Виды антенн радиосвязи. Антенны радиосвязи: виды, характеристики и применение в военных средствах связи

Какие основные виды антенн используются в радиосвязи. Каковы ключевые характеристики антенн. Какие антенны применяются в военных радиостанциях. Как устроены и работают антенны для связи поверхностными и пространственными волнами.

Назначение и классификация антенн радиосвязи

Антенны — это устройства, предназначенные для излучения и приема электромагнитных волн. Они являются важнейшим элементом любой системы радиосвязи. Основные функции антенн:

• Преобразование высокочастотных токов в электромагнитные волны при передаче
• Преобразование электромагнитных волн в высокочастотные токи при приеме
• Обеспечение направленности излучения и приема радиоволн
• Пространственная фильтрация радиосигналов

Классификация антенн производится по нескольким основным признакам:

• По назначению: передающие, приемные, приемо-передающие
• По диапазону частот: ДВ, СВ, КВ, УКВ, СВЧ и т.д.
• По диапазонным свойствам: узкополосные, широкополосные
• По принципу действия: проволочные, апертурные, печатные и др.
• По направленности: направленные, слабонаправленные, ненаправленные
• По конструкции: штыревые, рамочные, зеркальные, линзовые и др.

Основные характеристики антенн радиосвязи

Ключевыми параметрами, определяющими свойства антенн, являются:

• Диаграмма направленности — зависимость интенсивности излучения от направления
• Коэффициент направленного действия (КНД) — отношение интенсивности излучения в заданном направлении к средней интенсивности
• Коэффициент усиления — отношение мощности на входе эталонной антенны к мощности на входе рассматриваемой антенны при одинаковой напряженности поля в точке приема
• Входное сопротивление — отношение напряжения к току на входе антенны
• Полоса пропускания — диапазон частот, в пределах которого параметры антенны соответствуют заданным требованиям
• Поляризация излучения — ориентация вектора напряженности электрического поля

Как определяется коэффициент усиления антенны? Коэффициент усиления показывает, во сколько раз нужно увеличить мощность передатчика при замене направленной антенны на ненаправленную для получения того же уровня сигнала в точке приема. Он равен произведению КНД на КПД антенны.

Антенны для связи поверхностными радиоволнами

Для связи на расстояния до 100 км в диапазонах ДВ, СВ и КВ используются антенны, обеспечивающие излучение поверхностных волн. Основные типы таких антенн:

Штыревые антенны

Представляют собой вертикальный проводник длиной λ/4 или меньше. Имеют круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Применяются на носимых и возимых радиостанциях. Разновидности:

• АШ-1,5 — гибкая складная антенна длиной 1,5 м
• АШ-2,7 — комбинированная антенна из АШ-1,5 и дополнительных секций
• АШ-4 — танковая антенна из 4-х секций

Антенна бегущей волны (АБВ)

Однопроводная антенна длиной 5-7λ, подвешенная параллельно земле на небольшой высоте. Обеспечивает направленное излучение вдоль провода. Применяется для дальней связи на стоянках.

λ-образная антенна

Разновидность АБВ с поднятым передним концом. Более эффективна на сухих почвах по сравнению с штыревой антенной. Обеспечивает дальность связи до 350 км.

Антенны для связи пространственными радиоволнами

Для дальней КВ связи на расстояния свыше 300 км используются антенны, обеспечивающие излучение пространственных волн под определенными углами к горизонту. Основные типы:

Наклонный симметричный вибратор

Состоит из двух наклонных проводников длиной λ/2 каждый. Обеспечивает дальность связи до 800 км. Разновидности:

• ВН 40/12 — для радиостанций средней мощности
• ВН 25/11 — для КШМ, дальность до 350 км

V-образная антенна

Состоит из двух наклонных лучей длиной по 46 м, расположенных под углом 50°. Обеспечивает направленное излучение в диапазоне 10-30 МГц на дальности свыше 800 км.

Антенна зенитного излучения (АЗИ)

Предназначена для связи ионосферной и земной волной на коротких остановках и в движении. Устанавливается на крыше объектов. Обеспечивает дальность до 350 км.

Особенности применения антенн в военных средствах связи

В военных радиостанциях используются антенны, обладающие следующими свойствами:

• Простота и надежность конструкции
• Быстрота развертывания и свертывания
• Возможность работы в движении
• Малая заметность
• Широкополосность
• Универсальность (работа в различных диапазонах)

Наиболее распространены штыревые, наклонные и зенитные антенны. На стационарных объектах применяются более сложные направленные антенны.

Перспективные направления развития антенн для военной связи

Основные тенденции совершенствования антенных систем военного назначения:

• Создание компактных широкополосных антенн
• Разработка адаптивных антенных решеток
• Применение активных фазированных антенных решеток
• Использование метаматериалов для миниатюризации антенн
• Интеграция антенн в конструкцию объектов

Эти технологии позволят значительно повысить эффективность систем военной радиосвязи и радиолокации.

Заключение

Антенны играют ключевую роль в обеспечении качественной радиосвязи. Правильный выбор типа антенны и ее характеристик во многом определяет дальность и надежность связи. В военных средствах связи применяется широкий спектр антенн — от простых штыревых до сложных направленных систем. Развитие антенной техники идет по пути создания компактных широкополосных и многодиапазонных антенн с управляемыми характеристиками.

Основы телекоммуникаций. Антенны средств радиосвязи

УЧЕБНЫЙ ВОЕННЫЙ ЦЕНТР
при ИВАНОВСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ
имени В.И. ЛЕНИНА
ТЕМА №1
ЗАНЯТИЕ №12
ОСНОВЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
АНТЕННЫ СРЕДСТВ РАДИОСВЯЗИ
г. ИВАНОВО 2017 г.
1. ТИПЫ АНТЕНН, ИХ ТЕХНИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ.
2. АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ.
ПРИНЦИП РАБОТЫ АНТЕНН
УСТРОЙСТВА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ И ПРИЕМА
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН, НАЗЫВАЮТСЯ АНТЕННАМИ.
Передающая антенна под воздействием ВЧ токов и полей,
сосредоточенных в выходных цепях передатчика, создает в пространстве
электромагнитное поле в виде электромагнитных волн.
Приемная
антенна
под
воздействием
поля
приходящей
электромагнитной волны создает токи, сосредоточенные во входных
элементах приемника.
Простейшей
антенной
является
элементарный электрический диполь
(полуволновой вибратор), то есть
короткий отрезок провода, который на
большом в сравнении с собственной
длиной
расстоянии образует в
свободном
пространстве
поле
излучения в виде электромагнитной
волны.
Длина волны этих колебаний равна удвоенной длине провода антенны
λ =2L, т.е. вдоль провода укладывается одна полуволна тока.
Антенну, длина которой L = λ /2 – называют полуволновым
вибратором.
ФИДЕРНАЯ ЛИНИЯ
ФИДЕРНАЯ ЛИНИЯ или ФИДЕР – это электрическая цепь (линия
передачи)
и
вспомогательные
устройства,
с
помощью
которых
электромагнитная энергия сигнала подводится от передатчика к антенне
или от антенны к приемнику, при этом, фидерная линия не должна
обладать антенным эффектом, т.е. излучать или принимать радиоволны.
ТИПЫ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ
• двухпроводные линии;
• коаксиальные кабели;
• волноводы
• полосковые линии;
КВ
ПРЕРЕДАТЧИКИ
КВ и УКВ
ПРИЁМНИКИ
РАБОТА В
ДИАПАЗОНЕ
СВЧ
• диэлектрики;
• замедляющие системы.
H
d
•
•
•
E
•
•
•
•
•
•• •
•
•• •
•
D
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АНТЕНН
1. ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ АНТЕННЫ
2. ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ
3. ШИРИНА ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ
4. ТИП ПОЛЯРИЗАЦИИ
5. КОЭФФИЦИЕНТ НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ
6. КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ
7. КОЭФФИЦИЕНТ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ
8. ВХОДНОЙ ИМПЕДАНС АНТЕННЫ
9. КОЭФФИЦИЕНТ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ
10. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
11. ШУМОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА АНТЕННЫ
1. ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ АНТЕННЫ
— это область рабочих частот при
которых антенна работает эффективно,
в
пределах
которой
амплитудночастотная
характеристика
(АЧХ)
антенны
равномерна.
(Неравномерность
АЧХ
характеризует
степень
её
отклонения от прямой, параллельной
оси частот).
Ширина полосы пропускания измеряется в единицах частоты (Гц).
От неравномерности АЧХ антенны сильно зависит качество приёма. У
цифрового
сигнала
неравномерность
АЧХ
искажает
форму
принимаемого и передаваемого сигнала.
2. ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ
ДНА – это графически изображение,
показывающие зависимость от направления
напряжённости
электрического
поля
излученной
волны,
т. е.
способность
излучать
(принимать)
радиоволны
в
определенных
направлениях
более
эффективно, чем в других.
ДНА
характеризует
интенсивность
излучения антенной в различных направлениях и выражает зависимость
амплитуды
напряженности
электрической
составляющей
электромагнитного поля на некотором расстоянии от направления
излучения.
Антенна является направленной, если она создает неодинаковую
величину напряженности поля излучения в равноудаленных от нее точках
пространства.
2. ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ
В диаграмме различают
главный, задний и боковые лепестки.
Главным
лепестком
диаграммы
направленности
является
тот,
в
пределах которого излучение антенны
максимально.
Лепесток
диаграммы
направленности, направление которого
образует по отношению к направлению
главного лепестка угол равный или
близкий 180°, называется задним.
Боковым лепестком диаграммы
на направленности является любой
лепесток кроме главного и заднего.
3. ШИРИНА ДНА
— это угол между двумя направлениями в пределах
главного
лепестка,
напряженности
составляет
в
которых
амплитуда
электромагнитного
уровень
0,707
от
поля
максимального
значения (или уровень 0,5 от максимального по
плотности
значения
мощности,
—
3дБ
в
логарифмическом масштабе).
Ширина ДН (главного лепестка) определяет степень концентрации
излучаемой электромагнитной энергии.
Уровень боковых лепестков ДН определяет степень побочного
излучения
антенной
электромагнитного
поля.
Он
влияет
на
скрытность работы радиотехнического устройства и на качество
электромагнитной совместимости с ближайшими радиоэлектронными
системами.
4. ТИП ПОЛЯРИЗАЦИИ АНТЕННЫ
определяет
вид
поляризации
излучаемой
(принимаемой)
электромагнитной волны и определяется расположением и формой
проводников антенны.
Передающее
и
принимающее
устройства должны работать с
одинаковой
поляризацией,
в
противном случае связи может не
быть вовсе или она будет очень
низкого качества.
Антенны
горизонтальной
поляризации
дают
больший
эффект,
т.к.
природные
и
индустриальные помехи, имеют в
основном
вертикальную
поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий
менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная
поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.
5. КОЭФФИЦИЕНТ НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ
КНД — характеризует способность антенны концентрировать излученную
мощность в определенном направлении.
КНД определяют по формуле:
D=E02/Eср2
Если антенна работает на прием, то КНД показывает, во сколько
раз улучшится отношение сигнал/шум по мощности, при замене
направленной антенны ненаправленной, если помехи приходят
равномерно со всех направлений.
Для передающей антенны КНД показывает, во сколько раз нужно
уменьшить мощность излучения, если ненаправленную антенну
заменить направленной, при сохранении одинаковых напряженностей
поля в главном направлении.
КНД не учитывает потери, так как определяется по излучаемой
мощности.
Чем уже главный лепесток (ДН) и меньше уровень боковых
лепестков, тем больше КНД.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АНТЕНН
6.
КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ (КУ) — это отношение квадрата
напряженности поля, созданного антенной в главном направлении (Е02), к
среднему значению квадрата напряженности поля (Еоэ2), созданного
эталонной антенной, при равенстве подводимых к антеннам мощностей.
КУ показывает, во сколько раз необходимо уменьшить мощность,
подводимую к направленной антенне, по сравнению с эталонной, чтобы
напряженность поля в главном направлении осталась неизменной.
G=E02/EЭср2
7.
КОЭФФИЦИЕНТ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ (КЗД) – это отношение
напряженности поля, излученного антенной в главном направлении к
напряженности поля, излученного в противоположном направлении. КЗД
определяет помехозащищённость антенны.
В реальных условиях приема стремятся для увеличения К3Д так
ориентировать антенну, чтобы мешающая станция попадала в минимум
диаграммы направленности антенны.
При конструировании антенн уровень боковых и задних лепестков
стремятся свести к минимуму, чтобы улучшить помехозащищенность
антенн.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АНТЕНН
8.
ВХОДНОЙ ИМПЕДАНС АНТЕННЫ или входное сопротивление
антенны – это полное электрическое сопротивление цепи, измеренное на
входных зажимах антенны и в общем случае содержит активную и
реактивную составляющие, которые сложным образом зависят от частоты.
Входной импеданс характеризует антенну как нагрузку для передающего
устройства или фидера. ZA = RA + XA.
Для повышения КПД антенны необходимо стремиться к
согласованию
входного
импеданса
антенны
с
внутренним
сопротивлением источника (с волновым сопротивлением линии
передачи), а также к уменьшению потерь в антенне.
9.
КОЭФФИЦИЕНТ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ (КСВ) в линии передачи – это
степень согласования антенны с фидером, а также согласование выхода
передатчика и фидера, он показывает качество передачи энергии от
передатчика в антенну и обратно.
КСВ – это соотношение мощности, которая идёт по кабелю до
антенны и мощности, которая возвращается по кабелю, отражаясь от
антенны в связи с тем, что её сопротивление не равно сопротивлению
кабеля. Чем меньше КСВ тем лучше согласован передатчик с фидером и
антенной. КСВ не может быть меньше 1.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АНТЕНН
10. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ (КПД) — это отношение
мощности излучаемой антенной к мощности, подведённой к ней. Так как
существуют потери в выходном каскаде передатчика, в фидере и самой
антенне, то КПД антенны всегда меньше 1.
ήА = Ризл / Рпрд
11. ШУМОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА АНТЕННЫ – это мощность шумов на
сопротивлении нагрузки приемной антенны в заданной полосе частот, в
отсутствии полезного сигнала. Измеряется по абсолютной шкале в
градусах Кельвина.
Шумовая температура антенны не имеет никакого отношения к
физической температуре антенны.
Полная шумовая температура антенны слагается из шумовой
температуры, определяемой внешними шумами (помехами), и
собственной шумовой температуры антенны, определяемой тепловыми
потерями в материале конструкции антенны.
КЛАССИФИКАЦИЯ АНТЕНН
по назначению: а) передающие, приемные, приемно-передающие
б) для радиосвязи, радиорелейной и тропосферной связи
по диапазону использования: длинноволновые, коротковолновые,
ультра коротковолновые, дециметровые, сантиметровые…
по диапазонным свойствам: узкополосные, широкополосные,
частотно независимые
по принципу действия и построения:
— проволочные (линейные) — выполняются из тонких, по сравнению с их
длинной и длиной волны, проводников: симметричные и несимметричные,
вибраторные,
рамочные,
спиральные,
ромбические
и
однопроводные.
Применяются на МВ и КВ.
— дифракционные: щелевые, полосковые, волноводно-рупорные, линзовые,
зеркальные, стержневые, плоскостные, а также комбинированные
(сочетание
нескольких типов излучателей, например рупорно-зеркальные). Применяются на
ДМВ и СМВ.
по свойствам направленности:
• направленные
• ненаправленные: кругового (равномерного) излучения вдоль земли, зенитного
излучения, комбинированного излучения (в зенит и вдоль земли)
по способу использования:
• стационарные, полевые, бортовые.
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
В военных радиостанциях применяются следующие основные виды
антенн:
несимметричный вертикальный вибратор — штырь;
наклонный несимметричный вибратор — антенна “наклонный луч”;
однопроводная антенна бегущей волны – АБВ;
антенна зенитного излучения – АЗИ;
комбинированные и широкодиапазонные антенны.
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
Штыревая антенна (АШ) представляет собой несимметричный
вертикальный вибратор и является антенной поверхностного луча,
излучающей электромагнитную энергию равномерно во все стороны вдоль
земной поверхности, но не излучающей в зенит.
Диапазон частот:
1,5-108 МГц
Дальность радиосвязи:
до 70 км
hA=λ/4
30o
Диаграмма направленности штыревой антенны представляет собой
правильную окружность (в горизонтальной плоскости) и лепесток (в
вертикальной плоскости), при этом лепесток направлен под некоторым
углом к земной поверхности, зависящим от свойств почвы и длины
антенны. Наиболее эффективной является антенна с размерами от ¼ до
½ длины волны (четвертьволновой и полуволновой вибраторы).
Удлинение антенны до ¾ λ прижимает лепесток к земле, дальнейшее
удлинение, наоборот, направляет основное излучение вверх. Таким
образом, применять антенну свыше ¾ λ не имеет смысла, так как это не
ведет к улучшению излучения вдоль земли.
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
АШ-1,5 (антенна Куликова) — складная гибкая штыревая антенна
длиной 1,5 м, предназначенная для использования с носимыми и
возимыми средствами радиосвязи. Названа по фамилии изобретателя,
Сергея Алексеевича Куликова. Антенна представляет собой набор втулок,
нанизанных на стальной тросик. Верхний конец тросика закреплен в
наконечнике антенны, нижний соединен с натяжным механизмом. При
натянутом тросике конструкция образует прочный и гибкий электрически
единый стержень, способный выдерживать достаточно большие
поперечные
нагрузки.
Антенна
крепится
непосредственно
к
радиоаппаратуре или к бортовому кронштейну транспортного средства.
Она является основной у многих войсковых носимых КВ и УКВ
радиостанций малой мощности типа Р-105М, Р-107М, Р-159, Р-1685УН. Дальность связи до 10 км.
АШ-2,7 (комбинированная) состоит из АШ-1,5 и основания из шести
20см секций (дюралевых трубок). Применяется в тех же радиостанциях
для увеличения дальности связи до 12-15 км.
АШ-1,5 и АШ-2,7 для увеличения дальности связи до 60-70км могут
устанавливаться на полутелескопических или телескопических мачтах
высотой 11-18м.
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
АШ-4 (танковая) предназначена для связи земной волной как на стоянке, так
и при движении. Конструктивно состоит из 4-х дюралевых или стальных трубок
различного диаметра, соединяемых между собой с помощью специальных
замковых сочленений и укрепленных на специальном кронштейне. Имеется на
всех бронеобъектах, на радиостанциях средней мощности, командно-штабных
машинах. Обеспечивает дальность связи до 30 км.
Антенны оборудуются механизмами
подъема
(МПА),
которые
предназначены
для
изменения
положения штыревых антенн. Они
представляют
собой
электромеханические устройства, с
помощью которых антенны могут
быть установлены в наклонное,
вертикальное
или
транспортное
положение.
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
Широкодиапазонная
антенна
(ШДА)
предназначена для обеспечения радиосвязи
земной волной в диапазоне частот 30…60,0 МГц на
дальности до 80 км.
Антенна имеет круговое
излучение с вертикальной поляризацией в
горизонтальной плоскости. Исполняется в двух
вариантах:
в виде объемного или плоского
несимметричного вертикального вибратора.
Антенна
устанавливается
на
вершине
телескопической мачты и подключается к ВЧ
разъему коаксиальным кабелем РК-75.
0,06 max
0,06 max
0,12 max
16 м
Противовес
8 шт.
lÏÐ = 0,2 max
0
90
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
Для повышения дальности связи, при использовании станции на
стоянке,
используются более сложные проволочные антенны — это
однопроводная антенна бегущей волны (АБВ) и λ-образная антенна.
Однопроводная антенна бегущей волны представляет собой
изолированный медный проводник длиною (5…7)λ, подвешенный с
помощью стоек на небольшой высоте параллельно поверхности земли. С
одной стороны антенна подключается к радиостанции, а с другой –
нагружается на резистор (300÷500 Ом), который заземляется с помощью
противовеса..
Для повышения эффективности АБВ ближнюю к радиостанции часть
провода поднимают на опору, тогда антенна становится λ-образной.
λ-образная антенна представляет собой однопроводную антенну
бегущей волны, ближняя к радиостанции часть провода которой поднята
над землей на высоту 0,62λ, что для средней волны диапазона всех УКВ
радиостанций составляет 5…6 м.
На влажных почвах более эффективной является штыревая антенна,
на сухих – АБВ, а λ –образная эффективнее АШ и АБВ во всех случаях.
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
Общий вид антенны бегущей волны
Общий вид λ-образной антенны
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ
в ВП
в ГП
ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ λ — ОБРАЗНОЙ АНТЕННЫ
в ВП
в ГП
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
Антенна наклонный симметричный вибратор (наклонный диполь)
предназначена для связи ионосферными волнами при работе
радиостанции на стоянке и
представляет
собой два наклонных
вибратора (плеча) средней длиной
каждого L=1/2λ. Каждое плечо
антенны выполнено из двух отрезков гибкого многожильного провода,
которые можно соединять перемычками. Такая конструкция позволяет в
низкочастотной части диапазона (1,5…6 МГц) использовать вибратор с
полной длиной плеча, а в высокочастотной части (6…12МГц) — с
укороченной. Антенна развертывается на мачте с высотой подвеса 9-12м
и соединяется с
согласующим устройством радиостанции с помощью
двухпроводного
фидера
длиной
15м.
Антенна
является
слабонаправленной с преимущественным излучением в направлении,
перпендикулярном плоскости диполя. Поэтому для обеспечения
радиосвязи на дальности до 300 км антенна может быть ориентирована
произвольно, а на дальностях свыше 300 км – продольной осью полотна
перпендикулярно направлению на корреспондента. Для радиостанций
средней мощности применяется антенна ВН 40/12 (ВН 13/9),
обеспечивающая дальность связи до 800 км; для радиостанций КШМ –
антенна ВН 25/11 (ВН 15/11) с дальностью связи до 350км.
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
Симметричный наклонный вибратор (ВН 25/11)
Наклонный диполь (Д2х25)
Диапазон частот
ВН 25/11 (Д2х25) — 1,5- 6 Мгц
ВН15/11 (Д2х15) — 6 — 12 МГц
Дальность радиосвязи до 350 км
ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ СИММЕТРИЧНЫЙ ВИБРАТОР
в ВП
в ГП
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
V- образная антенна (V 46/12) предназначена для обеспечения
радиосвязи на стоянке ионосферной волной в диапазоне 10…30 МГц на
дальности свыше 800 км.
Конструктивно антенна выполнена в виде двух лучей
медного
многожильного провода длиной по 46 м. Верхние концы лучей крепятся на
высоте 12 м телескопической мачты. Нижние концы лучей разносятся на
расстояние 37 м друг от друга так, чтобы угол между проекциями лучей на
землю составил 50 0. С целью обеспечения режима бегущей волны концы
лучей нагружаются на активное сопротивление ( R = 400 Ом) и
противовесы.
Антенна обладает направленностью как в вертикальной, так и в
горизонтальной плоскостях с максимумом излучения в плоскости
биссектрисы угла между лучами. В средней части рабочего диапазона
ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны в
вертикальной плоскости составляет 30…35, а в горизонтальной – 25…30
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
V- образная антенна (V2x46 м)
Диапазон частот 10-30 МГц
Дальность радиосвязи до 2000 км
ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ V-ОБРАЗНОЙ АНТЕННЫ
в ВП
в ГП
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
Антенна зенитного излучения (АЗИ) предназначена для связи
ионосферной и земной волной КВ радиостанций на коротких остановках и
в движении. Антенна устанавливается и разворачивается на крыше
объектов.
На радиостанциях средней мощности применяются двухштыревые
антенны зенитного излучения. При работе их ориентируют передней
частью автомобиля (БТР) на корреспондента. Антенна зенитного
излучения обеспечивает дальность связи до 350км.
Дискоконусная антенна — это широкополосная антенна,
вертикальной поляризации, дециметровых и метровых волн, с круговой
диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и в виде
восьмерки в вертикальной плоскости.
Дискоконусная антенна представляет собой диск (излучающий
элемент) и конус (противовес излучающему элементу). Главное
преимущество дискоконусной антенны заключается в большой ширине
полосы частот.
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
Антенное поле КШМ Р-142Н
Антенна комбинированная с противовесами
Мачта телескопическая h=11 м
Вибратор наклонный 2х25 м
10 м
15 м
АШ- 3, 4
Оттяжка
Перемычка
АШ-4
АЗИ
l =7м
Оттяжка
1200
Антенна комбинированная с противовесами
Мачта телескопическая h=11 м
АНТЕННЫ ВОЕННЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
На
радиорелейных
и
тропосферных
станциях,
станциях
спутниковой связи применяются следующие типы антенн и систем:
логарифмически-периодические антенны;
Z-образные антенны;
рефлекторные параболические антенны;
рупорные антенны.
Логарифмически периодическая антенна (ЛПА)
Двухзеркальная параболическая антенна
Перископические антенные системы (ПАС)

Антенны и распространение радиоволн.

Антенны войсковых радиостанций. (Тема 3.3)

1. Тема № 3. Антенны и распространение радиоволн. Занятие № 3. Антенны войсковых радиостанций

Военная Кафедра Связи
Тема № 3.
Антенны и распространение радиоволн.
Занятие № 3. Антенны
войсковых радиостанций
Учебные вопросы:
1. Назначение, классификация и основные
характеристики антенн.
2. Антенны для связи поверхностными
радиоволнами.
3. Антенны для связи пространственными
радиоволнами.
Занятие №3
-1-
Военная Кафедра Связи
ВВЕДЕНИЕ
Антенны относятся к пассивным компонентам средств связи и
конструктивно представляют собой сочетание проводников и
диэлектриков. Наряду с выполнением основных функций излучения и
приема радиоволн современные антенны могут выполнять важные
функции пространственной фильтрации радиосигналов и обеспечения
направленности действия радиосистем.
В большинстве случаев антенна радиостанции служит
одновременно и для приема, и для передачи, но в специальных
случаях для этого могут использоваться отдельные антенны.
Конструктивное выполнение антенн существенно зависит от
диапазона применяемых радиоволн.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
1. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕНН
Устройства, предназначенные для излучения и приема
электромагнитных волн, называются антеннами.
Передающая антенна под воздействием ВЧ токов и полей,
сосредоточенных в выходных цепях передатчика, создает в пространстве
электромагнитное поле в виде электромагнитных волн. В свою очередь,
приемная антенна под воздействием поля приходящей электромагнитной
волны создает токи, сосредоточенные во входных элементах приемника.
Простейшей антенной является элементарный электрический диполь
(вибратор Герца, полуволновой вибратор), то есть короткий отрезок провода,
который на большом в сравнении с собственной длиной расстоянии образует
в свободном пространстве поле излучения в виде электромагнитной волны.
Длина
волны
этих
колебаний
равна
удвоенной длине провода антенны λ =2L, т. е.
вдоль провода укладывается одна полуволна
тока.
Антенну, длина которой L = λ /2
и называют полуволновым вибратором.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕНН
входное
сопротивление
– определяется как отношение
комплексной амплитуды входного напряжения к комплексной амплитуде
входного тока и содержит активную и реактивную составляющие:
ZA = RA + XA
—
— коэффициент полезного действия (КПД) антенны — отношение
излучаемой мощности к мощности, подводимой к антенне от передатчика:
ήА = Ризл / Рпрд
— коэффициент направленного действия (КНД) антенны — число,
показывающее, во сколько раз нужно было бы увеличить мощность
передатчика при использовании ненаправленной антенны вместо данной
направленной, чтобы величина сигнала в точке приема осталась неизменной:
D = Рненапр / Рнапр
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
— коэффициент усиления антенны определяется как произведение
КПД и КНД:
G = ήА D = Рненапр / Рпрд
КУ показывает, во сколько раз мощность колебаний, излучаемых
ненаправленной антенной больше мощности, поступающей от передатчика в
реальную (направленную) антенну при одной и той же амплитуде Епр в
приемной антенне. Коэффициент усиления антенны дает возможность
оценить, во сколько раз можно уменьшать мощность передатчика при той же
дальности связи за счет применения направленной антенны.
Перечисленные характеристики относятся как к передающим, так и к
приемным антеннам, что объясняется свойством обратимости, вытекающем
из принципа взаимности. Согласно этому принципу антенна, работающая на
прием, имеет такие же характеристики, как и при использовании ее в качестве
передающей. Следовательно, одну и ту же антенну можно использовать как
приемо-передающую.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
диаграмма
направленности
антенны
— характеризует
интенсивность излучения антенной в различных направлениях и выражает
зависимость амплитуды напряженности электрической составляющей
электромагнитного поля на некотором расстоянии от направления излучения.
Антенна является направленной, если она создает неодинаковую
величину напряженности поля излучения в равноудаленных от нее точках
пространства.
—
Наиболее полное представление о распределении
интенсивности излучения дают пространственные
диаграммы направленности, однако они сложны при
графическом изображении. Поэтому для определения
характеристики
направленности
антенны
в
большинстве случаев ограничиваются снятием ее
диаграмм
направленности
в
двух
взаимно
перпендикулярных плоскостях поляризации Е и Н. В
зависимости от ориентации антенны относительно
поверхности земли плоскость Е может быть
горизонтальной или вертикальной.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
Т.о., кривая, изображающая направленность излучения антенны
в горизонтальной или вертикальной плоскости,
называется диаграммой направленности антенны.
У любой реальной антенны имеется
направление
максимального
излучения, называемое главным
направлением диаграммы.
ДН в
большинстве
случаев
имеет
несколько максимумов, отделенных
друг от друга минимумами.
Q
0,5 Pmax
Pmax
Область, примыкающая к максимуму и расположенная между двумя
минимумами, называется лепестком.
Лепесток, соответствующий максимальному излучению, называется главным
(основным), а другие лепестки – боковыми.
Шириной
диаграммы направленности называется угол Q , в пределах
которого мощность излучаемых радиоволн уменьшается не более чем в два
раза по сравнению с мощностью, излучаемой в направлении максимального
излучения антенны.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
Диаграммы направленности
строят в полярной (рис. 2 а) или
прямоугольной (декартовой)
(рис. 2 б). системах координат.
(На этом рисунке изображена
диаграмма направленности
симметричного вибратора в
Е-плоскости.)
Диаграммы направленности,
выполненные в полярных
координатах (а), отличаются
большей наглядностью, поскольку
дают возможность представить
изменение интенсивности
излучения в пространстве.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
КЛАССИФИКАЦИЯ АНТЕНН
по назначению: а) передающие, приемные, приемно-передающие
б) для радиосвязи, радиорелейной и тропосферной связи
по диапазону использования: длинноволновые, коротковолновые,
ультра коротковолновые, дециметровые, сантиметровые…
по диапазонным свойствам:
узкополосные, широкополосные,
частотно независимые
по принципу действия и построения:
— проволочные (линейные) — выполняются из тонких, по сравнению с их
длинной и длиной волны, проводников: симметричные и
несимметричные, вибраторные, рамочные, спиральные, ромбические и
однопроводные. Применяются на МВ и КВ.
— дифракционные: щелевые, полосковые, волноводно-рупорные, линзовые,
зеркальные, стержневые, плоскостные, а также комбинированные
(сочетание нескольких типов излучателей, например рупорнозеркальные). Эти антенны используются на ДМВ и СМВ.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
Рупорно-параболические антенны
радиорелейных станций
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
по свойствам направленности:
• направленные
• ненаправленные:
— кругового (равномерного) излучения вдоль земли
— зенитного излучения
— комбинированного излучения (в зенит и вдоль земли)
по способу использования:
• стационарные
• полевые
• бортовые (устанавливаются на сухопутных, водных,
летательных и других подвижных объектах)
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
ВЫВОД
Антенны военных радиостанций должны иметь ограниченные
габариты, небольшой вес, легко устанавливаться, легко сниматься, не
должны демаскировать радиостанцию и пункты управления.
Для каждого типа станции выбирается свой оптимальный тип
антенны.
Поэтому
антенны
военных
радиостанций
отличаются
многообразием типов от самых простейших до высокоэффективных.
В полевых условиях выбор антенны и умелое ее использование
являются важнейшими факторами, влияющими на дальность и надежность
связи.
Имеющаяся радиостанция, как правило, не поддается изменению в
процессе эксплуатации и только выбор антенны и рабочей частоты дает
возможность в конкретных условиях добиваться необходимых результатов.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
2. АНТЕННЫ ДЛЯ СВЯЗИ ПОВЕРХНОСТНЫМИ РАДИОВОЛНАМИ.
Возможность осуществления радиосвязи зависит не только
от свойств антенн, мощности передатчика и чувствительности приемника,
но и от свойств среды, в которой распространяются радиоволны.
Если пункты передачи и приема расположены на поверхности земли, то
земля будет существенно влиять на напряженность поля в точке приема. В
зависимости от длины волны и свойств применяемых антенн роль земной
поверхности и других факторов может быть различной. При относительно
небольших расстояниях и высотах расположения антенн, можно
пренебречь влиянием ионосферы и тропосферы и принимать во внимание
лишь волны, распространяющиеся вдоль земной поверхности, то есть
поверхностные или земные волны.
Важным положительным качеством радиосвязи поверхностными
радиоволнами является устойчивость напряженности поля в месте приема,
т.е.
поле земной волны практически остается неизменным
независимо от времени суток, года, метеорологических и
космических явлений.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
Недостатком радиосвязи поверхностной волной является ограниченная
дальность связи, так за счет поглощения радиоволн полупроводящей
земной поверхностью и за счет экранирующего действия ее кривизны,
напряженность поля убывает с расстоянием значительно быстрее, чем в
свободном пространстве.
Дальность радиосвязи земной волной существенно зависит
от параметров почвы, длины волны, выбранного типа антенн
и слабо зависит от мощности передатчика.
Основные требования к антеннам, работающим земной волной:
1. Максимум излучения должен быть направлен вдоль поверхности земли.
2. Антенна должна излучать (принимать) вертикально поляризованные
волны, ибо поле с горизонтальной поляризацией быстрее затухает вдоль
земли.
Этим требованиям отвечают два основных типа антенн
штыревые и проволочные.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
Штыревая антенна (АШ) представляет собой несимметричный
вертикальный вибратор и является антенной поверхностного луча,
излучающей электромагнитную энергию равномерно во все стороны
вдоль земной поверхности, но не излучающей в зенит.
Диаграмма направленности штыревой антенны представляет собой
правильную окружность (в горизонтальной плоскости) и лепесток (в
вертикальной плоскости), при этом лепесток направлен под некоторым
углом к земной поверхности, зависящим от свойств почвы и длины
антенны. Наиболее эффективной является антенна с размерами от
½
длины
волны
(четвертьволновой
и
полуволновой
¼ до
вибраторы).
Удлинение антенны до ¾ λ прижимает лепесток к земле, дальнейшее
удлинение, наоборот, направляет основное излучение вверх. Таким
образом, применять антенну свыше ¾ λ не имеет смысла, так как это не
ведет к улучшению излучения вдоль земли.
Занятие №3
—

16. Штыревая антенна

Диапазон частот 1,5-108 МГц
Дальность радиосвязи до 70 км
hA=λ/4
ДН в ГП
30o
ДН в ВП
hA ≥3/4λ
hA ≥ λ/2
45-60o
10-15o
Военная Кафедра Связи
АШ-1,5 (антенна Куликова) — складная гибкая штыревая антенна длиной
1,5 м, предназначенная для использования с носимыми и возимыми
средствами радиосвязи. Названа по фамилии изобретателя, Сергея
Алексеевича Куликова. Антенна Куликова представляет собой набор втулок,
нанизанных на стальной тросик.
Верхний конец тросика закреплен в
наконечнике антенны, нижний соединен с натяжным механизмом. При
натянутом тросике конструкция образует прочный и гибкий электрически
единый стержень, способный выдерживать достаточно большие поперечные
нагрузки. Антенна крепится непосредственно к радиоаппаратуре или к
бортовому кронштейну транспортного средства. При ослабленном тросике
антенну можно свернуть в небольшое кольцо. Антенна Куликова широко
применяется в военной технике связи. Она является основной у многих
войсковых носимых КВ и УКВ радиостанций малой мощности типа Р-105М,
Р-107М, Р-159, Р-168-5УН. Дальность связи до 10 км.
АШ-2,7 (комбинированная) состоит из АШ-1,5 и основания из шести
20см секций (дюралевых трубок). Применяется в тех же радиостанциях для
увеличения дальности связи до 12-15 км.
АШ-1,5 и АШ-2,7 для увеличения дальности связи до 60-70км могут
устанавливаться на полутелескопических или телескопических мачтах высотой
11-18м.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
Телескопическая мачта состоит из тонкостенных
дюралюминиевых труб разного диаметра. Высота
мачты: в опущенном состоянии—2,7 м; в поднятом
состоянии—12,1 м. Масса мачты—83 кг. В мачте
имеется одно неподвижное и семь подвижных
колен, входящих одно в другое, а также лебедка,
установленная на основном колене мачты для
подъема и опускания мачты. В поднятом состоянии
ТМ крепится оттяжками, составленными из
отрезков стального троса (диаметр 4 мм),
разделенных между собой изоляторами. Оттяжки
располагаются тремя ярусами по три оттяжки в
каждом. Первый ярус оттяжек закрепляется к
верху основного колена, второй — на высоте 7,3 м,
третий — на высоте 10,3 м. Нижние концы оттяжек
крепятся к уголковым кольям, забиваемым в землю
на расстоянии 8 м от основания мачты по
окружности через 120°. Входит в комплект
радиостанций средней мощности и КШМ на
бронебазе.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
Радиостанция средней мощности
с телескопическими мачтами
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
Полутелескопическая
мачта
применяется в основном на КШМ типа
Р-142Н.
Состоит
из
одной
неподвижной и шести подвижных
тонкостенных дюралюминиевых труб
разного диаметра, входящих одна в
другую и
соединяющихся между
собой
при
помощи
замков,
западающих в специальные гнезда. На
верхнем колене мачты имеются ушки,
за которые крепятся капроновые
оттяжки. Подъем мачты производится
вручную, без лебедки. Масса антенны
35 кг.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
АШ-1,5/11 — Антенна штыревая на мачте предназначена для связи земной
волной при работе на стоянке. Конструктивно антенна состоит из гибкого
штыря и составных колен по 0,3м и 0,2м общей высотой 1,5…3,6м с тремя
противовесами, соединенными байонетными замками с антенной головкой.
Противовесы в антенне создают эффект подстилающей поверхности, за
счет чего энергия излучаемой ЭМ волны распределяется таким образом,
что диаграмма направленности антенны приподнимается. Это дает
возможность обеспечить связь на более дальние расстояния (до 70км) с
лучшим качеством. Антенна является ненаправленной и не требует
ориентировки на корреспондента.
Устанавливается
на вершине
полутелескопической мачты высотой 11м, для развертывания которой
необходима площадка 10х10м.
Питание антенны осуществляется с
помощью коаксиального кабеля (фидера), подключаемого одним концом к
головке антенны, другим — к бортовому разъему КШМ.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
АШ-4 (танковая) предназначена для связи земной волной как на стоянке,
так и при движении. Конструктивно состоит из 4-х дюралевых или стальных
трубок различного диаметра, соединяемых между собой с помощью
специальных замковых сочленений и укрепленных на специальном
кронштейне. Имеется на всех бронеобъектах, на радиостанциях средней
мощности, командно-штабных машинах. Обеспечивает дальность связи до
30 км.
Антенны оборудуются механизмами
подъема (МПА), которые
предназначены для изменения
положения штыревых антенн. Они
представляют собой
электромеханические устройства, с
помощью которых антенны могут
быть установлены в наклонное,
вертикальное или транспортное
положение.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
Широкодиапазонная антенна (ШДА) предназначена для обеспечения
радиосвязи земной волной в диапазоне частот 30…60,0 МГц на дальности до
80 км. Антенна имеет круговое излучение с вертикальной поляризацией в
горизонтальной плоскости. Исполняется в двух вариантах: в виде объемного
или плоского несимметричного вертикального вибратора.
Для радиостанций средней мощности и КШМ старого парка (Р-140М, Р145БМ, БМП-1КШ) представляет собой
несимметричный объемный
вертикальный вибратор, состоящий из центрального стержня длиной 2655мм,
восьми стержней – вибраторов диаметром 6мм, расположенных вокруг
центрального стержня и восьми противовесов длиной 2м каждый.
Для радиостанций средней мощности и КШМ нового парка (Р-161А-2М, Р149БМР) представляет собой несимметричный плоский вертикальный
излучатель с противовесами, который выполнен из алюминиевых труб
различного диаметра. Излучатель состоит из штанги и двух съемных рам.
Противовесы (8 штук) длиной по 2 м расположены равномерно по окружности.
Антенна устанавливается на вершине телескопической мачты высотой 16м и
подключается к ВЧ разъему коаксиальным кабелем РК-75 длиной 25м.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
Антенна ШДА
на телескопической мачте 12м.
0,06 max
0,06 max
0,12 max
16 м
Противовес
8 шт.
lÏÐ = 0,2 max
Занятие №3
0
90
—
Военная Кафедра Связи
Т.о., несимметричные вертикальные антенны обеспечивают
максимальное излучение вдоль поверхности земли, что и явилось
причиной их широкого использования для связи земными
волнами.
В горизонтальной плоскости такие антенны формируют
ненаправленное
(изотропное)
излучение,
позволяющее
обеспечивать работу радиостанции в движении, в радиосети или в
случаях, когда направление на корреспондента неизвестно.
Аналогичной ДН обладают и Т-образные
образуемые из симметричных наклонных вибраторов.
Занятие №3
антенны,
—
Военная Кафедра Связи
Кроме ненаправленных несимметричных вертикальных антенн в военной
технике связи нашли широкое применение направленные
проволочные
антенны, которые имеют диаграмму направленности в горизонтальной и
вертикальной плоскостях, сориентированную по направлению развертывания
антенны. Так, на мобильных КВ и УКВ радиостанциях в качестве
направленной антенны используется антенна бегущей волны (АБВ).
Антенна представляет собой изолированный медный проводник длиною
LA= (5…7)λ, что для средней рабочей частоты УКВ диапазона составит 40м.
Провод подвешивается параллельно над землей на высоте h = (2…3) м в КВ
диапазоне и на высоте h = (0,5…1) м в УКВ диапазоне. Один конец провода
подключается к радиостанции, а на другом конце включено активное
сопротивление Rн = (300…500) Ом с проволочными противовесами
Антенну следует всегда развертывать так, чтобы провод и противовесы были
направлены в сторону корреспондента.
АБВ эффективна на сухих и очень сухих почвах, где имеется
горизонтальная составляющая электрического поля ЕГ. Для того чтобы при
работе на влажных участках местности эффективно использовать
направленные свойства АБВ, применяют разновидность этой антенны λ лямбдаобразную антенну.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
λ -образная антенна представляет собой однопроводную антенну
бегущей волны, ближняя к радиостанции часть провода которой поднята над
землей на высоту 0,62λ, что для средней волны диапазона всех УКВ
радиостанций составляет 5…6 м. В качестве опоры λ-образной антенны
желательно применять деревянную мачту, при отсутствии которой можно
использовать различные местные предметы (отдельно стоящие деревья,
столбы, высокий забор).
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ
в ВП
в ГП
ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ λ — ОБРАЗНОЙ АНТЕННЫ
в ВП
Занятие №3
в ГП
—
Военная Кафедра Связи
Эффективность антенны, а, следовательно, предельная
дальность связи значительно зависят от трассы, рельефа
местности на трассе и от состояния почвы в
непосредственной близости от антенны. Установлено, что
на влажных почвах более эффективной является штыревая
антенна, на сухих – АБВ, а λ –образная эффективнее АШ и
АБВ во всех случаях.
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
3. АНТЕННЫ ДЛЯ СВЯЗИ ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ РАДИОВОЛНАМИ
Антенна наклонный симметричный вибратор (наклонный диполь)
предназначена для связи ионосферными волнами при работе радиостанции
на стоянке и представляет собой два наклонных вибратора (плеча) средней
длиной каждого L=1/2λ. Каждое плечо антенны выполнено из двух отрезков
гибкого многожильного провода, которые можно соединять перемычками.
Такая конструкция позволяет в низкочастотной части диапазона (1,5…6 МГц)
использовать вибратор с полной длиной плеча, а в высокочастотной части
(6…12МГц) — с укороченной. Антенна развертывается на мачте с высотой
подвеса 9-12м и соединяется с согласующим устройством радиостанции с
помощью двухпроводного фидера длиной 15м. Антенна является
слабонаправленной с преимущественным излучением в направлении,
перпендикулярном плоскости диполя. Поэтому для обеспечения радиосвязи
на дальности до 300 км антенна может быть ориентирована произвольно, а на
дальностях свыше 300 км – продольной осью полотна перпендикулярно
направлению на корреспондента. Для радиостанций средней мощности
применяется антенна ВН 40/12 (ВН 13/9), обеспечивающая дальность связи
до 800 км; для радиостанций КШМ – антенна ВН 25/11 (ВН 15/11) с
дальностью связи до 350км.
Занятие №3
—
Симметричный наклонный вибратор (ВН 25/11)
Наклонный диполь (Д2х25)
Диапазон частот
ВН 25/11 (Д2х25) — 1,5- 6 Мгц
ВН15/11 (Д2х15) — 6 — 12 МГц
Дальность радиосвязи до 350 км
ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ СИММЕТРИЧНЫЙ ВИБРАТОР
в ВП
в ГП
Военная Кафедра Связи
V- образная антенна (V 46/12) предназначена для обеспечения
радиосвязи на стоянке ионосферной волной в диапазоне 10…30 МГц на
дальности свыше 800 км.
Конструктивно антенна выполнена в виде двух лучей
медного
многожильного провода длиной по 46 м. Верхние концы лучей крепятся на
высоте 12 м телескопической мачты. Нижние концы лучей разносятся на
расстояние 37 м друг от друга так, чтобы угол между проекциями лучей на
землю составил 50 0. С целью обеспечения режима бегущей волны концы
лучей нагружаются на активное сопротивление ( R = 400 Ом) и противовесы.
Антенна обладает направленностью как в вертикальной, так и в
горизонтальной плоскостях с максимумом излучения в плоскости
биссектрисы угла между лучами. В средней части рабочего диапазона
ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны в
вертикальной плоскости составляет 30…35, а в горизонтальной – 25…30
Занятие №3
—

33. V- образная антенна (V2x46 м)

Диапазон частот 10-30 МГц
Дальность радиосвязи до 2000 км
ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ V-ОБРАЗНОЙ АНТЕННЫ
в ВП
в ГП
Военная Кафедра Связи
Антенна зенитного излучения предназначена для связи ионосферной
и земной волной КВ радиостанций на коротких остановках и в движении. На
КШМ Р-142Н излучатель выполнен из двух разнесенных П-образных рамочных
элементов, установленных на крыше автомобиля. Максимум излучаемой
электромагнитной волны приходится вперед и вверх машины.
На радиостанции средней мощности Р-161А-2М и КШМ Р-149БМР
применяются двухштыревые антенны зенитного излучения (ДШАЗИ),
состоящие из полотна антенны, механизмов подъёма и коаксиальных линий.
Полотно антенны состоит из двух четырёхметровых штырей, расположенных в
рабочем положении под углом 30 0 к горизонту (“наклонно”) и вынесенных за
габариты кузова. Механизмы подъёма обеспечивают перевод антенны из
транспортного положения в вертикальное (для работы земной волной) или
наклонное (для работы ионосферной волной) и обратно. Характеристики
излучения антенны в горизонтальной плоскости имеют некоторую
направленность в сторону нижних концов штырей при наклонном их
положении. При работе их ориентируют передней частью автомобиля (БТР) на
корреспондента. В походном положении штыри могут быть сняты. Дальность
связи до 350км.
Занятие №3
—

35. Антенна зенитного излучения (АЗИ)

Двухштыревая АЗИ
(Р-161А-2М, Р-149БМР)
Диапазон частот 1,5-14 МГц
Дальность радиосвязи до 300 км
Военная Кафедра Связи
ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АЗИ
в ГП
в ВП
Занятие №3
—
ДН в ГП
ДН в ВП
Рамочная АЗИ
(КШМ Р-142Н)
Военная Кафедра Связи
Антенное поле КШМ Р-142Н
Антенна комбинированная с противовесами
Мачта телескопическая h=11 м
Вибратор наклонный 2х25 м
10 м
15 м
АШ- 3, 4
Оттяжка
Перемычка
АШ-4
АЗИ
l =7м
Оттяжка
1200
Антенна комбинированная с противовесами
Мачта телескопическая h=11 м
Занятие №3
—
Военная Кафедра Связи
Занятие №3
—
ДН в ГП
ДН в ВП
hA=λ /4
30o
hA ≥ λ / 2
10-15o
hA ≥ 3/4 λ
45-60o
ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ
в ВП
в ГП
ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ λ — ОБРАЗНОЙ АНТЕННЫ
в ГП
в ВП

Типы антенн и их конструкции

— Реклама —

Антенна — это электрическое устройство, которое преобразует электрическую энергию в радиоволны и наоборот.

Антенны являются важными компонентами всего оборудования, использующего радио. Они используются в таких системах, как радиовещание, вещательное телевидение, двусторонняя радиосвязь, приемники связи, радары, сотовые телефоны и спутниковая связь. Антенны можно классифицировать по-разному.

Введение

Является источником или излучателем электромагнитных волн или датчиком электромагнитных волн. Это переходное устройство или преобразователь между направленной волной и волной в свободном пространстве или наоборот. Это электрический проводник или система проводников, которые излучают ЭМ энергию в свободное пространство или собирают ЭМ энергию из свободного пространства, или это устройство согласования импеданса, связывающее ЭМ волны между линией передачи и свободным пространством или наоборот.

Основное уравнение излучения

— Реклама —

Типы антенн

Спиральная антенна

Спиральная антенна состоит из проводящего провода, намотанного в виде винтовой резьбы, образующей спираль, как показано на рисунке. В большинстве случаев спираль используется с плоскостью заземления. Спираль обычно подключается к центральному проводнику коаксиальной линии передачи, а внешний проводник линии прикрепляется к плоскости заземления.

Характеристики излучения антенны можно изменять, контролируя размер ее геометрических свойств по сравнению с длиной волны.

Применение

Используется в приложениях космической телеметрии на наземном конце канала телеметрии для спутников и космических зондов на ВЧ и ОВЧ. Низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные антенны:

Выбор антенны для конкретной частоты зависит по следующим факторам.

• Радиационная эффективность для обеспечения надлежащего использования энергии.
• Коэффициент усиления антенны и диаграмма направленности
• Знание сопротивления антенны для эффективного согласования фидера.
• Частотные характеристики и пропускная способность
• Конструктивное рассмотрение

Антенна Яги Уда

Яги-Уда или Яги названы в честь изобретателей профессора С. Уда и профессора Х.Яги примерно в 1928 году. ведомый элемент или активный элемент. Для преобразования двунаправленного диполя в однонаправленную систему используются пассивные элементы, включающие рефлектор и директор. Пассивные или паразитные элементы располагаются параллельно ведомому элементу, коллинеарно расположены близко друг к другу, как показано на рисунке.

Паразитный элемент, расположенный перед ведомым элементом, называется директором, длина которого на 5% меньше длины ведущего элемента. Элемент, расположенный позади ведомого элемента, называется рефлектором, длина которого на 5 % больше длины ведущего элемента. Расстояние между элементами колеблется от 0,1λ до 0,3λ.

Система Yagi имеет следующие характеристики:

1. 1. Трехэлементная решетка (рефлектор, активный элемент и направляющая) обычно называется «лучевой антенной»
   2. Имеет однонаправленный луч умеренной направленности, малый вес, низкую стоимость и простоту
   3. Ширина полосы увеличивается на 2%, когда расстояние между элементами находится в диапазоне от 0,1λ до 0,15λ.
   4. Обеспечивает усиление 8 дБ и отношение фронт-к-тылу 20 дБ.
   5. Yagi также известен как сверхнаправленная антенна или антенна со сверхвысоким усилением, поскольку система обеспечивает высокий коэффициент усиления.
   6. Если необходимо получить большую направленность, используется больше директоров. Можно использовать массив до 40 элементов.
   7. Массивы можно накладывать друг на друга для увеличения направленности.
   8. Yagi по сути представляет собой устройство с фиксированной частотой. Достигается частотная чувствительность и полоса пропускания около 3%.
   9. Для увеличения направленности Яги можно ставить один над другим или один рядом с другим.

Угловые отражатели

Два плоских отражающих листа, пересекающихся под углом или углом, как показано на рисунке, образуют эффективную направленную антенну. При угловом угле α=900 листы пересекаются под прямым углом, образуя прямоугольный отражатель. Можно использовать углы как больше, так и меньше 90°, хотя углы намного меньше 90° имеют практические недостатки. Уголковый отражатель с α = 1800 эквивалентен плоскому листовому отражателю и может рассматриваться как предельный случай углового отражателя.

Предполагая, что идеально проводящие отражающие листы имеют бесконечную протяженность, метод изображений может быть применен для анализа антенны с уголковым отражателем для угла α = 180°/n, где n — любое положительное целое число. В анализе 90° уголкового отражателя имеются 3 элемента изображения, 2, 3 и 4, расположенные, как показано на рис. На ведомой антенне 1 изображения 3 имеют токи равной величины. Фаза токов в I и 4 одинакова. Фаза токов в 2 и 3 одинакова, но сдвинута по фазе на 180° относительно токов в 1 и 4. Предполагается, что все элементы имеют длину λ/2.

Линзовая антенна

Линза используется для преобразования круглых или сферических волновых фронтов в плоские волновые фронты в качестве передатчика и наоборот в качестве приемника. Линза — это среда, через которую передаются или принимаются волны. Линзы бывают двух типов: замедляющая среда и ускоряющая среда. В тормозящей системе скорость в среде меньше скорости в свободном пространстве.

В качестве замедляющей среды можно использовать чистые диэлектрики, такие как люцит или полистирол, или металлические пластины H-плоскости. Ускоряющая система – это та, в которой скорость в среде больше скорости в свободном пространстве. Металлические пластины E-плоскости являются примерами ускоряющих типов. Линзовая антенна с другим показателем преломления показана на рисунке ниже.

Рупорные антенны

Расширяющиеся волноводы, создающие почти однородный фазовый фронт, больший, чем сам волновод. Имеют различные формы, такие как секторная E-плоскость, секторальная H-плоскость, пирамидальная, коническая и т. д., как показано на рисунке.

Рупорные антенны – области применения

• Используется в качестве облучающего элемента для больших антенн для радиоастрономии, спутникового слежения и связи
• Общий элемент ФАР
• Используется при калибровке других антенн с высоким коэффициентом усиления
• Используется для измерения электромагнитных помех

Рукавная антенна

Заземленная или рукавная длинная цилиндрическая система типа λ/4 называется рукавной антенной. Излучение находится в плоскости, нормальной к оси этой антенны. Вторая разновидность гильзы аналогична шлейфу с плоскостью заземления, имеющей точку питания в центре шлейфа. Нижний конец заглушки представляет собой цилиндрическую втулку длиной λ/8.

Дипольная антенна со сбалансированным рукавом, соответствующая рукавному шлейфу, показана на рисунке. Он питается коаксиальным кабелем и балансирует с разбалансирующим трансформатором или балуном. Для L в диапазоне от λ/2 до λ рабочая частота находится в диапазоне от 2 до 1. Рукавная антенна над плоскостью земли показана на рисунке

Всенаправленные антенны

Цилиндр с прорезями и турникет почти всенаправлены в горизонтальном направлении самолет. Клеверный лист — еще один распространенный тип всенаправленных, чья направленность значительно выше, чем у турникета. Система в основном содержит горизонтальный диполь, который является двунаправленным в вертикальной плоскости. Круглая рамочная антенна, показанная на рисунке, может использоваться для получения всенаправленной диаграммы направленности.

Адаптивные антенны

Адаптивная решетка представляет собой наиболее полную и сложную конфигурацию. Система состоит из нескольких антенн, каждая из которых подключена к отдельному трансиверу и процессору цифровых сигналов, как показано на рисунке.

DSP регулирует уровень сигнала для каждого элемента в зависимости от требований. Матрица Батлера может быть адаптирована для улучшения SNR во время приема. Алгоритмы определения направления прибытия и оптимизации используются для выбора комплексных весов для каждого мобильного пользователя. Для дуплекса в частотной области веса передачи оцениваются на основе информации о направлении поступления.

Плазменная антенна

• Плазменная поверхностная волна может быть возбуждена вдоль столба газа низкого давления с помощью достаточной радиочастотной мощности, подводимой к столбу в стеклянной трубке.
• Это система, в которой поперечное сечение радара представляет собой только тонкостенную стеклянную трубку, когда она не ведет передачу.
•  С лазерным лучом, создающим плазму, эффективное сечение радара становится равным нулю, когда лазер выключен.

Сверхширокополосная антенна

• Используется для цифровых приложений
• Импульсная передача, что приводит к большой пропускной способности.
• Фазовая дисперсия импульса (передаваемого в разные моменты времени)
• Ухудшение качества сигналов

Антенны георадара

• Как и радары поверхности Земли, радары можно использовать для обнаружения подземных аномалий.
•  Аномалии включают захороненные металлические или неметаллические объекты, аномалии земли и т. д.
• Импульс и его эхо-импульс используются для обработки.
• Уравнение радара дальнего поля должно быть изменено, поскольку расстояние, пройденное волной, меньше.
• Требуемая мощность больше, так как заземление является средой с потерями.
• Несоответствие на интерфейсе воздух-земля.
• Ширина импульса должна быть меньше.

---

 

 

 

Различные типы антенн для любительских радиостанций – Подготовка радиолюбителей

Помимо радиостанции, наиболее важной частью вашего оборудования является антенна, к которой оно подключено. Существует множество различных типов антенн, и выбор правильной антенны для вашего радио может существенно повлиять на его работу.

В этом руководстве:

Антенны для портативных радиостанций

Рассмотрим наиболее популярные типы антенн для работы в диапазоне ОВЧ/УВЧ.

Антенны типа «резиновая уточка»

Первым типом антенн, с которыми сталкивается большинство пользователей радио, являются небольшие вертикальные антенны, которыми оснащены большинство портативных радиостанций. Эти антенны в шутку называют «резиновыми утками», потому что антенны состоят из прорезиненной оболочки поверх спирального излучающего элемента. В общем, это не очень хорошие антенны.

На экзамене на получение лицензии технического специалиста даже есть вопрос об антеннах в виде резиновых уточек. Вопрос T9A04 гласит: «В чем недостаток антенны типа «резиновая уточка», поставляемой с большинством портативных радиопередатчиков, по сравнению с полноразмерной четвертьволновой антенной?» Ответ таков: «Он не передает и не принимает так же эффективно».

Для повышения производительности вашего HT (также известного как портативный трансивер) вы можете заменить прилагаемую антенну с резиновой уткой на более эффективную антенну. Большинство сменных HT-антенн имеют длину не более четверти волны (19дюймов), но некоторые подходят близко. Например, одной из наиболее популярных сменных антенн является Nagoya NA-771, показанная на рисунке 1. При длине чуть менее 16 дюймов эта антенна близка к четвертьволновой вертикальной антенне и намного более эффективна, чем обычная антенна с резиновой уткой. поставляется с большинством портативных трансиверов.

Будьте осторожны. Поскольку эта антенна так популярна, недобросовестные продавцы продают поддельные антенны. Чтобы убедиться, что вы покупаете подлинную вещь, посетите веб-сайт Nagoya, чтобы узнать, как определить поддельные антенны.

Свернутая J-образная антенна

Еще одна антенна, которую вы можете рассмотреть для использования с HT, — это свернутая J-образная антенна. Эта антенна является фаворитом для портативной и экстренной связи, потому что это не только очень эффективная антенна, ее можно свернуть и убрать в рюкзак, когда она не используется.

Этот тип антенн доступен у нескольких разных поставщиков, но его довольно легко построить, и он может стать хорошим проектом для новых радиолюбителей. Все, что вам нужно для сборки свернутой J-образной антенны, — это 60-дюймовая трубка. длина лестничной линии 450 Ом и длина коаксиального кабеля 50 Ом. Сделайте несколько надрезов на лестничной линии, как показано на рис. 2, припаяйте коаксиальный кабель к антенне, как показано на рисунке, прикрепите соответствующий разъем к противоположному концу коаксиального кабеля, и все готово.

Мобильные антенны

Конструкции различаются, но в основном существует три разных типа мобильных антенн: 1/4-волновая вертикальная, 1/2-волновая вертикальная и ⅝-волновая вертикальная. Как правило, чем выше антенна, тем больше усиление антенны. Итак, если основная часть вашей работы будет проходить в городе, рядом с ретрансляторами, вам подойдет вертикальная четверть волны. Однако, если вы будете большую часть времени работать в периферийных зонах, то лучшим выбором может быть ⅝-волновая вертикальная антенна.

Полуволновая вертикальная антенна обеспечивает большее усиление, чем четвертьволновая антенна, но меньше, чем ⅝-волновая антенна. Тем не менее, он дает преимущество в том, что он хорошо работает, когда хороший заземляющий слой недоступен. Таким образом, если ваш автомобиль имеет кузов из стекловолокна или композитного материала, то ½-волновая антенна может быть хорошим выбором.

Где установить мобильную антенну?

Важно, где и как установить вертикальную антенну. Как правило, вы хотите установить антенну там, где она будет иметь наибольшую плоскость заземления, например, в середине крыши вашего автомобиля. К сожалению, это не всегда возможно. Например, антенна может быть слишком высокой, чтобы поместиться в вашем гараже. В этом случае вам, возможно, придется установить антенну на кромку багажника или крыло вашего автомобиля или приобрести антенну, которую можно сложить, когда вы паркуете свой автомобиль в гараже или на парковке.

Разъемы мобильной антенны

Разъем, используемый для подключения антенны к креплению, также важен. Антенные крепления доступны с разъемами NMO, разъемами UHF и ⅜-in. шпильки. Большинство производителей антенн изготавливают версии своих антенн с двумя или более разъемами этих типов. Убедитесь, что приобретаемая вами антенна подходит к креплению антенны.

Антенны базовой станции

Базовая станция J-полюс

Несмотря на то, что базовые станции обычно имеют более высокую мощность, чем HT, им также нужна хорошая антенна. J-образные опоры делают хорошие антенны базовых станций, хотя конструкция J-образной антенны базовой станции несколько отличается от свернутой J-образной опоры. В популярной конструкции двухдиапазонной J-образной антенны используется кусок алюминиевого уголка и три отрезка длиной 1/4 дюйма. алюминиевый стержень. Этот тип антенн также доступен от нескольких разных компаний, но если вы хотите попробовать построить эту антенну самостоятельно, вы можете найти планы на https://nt1k.com/open-stub-j-pole-project-completed-many- раз/.

Антенна в плоскости земли

Еще одна популярная и эффективная антенна — антенна в плоскости земли. Антенна заземления для диапазона 2 м состоит из разъема SO-239, 19,25-дюймового разъема. вертикальный элемент радиатора и 4 20,25-дюймовых. элементы для формирования плоскости заземления, как показано на рисунке 3. Элементы изготовлены из жесткой проволоки или сварочного прутка. Как и J-образные антенны, плоскостные антенны также доступны в продаже.

Антенна Яги

Если вы находитесь в затруднительном положении или вам трудно получить доступ к ретранслятору, вы можете рассмотреть возможность использования антенны Yagi. Антенны Yagi являются направленными антеннами, что означает, что они концентрируют вашу выходную мощность в определенном направлении. Эта направленность также является недостатком. Если вы хотите связаться с ретрансляторами или другими радиолюбителями, которые находятся в противоположных направлениях от вашего местоположения, вы должны иметь возможность вращать антенну. Антенны VHF и UHF Yagi доступны от разных производителей.

Дипольная антенна

Другим вариантом антенны базовой станции является дипольная антенна. Поскольку двухметровый диполь имеет длину всего около трех футов, а дипольная антенна с 70 центрами еще короче, вы можете легко построить диполь и установить его вертикально. Если вы не можете установить его где-то снаружи, вы можете прикрепить его к окну или деревянной оконной раме.