Бс 2 стационарная кв антенна бегущей волны. Приемные антенны бегущей волны

Антенна типа ОБ-2, в частности, с помощью изоляторов может быть установлена на такелаже антенны типа БС-2 (рис. 7.45) с весьма незначительными затратами сил и средств. При этом антенны могут работать независимо друг от друга, являясь взаимным резервом. Антенны имеют линейные взаимноортогональные поляризации, поэтому провода полотна и такелажа антенны БС почти не влияют на характеристики антенны ОБ. Антенны позволяют осуществить сдвоенный прием радиосигналов методом поляризационного разнесения.

Антенны типа ОБ имеют относительно широкий лепесток диаграммы направленности, что снижает их помехоустойчивость. Этого недостатка лишена антенна типа ОБ-Е.

Рис 7.45. Схема размещения антенны типа ОБ-2 на такелаже

антенны типа БС-2

Антенна типа ОБ-Е

При разработке антенна ОБ-Е предполагалась для использования на приемных радиоцентрах магистральной радиосвязи взамен антенн типа БС-2, 2 БС-2, 3 БС-2, лучших по эффективности из имеющихся, но громоздких, дорогих, ненадежных в эксплуатации и трудоемких в обслуживании. Антенна ОБ-Е обладает высоким коэффициентом эффективность/стоимость С .

Схема антенны ОБ-Е приведена на рис. 7.46. Она имеет маркировку ОБ-Е , где L – длина полотна антенны; h – высота подвеса полотна антенны. На рис. 7.46 обозначено: 1 – поверхность «земли»; 2, 8 – проводники противовесов; 3 – источник ЭДС (радиопередатчик, ГСС); 5 – проводник с бегущей волной; 7 – резистор – нагрузка.

Антенна получила маркировку ОБ-Е (однопроводная, бегущей волны), где литера Е указывает на присутствие еще одной волны на проводнике, похожей по структуре на волну Е 0 в круглом волноводе, если смотреть в торец проводника.

Антенна ОБ-Е имела длину L = 300 м.; эквивалентный диаметр проводника с бегущей волной d экв = 280 мм.; наминал нагрузочного резистора R н = 200 Ом; высота подвеса h = 3 м. Диапазон рабочих частот антенны ОБ-Е составляет Δf = 3 ÷ 30 МГц.

Рис. 7.46. Антенна ОБ-Е

Исследования выявили принципиальные расхождения в принципах работы антенн ОБ и ОБ-Е. Они позволяют полагать, что в околопроводном пространстве антенны ОБ-Е происходит перераспределение энергии излучения, что привело к созданию новой, простой по конструкции и очень компактной в поперечнике антенне для магистральных ДКМ радиосвязей, представляющей собой «рупорную антенну без видимых стенок».

ВЧ-антенны бегущей волны типа РГ, РГД, БС, БС-2, ЗБС-2 громоздкие, дорогостоящие сооружения, занимающие большие земельные площади. На крупных стационарных радиоцентрах эти антенны стоят на ответственных связях и должны окупать затраты на их изготовление. Устойчивость и надежность ДKМ линий радиосвязи с ионосферным распространением радиоволн в существенной мере определяется и зависит как от типов применяемых антенн, так и от их состояния на данный момент времени. К общим недостаткам ромбических антенн и антенн типа БС можно отнести наличие мачт высотой в несколько десятков метров с разветвленным такелажем. Этот недостаток отмечается по причинам:

Ограничения возможности восстановления антенны силами центра при выходе из строя хотя бы одной из ее мачт;

а) вид сверху

б) вид сбоку

Рис. 7.42. Антенна БС-21/8.180/4,4.17

Ограничения возможности осмотра полотна антенны, проведения регламентных и профилактических мероприятий (спуск полотна ведет к потере связей на данном рабочем азимуте);

Удорожания и увеличения времени строительства и обслуживания антенн;

Ограничения возможности расстановки антенн на антенных полях.

К частным недостаткам антенн БС можно отнести наличие сопротивлений связи (резисторов), число которых может достигать нескольких сотен. Под воздействием грозовых разрядов резисторы могут сгорать. При этом антенна теряет свои первоначальные свойства, ухудшаются ее характеристики .

Сопоставление основных показателей антенн типа ОБ, РГ и БС-2 (η – КПД антенны, и D – КНД антенны)позволяет сделать несколько важных заключений. Сравним антенны , и ЗБС-2 . Из рис. 7.43 следует, что КПД ромбической антенны много больше КПД антенн типа ОБ и БС, т.е. ее целесообразно использовать как передающую антенну. КПД приемных антенн ДKМ диапазона не является для них определяющим показателем. Здесь на первый план из электрических параметров выдвигается значение КНД, связанного с направлением основного излучения антенны.

Рис. 7.43. К сравнительной оценке КПД антенн различных типов:

1 – ОБ, 2 - РГД; 3 - ЗБС-2

Из анализа рис. 7.43 следует, что по электрическим показателям антенны типа ОБ-2 и БС-2 примерно равноценны, если не считать более низкого КПД антенны БС-2 в длинноволновой области ДKМ диапазона. Ромбические антенны, как приемные антенны, не выдерживают конкуренции с антеннами типа ОБ-2 и БС-2 по диапазонности и направленности.

Сопоставим типовые антенны ЗБС-2 и (см. табл. 7.21) . При этом ограничимся сравнением только основных конструктивных параметров. Анализ показывает, что по конструктивным показателям, антенны типа ОБ-2 существенно превосходят антенны типа БС-2.

На рис. 7.44 приведены характеристики КНД названных выше антенн, а также антенны типа ОБ-2 и нескольких типов антенн РГД.

Рис. 7.44. К сравнительной оценке КНД антенн различных типов:

1 – , 2 – , 3, 4 и 5 – антенны РГД, 6 – ЗБС-2

Таблица 7.21

Конструктивные характеристики антенн 3БС-2 и ОБ-2

Рис 7.45. Схема размещения антенны типа ОБ-2 на такелаже

антенны типа БС-2

Антенна типа ОБ-Е

Рис. 7.46. Антенна ОБ-Е

Результаты расчетов ДН в горизонтальной и вертикальной плоскостях и экспериментальных исследований, полученных с помощью облета на одинаковых частотах, приведены на рис 7.47 и рис.7.48. Экспериментальные точки показаны крестиками.

Из анализа диаграмм направленности следует, что антенна ОБ-Е обладает высокой помехоустойчивостью.

Антенный комплекс ОБ-Е

Для приема сигналов, приходящих под разными углами в угломестной плоскости, создан антенный комплекс ОБ-Е . Он включает в себя три антенны ОБ-Е различной длины L = 60; 120; 240 м, которые ориентированы на местности в одном общем азимуте.

Рис. 7.47. Расчётные и экспериментальные диаграммы направленности антенны ОБ-Е в горизонтальной плоскости

Рис. 7.48. Расчётные и экспериментальные диаграммы направленности антенны ОБ-Е в вертикальной плоскости

Комплекс рассчитан на прием радиоволн в диапазоне 10 м £ λ £ 100 м, (3 ÷ 30 МГц) с ионосферным характером распространения на трассах большой протяженности R > 1000 км. Рекомендации по выбору приёмных антенн приведены в табл. 7.22. Параметры ионосферы нестабильны во времени и неоднородны в пространстве, поэтому в точке приема радиоволн, наблюдаются нестабильность углов q пр по отношению к горизонту и колебания уровней поля.

МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ IНАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКIВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНIВЕРСИТЕТ РАДIОЕЛЕКТРОНIКИ

Кафедра ТАВР

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по предмету

"ТЕХНОЛОГИИ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ"

екстерн спец. ТЗТе-08

Фесюніна Л.І.

Перевірив: доц. каф. ТАВР Стародубцев Н.Г.

Харків 2009

1. ВЛИЯНИЕ ВЫСОТЫ УСТАНОВКИ АНТЕННЫ БС НА УРОВЕНЬ ПРИНИМАЕМОГО СИГНАЛА

При расчете уровня сигнала в точке приема необходимо учитывать волны, отраженные от земной поверхности. Влияние отраженных от поверхности земли лучей на устойчивость связи можно учесть на основании двулучевой модели (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 – Двулучевая модель распространения сигнала БС

Множитель ослабления относительно поля свободного пространства можно представить следующим образом

, (1.1)

где α - коэффициент отражения от поверхности земли; Ф - фазовый сдвиг между прямым лучом и отраженным от Земли. Обычно принимают α = -1, поскольку угол падения обычно мал. В этом случае выражение (1.1) можно записать следующим образом

(1.2)

В свою очередь

(1.3)

где Δr=r 1 -r 2 - разность хода лучей; α -длина волны.

На основании построений на рис 1.1 можно записать

(1.4) и , (1.5)

где h 1 и h 2 - высоты установки антенн БС и МС соответственно; d-расстояние от БС до МС.

Выражение (1.4) и (1.5) можно переписать в виде

На практике обычно d >> h 1 +h 2 ,поэтому можно применить известное приближенное равенство

, где α << 1. (1.6)

Подставляя (1.6) в (1.3) и (1.2), получаем

(1.7)

Мощность сигнала на входе МС приемника может быть рассчитана по формуле

(1.8)

где Р 1 - мощность передатчика БС; G 1 ,G 2 - коэффициенты усиления антенн БС и МС соответственно;

- затухание энергии в свободном пространстве.

Подставляя (1.7) в (1.8), находим

(1.9)

Если ΔФ < 0,6 рад, то sin(ΔФ/2)

ΔФ/2 и формула (1.9) принимает вид (1.10)

Выражение (1.10) позволяет установить, что потери энергии на участке распространения будут составлять 40 дБ/дек.

В самом деле, если d 1 =l км и d 2 =10 км, то при прочих равных условиях

(1.11)

Таким образом, мощность сигнала на входе приемника обратно пропорциональна d 4 , т.е.

где а - коэффициент пропорциональности.

При расчетах потерь энергии в свободном пространстве действует другое правило, а именно20 дБ/дек, т.е.

Для реальных городских радиотрасс имеем

где γ=2...5.

Величина γ не может быть меньше 2, т.к. это значение соответствует свободному пространству.

Из (1.10) также следует, что увеличение высоты установки антенны БС приводит к увеличению уровня сигнала на входе приемника МС примерно на 6 дБ/окт.

В самом деле, удвоение высоты установки антенны БС дает

(1.12)

По вполне понятным причинам высота установки антенны МС не превышает 3 м, поэтому влияние ее высоты на энергетику линии обычно не рассматривают.

В формуле (1.9) не учтены многие факторы, влияющие на распространение радиоволн, а именно: шероховатость поверхности Земли, тропосферное отражение, рельеф местности и многие другие. Поэтому при расчетах часто прибегают к материалам, полученным на основании измерений и статистического усреднения результатов наблюдения.

2 МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ

Эффективность ССПР зависит от большого числа параметров и может служить показателем соответствия системы своему назначению, указывая степень ее технического совершенства и экономической целесообразности. Для количественной оценки эффективности сети подвижной радиосвязи можно использовать: пропускную способность; достоверность передачи информации; количество каналов, в выделенной полосе частот; размеры обслуживаемой территории; стоимость эксплуатации; статистические параметры трафика и другие факторы.

Обычно эффективность ССПР оценивают числом абонентов, приходящихся на выделенную полосу частот. Такой метод оценки достаточно нагляден и позволяет сравнивать различные системы подвижной радиосвязи.

Допустим, что МС равномерно распределены на территории обслуживания, имеющей вид круга радиуса R 0 с площадью

. Каждая сота представляет собой шестиугольник с радиусом описанной окружности R, имеющий площадь (2.1)

Количество БС на территории обслуживания

(2.2)

Размерность кластера К является частотным параметром системы, т.к. определяет минимально возможное число каналов в ССПР. Если на каждой БС набор состоит из п с с шириной полосы каждого канала F к, то общая полоса частот для ССПР (с учетом повторяемости частот) в направлении передачи составит

Число активных абонентов на всей территории обслуживания равно

В этом случае эффективность использования выделенной полосы частот (2.3)

Из (2.3) следует, что эффективность ССПР не зависит от числа каналов на БС и возрастает с уменьшением радиуса ячейки R. В сущности это указывает на то, что уменьшая размеры ячеек можно повысить повторяемость частот, т.е. их одновременное использование в сети. Кроме того, из соотношения (2.3) следует целесообразность уменьшения размерности кластера К. Рассмотрим более подробно влияние размерности кластера на характеристики ССПР, в частности на уровень взаимных помех, возникающих вследствие повторного использования рабочих частот (рис.2.1). Взаимные помехи можно разделить на два вида.

Во-первых, мобильные станции в ячейках с совпадающими частотами создают помехи в каналах приема базовой станции соты номер один, находящейся в центре рис. 2.1 Отношение сигнал/помеха на входе приемника БС определяется выражением

(2.4)

где Р пр.б – мощность сигнала МС центральной соты на входе приемника собственной БС;

Р ш.б – мощность тепловых шумов приемника БС;

Р п. м. i – мощность помехи от МС в совпадающей соте i-го кластера первого круга;

К 1 – число совпадающих сот первого круга.

Во-вторых, базовые станции всех совпадающих ячеек в первом круге создают помехи мобильным станциям, находящихся в центральной соте. Отношение сигнал/помеха в этом случае

(2.5)

где Р пр.м – мощность сигнала БС центральной соты на входе приемника МС этой же соты;

Р ш.м – мощность тепловых шумов приемника МС;

Р п.б1 – мощность помех от БС совпадающей ячейки i-го кластера первого круга.

Ячейки, создающие помехи на совпадающих частотах

Рисунок 2.1 – Влияние размерности кластера на уровень взаимных помех

Для получения количественной оценки уровня взаимных помех сделаем ряд естественных предположений. Считаем, что Р ш.б и Р ш.м можно пренебречь, поскольку уровень шумов ниже уровня взаимных помех. Полагаем, что

, т.е. будем рассматривать сбалансированную систему. Кроме того, принимаем в расчет, что передатчики всех МС имеют одинаковую мощность. То же самое относится и к передатчикам БС.

Тогда имеем

(2.6)

где (2.7)

При любой размерности кластера в первом кругу располагается шесть совпадающих ячеек, т.е. К 1 =6. Кроме того, все относительные расстояния повторного использования частотных каналов равны, т.е.

С учетом этого выражение (2.7) можно представить в виде

2.5. АНТЕННЫ ДЛЯ ЛИНИЙ РАДИОСВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ РАДИОВОЛН

Общие сведения.

При работе линий радиосвязи с использованием пространственных радиоволн излучение электромагнитных волн осуществляется по отношению к поверхности земли под углом 7 ... 20°. Такое излучение обеспечивается горизонтально подвешенными антеннами декаметрового диапазона волн.

Диаграмма направленности в вертикальной плоскости у этих антенн имеет нулевое излучение в направлении поверхности земли, чем достигается снижение потерь энергии в земле и повышение КПД.

На линиях радиосвязи малой- R1 и большой R2 протяженностей требуется излучение энергии соответственно под большими и малыми углами по отношению к поверхности земли (рис. 2.7).

Наиболее распространенными типами антенн, которые устанавливаются на радиостанциях при работе пространственными радиоволнами, являются: ВГ - вибратор горизонтальный; ВГД -

вибратор горизонтальный диапазонный; ВГДШ - вибратор горизонтальный диапазонный шунтовой, РГД - ромб горизонтальный двойной и БС2 - антенна бегущей волны с активными элементами связи. Указанные типы антенн, исключая БС2, используются как для излучения, так и для приема электромагнитных волн. Физические процессы, происходящие в этих антеннах, их технические характеристики и конструкции рассмотрены ниже.

Симметричный горизонтальный вибратор ВГ.

Симметричный горизонтальный вибратор является наиболее простым и распространенным типом антенны (рис. 2.8).

При подведении к вибратору радиочастотных колебаний от передатчика вдоль проводов создаются стоячие волны, причем на концах вибратора создаются узлы тока / и пучности заряда q (напряжения).

Симметричный вибратор состоит из двух равных отрезков провода 1 длиной I каждый, в симметричных точках которых токи равны и совпадают по направлению. Высота подвеса выбирается с учетом угла излучения диаграммы направленности в вертикальной плоскости, необходимого для обеспечения заданной напряженности поля в пункте приема. Волновое сопротивление такого вибратора равно 1000 Ом. Вибратор имеет условное обозначение

L
ВГ= ---.
h

Для уменьшения наведения больших токов в канатах 3, поддерживающих вибратор, на расстоянии 3 м от концов вибратора устанавливают палочные изоляторы 4. Расстояние между мачтами антенны L=2l+ (5 ... 6) м. Снижение вибратора 5 -- двухпроводное и выполнено тем же проводом, что и вибратор (биметалл диаметром 3 ... 6 мм), с расстоянием между проводами 300 мм. Вибратор подвешен на изоляторах 2 и подключается к передатчику через двухпроводный фидер с волновым сопротивлением 600 Ом и используется для работы на фиксированной волне λ 0 =4l но реально эксплуатируется в диапазоне волн 1,6l≤λ≤4l т.е λmin=1,6l , а λmax=4l.

На рис. 2.9 представлены диаграммы направленности симметричного вибратора в горизонтальной плоскости, из которых видно, что все они определяются отношением l / λ .

Вибратор излучает в обе стороны от своей оси: наибольшее излучение перпендикулярно оси, вдоль оси излучение равно нулю. Диаграмма излучения формой напоминает восьмерку (см. рис. 2.9,а, б).

Симметричный вибратор при l =0,63λ или λ =1,6l обладаетнаибольшим КНД (рис. 2.9,в), имеет более острую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, малые уровни боковых лепестков, поэтому при работе на одной фиксированной волне является наиболее пригодным для эксплуатации. Приl >0,63λ . направленность антенны ухудшается.

При эксплуатации симметричного вибратора в качестве диапазонной антенны волновое сопротивление антенны и фидера не удается согласовать во всем рабочем диапазоне волн, что снижает коэффициент бегущей волны в фидере. Эта несогласованность влияет на выходной контур передатчика: режим работы передатчика становится неустойчивым, снижается мощность, излучаемая в пространство.

Диаграмма направленности в вертикальной плоскости симметричного горизонтального вибратора при высоте подвеса /i=A,/4 имеет один лепесток с максимумом, направленным перпендикулярно поверхности земли (рис. 2.Щ,а). По мере приближения высоты подвеса антенны к рабочей длине волны угол максимального излучения уменьшается, максимум излучения «прижимается» к поверхности земли, диаграмма направленности в вертикальной плоскости при /г = 0,5л имеет два боковых лепестка (рис. 2.10,6). Однако при /г = А, и дальнейшем увеличении отношения АД число боковых лепестков растет и направленность антенны ВГ ухудшается.

Горизонтальный вибратор при высоте подвеса h=Q,25X используется на линиях радиосвязи малой протяженности (до 250 км), а при /i=0,65X - большой протяженности (до 1500 км).

Вибратор горизонтальный диапазонный ВГД.

В декаметровом диапазоне волн широко используется симметричный вибратор с пониженным волновым сопротивлением, называемым диполем Надененко (рис. 2.11).

Антенна подвешивается на двух мачтах на высоте 13 ... 22 м, плечо вибратора выполняется в виде цилиндра диаметром 1 ... 2м, по образующим которого натянуто шесть проводов. Для антенны используется биметаллический провод диаметром 4 мм. Для облегчения конструкции антенны кольца 2 выполняются из медных или алюминиевых труб. Провода к этим кольцам припаиваются или крепятся специальными болтами.

Конструкция антенны с увеличенным диаметром вибратора позволяет получить волновое сопротивление в пределах 200 ... 400 Ом.

В месте подключения снижения из-за взаимного влияния вибраторов образуется повышенная распределенная емкость, что приводит к ухудшению согласования волновых сопротивлений вибратора и снижения. Для устранения этого концы цилиндров выполняются в виде конусов длиной l 1 = 1 м, l 2 = 3 м.

Диаграммы направленности антенны ВГД имеют те же формы, что и у антенн ВГ. На линиях радиосвязи протяженностью до 400 км антенна ВГД может быть использована как направленная.

Антенна применяется при работе с передатчиками мощностью 1 ... 5 и более кВт. Для перекрытия диапазона волн от 13 до 120 м применяется комплект из трех антенн ВГД. Диапазон волн, в котором антенна может быть эффективно использована, определяется отношением 1,6l≤λ≤4l. Условное обозначение антенны -

L
ВГД= --- d.
h

где l - длина плеча вибратора, м; h - высота подвесаантенны над землей, м; d - диаметр кольца вибратора, м.

Симметричный вибратор шунтового питания.

Симметричный вибратор шунтового питания (рис. 2.12) применяется для работы

на фиксированной частоте, равной резонансной частоте вибратора, когда 2l=0,47λ . Антенна выполняется из целого провода, к которому подключается двухпроводный фидер с волновым сопротивлением 600 Ом.

В средней точке вибратора образуются пучность тока и узел заряда (U =0), поэтому активная составляющая входного сопротивления R вх в этой точке равна нулю. В крайних точках вибратора В, В1 имеются пучность заряда q и узел тока I , поэтому при волновом сопротивлении вибратора W =800 Ом активная составляющая входного сопротивления в этих точках Rвх=W 2 /R Σ = 800 2 /73,1=8750 Ом. Следовательно, на вибраторе между точками В, В1 можно найти две симметричные точки А, А 1 в которых активная составляющая входного сопротивления при соответствующем подборе расстояния l 2 равнялась бы волновому сопротивлению двухпроводной фидерной линии. Благодаря этому в фидерной линии обеспечивается режим бегущей волны.

При выполнении вибратора из провода диаметром 1,5 ... 5 мм наилучшее согласование получается при следующих размерах: /, где λ - фиксированная рабочая волна.

Точное значение длины l 1 подбирается путем ее регулировки и одновременного измерения коэффициента бегущей волны. Выбирается такое значение l 1 при котором коэффициент бегущей волны получается наибольшим.

В качестве диапазонной антенны применяется проволочный шунтовой симметричный вибратор ВГДШ (рис. 2.13), предложенный Г. 3. Айзенбергом и В. Д. Кузнецовым. Вибратор выполняется из шести проводов, двухпроводное снижение подключается только к четырем проводам вибратора, а два провода образуют шлейф. Антенна подвешивается на двух мачтах.

Шунтовой симметричный вибратор эксплуатируется в диапазоне волн от 1,6l до 6l , расширение диапазона получается в сторону длинных волн. Хорошее согласование волнового сопротивления вибратора с волновым сопротивлением фидера обеспечивается в широкой полосе частот при коэффициенте бегущей волны в фидере не хуже 0,3.

Для линий радиосвязи протяженностью до 400 км антенна ВГДШ имеет круговое излучение. Чтобы не создавать значительных помех работе других линий радиосвязи из-за слабой направленности, антенну рекомендуется использовать при работе с передатчиками мощностью 5 ... 20 кВт.

Для перекрытия диапазона волн от 12 до 150 м применяется

комплект из пяти антенн ВГДШ 6/9* 1,2; ВГДШ8/12* 1,5; ВГДШ 12/18* 2,4; ВГДШ 16/24* 3,0; ВГДШ 24/22* 3,5. В данной конструкции вибраторов длина шунта принята равной длине плеча вибратора: l ш = l.

Антенны ВГДШ с длиной вибратора l , равной 6, 8, 12 и 16 м, изготавливаются из шести проводов, а антенны ВГДШ с длиной вибратора l =24 м для снижения диаметра вибратора и сохранения волнового сопротивления изготавливаются из девяти проводов; при этом питание подводится к шести проводам. Для изготовления вибраторов применяется биметаллический провод d=4 мм.

В районах с повышенной грозовой деятельностью средняя часть шунта антенны ВГДШ заземляется в точке А металлическим проводом d=6 мм (см. рис. 2.13).

Антенны ромбические горизонтальные РГ и РГД.

Остронаправленной широкодиапазонной антенной в декаметровом диапазоне волн является ромбическая антенна, излучающими элементами которой служат провода, расположенные в горизонтальной плоскости по сторонам ромба. Антенна подвешивается на четырех мачтах и ориентируется на корреспондента большой диагональю ромба (рис. 2.14). Принцип работы антенны основан на обтекании бегущей волной тока длинного провода. Известно, что диаграмма направленности провода с бегущей волной тока в любой плоскости, проходящей через ось провода, имеет два главных лепестка. Эти лепестки расположены симметрично относительно провода и наклонены в сторону движения волны тока.

Представим на элементах А, В, А\, В\ проводов ромба лепестки излучения (рис. 2.15,а). Если провода достаточно длинны, то излучения элементов A и Б, расположенных на расстоянии l , будут

находиться в фазе. Следовательно, излучения лепестков a1 и a2 , a3 и a4 складываются, а лепестков b1 и b2 , b3 и b4 - взаимно вычитаются. В результате образуется суммарная диаграмма направленности излучения ромбической антенны (рис. 2.15,6). Диаграмма имеет острую направленность, и максимальное излучение сосредоточенов направлении большой диагонали ромба. Однако полная взаимная компенсация излучений лепестков b1 и b2 , b3 и b4 отсутствует, и в диаграмме направленности появляются боковые лепестки. На излучение боковыми лепестками бесполезно затрачивается около 40% энергии передатчика, поэтому КНД одинарной ромбической антенны не превышает 125 ... 150.

Для получения однонаправленного излучения и режима бегущей волны в антенне к проводам острого угла ромба, обращенного в сторону корреспондента, подключается нагрузочное сопротивление (поглощающая линия). К другому острому углу ромба подключается двухпроводное снижение, по которому подаются через горизонтальный фидер от передатчика радиочастотные колебания. Снижение имеет волновое сопротивление, равное волновому сопротивлению ромбической антенны (600 ... 700 Ом). Коэффициент полезного действия антенны составляет 60 ... 80%-Основными размерами ромбической антенны являются: длина стороны ромба /, половина тупого угла Ф и высота подвеса h. Необходимый уровень сигнала в месте приема при заданной мощности передатчика зависит от угла излучения энергии, последний же

определяется высотой подвеса антенны h. Набор рабочих частот для линии радиосвязи определяет оптимальную длину волны λ 0 , а следовательно, и длину стороны ромба l .

Для линий радиосвязи малой протяженности (600 ... 2000 км) применяются ромбические антенны размерами l =1 ,7λ 0 , Ф=57º и l =2,8λ 0 , Ф=65º ; для линий средней протяженности (2000 ... ... 4000 км)- l =4λ 0 , Ф=65º ; для линий большой протяженности (4000 ... 6000 км и более) l =6λ 0 , Ф=70º .

Условное обозначение ромбических антенн-

гдеРГ - ромб горизонтальный одинарный; Ф - половина тупого угла; a=l/λ 0 -, b-h/λ 0 ; I - длина стороны ромба; h - средняя высота подвеса антенны над землей; λ 0 - оптимальная длина волны.

Г. 3. Айзенбергом была предложена усовершенствованная конструкция антенны-двойная ромбическая антенна РГД (рис. 2.16). Эта антенна представляет собой параллельное соединение двух одинарных ромбических антенн. Большие диагонали ромбов сдвинуты относительно друг друга в горизонтальной плоскости на величину (0,8 ... 1) Ко- Вся конструкция полотна антенны подвешивается на шести мачтах. Снижения антенн запараллеливаются, благодаря чему входное сопротивление антенны становится равным 300 ... 350 Ом.

Для работы с двойными ромбическими антеннами применяют фидеры с волновым сопротивлением 300 Ом. Провода острых углов ромбов, обращенных в сторону корреспондента, синфазно запараллеливаются и подключаются к одному нагрузочному сопротивлению (фехралевой линии). Параллельное соединение ромбов уменьшает излучение антенны через боковые лепестки, увеличивает коэффициенты усиления и направленного действия в 1,5 ... 2 раза.

Условное обозначение двойной ромбической антенны -

Диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях ромбической антенны зависят от ее геометрических разме-

ров (l, Ф, h). Для обеспечения круглосуточного действия линии радиосвязи на весь период 11-летней солнечной деятельности применяется комплект из двух-трех ромбических антенн. В этом случае каждая антенна используется в ограниченном участке диапазона радиоволн (0,8...2) λ 0 , т. е. одна антенна работает в дневные, другая - в ночные и третья - в промежуточные часы суток.

Для сохранения величины волнового сопротивления антенны по ее длине одиночный провод ромба заменяется двумя проводами, расходящимися у вершин тупых углов (см. рис. 2.16). Провода у тупых углов подвешиваются один над другим на расстоянии 2,5 м.

Ромбические антенны используются при работе с передатчиками мощностью 1 кВт и выше.

Антенна бегущей волны с активным элементом связи БС2.

Антенна бегущей волны с активными элементами связи БС2 широко применяется на приемных радиостанциях. Она представляет собой горизонтально подвешенную четырехпроводную собирательную линию, ориентированную в направлении на корреспондента и соединенную через резисторы с горизонтальными симметричными вибраторами (рис. 2.17). Конец собирательной линии состороны корреспондента нагружается на резистор Ru, равный по величине волновому сопротивлению линии, второй конец через снижение и фидер соединяется с приемным устройством. Собирательная линия позволяет довести энергию от всех вибраторов до приемного устройства, потому она и получила название собирательной. Число вибраторов и их длина выбираются в зависимости от протяженности линии радиосвязи и диапазона частот, перекрываемого антенной. Для повышения направленных свойств применяют два, реже три параллельно соединенных полотна антенн бегущей волны.

Условное обозначение антенны -

где БС2 - антенна сдвоенная бегущей волны с активным элементом связи; N - число симметричных вибраторов; l - длина плеча симметричного вибратора, м; г - сопротивление элемента связи, Ом; l 1 - расстояние между соседними вибраторами, м; h - высота подвеса антенны, м.

Рассмотрим принцип действия антенны. Электромагнитные волны, приходящие со стороны корреспондента, пересекая симметричные вибраторы 1 , 2, 3, ..., 20, 21, наводят в каждом из них соответственно ЭДС е1, е2, e з, ..., е20 , е21 . Эти ЭДС через резисторы связи R св создают в собирательной линии две волны тока, одна из которых направляется к нагрузочному резистору R н, другая - в сторону приемного устройства.

Положим, что скорость распространения электромагнитных колебаний в пространстве от вибратора 1 до вибратора 21 равна скорости распространения волны тока в собирательной линии от вибратора 1 до вибратора 21.

Первоначально, когда ток i1 от ЭДС е1 индуктированной в вибраторе 1 электромагнитными колебаниями, дойдет до вибратора 2, то во втором вибраторе будет индуктирована ЭДС е2 и в сторону вибратора 3 потечет ток i1+i2 +"V Когда эта сумма токов дойдет до вибратора 3, то в нем будет индуктирована ЭДС е3. Далее в сторону вибратора 4 потечет ток i1+i2+i3 и т. д. Таким образом, направляющиеся в сторону приемного устройства токи от вибраторов суммируются и создают во входной цепи этого устройства напряжение сигнала. Токи, направляющиеся по собирательной линии в сторону нагрузочного сопротивления, поглощаются этим сопротивлением.

Если же электромагнитные волны будут приходить со стороны вибратора 21 и распространяться в сторону вибратора 1 , то во всех вибраторах после 21 -го будут наводиться ЭДС с запаздыванием по отношению к ЭДС вибратора 21. Так, в точку подключения вибратора 21 ток от вибратора 20 придет с запаздыванием времени на путь электромагнитных волн от вибратора 21 к 20 и на путь прохождения тока по собирательной линии от вибратора 20 к 21 и т. д. Следовательно, токи i21, i20, i19....i1 , от ЭДС вибраторов будут иметь разные фазы. В результате сдвига фаз результирующая величина тока в направлении к входной цепи приемного устройства будет минимальной. Токи, направляющиеся в сторону нагрузочного сопротивления, будут поглощаться этим сопротивлением. Таким образом, во входной цепи приемного устройства получаем максимальный уровень сигнала только в случае прихода электромагнитных волн со стороны вибратора 1 , т. е. создается однонаправленный прием электромагнитных волн.

В реальных условиях скорость прохождения волн токов вдоль собирательной линии ниже скорости распространения радиоволн в свободном пространстве. Наличие разности в скоростях распространения электромагнитных волн и прохождения токов в собирательной линии вызывает фазовые сдвиги токов и уменьшение уровня сигнала во входной цепи приемного устройства, а также оказывает влияние на направленные свойства антенны. Скорость прохождения токов в собирательной линии зависит также от нагрузки, которую вносят вибраторы в эту линию. Для ослабления шунтирующего действия вибраторов последние подключают к собирательной линии через элементы связи - резисторы R CB . Применение активных, а не реактивных элементов связи способствует работе антенны бегущей волны в широком диапазоне частот.

Диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости имеет малые уровни боковых лепестков, а в главном лепестке концентрируется прием почти всей энергии электромагнитных волн.

На приемных радиостанциях применяются две типовые антенны:

применяется на линиях радиосвязи протяженностью 400 ...

1000 км, работает в диапазоне 18...135 м и состоит из двух параллельно соединенных полотен БС, выполненных каждое из 14 вибраторов с длиной плеча 11 м, присоединенных к собирательной линии через резисторы связи (200 Ом) с расстоянием между соседними вибраторами, равным 4,5 м, подвешенными над землей на высоте 11 м на шести мачтах.

К концам собирательных линий со стороны корреспондента подключаются четырехпроводные снижения с волновым сопротивлением 170 Ом. Снижения внизу закрепляются на опорах и подключаются к резисторам нагрузки (170 Ом) с грозоразрядниками. Другие концы собирательных линий нагружаются на снижения с волновым сопротивлением 170 Ом, соединенные внизу параллельно и подключенные к фидеру с волновым сопротивлением 208 Ом через согласующий экспоненциальный трансформатор 85/200 Ом.

(рис. 2.19, 2.20) применяется на линиях радиосвязи протяженностью 2000... 4000 км и работает в диапазоне 12,5 . . . 100 м. Она состоит из двух параллельно соединенных полотен БС /, каждое из которых содержит 21 вибратор 7 с длиной плеча 8 м. Собирательные линии 6 имеют волновое сопротивление 170 Ом и со стороны корреспондента через снижения 5 нагружаются на сопротивления 170 Ом мощностью 10 Вт. Вибраторы подключаются к собирательной линии через резисторы сопротивлением 200 Ом. Полотна БС подвешиваются на шести мачтах 8. Концы собирательных линий антенны, обращенных к приемному устройству, через снижения, выполненные в виде двух согласующих трансформаторов 170/200 Ом (вертикальных 2) и

двух 200/400 Ом (горизонтальных 3), соединяются параллельно и подключаются к фидеру 4 с волновым сопротивлением 208 Ом. На рис. 2.21 представлен узел крепления вибраторов к собирательной линии. Высота подвеса полотна 11,17 и 25 м выбирается в зависимости от угла наклона главного лепестка диаграммы направленности в вертикальной плоскости.

Существенное увеличение эффективности антенн бегущей волны может быть достигнуто путем применения систем, состоящих из двух, трех и более антенн БС2, установленных друг за другом (2БС2, ЗБС2 и др.). Чтобы напряжения от антенн на входе приемника были в фазе, длины фидеров антенн подбираются и подключаются к входу приемника через линейный фазовращатель. С помощью фазовращателя можно изменять в небольших пределах угол максимального приема.

Коэффициент направленного действия антенны ЗБС2 увеличивается по сравнению с антенной БС2 примерно в 3 раза, а коэффициент усиления - в 1,3 раза.

Прием декаметровых волн сопровождается глубокими замираниями сигнала и требует смены рабочих частот во времени в зависимости от состояния ионосферы. Для повышения надежности радиосвязи применяют сдвоенный (реже строенный) прием на два (три) приемника, работающими с разнесенными в пространстве антеннами. В результате число антенн на приемной станции оказывается достаточно большим. Для уменьшения числа антенн, фидеров и упрощения их коммутации приемные антенны должны быть широкодиапазонными. В этих антеннах можно допустить несколько пониженный КПД, поскольку уровни сигнала и внешних помех при этом уменьшаются одинаково и отношение сигнал-шум не изменится. В качестве приемных применяются симметричные и несимметричные антенны бегущей волны .

Симметричные антенны бегущей волны представляют собой систему горизонтальных симметричных вибраторов (рис.17,а), равномерно расположенных в пространстве и подключенных через сопротивления связи к собирательной линии.

Собирательная линия выполняется многопроводной с пониженным волновым сопротивлением W=160-200 Ом. С одного конца собирательная линия посредством фидера подключается к приемнику, а с другого - замыкается на сопротивление R = Wo. Число и длину вибраторов желательно брать большими, при этом увеличивается мощность, принимаемая антенной. Однако увеличение длины плеча более значения 0.64λ нежелательно, поскольку приводит к увеличению уровней боковых лепестков. Для работы в диапазоне волн 12,5... 70 м длину плеча вибратора выбирают равной l = 0,64λкор = 8 м. Длина полотна антенны L (собирательной линии) определяет величину КНД. Из

конструктивных соображений длину антенны ограничивают значением 90 ...100 м. С увеличением числа вибраторов увеличивается действующая длина антенны и уменьшается расстояние между вибраторами. При расстояниях между вибраторами меньше 0,5λ. дальнейшее уменьшение этого расстояния слабо сказывается на уровнях боковых лепестков, но увеличивается шунтирующее действие вибраторов на собирательную линию. Расстояние между вибраторами выбирают в пределах d= (0,3 ... 0,4) λкор, а число вибраторов n= 20-30.

В общем случае входное сопротивление вибратора является комплексным. Непосредственное подключение вибраторов к собирательной линии изменяет ее погонные параметры, изменится и фазовая скорость в ней. Всякое подключение к линии сосредоточенного сопротивления нарушает однородность линии и вызывает некоторое отражение энергии от точек подключения. Чтобы уменьшить шунтирующее действие и отражения, вибраторы к собирательной линии подключаются через сопротивления связи. В качестве сопротивления связи может использоваться активное сопротивление (рис.17,а), конденсатор (рис.17,6) или индуктивность (рис.17,в). В соответствии с этим антенны бегущей волны обозначаются БС, БЕ или БИ.

Из экономических соображении высоту антенн уменьшают до 17... 25 м.

На рис.18 приведены ДН антенны бегущей волны. В сравнении с синфазными и ромбическими антенны БС имеют меньшие уровни боковых лепестков. Активные сопротивления связи исключают резонансные явления, позволяют увеличить длины вибраторов и получить значительно большее перекрытие по диапазону. Одна антенна БС практически перекрывает весь диапазон декаметровых волн. С увеличением сопротивления связи уменьшается влияние вибраторов на собирательную линию, улучшается согласование, но из-за возрастания потерь ухудшается КПД. Низкий КПД позволяет использовать антенны бегущей волны только в качестве приемных.

Для сужения ДН и увеличения КНД два полотна антенны располагают рядом и соединяют параллельно с помощью экспоненциальных фидерных трансформаторов.

В практике радиосвязи большое распространение получили антенны типа БС-2 (21/8) (200/4,5)25. Данное обозначение имеет следующую расшифровку: антенна бегущей волны (Б) с активными сопротивлениями связи (С) состоит из двух параллельно соединенных полотен (2). Каждое полотно имеет по 21 симметричному вибратору с длиной плеча l= 8 м и расстоянием между ними d=4,5м. Сопротивление связи в каждом плече вибратора по 200 Ом. Полотна имеют высоту подвеса над землей 25м.

В условиях ограниченного по размерам антенного поля сдвоенный прием можно осуществить, используя антенны с взаимно перпендикулярными вибраторами (поляризационно-разнесенный прием). Если одна из антенн имеет горизонтальные вибраторы, например БС, то вторая должна иметь вертикальные вибраторы. Такой антенной может быть БСВН - вертикальная несимметричная антенна бегущей волны, вибраторы которой связаны с собирательной линией через активные сопротивления (резисторы) связи (рис.19,а). Число вибраторов, их длина и расстояния между ними выбираются из тех же соображений, что и для антенны БС Собирательная линия (рис. 19,6) выполняется несимметричной, многопроводной с волновым сопротивлением 140 Ом. Внешние провода собирательной линии под каждым вибратором заземляются. Вибраторы через сопротивления связи 350... 800 Ом подключаются к двум внутренним проводам. Антенны БСВН по сравнению с БС имеют меньшую стоимость.

Антенна БСВН2 по сравнению с БС2 в горизонтальной плоскости имеет несколько большие уровни боковых лепестков, поскольку вертикальный вибратор в горизонтальной плоскости не обладает направленными свойствами. Диаграмма направленности антенны БСВН в вертикальной плоскости существенно зависит от параметров почвы. При идеально проводящей почве максимум главного лепестка ДН совпадает с направлением вдоль земли. В условиях реальной проводимости почвы волна, распространяющаяся вдоль земной поверхности, испытывает поглощение и направление главного лепестка составляет с плоскостью земли угол 10...200.

В диапазоне декаметровых волн в качестве приемной антенны можно использовать провод диаметром 3 ... 4 мм длиной 100... ... 300 м, расположенный на высоте 2,5... 3,5 м над землей, вытянутый в направлении на корреспондента. К одному концу через согласующий трансформатор подключается приемный фидер, а к другому - через нагрузочное сопротивление, равное волновому сопротивлению провода,- заземление или противовес.

Вертикальные провода в начале и конце антенны могут существенно ухудшить ее направленные свойства. Чтобы уменьшить длины этих проводов, нагрузочное сопротивление в конце и наружный проводник фидера в начале антенны подключают не к заземлениям, а к приподнятым над землей противовесам. При работе на одной частоте противовес можно выполнить из трех лучей, расположенных в горизонтальной плоскости, расходящихся под углами 120° и имеющих длину 0,25 λ, каждый. При работе в диапазоне противовес выполняют многолучевым, длины лучей которого выбирают по логопериодическому закону Противовес представляет систему из 15 лучей, расположенных в горизонтальной плоскости, расходящихся иод углами 360/15=24° друг к другу.

Для понижения волнового сопротивления провод антенны выполняют из нескольких проволок, разнесенных в пространстве. При работе на трассах небольшой протяженности углы прихода волны Δ≥40° и длина антенны оказывается малой. Например, при Δ = 40° Lопт = 2к, а при Δ = 60° Lопт = λ. Такие антенны обладают слабыми направленными свойствами. Для улучшения направленных свойств антенну выполняют в виде синфазной решетки из двух и более проводов.

При работе с дальними корреспондентами, когда углы прихода волны в вертикальной плоскости Δ≤18°, оптимальная длина антенны Lопт≥10λ. Направленные свойства такой антенны лучше.

Антенна, представляющая собой синфазную решетку, состоящую из двух проводов, разнесенных на 20... 60 м, при длине каждого провода 100 ...300 м, может быть использована на магистральных линиях связи большой протяженности как временная или резервная.

На трассах протяженностью свыше 2000 км применяют сдвоенный прием на разнесенные в пространстве антенны. Если пространственный разнос антенн осуществить затруднительно, применяют поляризационно-разнесенный прием с использованием антенн БС2 и БСВН2, располагая вертикальные вибраторы БСВН2 непосредственно под собирательными линиями антенны БС2.

Бс 2 стационарная кв антенна бегущей волны. Приемные антенны бегущей волны