Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 [ 32 ] 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

Как известно, распространение коротких волн в основном определяется их отражением от ионосферы, т. е. зависит от отражающих свойств ионосферы. Только благодаря этому становится возможным распространение коротких волн па большие расстояния. Электромагнитные вол1ы, имеющие длину ьолпы 2 м (ультракороткие волны), уже не нс11ытьша1ст отражения от слоев ионосферы; они проходят через всю толщу атмосферы и распространяются в космическо.м пространстве. Это свойство ультракоротких воли не является благоприятным для связи между двумя точками, расположенными достаточно далеко на земной поверхности (например, между двумя радиолюбительскими станциями), но в то же время позволяет использовать ультракороткие волны (в особенности дециметрового диапазона) для связи с космическими объектами.

Распространение ультракоротких ьолп происходит квазионтиче-ски, т, е. ©ни распространяются почти таким же образом, как лучи света, - по прямым и могут отражаться, преломляться и рассеиваться различными объектами. Поэтому волны длиной 2 м наиболее пригодны для связи в пределах прямой видимости; они не испытывают значительного ослабления, и, таким образом, в любое время обеспечивается надежная радиосвязь при небольших мощностях передатчиков. Кроме того, можно надеяться на увеличение дальности радиосвязи на 35% по отношению к расстоянию прямой видимости, рассчитывая дальность радиосвязи по формуле

где d - дальность, км; - высота подвеса антенны передающей станции, м, - высота подвеса антенны приемной станции, м.

Эта формула учитывает увеличение дальности радиосвязи, которое имеет место на практике, при условии, что между приемной и передающей станциями нет высоких естестиеныых препятствий, экранирующих одну станцию от дриой. При определенных условиях дальность радиосвязи Б Диапазоне 2 м может достигать 1000 км и больше. Это явление связано с так называемой рефракцией, когда наблюдается искривление траектории распространения волн всшдствие постепенного изменения коэффициента преломления воздуха с высотой. Путь распространения элек1ромагш;тных волн искривляется в сторону поверхности Земли, за счет чего и достигается увеличение дальности радиосвязи. Следует отметить, что коэффициент преломления в тропосфере зависит от таких метеорологических факторов, как давление воздуха, его относительная влаж1юсть ]] темгература.

Из рис, 10-1 видно, что j; случае прямолинеЙ1Юго распространения ультракоротких волн только те волны достигают приемной станции, которые излучаются код очень !:ебольшими углами возвышения, почти касательно к поверхности Земли, Если состояние тропосферы таково, что ультракороткие волны испытывают за.метное искривление при распространении в ней, то становится возможной связь на больших расстояниях {приемник ). Углы возвышения осноыюго излучения передающей антенны опять должны быть очень небольшими. Р1нверснонные слои тропосферы обычно находятся на небольшой высоте от поверхности Земли - от нескольких сотен (небольшге дальности радиосвязи) до нескольких тысяч метров (большие дальности связи), и поэтом\ общая дальюсть радиосвязи в диапазоне ультракоротких воль незначительна. Как видно из рис. 10-1. максну.аль1Ш!1 дальность радиосвязи возможна в Т0Л1 С1>чае, когда изл;- -lei-i.c имеет возможно меньшие ;глы возвышения.

При рассмотрении коротковолновых антенн уже упоминалось, что отражения от поверхности Земли в непосредственной близости от места расположения антенны, вызванные небольшой высотой подвеса антенны, приводят к тому, что вертикальный угол возвышения основного излучения антенны увеличивается. Поэто.му антенну следует подвешивать по возможности выше над поверхностью Земли. Требование подвешивать антенну «по возможности выше» довольно легко вынол-нямо в диапазоне ультракоротких волн, так как высота подвеса антенны всегда измеряется в долях рабочей волны, а в УКВ диапазоне расстои-ние 10 м от поверхности Земли при X = 2 равняется 5Л. В диапазоне коротких волн это же расстояние для диапазона 20 м {5к) равнялось бы 100 м, что, конечно, абсолютно нереально.

Антенны УКВ следует располагать выше окружающих ее предметов на (2-3)Х, но НС следует стремиться к чрезмерному увечичению высоты расположения аитснны, так как в этом случае усложняется кон-

Имвеосныа слой.

Тропосфера 10 км


7777Т777777,

Приемник! Передатчик Приемник Л

Рис. 10-1. Распространение ультракоротких волн в тропосфере.


струкция антенны, а практического выигрыша в дальности радиосвязи 1ЮЧТИ не достигается.

Поляризация поля ультракоротковолновых антенн. В диапазотю коротких волн поляризация поля антенны имеет второстепенное значение. Сигнал, излученный вертикально поляризованным излучателем (iranpHMep, антенной «граунд-плэЙн»), может быть без особого ослабления принят с помощью антенны с горизонтальной поляризацией, причем не хуже, чем антенной с вертикальной поляризацией. Совершенно по-другимуобстоит дело в диапазоне УКВ. Здесь совершенно обязательно, чтобы поляризация передающей и приемной антен1гы была одинаковой. Наиболее часто исгюльзуюгся антенны, имеющие горизонтальную голяриззцию (горизонтальные излучатели). Однако в случае использования УКВ радиосвязи с помощью подвижных станций наиболее часто применяются антенны с вертикальной поляризацией.

Ниже приводится описание ультракоротковолновых антенн с горизонтальной поляризацией излучаемых ими электромагнитных волн, т. е. с горизонтально расположенными элементами Эти же антенны могут использоваться и как антенны с вертикальной поляризацией, если их элементы повернуть таким образом, чтобы они заняли вертикальное положение. В этом случае всегда гшрушается в некоторой степени правильность формы диаграммы направленности антенны. Это обстоятельство связано с тем, что обычно мешающие металлические предметы, расположенные поблизости от антенны, также расположены верти-



кально, и, Кроме того, в этом случае сказывается различное удаление отдельных элементов антенны от поверхности Земли.

При работе в диапазоне УКВ, если работа ведется в лесистой местности, следует избегать применения антенн с вертикальной поляризацией, так как в противном случае электромагнитные волны испытывают сильное ослабление, обусловленное стволами деревьев.

!0-2. Системы полуволновых вибраторов, образующие направленную антенну

Линейно расположенные вибраторы. Как указывалось выше, простой полуволновый вибратор обладает некоторой направленностью: максимум его излучения перпендикулярен оси вибратора. Когда несколько вибраторов располагаются в ряд и возбуждаются синфазио, направление максимума излучения не изменяется, но значительно уменьшается ширина основного лепестка диаграммы направленности. Поэтому такая система имеет больший коэффицие}!т усиления по сравнению с одиночным полуволновым вибратором (рис. 10-2).

XI2.

* кояингариых вибратора •

Простои XiZ диполь

л./2

7.12


Рис. 10-2. Система колинеарпых синфазио возбуждаемых вибраторов.

а - система вибраторов с минимальным расстолнием между ними; б - система вибраторов с расстоянием Л/2 между ними; в - сравнение диа гра ммы на правленности простого полуволнового вибратора и системы, состоящей из 4 вибраторов.

Линейно расположенные вибраторы имеют следующие коэффициенты усиления по сравнению с одиночным полуволновым ви6раторо.м: два линейно расположенных полусолновых вибратора - 1.8 дБ, три -

3,4 дБ, четыре - 4,6 дБ, пять - 5,6 дБ, шесть - 6,5 дБ, семь -

7,3 дБ и восемь линейно расположенных полуболновьтх вибраторов

7,9 дБ. Некоторое увеличение коэффициента усиления может быть получено при увеличении расстояний между полуволповыми вибратора.ми до Л,/4 - Я,/2 (рис. 10-2, б), по в этом случае труднее обеспечить синфазное возбуждение всех вибраторои и поэтому такая возможность обычно не используется.

Коаффиционт усиления увеличивается на 3 дБ, когда па расстоя-,ни л4 располагаются рефлекторы или рефлекторная решетка. При этом диаграмма нправ.енности в горизонтальной плоскости преобразуется в одностороннюю диаграмму направленности.

Простейшей системой линейно располо.кснных Еибраторов является вибратор, состоящий из двух полуволиовых вибраторов, возбуждаемых сннфазно (рис, 10-3, а). Его коэффициент усиления равен 1,8 дБ,


Точке изменения фазы

Диаграмма направленности, if) усиленио 7,8 д5


Рис. 10-3, Синфазное и противофазное возбуждение вибратора.

а - колинеарно расположенные полуво.товые вибраторы (синфазное возбуждение); б - два полуволновых элемента, во.чбуждаемых на конце в проти-вофазе (волновыП пибратор, возбуждаемый tia одном чэ его концов); в - пол-аовы1 вибратор с питанием на конце и синфазЕвым возбуждением за счет включения промежуточной четвертьволновой замкнутой линнн.


Рис. 10-4. Примеры синфазного возбуждения колинеарных вибраторов.

я - три колинеарных полуволновых Енбратора с центральным питанием С синфазным возбужленнем (усиление 3,;; дБ), б - четыре колинеарных полу-воляовых вибратора с центра л Ь11ым питанием и синфазным возбуждением (усиление 4,3 дБ); в - три колинеарных полуволновых вибратора, располо-хсавых вертикально, с питанием на коние и синфазным воэбуждеииеы (усилите 3,2 дБ).



Если питание такого волнового вибратора производится с конца, как у антенНй «цеппелин», то в этом случае оба полуволновых вибрагора возбуждаются в противофазе (рис. 10-3, б). При этом коэффициент усилении умекьшается до 1,2 дБ н диаграмма направленности расщепляется. Если же в разрыв, расположенны!! посередине волнового вибратора, вк.почить четвсртьволновьм отрезок двухпроводной линии, то Ео.бужденис полуволновых диполей снова будет в фазе (рис. 10-3, в).

Замкнутый Отрезок двухирооодной линии поворачивает фазу нз 180° и представляет собой параллельный резонансны;! контур, включенный между пол)"волновыми вибраторами. То же самое получается, если включить вместо четвертьволнового коротк©замкнутого отрезка полуволновый разомкнутый отрезок двухпроводной линии или если заменить отрезки линий заградительным фильтром с большой добротностью, как

уже описывалось при paccjorpe-

kjZ

Диаграмма иаправ-Л5ниости{вид вдоль оса вибратора)


Л./2

8ид сбоку в направлении оси вибратора ------о

Рис. 10-5. Этажное расположетше четырех синфазно возбуждаемых горизонтальных полуволновых вибраторов.

НИИ многодиапазонных анте[Ш коротких волн. Однако наиболее часто используются коротко-замкнутые четвертьволновые отрезки двухпроводных линий (рис. 10-4),

Линейно расположенные вибраторы могут быгь расположены и вертикально, как показано на рис. 10-4, G. В этом случае поляризация ноля и концентрация излучаемых элекгромагниг-ных волн происходят в вертикальной плоскости, а в горизонтальной плоскости диаграмма направленности имеет форму круга.

Горизонтальные вибраторы, расположенные в несколько этажей. Если расположить горизонтальные полуволповые вибраторы, возбуждаемые синфазно, друг пал другом, то ширина диаграммы направленности такой системы в горизонтальной плоскости останется такой же, как и у одиночного полуволнового вибратора. Напротив, в вертикальной плоскости в этом случае электромагнитное излуче1ше будет концентрироваться в узкий пучок. На рис. 10-5 изображены четыре полуволновых вибратора, расположенные в вертикальной плоскости на расстоянии Л,/2 друг от друга (возбуждение вибраторов синфазно), и приведена диаграмма папра!;леиг{0СТ11 такой системы в вертикальной плоскости. Такое сочетание вибраторов называете*! многовибраторной а н т е н н о ii, или мпоговибраторной антенной решеткой с синфазным возбуждением.

Излучение злектромагкитныч волн происходит в обе стороны от плоскости антенны. силекие антенны, обусловленное концентрацией излучения в вертикальной плоскости, зависит в первую очередь от числа еэтажейй и от расстояни-- межл\ всбраторамн. Оптимальное расстояние между этажами равняется (0,65-0,75)Х. Однако расстояние К/2 с ме-ханическо!! точки трения имеет некоторые преимущества, и поэтому обычно это расстояние межлу вибраторами н выбирают. Ниже указаны коэффициенты усиления, по.7учасмые при использовании антенных ре-

шеток, состоящих из горизонтальных синфазно во!буждаемых полуволновых вибраторов, расположенных и вертикаль!.oii плоскости друг над другом на расстоянии Х/2. Итак, два паралле.1ьных силфазно возбуждаемых полуволновых вибратора дают усиление 4 дБ, три - 5,5 дБ, четыре - 6,8 дБ, пять - 7,8 дБ, шесть - 8,5 дБ, семь - 9,2 дБ, восемь - 9,7 дБ, девять - 10,2 дБ, а десять параллельных синфазно возбуждаемых нолуколпоных вибраторов дают усиление 10,7 дБ.

Так же как и в случае линей!ю расположе1[ных вибраторов, использование реф.шктороз даст увеличение коэффициента усиления на 3 дБ. Если расстояние между вибраторами и рефлекторами равняется 0,25., то сопротивление излучения вибраторов в этом случае не изменяется. Исгюльзование вместо рефлекторов рефлекторной решетки дает увеличение коэффициента усиления до 7 дБ.

Синфазное возбуждение параллельных вибраторов. Незамкнутая двухпроводная линия длиной Х/2 трансформирует сопротивления в соотношении 1 ; 1, но при этом поворачивает фазу Гфилагаемого к ней на-

Рис. 10-6. Возбуждение двух параллельных вибраторов.

а - противофазиое возбуждение двух параллельных пибратороп, расположенных на расстоянии }.,2 друг от друга; б - синфазное возбуждение дву; парзллельпы,! вибраторов. ра1:1ю;южени1>1х иа расстоянии Я;2 друг от flivra при помощи перекрещенное соединительно!! линии.

Линия

передачи , или схема согласования

пряжения на 180°. Если соединить два параллельных полуволновых вибратора с по.\ющью полуволновой двухпроводной линии, то в эт0.\1 случае вибраторы бдут возбуждатьс5г в противофазе (см. положение стрелок, показывающих направления тока на рис. 10-6, а). Так как требуется возбуждать вибраторы в фазе, то полуволновую соединительную линию следует перекрестить (рис. 10-6, б).

Если для связи между полуволновьши вибратора.ми используется отрезок двухпроводной линии длиной IX (рис, 10-7), то в этом случае ггерекрещивания не требуется, так как эта линия преобразует сопротивление в соотношении 1 ; 1 и, кроме того, н сдвигает фазы !1риложенного к ней напряжения {вернее, сдвигает на 360")

В случае использования волновой линии, связывающей вибраторы, расстояние между ними должно быть оптимальны)!, т. е. составлять (0,65-0,75)л. На практике это ocyщecтвл;eтcя или за счет укладывания , соединительной линии, как показано на рис, 10-8. а, или же выбирается соединнтелы;ая линия с коэффициентом укорочения, равным 0,65- 0,75, Геометрическая длина линии связи равна в последнем случае (0,65-0,75)?s т. е. расстоянию между вибраторами, а электрическая длина линии (с учетом коэффициента укорочения) ра"на 1л,.

Пйтз1ше н синфазное возбуждение вибраторов с помощью полуволновых пррекрец]ен)!ы\; соединительных линий в случае больших антенных решеток применяется наиболее часто, а согласование всею антенного комплекса с линией передачи производится при помощи соответствующей трансформирующей схемы, подключаемой к нижнему этажу антенной решетки. На рис. 10-9 в качестве примера показана антенная



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 [ 32 ] 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52