НЕСКОЛЬКО ОБЩИХ ПОЛОЖЕНИЙ ОБ АНТЕННАХ И ФИДЕРАХ

April 14, 2014 by admin Комментировать »

Хорошая антенна – лучший усилитель Это правило было уже хорошо известно в те времена, когда любительская связь только начинала развиваться Но и сегодня это высказывание не потеряло своей актуальности Однако если раньше антенная техника находилась в компетенции небольшого круга специалистов (ученых и инженеров), то теперь ее знание необходимо для каждого технически грамотного человека, занимающегося профессиональной или любительской связью

Радиолюбители уже давно оценили те результаты, которые дает применение высокоэффективных антенн О том, насколько интенсивно велись разработки в области любительской антенной техники, можно судить уже по многообразию систем, предложенных коротковолновиками и «укавистами»

Ионосфера

Что нужно знать об антеннах, чтобы сделать правильный выбор

Радиосвязь между двумя пунктами, расположенными на поверхности Земли, осуществляется пространственными или поверхностными волнами Дальность распространения поверхностных волн любительского передатчика средней мощности – максимум 100 км Связь на большие расстояния становится возможной благодаря пространственным волнам, которые отражаются от ионосферы

Наличие электрически заряженных частиц позволяет проводящим верхним слоем атмосферы отражать радиоволны преимущественно коротковолнового диапазона Область атмосферы, в которой происходит ионизация, называется ионосферой Существует два четко выраженных максимума ионизации: один на высоте 90-170 км (слой Е), а второй на высоте 200-500 км (слой F) Последний в свою очередь расщепляется на два слоя: F – от 200 до 300 км и F2 – от 300 до 500 км Выше ионосферы находится экзосфера – преддверие космического пространства Самый нижний слой ионосферы (слой D) возникает на высоте 40-60 км Строение ионосферы непрерывно изменяется Изменения имеют суточную, годичную периодичность, а также связаны с периодом солнечной активности, равным приблизительно 11 годам

Слой D, находящийся в относительно плотных слоях атмосферы, имеет максимальную электронную концентрацию в дневные часы, а с заходом солнца электронная концентрация быстро уменьшается до нулевого значения В этом слое сильное ослабление испытывают радиоволны средневолнового диапазона, а также длинноволновой части коротковолнового диапазона Уменьшение дальности распространения в 160- и 80-метровом диапазонах, а также ухудшение приема средневолновых станций в дневные часы в основном объясняется поглощением этих волн в слое D В зимние месяцы, когда слой D ионизирован слабее, наблюдается увеличение дальности распространения этих волн в дневные часы Слой Е в ночные часы ослабевает Волны длиной около 80 м частично поглощаются в слое Е, а волны длиной около 40 м при достаточной электронной концентрации отражаются Большое значение для распространения электромагнитных волн имеет слой F, так как благодаря ему увеличивается дальность связи на коротких волнах Короткие волны, излучаемые антенной и проникающие в ионосферу, достигнув определенной высоты, на которой электронная концентрация достаточно велика, отражаются обратно к Земле Чем выше частота волны, тем больше должна быть необходимая для отражения электронная концентрация Отражения происходят с потерями энергии, причем волны, имеющие низкие частоты, испытывают большее поглощение, чем высокочастотные

Вертикальный угол излучения

Для получения наибольшей дальности связи в коротковолновом диапазоне можно указать определенные оптимальные углы излучения антенны они зависят от рабочей частоты передатчика, а также от высоты и электронной концентрации отражающего слоя ионосферы Из рис 343 видно, какие вертикальные углы излучения следует выбирать для пространственных волн Если угол излучения а4 относительно большой, то основное излучение антенны, попав в слой F2 и отразившись, возвращается на Землю на сравнительно небольшом расстоянии от передатчика Работа с такой антенной обеспечивает уверенную связь на небольших расстояниях, но не на дальних Антенна с более пологим углом излучения дает значительно большее расстояние (скачок) d

С увеличением числа скачков увеличивается дальность связи Однако при этом следует учитывать, что скачки уменьшают энергию радиоволн, так как каждое прохождение через ионизированные слои сопровождается поглощением Очевидно, что для дальних связей оптимальным является очень пологий угол а3

Антенное устройство чаще всего является резонансной системой Как и у всякого преобразователя энергии, одним из основных параметров, характеризующих его работу, является КПД Он позволяет судить о том, какая доля подводимой мощности электрических колебаний преобразуется в мощность электромагнитных волн

Рис 343 Вертикальный угол излучения и его влияние на дальность распространения электромагнитных волн

Антенна излучает энергию в различных направлениях неодинаково или, иначе говоря, обладает известными свойствами, которые принято характеризовать диаграммами направленности, показывающими в относительных единицах, с какой интенсивностью антенна излучает энергию в различных направлениях

Антенна может располагаться по отношению к земле горизонтально или вертикально, в связи с чем будут образовываться электромагнитные волны горизонтальной или вертикальной поляризации

Вопрос о поляризации имеет в радиотехнике весьма существенное значение Так, например, если в поле горизонтально поляризованных волн поместить вертикальную приемную антенну, то величина наведенной ЭДС будет совсем незначительной

Фидерные линии

Только в переносных малогабаритных радиостанциях возможно непосредственное подключение антенны к приемопередатчику, во всех остальных случаях между ними необходимо включить фидерную линию, которая служит для передачи высокочастотной энергии с минимальными потерями и без паразитного излучения

Применяемые в радиотехнике фидеры с электрической точки зрения являются длинными линиями – так принято называть электрические линии, длина которых соизмерима с длиной распространяющихся вдоль них волн Они могут равняться нескольким десяткам сантиметров, а в некоторых случаях измеряться десятками метровВажнейшим электрическим параметром линии является ее комплексное сопротивление Ζ Волновое сопротивление линии имеет чисто активный характер и обозначается ZQ (иногда р или W) Линию можно представить в виде соединения индуктивностей и емкостей, распределенных по ее длине (рис 344)

Волновое сопротивление в основном зависит от поперечных размеров линии и вида применяемого диэлектрика между ее проводниками Обычно встречаются волновые сопротивления от 30 до 600 Ом

Высокочастотные линии, имеющие волновое сопротивление 30-300 Ом, изготавливаются промышленностью в виде ленточных и коаксиальных кабелей (рис 345,346)

Волновое сопротивление коаксиального кабеля можно определить по формуле:

двухпроводной воздушной линии по формуле:

или с помощью графика (рис 347)

Рассмотрим простейшие длинные линии, состоящие из двух одинаковых параллельных проводов

Каждая единица длины провода линии обладает некоторой индуктивностью (рис 344) Кроме того, противоположные участки проводов, образуя как бы обкладки конденсатора, имеют некоторую емкость Индуктивность L и емкость С, приходящиеся на единицу длины линии, называются погонными Разбив условно всю линию на элементарные единичные участки, можно изобразить эквивалентную электрическую схему длинной линии, представленную на рис 344

Если линия нагружена на активное сопротивление, то в нем всегда поглощается известная доля энергии и вдоль линии происходит перенос энергии Если сопротивление нагрузки отличается от волнового сопротивления линии, то часть энергии падающей волны отражается

Рис 347 График определения волнового сопротивления

от нагруженного конца линии обратно к источнику, при этом возникают стоячие волны, которые характеризуют потери в линии, и только часть энергии источника, выделяемая в сопротивлении нагрузки, является полезной Конечная цель согласованной нагрузки – создать в линии бегущую волну, то есть передать всю энергию источника в нагрузку, которой является антенна Входное сопротивление линии может иметь активную и реактивную составляющие Изменяя значения величины R , можно легко построить картину распределения напряжения и тока в линии (рис 348) При замыкании линии накоротко (рис 348а), где Rh = 0, коэффициент отражения равен максимуму, и в линии образуются только стоячие волны С увеличением сопротивления нагрузки до Rh = р, где р – волновое сопротивление линии, коэффициент отражения станет равным нулю, в линии установится только бегущая волна и вся энергия источника будет передана в нагрузку (антенну) – см рис

3486 Таким образом, условие согласования линии с нагрузкой состоит в том, что последняя должна иметь чисто активный характер и быть равной волновому сопротивлению линии На рис 348в рассмотрен вариант, когда нагрузка Rh = то есть нагрузка отключена и в линии образуются стоячие волны, как и в случае, показанном на рис 348а, только фаза отраженной волны изменилась на 180° В результате максимумы и минимумы стоячих волн поменяются местами На практике степень согласования фидерной линии с нагрузкой определяется с помощью измерительных приборов, которые будут рассмотрены отдельно

Существуют два варианта измерений В промышленности принято измерять коэффициент бегущей волны (КБВ), а в любительской практике – коэффициент стоячей волны (КСВ) Значения КБВ могут находиться в пределах от 0 до 1, где единице соответствует наилучшее согласование линии с нагрузкой, то есть в линии образуется чистая бегущая волна, а нулевое значение указывает максимальное значение стоячей волны При использовании любительского метода измерения КСВ следует учесть, что произведение КБВ и КСВ равно единице Поэтому КСВ может изменяться в пределах от 1 до причем значению КСВ равному единице соответствует наилучшее согласование линии с нагрузкой

При использовании проводов в качестве линии передачи всегда стремятся сделать так, чтобы система была неизлучающей Рассматривая противоположную задачу, разведем провода линии на некоторый угол и получим V-образную симметричную антенну Если развернуть провода на 180°, образуется симметричный вибратор (диполь)

Исключая компенсирующее действие второго провода линии, укорачивая или вовсе ликвидируя его, получим так называемый несимметричный вибратор К этому классу антенн принадлежат Г-образные, Т-образные и ряд других При их питании второй зажим генератора (передатчика) заземляется, то есть земля играет роль второго провода Все антенны, использующие данный принцип работы, относятся к классу несимметричных

Антенны могут быть четвертьволновые, полуволновые и более длинные, на линейной длине которых укладывается несколько длин волны Последние относятся к так называемым гармониковым антеннам

Пример Если линейная длина антенны 80 м, то на этой длине разместится полволны 160-метрового диапазона, волна 80-метрового, две волны 40-метрового, четыре волны 20-метрового и восемь волн 10-метрового диапазонов Питание антенны может осуществляться в середине и с конца антенны

Как осуществить питание антенны, на концах которой пучность напряжения Входное сопротивление на конце полуволнового вибратора большое и согласовать его с низкоомным волновым сопротивлением коаксиального кабеля невозможно Для согласования низкоомного коаксиального кабеля с высоким входным сопротивлением антенны необходимо создать трансформатор сопротивлений Это делается с помощью П-контура, входное сопротивление которого должно быть низким, легко согласуемым с низкоомным коаксиальным кабелем, а выходное сопротивление – высоким, легко согласуемым с антенной

Входная емкость выбирается такой величины, чтобы емкостное сопротивление было равно 50-75 Ом, то есть соответствовало значению используемого для фидера коаксиального кабеля Индуктивность П-контура и выходная емкость имеют такие значения, чтобы обеспечить резонанс на частоте передатчика на конкретном диапазоне

Источник: Виноградов Ю А и др, Практическая радиоэлектроника-М: ДМК Пресс – 288 с: ил (В помощь радиолюбителю)

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты