Общие принципы организации радиосвязи

Принципы радиосвязи

Антенно-фидерные устройства

Общие принципы построения антенн. Антенна является необ-
ходимым элементом любого радиопередающего и радиоприемного
устройства. Антенна радиопередатчика (передающая антенна) пред-
назначена для преобразования тока высокой частоты в энергию излу-
чаемых ею электромагнитных волн. Антенна радиоприемника (прием-
ная антенна) предназначена для преобразования принятых ею элек-
тромагнитных волн в энергию тока высокой частоты. Характер про-
цессов, происходящих в передающей и приемной антеннах, опреде-
ляет обратимость их использования. Обратимость антенн находит
выражение не только в принципиальной возможности использования
одной и той же антенны в качестве передающей или приемной, но и в
том, что основные параметры антенны сохраняются при использова-
нии ее как для передачи, так и для приема. Это имеет большое прак-
тическое значение. Так, многие передвижные радиостанции, предна-

знаменные для связи, имеют общую антенну для передачи и для
приема.

Электрическая цепь и вспомогательные устройства, с помощью
которых энергия радиочастотного канала подводится от радиопере-
датчика к антенне или от антенны к радиоприемнику, называется фи-
дером. Конструкция фидера зависит от диапазона передаваемых по
нему частот. При передаче электромагнитной энергии по линии стре-
мятся уменьшить излучение самой линии.

Для этого провода линии располагают параллельно и по возмож-
ности ближе друг к другу. При этом поля двух одинаковых по значе-
нию, но противоположно направленных токов взаимно компенсируют-
ся и излучения энергии в окружающее пространство не происходит.
При создании антенны ставится противоположная задача: получение
возможно большего излучения. Для этого можно использовать те же
длинные линии, устранив одну из причин, лишающих фидер излу-
чающих свойств. Можно, например, раздвинуть провода линии на не-
который угол, в результате чего их поля не будут компенсировать
друг друга. На этом основана работа V-образных и ромбических ан-
тенн, излучающие провода которых расположены под острым углом
один к другому (рис. 1.10, а, б), и симметричного вибратора, полу-
чающегося при разведении проводов на 180° (см. рис. 1.10, в).

Компенсирующее действие одного из проводов фидера можно устранить, исключив его
из системы. Это приводит к по-
лучению несимметричного виб-
ратора (рис. 1.11, а). Все антенны, использующие этот принцип
работы, относятся к классу не-
симметричных антенн. К ним
также принадлежат Г-образные
и Т-образные антенны (см.
рис. 1.11, б, в)

Фидер излучает, если соседние участки его двух проводов обтека-
ются токами, совпадающими по фазе, поля которых усиливают друг
друга. Для этого необходимо создать фазовый сдвиг в половину дли-
ны волны, например за счет неизлучающего шлейфа (рис. 1.12, а). На
таком же принципе основаны синфазные антенны, получившие широ-
кое распространение (см. рис. 1.12, б).

Фидер будет излучать, если расстояния между проводами по неко-
торым направлениям приобретают значительную разность хода. Бо-
лее того, можно так подобрать расстояние между проводами, что по
некоторым направлениям произойдет сложение волн от обоих прово-
дов. Это широко используется в многочисленных противофазных ан-
теннах. Работу таких антенн нетрудно понять из трех примеров, при-
веденных на рис. 1.12, в-д. В антенне (см. рис. 1.12, в) противофаз-
ность токов в проводах обеспечивается подключением их к фидеру на
расстоянии в полволны. Антенна, изображенная на рис. 1.12, г, пред-
ставляет собой фидер, как бы расширенный на конце. В антенне на
рис. 1.12, д противофазность токов обеспечивается перекрещиванием
питающих проводов.

Остановимся на работе симметричного вибратора как излучателя, ко-
торый входит в состав многих антенн. Симметричный вибратор можно
представить как длинную линию, разомкнутую на конце, провода которой
развернуты на 180°. Каждый элемент данной линии обладает опреде-
ленной индуктивностью и емкостью между проводами (рис. 1.13).

Рассмотрим процесс свободных электрических колебаний в сим-
метричном вибраторе. Присоединим обе его половины к зажимам ис-
точника постоянной ЭДС (рис. 1.14, а). После того как распределен-
ные емкости проводов вибратора зарядятся и между его половинами
возникнет разность потенциалов, отключим источник питания и замк-
нем обе половины вибратора перемычкой (см. рис. 1.14, б). При этом
распределенные емкости начнут разряжаться через перемычку. Оче-
видно, что через отрезки провода вибратора, расположенные у сере-
дины, протекает наибольший электрический заряд, и поэтому разряд-
ный ток имеет наибольшее значение; к концам же провода ток
уменьшается до нуля. Ток в проводе нарастает постепенно, поскольку
в распределенных индуктивностях возникает ЭДС самоиндукции.
Разность потенциалов между точками, равноудаленными от середи-
ны вибратора, тем больше, чем дальше эти точки от середины, так
как тем большая часть распределенной индуктивности провода уча-
ствует в его создании (см. рис. 1.14, б). Знак потенциала относитель-
но средней точки по обе стороны от нее различен, так как в одной по-
ловине вибратора ток течет к ней, а в другой - от нее.

По мере разряда распределенной емкости ток в проводе нараста-
ет и достигает максимума, когда она полностью разрядится. При этом
вся энергия электрического поля, запасенная емкостью, переходит
в энергию магнитного поля распределенных индуктивностей (см.
рис. 1.14, в). Если вначале индуктивность проводов вибратора пре-
пятствовала нарастанию тока, то теперь она препятствует его умень-
шению. Поэтому ток уменьшается постепенно, сохраняя прежнее на-
правление (см. рис. 1.14, г). За счет этого происходит перезаряд рас-
пределенной емкости, и когда ток спадает до нуля, емкости оказыва-
ются перезаряженными (см. рис. 1.14, д). После этого процесс проте-
кает в обратном направлении (см. рис. 1.14, е-и). Таким образом
в вибраторе возникают свободные электрические колебания. При
этом в нем устанавливаются стоячие волны тока и напряжения и
вдоль его длины укладывается половина стоячей волны тока и на-
пряжения. Следовательно, длина волны Х0 собственных колебаний
симметричного вибратора вдвое больше его длины, т.е. А. = 21. По-
этому симметричный вибратор называют также полуволновым дипо-
лем, чем подчеркивается, что он вдвое короче длины волны собст-
венных колебаний.

На рис.3а показаны электрическое и магнитное поля вокруг вибратора. Распространившиеся от вибратора электромагнитные волны всегда имеют определенную поляризацию, т. е. электрические и магнитные силовые линии у них располагаются в определенных плоскостях. Если волны распространяются свободно, без преломлений и отражений, то на значительном ударении по направлению, перпендикулярному к вибратору, электрические силовые линии располагаются параллельно вибратору, а магнитные силовые линии — перпендикулярно к нему ] (рис.3 б).

Принято поляризацию радиоволн определять по направлению электрического поля. Когда вибратор расположен вертикально (рис.3), волна поляризована вертикально, так как электрические силовые линии расположены в вертикальной плоскости. Если же вибратор расположен горизонтально, то излучаемые им волны имеют горизонтальную поляризацию.

Следует обратить внимание на то, что электромагнитные поля вблизи вибратора и вдали от него имеют различный характер. На значительном расстоянии от вибратора поле представляет собой бегущую волну, удаляющуюся от вибратора. Здесь, как и во всякой бегущей волне, колебания электрического и магнитного полей совпадают по фазе и энергия распределена поровну между этими полями. Такое электромагнитное поле принято называть полем излучения. Конечно, это поле существует и вблизи вибратора, поскольку он излучает и в нем имеются бегущие волны тока и напряжения, переносящие вдоль вибратора к отдельным его элементам энергию, расходующуюся на излучение.

Однако в вибраторе имеются также стоячие волны, амплитуда которых гораздо больше, чем амплитуда бегущих волн. Энергия стоячих волн является чисто реактивной. Поле этих волн не удаляется от вибратора, а в нем совершается лишь колебание энергии, переходящей из электрического поля в магнитное и обратно. Таким образом, непосредственно около вибратора существует сравнительно сильное электромагнитное поле стоячих волн, в котором электрическое и магнитное поля совершают колебания со сдвигом фаз 90°. Это поле, значительно более сильное, нежели поле излучения, называют полем индукции. Его напряженность очень быстро убывает при удалении от вибратора.

Пространство вблизи вибратора на расстояниях, меньших длины волны от него, в котором существует поле индукции, называют зоной индукции или ближней зоной. А пространство на расстояниях, значительно больших длины волны, в котором практически наблюдается только поле излучения, называют дальней или волновой зоной (или зоной излучения).

Разумеется, что резкой границы между ближней и дальней зонами нет. Одна постепенно переходит в другую, и между ними существует промежуточная зона, в которой поле индукции и поле излучения имеют напряженности одного порядка.

Если полуволновый вибратор расположить вертикально, его раз-
мер можно уменьшить вдвое благодаря проводящим свойствам зем-
ли. При вертикальном расположении нижний конец антенны подклю-
чается к одному из зажимов генератора электромагнитных колебаний
(рис. 1.15, а), второй зажим генератора при этом заземляется. Если
предположить, что земля является идеальным проводником, то в ней

наводится ЭДС, которая действует как зеркальное изображение ос-
новного вибратора (см. рис. 1.15, б). Такая антенна называется вер-
тикальной несимметричной антенной, ее высота приблизительно
равна . Все сказанное справедливо только в том случае, когда
земля представляет собой идеальный проводник. Когда же земля об-
ладает плохими проводящими свойствами, характер распределения
тока в земной поверхности изменяется. Особенно большое значение
имеет сопротивление земли вблизи основания антенны. Для улучше-
ния проводимости этого участка применяют металлизацию земли:
закапывают в землю металлические листы, провода; улучшают хими-
ческий состав почвы, пропитывая ее различными солями.

Опыт показывает, что нет надобности осуществлять полную ме-
таллизацию земли, достаточно хорошо работает система радиальных
расходящихся проводов, закопанных в землю на глубину 20...50 см.
Качество металлизации улучшается, если радиальные провода со-
единяются между собой перемычками.

Часто заземление заменяют системой проводов, не зарытых,
а поднятых над землей, называемых противовесом. Последний дол-
жен достаточно хорошо экранировать антенный провод от земли, иг-
рая роль хорошо проводящей поверхности. Он обычно дает худшие
результаты, но на передвижных радиостанциях является единствен-
ным выходом из положения. Обычно в качестве противовеса исполь-
зуется корпус автомобиля, на котором расположена радиостанция.
Таким же образом поступают при необходимости установки радио-
станции на каменистом грунте.

Основные характеристики и параметры антенн. Излучаемая
мощность - мощность электромагнитных волн, излучаемых ан-
тенной в свободное пространство. Это активная мощность, так как
она рассеивается в пространстве, окружающем антенну. Следова-
тельно, излучаемую мощность можно выразить через активное со-
противление, называемое сопротивлением излучения,
где - эффективный ток на входе антенны.

Сопротивление излучения характеризует способность антенны к
излучению электромагнитной энергии и качество антенны в большей
степени, чем излучаемая ею мощность, поскольку последняя зависит
не только от свойств антенны, но и от создаваемого в ней тока.

Мощность потерь - мощность, бесполезно теряемая пере-
датчиком во время прохождения тока по проводам антенны, в земле
и предметах, расположенных вблизи антенны. Эта мощность также
является активной и может быть выражена через активное
сопротивление, называемое сопротивлением потерь:

Мощность в антенне - мощность, подводимая к антенне от
передатчика. Эту мощность можно представить в виде суммы излу-
чаемой мощности и мощности потерь:

полезного действия (КПД) антенны - отношение
излучаемой мощности к мощности, подводимой к антенне:

Вхоаное сопротивление антенны - сопротивление на входных
зажимах антенны. Оно имеет реактивную и активную составляющие.
При настройке в резонанс антенна представляет для генератора чис-
то активную нагрузку и используется наиболее эффективно.

Направленность антенны - способность излучать электромагнит-
ные волны в определенных направлениях. Об этом свойстве антенны
судят по диаграмме направленности, которая графически показывает
зависимость напряженности поля или излучаемой мощности от на-
правления. Обычно пользуются нормированными диаграммами на-
правленности, где величины, характеризующие напряженность поля
или мощность излучения, выражены не в абсолютных значениях,
а отнесены к максимальному значению. В целях упрощения исполь-
зуют не пространственную диаграмму направленности, а ограничи-
ваются диаграммами направленности в двух плоскостях: горизон-
тальной и вертикальной.

На рис. 1.16, а показана диаграмма направленности симметрично-
го вертикального вибратора в горизонтальной плоскости, а на

рис. 1.16, б и в-в вертикальной плоскости в полярной и прямоуголь-
ной системах координат соответственно.

Шириной диаграммы направленности называют угол (см.
рис. 1.16, б, в), в пределах которого мощность излучения уменьшает-
ся не более чем в 2 раза по сравнению с мощностью в направлении
максимального излучения. Так как мощность пропорциональна квад-
рату напряженности поля, то границы угла раствора диаграммы на-
правленности определяются величиной от напряженно-
сти поля в направлении максимального излучения.

Коэффициентом направленного действия называется отно-
шение плотности потока мощности, излучаемой данной антенной
в определенном направлении, к плотности потока мощности, которая
излучалась бы абсолютно ненаправленной антенной в любом на-
правлении при условии равенства общей излучаемой мощности
в обеих антеннах. Наибольший интерес представляет коэффициент
направленного действия в направлении максимального излучения:

Коэффициентом усиления антенны называется произведе-

ние коэффициента направленного действия антенны на ее КПД:
. Этот коэффициент дает полную характеристику антенны: он
учитывает, с одной стороны, концентрацию энергии в определенном
направлении благодаря направленным свойствам антенны, а с дру-
гой - уменьшение излучения вследствие потерь мощности в антенне.
Преимущественное излучение антенн в заданном направлении эк-
вивалентно увеличению мощности передатчика. Следовательно, на-
правленность передающей антенны весьма желательна. Исключение
составляют антенны радиостанций, предназначенных для обслужи-
вания определенного района, в центре которого находится станция.
Такие антенны не должны обладать направленностью в горизонталь-
ной плоскости.

Действующая высота антенны . Количество энергии, излучаемой каждым элементом антенны, пропорционально проходящему по нему току. Так как распределение тока в антенне неравномерно, то излучение
различными элементами неодинаково: оно
наиболее интенсивно в пучности тока и равно нулю в узле тока (рис. 1.17).

Если площадь, охватываемую кривой распределения тока и проводом антенны, заменить равным по площади прямоугольником, то количество излучаемой энергии не изме-
нится. Полагая основание прямоугольника

равным по величине амплитуде тока в основании антенны (I_мо), по-
лучаем высоту прямоугольника, называемую действующей высотой
антенны

Особенно важно понятие действующей высоты для приемных ан-
тенн, у которых оно определяет величину наводимой в них ЭДС.

Поляризация

Как известно, электромагнитные (радио) волны представляют собой комбинацию колебаний электрических и магнитных полей. В обычных условиях направление колебаний электрического поля (вектор Е) перпендикулярно направлению колебаний магнитного поля (вектор Н). Причем оба вектора находятся в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. В зависимости от направления вектора Е волну называют вертикально (рис. 13, а) или горизонтально (рис. 13, 6) поляризованной, хотя возможна наклонная и даже изменяющаяся в процессе распространения волны поляризация. Любая антенна наилучшим образом принимает волны только одной поляризации. Сама же поляризация зависит от конструкции передающей антенны и от условий распространения волны. Для ДВ и СВ поверхность земли является хорошим проводником, поэтому горизонтально поляризованные волны этих диапазонов вдоль нее распространяться не могут. По этой причине передающие антенны ДВ и СВ строят так, чтобы они излучали волны вертикальной поляризации.

Вертикально поляризованная волна

Горизонтальноо поляризованная волна

Рис.13

В диапазоне УКВ земная поверхность - скорее диэлектрик, чем проводник, к тому же в этом диапазоне антенны обычно подняты над ней на высоту, значительно превышающую длину волны. Так что здесь выбор поляризации особого значения не имеет. Однако чаще все-таки применяют горизонтально поляризованные волны, поскольку на их распространение меньше влияют всевозможные сооружения и растительность, ориентированные в основном вертикально.

Самое сложное положение с выбором поляризации в диапазоне коротких волн, которые в настоящее время применяют для связи на большие расстояния. При дальней связи передатчик может излучать волны с любой поляризацией, но, проходя сквозь ионосферу и отражаясь от нее, короткие волны непредсказуемо изменяют плоскость поляризации. В результате к антенне радиоприемника никогда не приходят строго горизонтально или строго вертикально поляризованные волны.

Это вынуждает либо усложнять антенну, уменьшая ее чувствительность к поляризации, либо мириться с потерями, вызванными несовпадением поляризаций. В бытовых и любительских условиях выбирают последнее. Тем не менее для улучшения дальнего приема всегда имеет смысл поэкспериментировать с поляризацией приемной антенны, изменяя угол ее наклона к горизонту. Интересно, что характерные для коротких волн замирания сигнала часто связаны не только с изменением его интенсивности во времени, но и с вращением плоскости поляризации.

Направленные KB антенны, как правило, делают с горизонтальной поляризацией, так как они конструктивно проще аналогичных по характеристикам антенн с вертикальной поляризацией.

Антенны километровых и гектометровых волн. Километровые
и гектометровые волны (длинные и средние) используются для ра-
диосвязи, радиовещания, навигации и других целей.

На длинных и средних волнах земная поверхность имеет обычно
хорошую проводимость. У поверхности же хорошего проводника
электрическое поле может быть направлено только перпендикулярно
его поверхности. Поэтому как передающие, так и приемные антенны
для этих волн должны обладать развитой вертикальной частью. Для
того чтобы антенна была резонансной и имела достаточно большие
сопротивление излучения и КПД, ее размеры должны приближаться,

по крайней мере, к т.е. на ДВ высота ее должна быть равна не-

скольким сотням метров. Практически удается построить антенны
(мачты) высотой не более 200...300 м. Поэтому на волнах длиннее
1000 м, как правило, приходится работать с антеннами длиной меньше
резонансной. Вследствие этого входное сопротивление антенны имеет
реактивную составляющую емкостного характера, для компенсации
которой последовательно с антенной приходится включать катушку
индуктивности (рис. 1.18, а). Эти катушки часто называют удлинитель-
ными. Сопротивление излучения у антенн с малой электрической дли-
ной весьма мало. В то же время активное сопротивление удлинитель-
ных катушек довольно значительно. Поэтому сопротивление потерь
в цепи антенны становится больше или того же порядка, что и сопро-
тивление излучения, и КПД антенны получается довольно низким.

На СВ при работе антенны в широком диапазоне частот может
оказаться, что частота подводимых к ней колебаний ниже резонанс-
ной. В этом случае реактивная составляющая ее входного сопротив-
ления имеет индуктивный характер, и для настройки антенны прихо-
дится применять конденсатор, который принято называть укорачи-
вающим. В общем случае цепь настройки диапазонной антенны
должна содержать как емкость, так и индуктивность.

Применение элементов настройки не изменяет сопротивления из-
лучения антенны, которое определяется только ее электрической
длиной, и поэтому при работе с короткими антеннами сопротивление
излучения всегда невелико. Поэтому для получения большой мощно-
сти излучения в таких антеннах приходится возбуждать большие токи.
Малое сопротивление излучения приводит также к тому, что резо-
нансная характеристика антенны становится очень острой; вследст-
вие этого антенна очень критична в настройке. Кроме того, при низком
сопротивлении излучения приходится особенно тщательно выполнять
заземление нижнего конца антенны, где проходит большой ток, так
как в противном случае резко снижается КПД системы.

Для увеличения КПД вместо использования катушки индуктивно-
сти часто увеличивают длину антенны до резонансной и сгибают ее
на высоте мачты под прямым углом, образовав оставшейся частью
горизонтальный участок. Такая Г-образная антенна излучает лучше,
чем прямая антенна с удлинительной катушкой, но она требует уста-
новки второй мачты (см. рис. 1.18, б). Если высота подвеса Г-образ-
ной антенны невелика, то горизонтальная часть ее практически не
излучает, так как она образует со своим зеркальным изображением
двухпроводную линию. Однако при этом распределение тока в излу-
чающей вертикальной части существенно улучшается. В ней уклады-
вается часть стоячей волны тока, близкая к пучности, к тому же пуч-
ность располагается ближе к верхнему концу, который находится
в наиболее благоприятных для излучения условиях.

Увеличить амплитуду тока на конце антенны можно также, создав
дополнительную горизонтальную часть в виде двух горизонтальных
лучей (Т-образная антенна на рис. 1.18, д) или в виде многих лучей
(зонтичная антенна на рис. 1.18, е). Во всех случаях горизонтальные
элементы образуют с землей некоторую емкость. Благодаря этому
амплитуда тока на конце вертикальной части антенны уже не равна
нулю, и распределение тока вдоль нее становится более равномер-
ным. Площадь тока, а следовательно, и действующая высота антен-
ны увеличиваются.

Конструктивно антенны ДВ и СВ очень часто выполняются в виде
установленных на изоляторы стальных свободно стоящих антенн-
башен (рис. 1.19, а) и антенн-мачт (см. рис. 1.19, б). Ток от передатчи-
ка подводится к нижнему концу башни или мачты, которая является
непосредственным излучателем энергии. Для радиовещания приме-
няются антенны высотой 75...300 м. Для увеличения емкости антенны
на вершине башни или мачты устанавливается емкостная шапка из

металлических трубок.

Недостатком передающих антенн-мачт и антенн-башен, имеющих
высоту до 300 м и более, является их высокая стоимость. Кроме того,
во многих случаях применение высоких антенн недопустимо вследст-
вие близости радиоцентров к аэропортам. Во всяком случае все ан-
тенны этого типа оборудуются системой светового ограждения мачт.

На средних волнах на расстояниях 100...300 км поля поверхност-
ной и пространственной волн могут оказаться соизмеримыми по ам-

плитуде и случайными по фазе. Здесь наблюдаются замирания (фе-
динги) селективного характера. В рабочей полосе отдельные частоты
замирают по-разному, вызывая искажения передаваемого сигнала.
Чтобы отодвинуть дальше от передающей станции зону, подвержен-
ную замираниям, необходимо на передаче применять антенны со
специальной формой диаграммы направленности в вертикальной
плоскости. Эти антенны должны иметь максимум излучения, направ-
ленного вдоль поверхности земли, и малое излучение под углом бо-
лее 55°. Антенны с подобной диаграммой направленности называют-
ся антифединговыми. Такими, например, являются несимметричные
вертикальные вибраторы высотой

В отличие от передающих, приемные антенны, как правило, не на-
страиваются на частоту принимаемых радиостанций. Для вещатель-
ного приема часто используют вертикальные Г-, Т-образные и зонтич-
ные антенны.

Антенны декаметровых волн. Чем короче волна, тем больше
разнообразие используемых типов антенн. Для KB проводимость поч-
вы ухудшается, и вследствие этого возрастают потери в заземлении.
Поэтому на этих волнах обычно избегают использования заземлен-
ных вибраторов. Только около больших водных поверхностей или при
расположении радиостанции на сырых почвах заземленные вибрато-
ры дают хорошие результаты.

В диапазоне декаметровых (коротких) волн (10...100 м) отношение
длины антенны к длине волны может быть получено достаточно
большим. Поэтому обеспечение большого сопротивления излучения
и высокого КПД не вызывает затруднений. Более актуальным при по-
строении коротковолновых антенн является вопрос о диаграмме на-
правленности, к которой предъявляются следующие требования:

1. Она должна быть по возможности неизменной во всем диапазо-
не волн, в котором поддерживается связь в течение длительного
времени. Это требование вызвано тем, что по условиям распростра-
нения приходится производить смену волн даже в течение одних су-
ток связи. Антенны, имеющие неизменные диаграммы направленно-
сти в широком диапазоне частот, называются диапазонными, в отли-
чие от настроенных.

2. Направление максимального излучения и приема должно быть
таким, чтобы число отраженных волн от ионосферы и земли было
минимальным, так как каждый скачок волны сопровождается потеря-
ми энергии. Поэтому угол возвышения луча следует уменьшать по
мере удлинения линии связи. Например, для линий протяженностью
600 км рекомендуется выбирать угол 30...45°, а для линий длиной
3000 км- 10...25°.

3. В связи с неустойчивостью состояния ионосферы направленное
действие антенны не должно быть чрезмерно большим во избежание

того, что излучаемая волна окажется вне сферы действия приемной
антенны. Поэтому ширину угла диаграммы направленности коротко-
волновой антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях ре-
комендуется устанавливать равной 10...30°.

4. Для ослабления влияния промышленных помех на радиоприем
максимум диаграммы направленности приемной антенны не должен
быть слишком близок к земной поверхности. С этой точки зрения
в коротковолновых антеннах предпочтительнее применять горизон-
тальные вибраторы, а не вертикальные. Однако симметричный гори-
зонтальный вибратор не рассчитан на работу в широком диапазоне
частот, так как его входное сопротивление сильно зависит от частоты,
что приводит к нарушению согласования с питающим фидером.

Входное сопротивление вибратора будет изменяться в меньших
пределах, если уменьшить его волновое сопротивление. Это может
быть достигнуто за счет увеличения диаметра излучающих проводов.
В диполе С.И. Надененко (антенны типа ВГД) плечи вибратора обра-
зованы системой из 6-12 проводов, расположенных по образующей
цилиндра диаметром 1...3 м (рис. 1.20).

С изменением частоты входное сопротивление такого вибратора
изменяется в небольших пределах и согласование с фидером обес-
печивается в более широком диапазоне частот. Рабочий диапазон
волн диполя С.И. Надененко составляет (1, 7...3, 3)/. Эта антенна на-
ходит применение на передающих и приемных станциях, если требу-
ется слабонаправленная диапазонная антенна.

Симметричные вибраторы широко используются как элемент более
сложных антенн, состоящих из нескольких вибраторов. Такие многовиб-
раторные антенны обеспечивают остронаправленные излучения и при-
ем. Антенная система состоит из горизонтальных полуволновых вибра-
торов, расположенных рядами в несколько этажей. Расстояние между
этажами , а между вибраторами Если токи во всех вибраторах
возбуждаются в фазе, такую антенну называют синфазной.

На рис. 1.21 изображена синфазная горизонтальная антенна.
Рассмотрим, чем будет определяться диаграмма направленности та-
кой антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Предположим, что такая антенна используется как приемная. Диа-
грамма направленности каждого вибратора в вертикальной плоскости
представляет собой окружность. На рис. 1.22 показаны горизонтальные
полуволновые вибраторы, расположенные в два этажа (плоскость чер-
тежа совпадает с вертикальной плоскостью) на расстоянии

При достаточном удалении источника принимаемых волн линии r1,
и r₂ соединяющие вибраторы с этим источником, можно считать па-
раллельными. Поэтому токи от вибраторов будут складываться в об-
щей линии, присоединенной к ним. Если угол прихода то r1,
и r₂ равны и токи складываются с одинаковой фазой. При
появляется разность расстояний r1, и r₂, представленная на рис. 1.22,
а отрезком d. Если же , то токи в вибраторах окажутся в
противоположных фазах, суммарный ток будет равен нулю и приема
сигналов с этого направления не будет.

Таким образом, система из двух горизонтальных вибраторов, рас-
положенных на разных высотах (этажах) относительно земли, даст
диаграмму направленности в вертикальной плоскости, изображенную
на рис. 1.22, б сплошной линией. Чем больше этажей, тем уже диа-
грамма направленности.

Для магистральной связи в качестве приемных и передающих ан-
тенн применяются антенны с узкими диаграммами направленности в
обоих плоскостях, содержащие 32 и более вибраторов. Коэффициент
усиления этих антенн более 160. С изменением длины волны рас-
стояние между этажами будет отличаться от значения . В резуль-
тате вибраторы разных этажей будут питаться токами разных ампли-
туд и фаз. Все это искажает диаграмму направленности. Поэтому та-
кие антенны могут применяться в узком диапазоне волн

для двухэтажной; для четырехэтажной).

Для того чтобы получить остронаправленную диапазонную антен-
ну, необходимо обеспечить без перестройки элементов антенно-
фидерной системы постоянство направления максимального излуче-
ния, а по возможности и всю диаграмму направленности при измене-
нии длины волны. Это может быть успешно решено, если во всей ан-
тенной системе создать режим бегущих волн. К такому типу антенн
относится ромбическая антенна, изображенная на рис. 1.23. Она со-
стоит из четырех горизонтальных проводов 1-4, образующих стороны
ромба. Генератор подключается к проводам 1 и 3 с помощью фидера,
волновое сопротивление которого равно волновому сопротивлению
_{антенны} Концы проводов 2 и 4 замкнуты на активное сопротивление,
также равное волновому. Таким образом, во всей антенной системе
создается режим бегущих волн.

Каждый провод антенны создает излучение, максимум которого
направлен под углом к проводу. Если острый угол ромба равен

то основные лепестки (а₁, а₂, а₃, а₄) диаграммы направленно-
сти всех четырех проводов совпадают по форме и направлению. При
этом максимум излучения совпадает с направлением большой диаго-
нали ромба.

При достаточно большой длине провода изменение дли-

ны волны существенно не изменяет угол следовательно, на-

правление максимального излучения ромбической антенны сохра-
няется постоянным в широком диапазоне волн. Рабочий диапазон
волн ромбической антенны составляет Для перекрытия

всего диапазона коротких волн достаточно иметь две ромбические
антенны.

Ромбические антенны находят широкое применение на приемных и передающих коротковолновых радиоцентрах, так как они без регулировок и настроек работают в очень широком диапазоне радиоволн, просты по конструкции и имеют достаточно высокую направленность. Их основными недостатками следует считать большое число, высокий уровень боковых лепестков и сравнительно большую площадь, занимаемую антенной, что приводит для крупных радиоцентров к увеличению занимаемой ими площади.

Для снижения стоимости ромбических антенн было предложено В. С. Школьниковым и Ю. А. Митягиным уменьшить число мачт с четырех до двух. Для этого, в отличие от обычных ромбических антен<

12 3 4 5 6 7 8 Следующая ⇒