Для радиоволн какого диапазона применяются самые громоздкие антенны

8

Характеристики любительских КВ диапазонов (10м — 160м)

Опытные радиолюбители знают, на каких диапазонах и в какое время суток удобнее всего проводить радиосвязи. Рассмотрим условия распространения радиоволн каждого любительского диапазона.

Диапазон 160 метров

Называется «ночным» диапазоном, так как днем связь возможна только поверхностной волной на незначительные расстояния. Над водной поверхностью связь возможна на большие расстояния. Ночью, когда оба корреспондента находятся в неосвещенной зоне, связь возможна на значительные расстояния.

Особенно дальние связи обычно возможны лишь в периоды восхода и захода Солнца, причем, если они совпадают по времени у обоих корреспондентов. 160-ти метровый диапазон весьма сильно подвержен атмосферным помехам, особенно летом, и связь затруднена. Днем диапазон мертвой зоны не имеет, ночью же она равна 100-200 км.

Зимой связи возможны на значительные расстояния. Практика показала, что зимой можно успешно проводить радиосвязи со всеми континентами, при хорошей передающей антенне. Не зря соревнования CQ WW 160 CW и EUCW 160m Contest проводятся в январе месяце. Диапазон выделен на вторичной основе.

Диапазон 80 метров

Пригоден для установления радиосвязи в ночные часы. Лучший период суток для проведения дальней двухсторонней радиосвязи на этом диапазоне от 20.00 до 5.00. Лучшее время для наиболее дальних связей — рассветные часы и время сразу после захода Солнца.

Через час-два после восхода Солнца диапазон пустеет.

В летнее время этот диапазон характерен наличием сильных атмосферных помех. К сожалению, этот диапазон, кроме любительских, использует большое число ведомственных радиостанций, имеющих к тому же гораздо большие мощности. Часть диапазона радиолюбителям выделено на вторичной основе.

Дальнее прохождение на этом диапазоне улучшается в зимнее время и в периоды минимума солнечной активности.

Диапазон 40 метров

Пригоден для установления ближней и дальней радиосвязи. Ближняя — на сотни километров днем, дальняя — на тысячи километров ночью. На диапазоне слышны радиостанции круглые сутки. В дневное время этот диапазон удобен для радиосвязи с соседними областями и странами. Время смены суток на светлый и темный периоды, наиболее удобны для дальних связей.

На этом диапазоне работает много японских, североамериканских и южноамериканских радиолюбителей. Дальнее прохождение на этом диапазоне улучшается весной и осенью. Особенно в периоды минимума солнечной активности.

В последние годы радиовещательные станции занимающие полосу частот 7,100-7,200 МГц переместились выше 7,200 МГц. Это дало возможность радиолюбителям всего мира избавиться от мощных помех этих станций. Хотя отдельные страны для радиовещания продолжают использовать частоты до 7,200 МГц.

Диапазон 30 метров

Характеристики этого диапазона во многом схожи с характеристиками 40-ка метрового диапазона. Радиолюбителям выделен очень узкий участок в 50 кГц на вторичной основе. Тридцатиметровый диапазон один из «боевых» диапазонов для проведения дальних связей. Прохождение на диапазоне существует круглый год и большей частью — круглые сутки.

В 1-м регионе IARU радиолюбителям разрешена работа только телеграфом и цифровыми видами связи. Диапазон используется многими службами.

Диапазон 20 метров

Считается наиболее популярным диапазоном для связей на средние и дальние расстояния, на котором работает основная масса радиолюбителей, это «большая дорога» радиолюбителей. Прохождение радиоволн на нем возможно круглые сутки, за исключением зимних ночей. В периоды максимумов солнечной активности на нем можно проводить связи со всеми точками земного шара практически круглосуточно. В дни хорошего прохождения часто бывает одновременно слышно станции Европы, Азии, Африки и Океании.

Ночью возможны только дальние радиосвязи, так как мертвая зона достигает 2000-2500 км, а днем она уменьшается до 500-800 км. Прохождение на этом диапазоне менее стабильное, чем на низкочастотных диапазонах. Помехи со стороны служебных радиостанций на этом диапазоне практически отсутствуют. Атмосферные помехи здесь проявляются лишь при близости грозы.

Диапазон 17 метров

Широко используется радиолюбителями. По своим свойствам приближается к 20-ти метровому диапазону. Прохождение на нем характеризуется большей зависимостью от солнечной активности. Диапазон характеризуется наличием прохождения круглый год в течение утра, дня и вечера.

Помех от других служб на диапазоне мало, хотя диапазон выделен радиолюбителям на вторичной основе.

Диапазон 15 метров

Этот диапазон обычно начинает «оживать» несколько позднее 20-ти 17-ти метровых диапазонов. Он больше зависит от солнечной активности. В периоды минимума солнечной активности связь возможна только в светлое время суток, но не всякий день.

В основном этот диапазон является дневным. Во время дальнего прохождения возможно установление уверенной радиосвязи при минимальной мощности передатчика.

Легко удаются радиосвязи вдоль меридиана из северного полушария у в южное, и наоборот. Помехи со стороны ведомственных станций практически отсутствуют.

Диапазон 12 метров

Диапазон 12 метров по условиям распространения на нем радиоволн больше похож на 10-ти метровый. Несколько дней отличного прохождения радиоволн могут смениться на полное их отсутствие в течение длительного времени. Радиостанций использующих этот диапазон на много меньше, чем, к примеру, 10-ти метровый.

Это можно объяснить тем, что во многих странах этот диапазон могут использовать только радиолюбители высшей категории. Эффективных антенн на этот диапазон у радиолюбителей мало.

Он относительно недавно разрешен радиолюбителям, и на этом диапазоне не проводятся соревнования. 10-ти метровый диапазон давно активно используется в соревнованиях. Антенны построены давно и они очень эффективные. Диапазон выделен радиолюбителям на вторичной основе.

Диапазон 10 метров

Десятиметровый диапазон лежит на «краю» коротких волн, он наиболее нестабильный и непредсказуемый из всех КВ диапазонов. Вот почему для изучения условий прохождения на нем по всему земному шару круглосуточно работают радиомаяки.

На этом диапазоне можно работать в те же часы суток и в те же периоды года, что и на диапазонах 15 и 12 метров. Когда на 15-ти метровом диапазоне наблюдается отличное прохождение, то в это время на 10-ти

метровом диапазоне слышны лишь отдельные станции с соответствующей энергетикой и очень эффективными антеннами. Мертвая зона достигает 2000 км и более. В условиях хорошего прохождения вполне уверенно можно вести радиосвязи со всем миром. Атмосферные помехи на этом диапазоне почти отсутствуют, громкость сигналов корреспондентов достаточно велика.

Ближние связи на этом диапазоне осуществляются поверхностной волной.

Вращающаяся антенна «Мамонт» на 80 и 160м

В последние годы на всем диапазоне в телеграфном и телефонном участках появилось много помех от СВ радиостанций. Хотя им выделен отдельный диапазон 27 МГц, но большинство импортных радиостанций перекрывают диапазон частот от 26 МГц (отдельные от 25 МГц) вплоть до 30 МГц (отдельные еще выше).

Преимуществом более коротких волн является возможность применения для них направленных антенн. Такие антенны излучают радиоволны только в одном направлении. Чем короче волна, тем проще и удобнее изготовлять направленные антенны.

Если на самых низкочастотных диапазонах такие антенны невозможно или очень сложно создать. Группой финских радиолюбителей построена вращающаяся антенна «Мамонт» на 80 и 160 м (5 и 3 элемента, соответственно). Высота башни — 100 м.

Если вы хотите построить направленную антенну «Мамонт» на 160/80 в стиле Arcala Extremes (ОН8Х), то вам, прежде всего, необходимо измерить свои земельные владения. Каждая из четырех стальных растяжек закреплена на расстоянии 120 м от мачты. В совокупности вся конструкция занимает 3 гектара!

Будьте готовы заказать 450 м тяжелых металлических секций! В завершении потребуется 600 л краски.

Высота установки антенны 80 метрового диапазона 90 м. Высота установки антенны 160 метрового диапазона 80 метров. Общий вес всей конструкции 39600 кг.

Количество элементов, усиление, угол работы:

• 3 элемента на 160 м, 12,9 dBi, 26°;
• 5 элементов на 80 м, 15,7dBi, 12°.

• 160 м, 20-30 dB;
• 80 м 20 dB.

Каждый элемент антенны на 160 м имеет вес 1600 кг, длину 59 м, на каждом элементе — емкостная нагрузка длинной 12 метров. Каждый элемент изготовлен из 700 м труб. В центре элементов установлены индуктивности. С помощью репе осуществляется мгновенная смена направления на 180°.

Элементы на 80 м имеют длину 46 м. Длина траверсы антенны 160 метрового диапазона составляет 71 м, для 80 метрового диапазона — 60 м. Размер стороны треугольной траверсы антенны 160 метрового диапазона составляет 2,2 м. Внутри траверсы выполнена дорожка для передвижения внутри конструкции.

Поворотное устройство имеет вес 2 т, двигатель мощностью 11 кВт.

Опорное кольцо для растяжек имеет вес 3,3 т. Диаметр шариков в подшипнике — 50 мм. Диаметр кольца — 3,8 м. Общая длина растяжек — 2300 м.

Вывод

Антенны на низкочастотные и среднечастотные диапазоны получаются громоздкими и сложными. На ВЧ диапазонах направленные антенны получаются довольно простыми и дают значительную экономию мощности радиопередатчика, усиливая излучение и усиление принимаемых сигналов в заданном направлении.

Об эффективности работы направленных антенн можно судить по вашим результатам работы. Только вращающиеся направленные антенны могут быть рекомендованы для успешной связи с DX-ами.

Классификация радиоволн по диапазонам

Проникают вглубь почвы и воды. Очень мало поглощаются в Земле и огибают ее. Отражаются от ионосферы и днем, и ночью. Огибают, не отражаясь, обычные объекты. Антенны очень громоздкие. В основном используется в низкоскоростных глобаль­ных системах передачи информации и глобальных системах радионавигации

Высокие частоты (ВЧ)

Мало поглощаются в Земле и частично огибают ее. Отражаются от ионосферы ночью. Огибают, не отражаясь, обычные объекты. Громоздкие антенны. В системах передачи информации используется мало. В основном используется в системах дальней навигации

Классификация радиоволн по диапазонам

Особенности распространения, отражения

и излучения волн. Использование диапазона

Очень сильно поглощаются в Земле. Не отражаются от ионосферы. Распростра­няются в пределах прямой видимости. Ин­тенсивно отражаются от обычных объек­тов. Антенны компактные. Исполь­зуется в радиовещании и телевидении, в системах связи с подвижными объектами, в радиоре­лейных и спутниковых системах связи

Ультра­высокие частоты (УВЧ)

Распространяются только в пределах пря­мой видимости. Не отражаются от ионо­сферы. Интенсивно отражаются от обыч­ных объектов. Антенны компактные. Ис­пользуется в радиорелейных и спутнико­вых системах связи

Классификация радиоволн по диапазонам

Особенности распространения, отражения

и излучения волн. Использование диапазона

Распространяется только в пределах пря­мой видимости. Избирательно поглощают­ся в атмосфере. Интенсивно отражаются от объектов. Антенны компактные. Исполь­зуется в радиорелейных и спутниковых системах связи

Крайне высокие частоты (КВЧ)

Сильно поглощаются в атмосферных образованиях (дождь, туман, пыль). Антенны компактные. Используются в радиорелейных и спутниковых системах связи

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Привет, Вы узнаете про конструкции антенн, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое конструкции антенн , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства СВЧ и антенны.

Специальные конструкции антенн применяются как в гражданском так и военном производстве, сама конструкция сильно зависит от используемого диапазона волн и опласти применения.

План

• 1 Особенности распрастранения радиоволн разной длины в атмосфере, воде и грунте
• 1.1 Особенности распространения сверхдлинных радиоволн (на очень низких частотах и крайне низких частотах)
• 1.2 Особенности распространения длинных и средних радиоволн
• 1.3 Антенны длинных и средних радиоволн
• 2 Антенны коротких радиоволн
• 2.1 Ромбическая антенна
• 2.2 Антенны бегущей волны. Бегущая и стоячая радиоволна, отличия и свойства
• 3 Антены УКВ диапазона. Петлевой вибратор и волновой канал
• 4 Антены СВЧ с излучающей поверхностью. Рупорная, линзовая, рефлекторная
• 5 Фазированная антенная решетка
• 6 Антенны из морской воды

1 Особенности распрастранения радиоволн разной длины в атмосфере

Радиоволны делятся на частотные диапазоны это: длинные волны, средние волны, короткие волны, и ультракороткие волны.

СВЕРХДЛИННЫЕ радиоволны

Сверхдлинные волны – радиоволны с длиной волны больше 10 километров. Волны такой длинны являются частью диапазона очень низких частот (ОНЧ) в пределах от 3 до 30 кГц, т.н. «мириаметровые волны» и VLF (very low frequency) — очень низкие частоты ELF (extremely low frequency) — крайне низкие частоты
. Для работы со сверхдлинными волнами нужны антенны длиной во несколько километров

Огромные габариты антенн – вот главная проблема для создания ОНЧ-радиостанций.

Исследования в данной области проводились еще в первой половине XX века — их результатом стал невероятный Der Goliath («Голиаф»). Очередной представитель немецкого «вундерваффе» — первая в мире сверхдлинноволновая радиостанция, созданная в интересах Кригсмарине. Сигналы «Голиафа» уверенно принимались подлодками в районе мыса Доброй Надежды, при этом, излучаемые супер-передатчиком радиоволны могли проникать в воду на глубину до 30 метров. В настоящее время имеются свердлинноволоновые системы с глубиной проникновения под воду до 200 км.

Зависимость глубины проникновения радиоволн от их частоты
VLF (very low frequency) — очень низкие частоты
ELF (extremely low frequency) — крайне низкие частоты

ДЛИННЫЕ ВОЛНЫ. Волны этого диапазона называются длинными, поскольку их низкой частоте соответствует большая длина волны. Они могут распространяться на тысячи километров, так как способны огибать земную поверхность. Поэтому многие международные радиостанции вещают на длинных волнах.

СРЕДНИЕ ВОЛНЫ распространяются не на очень большие расстояния, поскольку могут отражаться только от ионосферы (одного из слоев атмосферы Земли). Передачи на средних волнах лучше принимают ночью, когда повышается отражательная способность ионосферного слоя

КОРОТКИЕ ВОЛНЫ многократно отражаются от поверхности Земли и от ионосферы, благодаря чему распространяются на очень большие расстояния. Передачи
радиостанции, работающей на коротких волнах, можно принимать на другой стороне земного шара.

УЛЬТРАКОРОТКИЕ ВОЛНЫ (УКВ) могут отражаться только, от поверхности Земли и потому пригодны для вещания лишь на очень малые расстояния. На волнах УКВ-диапазона часто передают стереозвук, так как на них слабее помехи.

1.1 Особенности распространения сверхдлинных радиоволн (на очень низких частотах и крайне низких частотах)

Одной из систем антенн работающих на сверхдлинных волнах является система Голиаф

«Голиаф» состоит из передающае ОНЧ-антенна которая включает трех зонтичных части, смонтированных вокруг трех центральных опор высотой 210 метров, углы антенны закреплены на пятнадцати решетчатых мачтах высотой 170 метров. Каждое антенное полотно, в свою очередь, состоит из шести правильных треугольников со стороной 400 м и представляет из себя систему стальных тросов в подвижной алюминиевой оболочке. Натяжение антенного полотна производится 7-тонными противовесами.

Максимальная мощность передатчика – 1,8 Мегаватт. Рабочий диапазон 15 – 60 кГц, длина волн 5000 — 20 000 м. Скорость передачи данных – до 300 бит/с.

Монтаж радиостанции в пригороде г. Кальбе завершился весной 1943 года. Два года «Голиаф» служил в интересах Кригсмарине, координируя действия «волчьих стай» на просторах Атлантики, до тех пор, пока в апреле 1945 «объект» не был захвачен американскими войсками. Спустя некоторое время местность перешла под управление советской администрации – станцию немедленно разобрали и вывезли в СССР.

Мачты «Голиафа» расположены в Нижегородской области, у поселка Дружный . Решение о восстановлении «Голиафа» было принято еще в далеком 1949 году, первый выход в эфир состоялся 27 декабря 1952 года. И вот, уже более 60 лет «Голиаф» обеспечивает связь с идущими под водой подлодками ВМФ, одновременно являясь передатчиком службы точного времени «Бета».

В 1964 году в 7 километрах от города Вилейка (Республика Беларусь) была построена новая, еще более грандиозная радиостанция, более известная, как 43-й узел связи ВМФ. Главной достопримечательностью 43-го узла связи ВМФ РФ, безусловно, является ОНЧ-радиопередатчик «Антей» (RJH69), созданный по образу и подобию немецкого «Голиафа». Новая станция гораздо крупнее и совершеннее трофейной немецкой аппаратуры: высота центральных опор увеличилась до 305 м, высота боковых решетчатых мачт достигла 270 метров. Помимо передающих антенн, на территории площадью 650 га расположен ряд технических строений, в том числе высокозащищенный подземный бункер.

Мощные радиопередатчики «Голиаф» и «Антей» обеспечивают надежную связь на сверхдлинных волнах в Северном полушарии и на большей площади Южного полушария Земли. Но как быть, если районы боевого патрулирования подлодок сместятся в южную Атлантику или в экваториальные широты Тихого океана?

Для особых случаев в составе авиации Военно-Морского Флота имеется специальная техника: самолеты-ретрансляторы Ту-142МР «Орел» (по классификации НАТО Bear-J) — составная часть резервной системы управления морскими ядерными силами.

Созданный в конце 1970-х годов на базе противолодочного самолета Ту-142 (который, в свою очередь, является модификацией стратегического бомбардировщика Т-95), «Орел» отличается от прародителя отсутствием поисковой аппаратуры – взамен на месте первого грузового отсека находится бобина с буксируемой 8600-метровой антенной ОНЧ-радиопередатчика «Фрегат». Помимо сверхдлинноволновой станции, на борту Ту-142МР имеется комплекс аппаратуры связи для работы в обычных диапазонах радиоволн (при этом самолет способен исполнять функции мощного КВ-ретранслятора даже без подъема в воздух).

Разумеется, использование самолетов-ретрансляторов есть не более чем вынужденная (резервная) полумера – в случае реального конфликта Ту-142МР может быть легко перехвачен вражеской авиацией, кроме того, кружащий в определенном квадрате самолет демаскирует подводный ракетоносец и явственно указывает противнику положение субмарины. Морякам требовалось исключительно надежное средство для своевременного доведения приказов военно-политического руководства страны до командиров атомных подводных лодок, находящихся на боевом патрулировании в любом уголке Мирового океана. В отличие от сверхдлинных волн, проникающих в толщу воды всего на пару десятков метров, новая система связи должна обеспечить надежный прием экстренных сообщений на глубинах 100 и более метров.
Так, в начале 1990-х годов ученые Стэнфордского университета (Калифорния) опубликовали ряд заявлений о исследований в области радиотехники и радиопередачи. научная радиоаппаратура, размещенная на всех континентах Земли регулярно, в одно и то же время, фиксирует странные повторяющиеся сигналы на частоте 82 Гц (3658,5 км) . это диапазон крайне низких частот (КНЧ)

16-минутная передача "ЗЕВСА", зафиксированная 08.12.2000 г. в 08:40 UTC

Скорость передачи за один сеанс – три знака каждые 5-15 минут. Сигналы поступают прямо из земной коры – у исследователей возникает мистическое ощущение, будто бы сама планета разговаривает с ними.

Секретный объект «ЗЕВС» расположен в 18 километрах южнее военного аэродрома Североморск-3 (Кольский полуостров). На карте Google Maps хорошо видны две просеки (по диагонали), протянувшиеся через лесотундру на два десятка километров (ряд интернет-источников указывает длину линий в 30 и даже в 60 км), кроме того заметны технические здания, сооружения, подъездные пути и дополнительная 10-километровая просека к западу от двух основных линий.

Просеки с «фидерами» (рыбаки сразу догадаются, о чем идет речь), иногда ошибочно принимают за антенны. На самом деле это два гигантских «электрода» через которые прогоняют электрический разряд мощностью в 30 МВт. Антенной является сама планета Земля.

Выбор данного места для установки системы объясняется низкой удельной проводимостью здешнего грунта – при глубине контактных скважин 2-3 километра, электрические импульсы проникают глубоко в недра Земли, пронизывая планету насквозь. Импульсы гигантского КНЧ-генератора отчетливо фиксируются даже научными станциями в Антарктиде.

Представленная схема не лишена своих недостатков – громоздкие размеры и чрезвычайно низкий КПД. Несмотря на колоссальную мощность передатчика, мощность выходного сигнала составляет считанные Ватты. Кроме того, прием столь длинных волн также влечет за собой немалые технические сложности.

Прием сигналов «Зевса» осуществляется подлодками на ходу на глубине до 200 метров на буксируемую антенну длиной около одного километра. Ввиду чрезвычайно низкой скорости передачи данных (один байт за несколько минут), система «ЗЕВС» очевидно используется для передачи простейших закодированных сообщений, к примеру: «Подняться к поверхности (выпустить радиобуй) и прослушать сообщение по спутниковой связи».

Ради справедливости стоит отметить, что впервые подобная схема впервые была задумана в США в годы Холодной войны – в 1968 годы был предложен проект секретного объекта ВМС под кодовым именем Sanguine («Оптимистичный») – янки намеревались превратить 40% площади лесов штата Висконсин в гигантский передатчик, состоящий из 6000 миль проложенных под землей кабелей и 100 высокозащищенных бункеров для размещения вспомогательной аппаратуры и генераторов электроэнергии. По задумке создателей, система была способна выдержать ядерный взрыв и обеспечить уверенную трансляцию сигнала о ракетном нападении на все атомные подлодки ВМС США в любом районе Мирового океана.

Американский КНЧ-передатчик (Клэм Лэйк, Висконсин, 1982 год)

В 1977-1984 годах проект был реализован в менее абсурдной форме в виде системы Seafarer («Мореплаватель»), чьи антенны располагались в местечке Клэм Лэйк (шт. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Висконсин) и на базе ВВС США «Сойер» (шт. Мичиган). Рабочая частота американской КНЧ-установки – 76 Гц (длина волны 3947,4 км). Мощность передатчика Seafarer – 3 МВт. Система была снята с боевого дежурства в 2004 году.

В настоящее время перспективным направлением для решения проблемы связи с подводными лодками является применение лазеров сине-зеленого спектра (0,42-0,53 мкм), чье излучение с наименьшими потерями преодолевает водную среду и проникает на глубину до 300 метров. Помимо очевидный трудностей с точным позиционированием луча, «камнем преткновения» данной схемы является высокая потребная мощность излучателя. Первый вариант предусматривает использование спутников-ретрансляторов с крупноразмерными отражающими рефлеткторами. Вариант без ретранслятора предусматривает наличие на орбите мощного источника энергии – для питания лазера мощностью 10 Вт потребуется энергоустановка с мощностью выше на два порядка.

В заключении стоит отметить, что отечественный Военно-Морской Флот – один из двух флотов в мире, обладающий полным комплектом морских ядерных сил. Помимо достаточного количества носителей, ракет и боевых блоков, в нашей стране, проводились серьезные исследования в области создания систем связи с подводными лодками, без которых морские СЯС утратили бы свое зловещее значение.

1.2 Особенности распространения длинных и средних радиоволн

В однородной среде радиоволны распространяются прямолинейно. Однако атмосфера — неоднородная среда. На разных расстояниях от передающей радиостанции давление, температура, плотность, влажность и другие параметры атмосферы различны.

Под действием солнечных и космических излучений из атомов газов, входящих в состав атмосферы, выделяются свободные электроны, а атомы превращаются в положительные ионы. Этот процесс называют ионизацией, Больше всего ионов содержится в верхнем слое атмосферы — ионосфере, находящейся на расстоянии 50. 80 км от поверхности Земли. Скорость распространения радиоволн в средах с разными электрическими свойствами неодинакова. Это приводит к тому, что при переходе из одной среды в другую они преломляются, т. е. изменяется направление распространения радиоволн.

Радиоволны, излучаемые антенной, распространяются вдоль земной поверхности (поверхностные волны) и под углом к горизонту (пространственные волны) — рис. 4.6. Поверхностные радиоволны хорошо огибают предметы, если размеры последних меньше длины волны. При приеме сигналов радиостанций, работающих в длинноволновом диапазоне, в основном используется энергия поверхностных волн. Но энергия длинных поверхностных волн поглощается поверхностью Земли, поэтому по мере удаления от станции громкость приема ее передач уменьшается вплоть до полного исчезновения. Для увеличения дальности действия такой радиостанции повышают мощность ее передатчика.

Средние волны хуже огибают различные неровности земной поверхности и сильнее ею поглощаются. В связи с этим при одинаковых мощностях передатчиков расстояние, на котором осуществляется уверенный прием передач длинноволновой радиостанции, больше, чем средневолновой.

Основным достоинством поверхностных радиоволн является то, что в пределах их действия обеспечивается устойчивая радиосвязь.

Не вся энергия электромагнитных волн, излучаемых антенной радиостанции, переносится поверхностными радиоволнами, часть ее создает пространственные радиоволны, которые, достигнув слоя ионосферы, преломляются в сторону Земли. Степень преломления зависит от плотности ионизированных атомов газа, угла падения пространственной волны и ее длины; чем длиннее радиоволна, тем сильнее она преломляется.
Пространственные радиоволны длинноволнового диапазона преломляются в нижних слоях ионосферы, и направление их распространения в этих слоях изменяется настолько, что они снова направляются к Земле, как бы отразившись от ионосферы. Пространственные радиоволны могут попасть в зону, куда не доходят поверхностные радиоволны. Благодаря этому можно слушать передачи радиостанции, работающей в ДВ, диапазоне, в районе, которого не достигают поверхностные радио-волну. Между зонами приема поверхностных и пространственных радиоволн находится зона, в которой прием сигнала работающей радиостанции отсутствует. Ее называют «мертвой» зоной, или зоной молчания.

Рис. 4.6. Распространение радиоволн

Пространственные радиоволны СВ диапазона глубже проникают в ионосферу, чем длинные волны, и.вследствие этого происходит их более сильное затухание. Днем оно настолько значительное, что радиосвязь в СВ диапазоне можно осуществлять лишь с помощью поверхностных волн. С заходом солнца ионизация атомов газа уменьшается, ослабляется и. затухание пространственных волн. Вот: почему ночью СВ диапазон почти полностью «забит» работающими радиостанциями, а днем в этом диапазоне слышны лишь близко расположенные или мощные радиостанции.

1.2 Антенны длинных и средних радиоволн

антифединговые антенны мачты

направленны приемные антенны длинных и средних радиоволн

однонаправленная кардиоидная антенна и получение диаграмы направленности

Низкочастнотная вертикальная подземная антенна

2 Антенны коротких радиоволн

2.1 Ромбическая антенна

2.2 Антенны бегущей волны. Бегущая и стоячая радиоволна отличия и свойства

приемная антенна бегущей волны

Антенна бегущей волны (сокр. АБВ) — направленная антенна, по геометрической оси которой распространяется бегущая волна электромагнитных колебаний.

Бегущая волна — волновое движение, при котором поверхность равных фаз (фазовые волновые фронты) перемещается с конечной скоростью (постоянной для однородной среды). Примерами могут служить упругие волны в стержне, столбе газа или жидкости, электромагнитная волна вдоль длинной линии или в волноводе

отличие бегущей от стоячих радиоволн

В отличие от стоячих волн, бегущие волны при распространении в среде переносят энергию. С бегущей волной, групповая скорость которой отлична от нуля, связан перенос энергии, импульса или других характеристик процесса

АБВ может выполняться двух типов: из дискретных (раздельных) излучателей расположенных вдоль оси на некотором расстоянии друг от друга либо в виде одного сплошного излучателя, который располагается в направлении оси излучения/приема. В втором случае рассматривают сплошной излучатель, как сумму дискретных излучателей, примыкающих один к другому.

К антеннам первого типа относятся:

• Спиральная антенна,
• Антенна вытекающей волны
• Волновой канал

К антеннам второго типа относятся:

• Антенна Бевереджа
• Диэлектрическая стержневая антенна
• V-образная антенна
• Ромбическая антенна

Свойства антенны бегущей волны

АБВ имеет максимальное излучение (прием) в направлении ее оси. Для связи между двумя объектами на земле — ось излучателя обычно направлена параллельно поверхности земли на прямой соединяющей два объекта.

Коэффициент направленного действия АБВ D = kL/l, где L — длина антенны, l — длина волны, k — коэффициент, зависящий от направленности действия отдельного излучающего элемента, значения бегущей волны, соотношения амплитуд токов излучающих элементов и др. Значение k обычно лежит в пределах 4-8. Коэффициент направленного действия получается максимальным при фазовой скорости v бегущей волны несколько меньшей скорости света с и равной

Первое характерное свойство АБВ — это форма пространственной диаграммы направленности обладающей осевой симметрией. То есть независимо от плоскости проходящей через ось излучателя — форма диаграммы одинакова.

Второе характерное свойство — удовлетворительная направленность действия (у большинства АБВ), сохраняющееся в широком диапазоне волн. Первое свойство проявляется тем больше, чем больше соотношение L/l и чем выше осевая симметрия диаграммы направленности каждого излучающего элемента.

На практике АБВ используется в приемных и передающих радиоустройствах на всех длинах волн радиодиапазона.

К примеру спиральные антенны используются для приема/передачи высокочастотных сигналов в таких устройствах как сотовые телефоны.

Антенны типа волновой канал используются для приема сигналов телевидения, радиолокации и в любительской радиосвязи.

Антенны Бевереджа применяются для обеспечения связи в вооруженных силах, так как в отличие от простых штыревых антенн на переносных радиостанциях, могут существенно увеличить дальность приема/передачи сигнала

3 Антены УКВ диапазона. Петлевой вибратор и волновой канал

антенны УКВ диапазона

антенная волновой канал

4 Антены СВЧ с излучающей поверхностью. Рупорная, линзовая, рефлекторная

антенны СВЧ с излучающей поверхностью

5 Фазированная антенная решетка

Фазированная антенная решетка (ФАР) — антенная решетка , направление излучения и (или) форма соответствующей диаграммы направленности которой регулируются изменением амплитудно-фазового распределения токов или полей возбуждения на излучающих элементах .

Излучающий элемент (антенной решетки) — составная часть антенной решетки, антенна или группа антенн с заданным относительным возбуждением . В антенной решетке требуемая диаграмма направленности формируется благодаря специальным образом организованной интерференции электромагнитных волн, излучаемых в пространство ее излучающими элементами. Для этого обеспечивают необходимое амплитудно-фазовое распределение — необходимые относительные амплитуды и начальные фазы переменных токов или полей возбуждения каждого излучающего элемента антенной решетки. Отличие фазированной антенной решетки заключается в том, что амплитудно-фазовое распределение не является фиксированным, оно может регулироваться (управляемо изменяться) при эксплуатации . Благодаря этому можно перемещать луч (главный лепесток диаграммы направленности) антенной решетки в определенном секторе пространства (антенная решетка с электрическим сканированием луча как альтернатива антенне с механическим сканированием, то есть альтернатива механически вращающейся антенне ) или изменять форму диаграммы направленности.

Эти и некоторые другие свойства ФАР, а также возможность применять для управления ФАР современные средства автоматики и вычислительной техники, обусловили их перспективность и широкое использование в радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиоастрономии и т. д. ФАР, содержащие большое число управляемых элементов, входят в состав различных наземных (стационарных и подвижных), корабельных, авиационных и космических радиотехнических систем. Ведутся интенсивные разработки в направлении дальнейшего развития теории и техники ФАР и расширения области их применения

Преимущества

Принцип действия фазированной антенной решетки

Излучатели

В качестве излучателей ФАР могут выступать :

• ненаправленные;
• слабонаправленные;
• направленные антенны.

Примером использования слабонаправленных излучателей можно назвать антенны базовых станций GSM стандарта, где в качестве излучателей используются патч-антенны. В качестве излучателей антенн LTE стандарта используются диполи и монополи .

В качестве интересного примера использования направленных антенн в конфигурации антенных решеток можно назвать проект Allen Telescope Array, использующий в качестве элементов антенной решетки зеркальные антенны для целей радиотелескопии.

Управление фазовыми сдвигами

По способу изменения фазовых сдвигов различают ФАР:

• с электромеханическим сканированием, осуществляемым, например, посредством изменения геометрической формы возбуждающего радиоволновода;
• частотным сканированием, основанным на использовании зависимости фазовых сдвигов от частоты, например за счет длины фидера между соседними излучателями или дисперсии волн в радиоволноводе;
• с электрическим сканированием, реализуемым при помощи фазосдвигающих цепей или фазовращателей, управляемых электрическими сигналами с плавным (непрерывным) или ступенчатым (дискретным) изменением фазовых сдвигов;
• со сканированием, основанным на принципах радиофотоники (например, на основе применения волоконной брэгговской решетки ).

Наибольшими возможностями обладают ФАР с электрическим сканированием Они обеспечивают создание разнообразных фазовых сдвигов по всему раскрыву и значительную скорость изменения этих сдвигов при сравнительно небольших потерях мощности. На СВЧ в современных ФАР широко используют ферритовые и полупроводниковые фазовращатели (с быстродействием порядка микросекунд и потерями мощности

20 % ). Управление работой фазовращателей осуществляется при помощи быстродействующей электронной системы, которая в простейших случаях управляет группами элементов (например, строками и столбцами в плоских ФАР с прямоугольным расположением излучателей), а в наиболее сложных — каждым фазовращателем в отдельности. Качание луча в пространстве может производиться как по заранее заданному закону, так и по программе, вырабатываемой в ходе работы всего радиоустройства, в которое входит ФАР.

Классификация

Классификация антенных решеток; а) линейная; б) дуговая; в) кольцевая; г) плоская; д) цилиндрическая; е) коническая; ж) сферическая; з) неэквидистантная

Антенные решетки могут быть классифицированы по следующим основным признакам:

• Геометрия расположения излучателей в пространстве:
  • линейные
  • дуговые
  • кольцевые
  • плоские
    • с прямоугольной сеткой размещения
    • с косоугольной сеткой размещения
    • цилиндрические
    • конические
    • сферические
    • Способ возбуждения:
      • с последовательным питанием
      • с параллельным питанием
      • с комбинированным (последовательно-параллельным)
      • с пространственным (оптическим, «эфирным») способом возбуждения
      • эквидистантное размещение
      • неэквидистантное размещение
      • Способ обработки сигнала
      • Амплитудо-фазовое распределение токов (поля) по решетке
      • Тип излучателей

      

      

      

      Структурные схемы некоторых фазированных антенных решеток (ФАР) —

      линейной эквидистантной с симметричными вибраторами и общим зеркалом (а);

      линейной неэквидистантной с полноповоротными зеркальными параболическими антеннами (б);

      плоской с прямоугольным расположением рупорных излучателей (в);

      плоской с гексагональным расположением диэлектрических стержневых излучателей (г);

      конформной с щелевыми излучателями (д);

      сферической со спиральными излучателями (е);

      системы плоских фазированных антенных решеток (ж);

      В — вибраторы; Ф — линии возбуждения (фидеры); З — токопроводящее зеркало (рефлектор); А — зеркальные антенны; Р — рупоры; ВР — возбуждающие радиоволны; Э — металлический экран; Щ — щелевые излучатели; К — коническая ФАР; Ц — цилиндрическая ФАР; С — спиральные излучатели; СЭ — сферический экран; П — плоские фазированные антенные решетки (точками обозначены излучатели); L0 — расстояние между В; l1, l 2, l3 — расстояния между А.

      Сферы примерения свч ФАР

      космичесская радиосвязи. напрмиер проект Starlink

      Ультразвуковые фазированные решетки для хирургии

      Другие конструкции антенн

      Малая биконическая СВЧ антенна, 0.5 – 3 ГГц , 20 Вт.

      

      Спирально-щелевая антенна для систем ГЛОНАСС/GPS

      

      

      Антенна Вивальди

      Антенна Вивальди — сверхширокополосный печатный излучатель, построенный на основе расширяющейся щелевой линии. Рабочая полоса такого излучателя обычно перекрывает частоты от (порядка…) 0,3..0,8 до 10..17 ГГц.

      Теория этих антенн с электродинамической точки зрения очень сложна. На данный момент параметры подобных устройств подбираются эмпирически с помощью программных комплексов электродинамического моделирования таких, как CST Microwave Studio и HFSS Microwave Office.

      

      

      

      

      

      6 Антенны из морской воды

      Морская вода в сто раз эффективнее проводником электричества, чем пресная. Теоретически этого достаточно, чтобы соорудить из нее примитивную антенну для приема и передачи радиоволн. Однако фактически морская вода уступает металлам в проводимости примерно в миллион раз.

      Это не помешало японской компании Mitsubishi провести расчеты по оптимальному диаметру струи воды, подаваемой под давлением до сопла антенны, и сконструировать систему SeaAerial. Ее коэффициент полезного действия составляет около 70%. В ходе испытаний небольшая модель SeaAerial успешно поймала телесигнал.

      С практической точки зрения новое изобретение решать серьезные задачи. Инженеры Mitsubishi указывают на то, что низкочастотные сигналы, с помощью которых связываются друг с другом военные корабли и подводные лодки, требуют очень масштабных антенн, которые могут достигать нескольких десятков метров высотой. Поскольку в открытом море возводить такие конструкции из бетона и металла крайне сложно, их могли бы заменить сооружения из водных струй, отмечается в пресс-релизе.

      

      

      

      7.Космические иголки в ионосфере . Проект «Вестфорд»

      Проект «Вестфорд» (англ. Project West Ford, также Westford Needles или Project Needles) — эксперимент, осуществленный в 1961—1963 годах лабораторией Линкольна Массачусетского технологического института по заказу Министерства обороны США в интересах Вооруженных сил для обеспечения более надежной системы военной связи.

      

      В 1950-е годы основным средством связи у военных с отдаленными объектами были радиоволны, отражающиеся от ионосферы Земли. Чтобы данный тип связи был надежен, американцы планировали создать вокруг Земли искусственную ионосферу и вывели на среднюю околоземную орбиту тремя спутниками 480 миллионов медных иголок (проволочек)

      Спутники были выведены на орбиту ракетой-носителем «Атлас-Аджена»:

      • Westford 1 — запущен 21 октября 1961 года,
      • Westford-Drag — запущен 9 апреля 1962 года,
      • Westford 2 — запущен 9 мая 1963 года.

      В разгар холодной войны все международные коммуникации передавались либо через подводные кабели связи, либо отражались от естественной ионосферы . Военные Соединенных Штатов были обеспокоены тем, что Советы могут перерезать эти кабели, в результате чего непредсказуемая ионосфера станет единственным средством связи с зарубежными войсками.

      Чтобы уменьшить потенциальную угрозу, кольцо из 480 млн медных дипольных антенн (иглы длиной 1,78 см (0,70 дюйма) и диаметром 25,4 мкм (1,00 тыс. ) [1961] или 17,8 мкм (0,70 тыс.) [1963]) были выведены на орбиту для облегчения глобальной радиосвязи . Длина была выбрана потому, что она составляла половину длины волны сигнала 8 ГГц, используемого в исследовании. Диполи в совокупности обеспечивали пассивную поддержку параболической тарелке проекта Вестфорд (расположенной в городе Вестфорд ) для связи с удаленными объектами.Уолтер Э. Морроу основал проект «Иглы» в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института в 1958 г.

      Первая попытка была предпринята 21 октября 1961 г. , во время которой иглы не разошлись. В конечном итоге проект был успешным после запуска 9 мая 1963 года , когда радиопередачи передавались по искусственному кольцу. Однако в конечном итоге технология была отложена, частично из-за разработки современного спутника связи, а частично из-за протестов других ученых.

      Иглы были размещены на средней околоземной орбите на высоте от 3500 до 3800 километров (2200–2400 миль) под углом 96 и 87 градусов. Они внесли свой вклад в космический мусор Земли .

      Британские радиоастрономы вместе с оптическими астрономами и Королевским астрономическим обществом протестовали против этой акции. Советская газета « Правда» также присоединилась к протестам под заголовком «Космос грязи США». [10]

      Этот вопрос был поднят в ООН, где тогдашний посол США в ООН Адлай Стивенсон защищал проект. [11]

      Стивенсон изучил опубликованные в журналах статьи о проекте West Ford. Используя то, что он узнал по этому вопросу, и цитируя прочитанные статьи, он успешно развеял опасения, выражаемые подавляющим большинством послов ООН из других стран. Он и статьи объяснили, что давление солнечного света заставит диполи оставаться на орбите только в течение короткого периода, примерно три года. Международный протест в конечном итоге привел к принятию положения о консультациях, включенного в Договор по космосу 1967 года .

      Пятьдесят лет спустя, в 2013 году, некоторые из диполей, которые не были правильно развернуты, все еще оставались группами, составляя небольшое количество орбитального мусора, отслеживаемого Управлением программы НАСА по орбитальному мусору . Их количество со временем уменьшается, поскольку они иногда возвращаются. По состоянию на март 2020 года на орбите все еще находилось 36 пучков игл

      Каждая из иголок являлась дипольной микроантенной и имела 1,78 см в длину, а в толщину — 25,4 мкм при запуске 1961 года и 17,8 мкм при запуске 1963 года. Первая попытка закончилась неудачей — кольца из проволочек не получилось. Третья попытка оказалась успешной: иголки образовали огромное облако, которое образовало вокруг Земли торообразное кольцо. Иглы были размещены на околоземной орбите на высоте между 350 и 380 километров. Первый сеанс радиосвязи через искусственное медное облако состоялся уже на четвертый день после запуска — между передающей антенной, установленной в Калифорнии, и приемной антенной в Массачусетсе.

      Мнения мирового сообщества по этому проекту разделились — американцы смогли убедить многие страны в безопасности этого эксперимента, во многом благодаря выступлению в ООН представителя США Эдлая Стивенсона, который защищал проект . Но против него выступили, в частности, Британское королевское астрономическое общество и Советский Союз. В газете «Правда» была напечатана статья против этого проекта с заголовком «США засоряют космос». Также с соответствующим заявлением выступило ТАСС.

      Истинные причины неизвестны, но проект закрыли в том же 1963 году. Согласно расчетам американцев, медным иголкам понадобилось около 10 лет, чтобы вернуться на Землю. Но некоторая их часть так и осталась летать на орбите до сих пор, став составной частью космического мусора.

      Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

      • антенны , антенна , структурная схема антенны , классификация антенн ,
      • Диапазон частот
      • Частота периодического процесса
      • общие сведения о радиоволнах , радиочастотный спектр ,
      • луча антенны , диаграмма направленности ,

      Анализ данных, представленных в статье про конструкции антенн, подтверждает эффективность применения современных технологий для обеспечения прозрачности и надежности в различных системах. Надеюсь, что теперь ты понял что такое конструкции антенн и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства СВЧ и антенны

      Распространение радиоволн. Особенности распространения и возможности применения радиоволн различных диапазонов в авиационном радиоэлектронном оборудовании

      Радиосвязь, применяемая для передачи информации из одного пункта в другой, может быть представлена в виде блок-схемы (см.рис.1).

      Радиопередающее устройство (РПДУ) создает высокочастотные колебания определенной частоты и мощности и излучает их в пространство. Радиоволны, распространяясь в пространстве, достигают приемной антенны и наводят в ней слабые токи. Эти токи усиливаются и преобразуются в радиоприемном устройстве (РПРМУ).

      Для безотказного осуществления радиосвязи необходимы:

      безукоризненная работа РПДУ и РПРМУ;

      правильный выбор длины волны ;

      необходимая мощность передатчика Р_прд;

      выбор типа антенн и места их установки;

      устранение искажений сигналов, возникающих в процессе распространения радиоволн.

      Для успешного решения этих задач нужно знать закономерности и свойства распространения радиоволн и среды, в которой они распространяются.

      Радиоволна – это электромагнитное колебание, которое характеризуется: периодом , частотой , длиной волны , напряженностью электрического поля Е и поляризацией. Параметры радиоволн взаимосвязаны:

      где и — диэлектрическая и магнитная проницаемости среды (для воздуха ).

      Графически структура радиоволны может быть представлена см. рис. 2.

      Все электромагнитные волны, в том числе и радиоволна, подчиняются общим законам:

      1. Закон прямолинейного распространения в однородной среде с постоянной скоростью.

      2. Законы отражения и преломления (см. рис. 3).

      Преломление объясняется различием в скорости распространения радиоволны с различными . Угол падения и преломления связаны между собой законом синусов:

      3. Явление дифракции — способность радиоволн огибать выпуклость земного шара, неровности поверхности земли и др. препятствия (см. рис. 4). Такие радиоволны получили название земных или поверхностных.

      4. Явление рефракции — искривление траектории радиоволны в среде с изменяющейся диэлектрической проницаемостью. Кривизна траектории зависит от степени неоднородности среды.

      5. Явление интерференции — взаимодействие двух радиоволн, созданных одним источником, но прошедших разные пути. Они имеют различные фазы и возможно их ослабление или усиление в точке приёма.

      Распространение радиоволн происходит в атмосфере земли и нам необходимо знать ее строение и свойства.

      Нижняя часть, прилегающая к земле и достигающая высот 10-14 км — называется тропосферой. Верхние ионизированные слои располагающиеся выше 60 км называются ионосферой. Между этими слоями расположена стратосфера, характеризуемая полным отсутствием водяных паров.

      Состояние тропосферы определяется температурой, давлением и влажностью. У поверхности земли давление 1000 мбар, а на высоте 10 км — 270 мбар. Температура уменьшается на 4-6°С при подъеме на каждый километр. Влажность сильно изменяется в зависимости от климата.

      В ионосфере газы на высоте свыше 60 км под воздействием ультрафиолетовых лучей подвергаются ионизации. Из-за неоднородности состава атмосферы возникают несколько максимумов ионизации в слоях Д, E; и . В ночное время с уменьшением солнечной радиации слои Д и исчезают (см. рис. 5).

      В результате извержений на солнце потоки электронов вторгаются в атмосферу и вызывают нарушение нормального строения ионизированных слоев — ионосферные возмущения.

      В ионосфере наблюдаются явления поглощения, преломления и отражения радиоволн. Так как концентрация электронов ионизированного слоя изменяется на высоте плавно, то радиоволны в такой среде распространяются по криволинейным траекториям.

      Эта формула показывает, что ионосфера является электрически менее плотной средой, чем воздух. При переходе из среды более плотной в среду менее плотную луч отклоняется от перпендикуляра к границе раздела.

      Возможны два случая:

      1. Полное отражение радиоволны от ионосферы и возвращение на землю (см. рис. 6).

      2. Уход радиоволны в мировое пространство, при недостаточной преломляющей способности ионосферы (см. рис. 6).

      Радиоволны, распространяющиеся вокруг земного шара за счет одно- или многократного отражения от ионосферы и земли называются ионосферными или пространственными. Критическая частота — это такое значение частоты, когда происходит полное отражение радиоволны от ионосферы и возвращение на землю. При нормальном состоянии ионосферы =13 МГц, а .

      Наибольшая частота радиолуча, направленного под углом к горизонту и отражаемого ионосферой называется максимальной частотой для данного угла возвышения . Если частота , то отражения от ионосферы не будет. С уменьшением угла до нуля максимальная частота возрастает и при имеет наибольшее значение 40,0 МГц, а . Следовательно, волны длиннее 24 м отражаются от ионосферы, а волны в пределах от 7,5 до 24 м в зависимости от угла возвышения могут отражаться или проходить ионосферу (см. рис.7).

      Поверхность земли поглощает энергию ионосферных волн. Сопротивление земли активное, радиоволны наводят в ней вихревые токи, которые создают активные потери. С возрастанием частоты растут и потери.

      Все радиоволны принято делить на диапазоны (см. таблицу №1).

      Диапазон радиоволн	Частоты	Длины волн
      Мириаметровые (СДВ) Километровые (ДВ) Гектометровые (СВ) Декаметровые (КВ) Метровые (МВ)	3-30 кГц 30-300 кГц 0,3-3 МГц 3-30 МГц 30-300 МГц 0,3-3 ГГц 3-30 ГГц 30-300 ГГц 300-3000 ГГц	100-10 км 10-1 км 1-0,1 км 100-10 м 10-1 м 10-1 дм 10-1 см 10-1 мм 1-0,1 мм

      Кратко рассмотрим распространение радиоволн по диапазонам.

      1. Распространение ДВ радиоволн. ДВ используются для радиотелеграфной связи, для резерва, для передачи сигналов времени и метеосводок. СДВ — сигнал точного времени. Так как , то они очень хорошо отражаются и от ионосферы, и от земной поверхности. Распространение радиоволны происходит, как в сферическом волноводе, отражаясь от ионосферы и земли. ДВ очень сильно поглощаются ионосферой, что приводит к необходимости иметь радиопередатчику значительную мощность.

      2. Распространение СВ радиоволн. СВ используются в телеграфной и телефонной радиосвязи, в радиовещании и радионавигации. В дневные часы СВ поглощаются ионосферой и распространяется как поверхностные, а в ночные часы, когда нет слоя Д распространяются как пространственные волны, что приводят к резкому увеличение дальности связи до 4000-5000 км. В зимнее время условия распространения несколько улучшаются.

      3. Распространение КВ радиоволн. КВ используются для телеграфной и телефонной связи и для радиовещания. Они поглощаются землей при распространении поверхностной волной и связь возможна на небольшие расстояния. На большие расстояния связь осуществляется отраженными от слоя пространственными лучами. При этом слой E является поглощающим, его электронная плотность недостаточна для отражения коротких волн.

      Уверенная связь на КВ возможна при выполнении двух условий:

      2) Поглощение энергии слоем Е не должно быть большим.

      Дальность и устойчивость радиосвязи на КВ зависит от выбора рабочих частот диапазона, т.к на менее коротких радиоволнах — меньшее поглощение, но велика вероятность невозвращения на землю. Применительно для связи на КВ пространственным радиолучом на большие расстояния весь диапазон принято делить на три поддиапазона:

      Для распространения КВ свойственно три явления: замирание (феддинг), радиоэхо и зона молчания.

      Замирания характеризуется беспорядочным изменением силы принимаемого сигнала в точке приёма. Причём возрастание сигнала чередуется с сильным уменьшением его. Замирание на коротких волнах обусловлено, как интерференцией двух или нескольких радиоволн в точке приёма, в связи с приходом в точку одновременно земной и пространственной волны, так и изменением поглощения радиоволн в ионосфере на пути между точками передачи и приёма.

      Сущность радиоэхо заключается в том, что один и тот же сигнал доходит до приёмника разными путями два или несколько раз. В связи с многократным отражением радиоволны от земной поверхности и ионосферы, появляется запаздывание в приёме одного и того же сигнала из-за разницы путей.

      Зона молчания – промежуточная зона земной поверхности, в которой радиосвязь земной волны уже невозможна, а ионосферной ещё невозможна, т.е это пространство, где кончается прием поверхностных волн, но еще не начался прием пространственных волн.

      4. Распространение УКВ радиоволн. УКВ используются для самолетной, космической радиосвязи, радиолокации, телевидения и т.д. УКВ не отражаются ионосферой, обладают крайне слабой дифракционной способностью. Поэтому дальность связи на УКВ ограничена расстоянием прямой видимости, определяемой по формуле:

      и — высоты приемной и передающей антенн.

      Из-за явления рефракции дальность связи на УКВ возрастает примерно на 8 %.

      Возможно сверхдальнее распространение УКВ. Явление сверхрефракции наблюдалось в 1944-45 гг. и чаще над водной поверхностью. Объясняется двумя факторами:

      1) Рассеиванием радиоволн в тропосфере из-за ее “зернистости”;

      2) Рассеиванием радиоволн в ионосфере, вызываемым неоднородностью ее строения.

      Сверхдальнее распространение УКВ может достигать расстояний в несколько тысяч километров.

      2. Антенны авиационного радиоэлектронного оборудования. Основные типы антенн используемых в бортовой радиоаппаратуре.

      В наши дни радио получило широкое распространение и теперь каждый человек с детства знает об радио, антенных и прочих устройствах довольно много, а в то же время практически ничего, если рассматривать вопрос чисто профессионально. Что же такое антенна?

      Антенной называется радиотехническое устройство, которое предназначено для преобразования энергии токов высокой частоты в энергию высокочастотного электромагнитного поля и для обратного преобразования.

      В зависимости от вида преобразования энергии антенны могут быть передающими, приемными и универсальными. Универсальные антенны обеспечивают и приём и передачу сигналов. Этот тип антенн в авиационной радиотехнике применяется наиболее часто.

      Ко всем антеннам применимо правило обратимости. Оно заключается в том, что все характеристики антенн сохраняются постоянными и не зависят от того, работает ли антенна в режиме “передача” или в режиме “прием”.

      Конструкция антенн устанавливаемых на летательных аппаратах (ЛА), в связи со спецификой условий применения радиотехнического оборудования, может сильно отличаться от аналогичных антенн наземной аппаратуры.

      С началом установки на ЛА приемо-передающих устройств возникла необходимость в разработке, установке и эксплуатации соответствующих АФУ. Отличительной чертой антенн ЛА являются некоторые повышенные требовании к габаритам, весу, обтекаемости и конструкции антенн. Антенны ЛА должны обеспечивать прием сигналов достаточной мощности на заданных расстояниях, хорошо согласовываться с приемо-передающим трактом и, по возможности, не выступать за корпус (фюзеляж) ЛА.

      Из курса физики вы знаете, что такое колебательный контур. Это замкнутая колебательная цепь, обладающая “сосредоточенными” параметрами индуктивности L и ёмкости C. Размеры катушки индуктивности и конденсатора очень малы по сравнению с длиной собственной волны контура, в то же время магнитное поле, сосредоточенное вокруг витков катушки, занимает практически малое пространство, а электрическое поле, ограниченное пластинами конденсатора, занимает еще меньшее пространство. Системы с сосредоточенными параметрами успешно применяются в схемах, предназначенных для генерации и усиления колебаний высокой частоты. Но эти системы не могут с достаточным успехом осуществить основные задачи радиотехники — излучения энергии в пространство и извлечения ее из него. Эти задачи выполняются колебательными цепями открытого типа, имеющими “распределенные” параметры L и C. Разновидностями открытых цепей и являются передающие и приемные антенны.

      Рассмотрим принцип работы антенны на примере симметричного вибратора, представляющего собой провод, изолированный на концах и служащий примером открытой колебательной цепи. Само название вибратор говорит о том, что эта система обладает колебательными свойствами (см.рис. 8).

      Разделим вибратор на 2 равные части и соединим их с зажимами батареи. Половины вибратора получат заряды противоположных знаков. После этого батарею отключим. Заряд, полученный вибратором, создает электрическое поле между его половинами в окружающем пространстве. Представим себе, что энергия этого заряда распределена в элементарных емкостях, которые образуют между собой отдельные частицы верхней и нижней половины вибратора. Конечно, чем меньшую частицу провода мы возьмем, тем меньше окажется ее емкость, но количество частиц велико и общая емкость составит заметную величину (6-7 пф на 1 м). Предположим, что половины заряженного вибратора соединены между собой, тогда из верхней воловины в нижнюю пойдет ток разряда, при этом энергия электрического поля будет превращаться в энергию магнитного волн. Каждая частица провода обладает индуктивностью, причем, слагаясь между собой, эти элементарные индуктивности образуют заметную величину (2 мкГн на 1 м). Именно такую распределенную индуктивность мы и должны считать накопителем магнитной энергии.

      В тот момент, когда заряд половин вибратора будет израсходован полностью, сила тока будет достигать максимума, а затем будет уменьшаться; исчезающее магнитное поле создает Э.Д.С. самоиндукции, которая перезарядит половины вибратора. Дальше процесс будет протекать в той же последовательности, т.е. вокруг вибратора будет представлять затухающее во времени колебание. Затухание объясняется активными потерями на нагрев провода, диэлектрическими потерями в изоляторах, потерями на излучение и в земле. Но это предмет отдельного вопроса.

      Рассмотрим основные параметры антенны.

      1. Коэффициент полезного действия (КПД).

      КПД называется отношение мощности, которую антенна излучает в пространство ко всей подводимой к ней мощности.

      КПД характеризует свойства антенны, как преобразователя антенны и на практике составляет 0,8-0,9.

      Это свойство антенны излучать (принимать) электромагнитную энергию в одном из направлений больше, чем в других. Направленность антенны может быть охарактеризована коэффициентом направленного действия (КНД).

      КНД называется отношение мощности, излучаемой антенной в направлении максимума излучения к средней излучаемой мощности.

      Для остронаправляющих антенн КНД составляет величину в несколько сотен (тысяч) единиц. КНД характеризует направленные свойства антенны только в одном направлении. Для более полной характеристики направленности применяются понятия диаграммы направленности и ширины диаграммы направленности антенн.

      Диаграмма направленности антенны (ДНА) характеризует распределение интенсивности излучения в пространстве.

      Различают ДНА по напряжению и мощности.

      ДНА по напряжению (мощности ) называется зависимость напряжённости электрического поля (мощности) излучения от направления при условии измерения этого поля на одинаковом расстоянии от антенны. Пространственную ДНА построить довольно сложно, поэтому для упрощения обычно ограничиваются диаграммами в горизонтальной и вертикальной плоскости.

      Графическое выражением функций или (см.рис.9) где:

      — напряженность электрического поля, создаваемого антенной;

      — мощность, излучаемая антенной;

      — угол между осью отсчета и направлением излучения.

      Для большего удобства используются нормализованные диаграммы по напряженности электрического поля и по мощности излучения .

      ДНА строят в полярной и прямоугольной системе координат. По виду ДНА различают антенны ненаправленные и направленные. На рис.9 приведены диаграммы направленности ненаправленной и направленной антенн в прямоугольной и полярной системах координат. Последние используются более часто, т.к. обладают большей наглядностью.

      Ширина диаграммы направленности антенны (ШДНА) по напряжённости (мощности) называется угловой сектор, охватывающий часть главного лепестка диаграммы, в пределах которого напряжённость электрического поля (мощность излучения) изменяется до 0,707 (0,5) от напряжённости поля (мощности) в направлении максимального излучения.

      ШДНА обозначается и зависит от линейных размеров антенны , где d – линейный размер антенны в горизонтальной или вертикальной плоскости.

      3. Коэффициент усиления антенны.

      Эта характеристика учитывает как направленные свойства, так и КПД антенны, то есть наиболее полно характеризует антенну как преобразователь энергии.

      4. Входное сопротивление антенны.

      Антенна, как и всякое радиотехническое устройство, обладает некоторым входным сопротивлениям. В общем случае входное сопротивление имеет активную и реактивную составляющие:

      Если антенна настроена в резонанс, то реактивное сопротивление и следовательно входное сопротивление антенны чисто активное:

      Мощность излучения и потерь можно охарактеризовать соответствующими сопротивлениями

      Тогда с учетом этих формул

      5. Действующая высота антенны (рис. 10).

      Величина Э.Д.С., наводимой в антенне электромагнитным полем, зависит от высоты антенны и от ее конструкция. Чтобы объединить эти две характеристики, вводится понятие “действующая высота” антенны .

      Это высота такой фиктивной антенны, которая имеет равномерное по всей длине распределение тока с амплитудой, равной максимальному распределению тока действующей антенны при равных мощностях излучения. Для увеличения применяются антенны с горизонтальной частью различной формы. Действующая высота таких антенн увеличивается вследствие изменения распределения тока вдоль антенны.

      Параметр антенн “действующая высота” в настоящее время при расчетах применяется довольно редко.

      В авиационном радиоэлектронном оборудовании (РЭО) применяются вибраторные (проволочные), щелевые, рамочные, рупорные и зеркальные антенны. Остальные типы антенн встречаются реже.

      К вибраторным антеннам относятся:

      симметричный полуволновый вибратор, применяемый в УКВ диапазоне с диаграммой направленности в виде «тора»,

      заземлённый четвертьволновый вибратор, широко применяемый во всех диапазонах (КВ, УКВ, дцм) с диаграммой направленности одна половина «тора». Вертикально расположенный вибратор излучают вертикально поляризованную волну

      Волноводно-щелевые антенны применяются в самолётных и аэродромных радиолокационных станциях дцм и см диапазонов волн. Щелевая антенна выполняется в виде прорезанной в металлическом экране щели, длина которой сравнима с половиной длиной волны, а её ширина намного меньше длины волны. Чаще всего щели прорезаются в стенках волновода и поэтому излучают в одну сторону горизонтально поляризованную волну.

      Рамочные применяются в радионавигационной аппаратуре (АРК) для определения направления на работающую радиостанцию и используются на СВ волнах длина которых намного больше её собственных размеров. Представляют собой витки провода прямоугольной или круглой формы намотанных на ферритовый сердечник для увеличения действующей высоты антенны.

      Рупорные антенны используются чаще всего в качестве слабонаправленных антенн станций помех и разведки, приёмной антенны с широкой диаграммой направленности в см диапазоне волн, а также в качестве облучателей параболических (зеркальных или линзовых) антенн. Представляют собой открытый конец прямоугольного или круглого волновода у которого плавно расширяются стенки (секториальный, пирамидальный, конический рупор) для согласования волнового сопротивления волновода и открытого пространства.

      Зеркальные антенны с параболическим зеркалом широко применяют в самолётных и наземных РЛС см диапазона волн, обеспечивая высокую направленность излучения и способность работать в широком диапазоне частот. В качестве облучателей самолётных антенн зеркального типа применяют рупоры, полуволновые вибраторы и щелевые облучатели, при этом падающая сферическая волна преобразуется в плоскую.

      К настоящему времени на ЛА устанавливаются или могут быть установлены различные по конструкции, характеристикам и области применения антенны, работающие в диапазоне волн от нескольких миллиметров до сотен метров. Антенны должны быть установлены так, чтобы исключить взаимные помехи, а также с учётом влияния корпуса самолёта на их диаграмму направленности. Условия излучения антенн зависят главным образом от соотношения длины волны и размеров корпуса самолёта.

      Однако все их разновидности можно классифицировать по определенным признакам:

      1. По направленности отличают направленные и ненаправленные антенны.

      2. По конструктивному исполнению существует очень большое разнообразие антенн.

      рамочные, U и Н образные для ДВ и СВ;

      антенны поверхностных волн, вибраторные, директорные, спиральные, зеркальные для КВ и часть УКВ;

      щелевые, рупорные линзовые для УКВ (ДМВ, СМВ и ниже);

      антенные фазированные решетки для КВ и УКВ.

      3. По типу материала, используемого для изготовления, различают диэлектрические антенны и из проводящих электрический ток материалов: металлические и металлодиэлектрические.

      4. В авиации также принято разделение антенн по типу или месту применения. Различают антенны самолетных радиопеленгаторов, антенны бортовых РЛС перехвата и прицеливания и т.д.

      Необходимо отметить, что и внутри данной классификации можно провести еще дополнительное разделение. Так в направленных антеннах можно выделить:

      апертурные антенны или излучающие через отверстие — апертуру (щелевые, рупорные);

      симметричные антенны (различного рода вибраторы — цилиндрический, петлевой Пистолькорса и др.);

      несимметричные антенны (вибраторы, провода, башни, мачты и др.

      В ненаправленных антеннах можно выделить шлейфовые, фонарные и килевые антенны.

      Рассмотрим основные типы бортовых антенных устройств.

      При рассмотрении антенн ЛА можно отметить, что применяются как несимметричные, таи и симметричные антенны.

      Из несимметричных антенн на ЛА можно выделить:

      а) наружные антенны (рис. 11), которые представляют собой различные варианты несимметричных вибраторов. Так на дозвуковых самолетах успешно и сейчас применяют в диапазонах СВ и КВ проволочные антенны (1) и штыревые (2) антенны, исполненные в виде мачты четвертьволновой длины. На скоростных самолетах широко применяются согнутые мачтовые антенны (3);

      б) несимметричные линейные антенны, которые применяются в аппаратуре радиосвязи, радионавигации, радиотелеметрии, радиотелеуправлении;

      в) невыступающие антенны (рис. 12).

      Типичными представителями невыступающих антенн являются антенны с емкостным и кондуктивным возбуждением. Антенны с емкостным возбуждением получили название колпачковых антенн (рис. 12) и представляют собой изолированные от самолета отдельные части киля (1) или крыла (2).

      Антенны с кондуктивным возбуждением получили название шлейфовых антенн и представляют собой трубки, расположенные параллельно корпусу самолета. Один конец трубки подсоединяется к передатчику сигналов, а другой на корпус самолета. Различают шлейфы замкнутые (4), разомкнутые (5) и комбинированные (6). Шлейфовые антенны широко используются в СВ и КВ диапазонах. В УКВ диапазоне применяется плоскостная антенна (3), представляющая собой четвертьволновый несимметричный излучатель, который встраивается в законцовку киля.

      Иногда применяются невыступающие антенны, выполненные из фольги, которые наклеиваются на остекление кабины или на обтекатель антенн радиолокационных станций.

      Среди симметричных антенн выделим следующие антенны.

      1) Рамочные антенны. К ним относятся электрически малые рамки, рамки с магнитным сердечником и рамки, размер которых сравнимы с длиной волны.

      2) Многовибраторные антенны. Разновидности: директорные, логопериодические, турникетные и др.

      3) Проволочные антенны бегущей волны. К ним относятся ромбические, однопроводные, цилиндрические, спиральные, плоские спиральные и конические спиральные антенны.

      4) Щелевые и волноводно-щелевые антенны. Эти антенны наиболее часто применяются на ЛА в УКВ диапазоне. Они могут бить ненаправленными, слабонаправленными и остронаправленными.

      5) Рупорные антенны. Существует большое разнообразие рупорных антенн:

      а) Секториальные, которые разделяются на Е и Н- плоскостные, конические, пирамидальные, биконические, комбинированные и др.;

      б) Линзовые антенны. Их может быть три разновидности: фокусирующие, осесимметричные и цилиндрические. В зависимости от материала изготовления как раз они и разделяются на диэлектрические, металлодиэлектрические, металлопластинчатые и др..

      6) Зеркальные антенны. Этому типу антенн свойственно большое разнообразие по конструктивному исполнению:

      б) вырезки из параболоида вращения.

      7) Антенны поверхностных волн.

      8) Фазированные антенные решетки (ФАР), представляющее собой совокупность большого числа однотипных вибраторов, соединенных между собой таким образом, чтобы сигналы, принимаемые этими вибраторами, имели определенные фазовые соотношения между собой. Этот тип антенн в настоящее время представляет большой практический интерес, а среди них в первую очередь антенны с управлением (сканированием) положением главного лепестка диаграммы направленности.

      По виду сканирования различают ФАР электромеханические и электрические. У последних нет подвижных частей, а изменение фазового распределении сигналов в раскрыве антенны происходит чисто электрически, путем изменения токов или напряжений на управляющих устройствах.

      Опытным путем установлено, что электрическое сканирование удобно осуществить с помощью многоэлементных антенн (решеток). ФАР по способу осуществлении сканирования разделяются на:

      ФАР с фазовым сканированием, в которых использующей специальные устройства — фазовращатели;

      ФАР с частотным сканированием, где фазовое распределение сигналов в раскрыве антенны изменяется путем перестройки рабочей частоты;

      У наших вероятных противников есть 3-4 таких антенны в Гренландии, Англии, на острове Шемия и Тихом океане. Последний называется “Кобра Дейн” и имеет около 90 тыс. элементов. Ее технические характеристики примерно такие: 400 лепестков диаграмм направленности, управляемые электронно-вычислительной машиной и ведет до 800 объектов.

      3. Линии передачи сверхвысокочастотной энергии.

      Линия передачи сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии или фидерные устройства предназначены для канализации электромагнитной энергии от радиопередатчика к антенне и обратно к радиоприёмнику.

      К фидерным устройствам предъявляются основные требования: отсутствие излучения электромагнитной энергии, передача энергии с минимальными тепловыми потерями, наличие режима бегущих волн, высокое пробиваемое напряжение, удобство эксплуатации и др.

      Различают две группы линий передачи СВЧ энергии: открытые и закрытые. К открытым относят: двухпроводные, многопроводные, полосковые и т.п. линии, а к закрытым: коаксиальные кабели, экранированные линии и волноводы. Закрытые линии наиболее широко применяются в авиационных радиоэлектронных устройствах. Выбор линии зависит от её назначения, диапазона частот и передаваемой по ней мощности.

      При подключении радиопередатчика (радиоприёмника) к антенне они должны быть согласованы с линией передачи СВЧ энергии, при этом активное выходное (входное) сопротивление радиопередатчика (радиоприёмника) и активное входное (выходное) сопротивление антенны должны быть равны волновому сопротивлению линии передачи. Если антенна не согласована с линией, то часть энергии отражается от антенны и в линии передачи образуется отражённая волна, распространяющаяся от антенны к радиопередатчику. При этом будет наблюдаться частичная потеря мощности передаваемого сигнала. Режим работы линии передачи принято характеризовать коэффициентом бегущей волны К_БВ, который определятся как отношение минимального и максимального значений амплитуд передаваемого сигнала. Линия передачи имеет максимальный КПД. при К_БВ=1, т.е когда волновое сопротивление линии равно сопротивлению нагрузки. В реальных линиях передачи получить К_БВ=1 практически невозможно. Считают, что при К_БВ 0,7 линия передачи допустима к применению.

      Рассмотрим линии передачи СВЧ энергии трёх видов: двухпроводные, коаксиальные и волноводы.

      Двухпроводная линия передачи СВЧ энергии состоит из двух параллельных металлических проводов, расстояние между которыми r много меньше длины волны , а диаметр d проводов много меньше расстояния между ними: (см. рис.13).

      Двухпроводные линии нашли широкое применение в радиоэлектронных средствах, рабочая длина волны которых , при этом коэффициент затухания не превышает 0,01. 0,04 Дб/м. Применение двухпроводных линий на более коротких волнах ограничивается резким увеличением потерь вследствие излучения. Кроме того, из-за требования , нарушается условие пропускания заданной мощности.

      Коаксиальная линия представляет собой металлическую трубу диаметром r, внутри которой соосно с ней расположен цилиндрический провод из металла диаметром d (рис. 14). Оба проводника разделены между собой диэлектриком. Коаксиальные линии рекомендуется применять в диапазоне длин волн от 10 см до 100 м. При этом коэффициент затухания не превышает 0,05…0,4 Дб/В.

      Отечественная промышленность выпускает коаксиальные линии со следующими величинами волновых сопротивлений: 50, 75, 100, 2000. В диапазоне сантиметровых волн в коаксиальных линиях заметно возрастают потери в диэлектрике. Для того чтобы уменьшить потери необходимо выполнить условия:

      По коаксиальным линиям нельзя передать сигналы большой мощности в сантиметровом диапазоне волн.

      Волноводы — это полые металлические трубы используемые в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн. Они обеспечивают полное экранирование электромагнитного поля и имеет ничтожные потери на нагревание.

      Наибольшее распространение получили прямоугольные волноводы (см. рис. 15).

      Распространение радиоволн в волноводе возможно лишь при определённых соотношениях между длиной волны и геометрическими размерами волновода. Вдоль волновода распространяться волны только с длиной волны . Для прямоугольного волновода . Обычно на практике размеры волновода выбирают равными: , . Возбуждение электромагнитных волн в волноводе обычно осуществляется металлическим стержнем высотой в четверть длины волны, расположенным посередине широкой стенки волновода перпендикулярно к ней. Также возбуждение возможно рамкой или щелью, прорезанной в стенке волновода.

      Круглые волноводы обладают большим затуханием, но имеют симметричную относительно оси структуру электромагнитного поля. Они применяются в качестве вращающихся сочленений антенно-волноводных устройств радиоэлектронных средств (РЭС).

      Волноводные линии передач авиационных РЭС герметизируют и поддерживают в них давление, немного превышающее нормальное атмосферное, что обеспечивает поддержание предельной напряженности поля, т.е. устойчивую работу РЭС.

      Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

      Читать:

      Вздулась краска на машине что делать