різкої зміни розподілених (погонних) ємностей. Для цього проведення вібратора поблизу крапок живлення утворять конус, вершина якого з'єднується з фідером.

На рис. 4 наведена залежність коефіцієнта біжучої хвилі у фідері, що живить вібратор ВГД, від  відношення . Із графіка видно, що зі зниженням хвильового опору антени ВГД узгодження її з фідером поліпшується. Фідер із хвильовим опором  Ом у порівнянні з фідером, що має Ом, має краще узгодження з антеною ВГД, але в більше вузькій смузі.

Рис. 4. Залежність КБВ у живильному фідері від відносної довжини ВГД  

Для слабо направлених антен уважають припустимим працювати при . При таких значеннях КБХ більше широке перекриття по діапазоні можна одержати від антени, якщо фідер має Ом. У випадку застосування фідера з Ом між фідером і антеною ВГД ставлять експонентний трансформатор ТФ 350/600. Довжину трансформатора вибирають рівною 0,75 .

Робочий діапазон хвиль антени ВГД

.

Таким чином антена має діапазон робочих частот приблизно з двохкратним перекриттям

Антени СГД є основним типом передавальних антен, застосовуваних в KB діапазоні для радіомовлення на трасах великої довжини. Вони можуть застосовуватися також для радіозв'язку й інших цілей. Основними перевагами антен СГД перед іншими типами KB антен є можливість одержання високого КНД і КП (антени мають високий ККД), а також можливість управління ДС у горизонтальній і вертикальній площинах. Антени типу СГД можуть працювати без перебудови в безперервному діапазоні хвиль із коефіцієнтом перекриття 2...2,5 [приблизно (0,8...2), де — розрахункова довжина хвилі].

Антена являє собою плоскі синфазні решітки, що складаються з декількох рядів (поверхів) синфазно збуджуючих симетричних вібраторів, розташованих на певній відстані d2 один від одного. Систему вібраторів, розташованих паралельно друг над іншому, з точками підключення живлення на одній вертикальній осі називають секцією антени.

У цей час найпоширеніші двох-(траса довжиною 1000... 3000 км) -чотирьох-(траса довжиною від 2000 до 6000—8000 км)-і восьмиповерхові антени (траса від 6000 км і більше). Число секцій звичайно 4—8. Синфазність збудження всіх вібраторів на будь-якій довжині хвилі забезпечується завдяки тому, що відстані від крапок приєднання головного фідера (крапки d, a2) зовсім однакові.

Діапазоність антени по вхідному опорі забезпечується застосуванням діапазонних вібраторів, а також включенням у розподільні фідери,

2.2. Ромбічні антени

Вхідний опір лінії в режимі біжучої хвилі не залежить від її довжини, а визначається тільки хвильовим опором. На високих частотах хвильовий опір лінії чисто активний і практично не залежить від частоти. Застосування режиму біжучої хвилі в антені дозволяє одержати гарне узгодження її з фідером у дуже широкому діапазоні частот.

Рис. 4. Ромбічна антена

Факторами, що обмежують діапазонні властивості таких антен, є зниження ККД і погіршення спрямованих властивостей. Широко розповсюдженими короткохвильовими антенами, що використовують режим біжучої хвилі є ромбічні антени. Найпростіша ромбічна антена складається з чотирьох дротів, розташованих по сторонах ромба. Фідер живлення підводить до одного з гострих кутів ромба. У протилежному куті дроти антени замикаються на навантажувальний опір, рівний хвильовому опору антени. Діаграма спрямованості антени формується випромінюванням проводів, що утворюють сторони ромба.

2.3. Антени біжучої хвилі

Антени біжучої хвилі можуть бути симетричними й несиметричними.

Симетричні антени біжучої хвилі являють собою систему вібраторів (рис.5), рівномірно розташованих у просторі й підключених через опори зв'язку до збірної лінії. Збірна лінія виконується чотирьох дротовою. З одного кінця ця лінія (за допомогою фідера) підключається до приймача, а з іншого, протилежної, замикається на опір, рівний хвильовому. Площина полотна антени паралельна поверхні землі.

Рис. 5. Антени біжучої хвилі: а - з активними опорами зв'язку; б -із двох полотен

Довжину симетричних вібраторів бажано брати більшою, при цьому збільшується потужність, що приймається антеною. Однак збільшення довжини плеча більше 0,64 небажано, оскільки це приводить до збільшення рівня сокових пелюстків. Для роботи в діапазоні хвиль 12,6—70 м довжину плеча симетричного вібратора беруть рівної . Довжина полотна антени L (збірної лінії) визначає величину КНД. Для антен біжучої хвилі, орієнтовно D= (6…7) L/. З конструктивних міркувань довжину антени звичайно беруть 90—100 м. Зі збільшенням числа вібраторів зменшуються рівні бічних пелюстків і збільшується діюча довжина антени. Якщо відстань між вібраторами мала (менше 0,5), то збільшення їхнього числа слабко позначається на зменшенні бічних пелюстків, але збільшується шунтуюча дія вібраторів на збірну лінію. Фазова швидкість при цьому може істотно відрізнятися від швидкості світла, що вплине на діаграму спрямованості антени. Відстані між вібраторами вибирають у межах , а число симетричних вібраторів в антені n=20…40.

Короткий вібратор () має ємнісний характер вхідного опору. Безпосереднє підключення такого вібратора до збірної лінії збільшує її погонну ємність, і фазова швидкість у збірній лінії зменшується. При малій фазовій швидкості зменшується оптимальна довжина антени й знижується значення максимальне досяжного КНД. При довжині плеча  індуктивний характер опорів, внесених вібраторами в збірну лінію, приводить до збільшення фазової швидкості в антені, розширенню діаграми спрямованості та зменшенню КНД.

Викладач кафедри

    О.Рихальський


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7967. Історія України з найдавніших часів до XV ст 56.5 KB
  Тема уроку. Історія України з найдавніших часів до XV ст. Мета: Визначити, який період історії України вивчатиметься цього навчального року ознайомити учнів зі структурою і методичним апаратом підручника як передумовою їхньої подальшої успішної роб...
7968. Давня історія України 58 KB
  Тема уроку:Давня історія України. Мета уроку: Визначити особливості перших поселень на території сучасної України розвивати вміння учнів отримувати знання, використовуючи різні джерела інформації виховувати в ліцеїстів почуття патріотизму. Тип уро...
7969. Витоки Київської Русі 29.32 KB
  Тема Витоки Київської Русі. Мета уроку: Охарактеризувати виникнення Київської русі та ранню історію його існування розвивати здібність аналізу та обґрунтуванню фактичного матеріалу ПІДНЕСЕННЯ Й ЗАНЕПАД КИЇВСЬКОЇ РУСІ Перебуваючи в тіні дивовижних ...
7970. Правова поведінка правопорушення і юридична відповідальність 84.5 KB
  Тема 3. Правова поведінка правопорушення і юридична відповідальність Мета заняття.Ознайомити студентів із поняттями законність, правопорядок, правомірна поведінка, правопорушення, юридична відповідальність їх ознаками та видами. Охарактеризува...
7971. Поняття дух, душа, духовність. Співвідношення духовного і тілесного 49.5 KB
  Поняття дух, душа, духовність. Співвідношення духовного і тілесного. Мета: Розглянути співвідношення понять дух, душа, духовність, співвідношення духовного і тілесного, розвивати вміння критично аналізувати різні точки зору на певну проблему ...
7973. Історія педагогіки. Навчальний посібник 1.21 MB
  Історія педагогіки У навчальному посібнику для студентів, магістрів, аспірантів розкриті основні розділи з курсу Історія педагогіки. У систематизованому вигляді представлені питання, пов’язані з розвитком світової педагогічної думки, починаюч...
7974. Юридическая педагогика. Учебник 2.02 MB
  Книга является одним из первых учебников, в котором системно излагается курс Педагогика высшей школы для магистров, аспирантов и преподавателей юридических вузов с учетом специфики высшего юридического образования. Дается краткий очерк истории и с...
7975. Конспект лекцій з педагогіки 222 KB
  Своя назва педагогіка одержала від грецьких слів пайдос - дитя і аго- вести. У діловому перекладі пейдогос означає дітоводій. Педагогом у Древній Греції називали раба, що у буквальному значенні слова брало за руку дитини свого пана і супроводжував його в школу...