Стелющиеся антенны для стационарных радиоцентров.

Как показывает опыт, после стихийных бедствий (ураган, снежная буря и т.п) или запланированного вывода из эксплуатации стационарных антенн (ремонтные, профилактические работы) связь с корреспондентами удается довольно быстро восстановить с помощью стелющихся антенн (СА). Они способны функционировать на радиотрассах различной протяженности.

Здесь следует отметить, что требования к СА для коротковолновой связи ионосферной волной в основном определяются необходимой дальностью до корреспондента и диапазоном рабочих частот. Причем, чем длиннее радиолиния, тем сильнее к земле должна быть прижата диаграмма направленности (ДН) антенны. В частности, для ближней (до 500-700 км) радиосвязи максимум ДН выставляется под большими (0 = 90-60") углами к горизонту. Интересно, что такие антенны зенитного излучения могут быть слабонаправленными.

На трассах средней протяженности (до 2000 км) лучше всего применять однонаправленные СА, обеспечивающие излучение электромагнитной энергии под углами 0 = 60-25+. А вот для дальней (магистральной) радиосвязи (свыше 2000 км) целесообразно использовать остронаправленные антенны с малым (0 = 20-5") углом прижатия главного лепестка ДН. Правда, с увеличением расстояния возрастают и требования к коэффициенту усиления (КУ) антенн. Ведь в этом случае приходится компенсировать соответствующий рост ослабления радиоволн. При этом для приемных СА особенно важным является повышение коэффициента направленного действия (КНД). Хотя требования к нему менее жесткие, чем для передающих СА. Дело в том, что в KB диапазоне внешние помехи очень сильные. Они во много раз превышают внутренние шумы приемного комплекса даже при относительно невысоком КПД антенны. При его снижении одновременно уменьшаются уровни принимаемого сигнала и помех (без ухудшения соотношения между ними). Следовательно, качество приема остается практически неизменным. Значит, СА можно располагать непосредственно на земле.

Практика убеждает, что антенны ионосферных волн желательно делать диапазонными, сохраняя в широком участке частот (слабонаправленные в восьмикратном диапазоне 1,5-12 МГц, остронаправленные в десятикратном 3-30 МГц) высокое качество согласования с фидером и достаточно большой КПД. Применение подобных антенн позволяет обеспечивать надежный прием в различное время суток, года и 11 -летнего цикла солнечной активности с помощью одного типоразмера. Кроме того, к антеннам стационарных радиоцентров предъявляются повышенные требования по качеству согласования с фидерами и мощными передатчиками. Здесь коэффициент бегущей волны (КБВ) не должен опускаться ниже 0,3 во всем рабочем диапазоне. Всем вышеперечисленным требованиям в полной мере удовлетворяют быстро развертываемые на земле двухкратные самодополнительные антенны База-500Д•, База-1500Д• и База-МД•. Они в течение нескольких лет успешно эксплуатировались на радиолиниях ионосферных волн различной протяженности и оказались вполне надежными. Рассмотрим их подробнее.

Антенна База-500Д* является слабонаправленной и предназначена для обеспечения ближней радиосвязи в диапазоне 2-10 МГц. Она представляет собой излучатель (см. Военный вестник•. 1993. + 9.). На рис.1 представлен несимметричный вариант ее исполнения.

Данная СА выполнена в виде системы из четырех попарно взаимоортогональных плоскостных шунтовых вибраторов. Она содержит четыре квадратных излучающих элемента (КИЭ) 1 решетчатой структуры с длиной стороны КИЭ, равной 3 м. Антенна изготавливается из легкой тонкой (толщина до 1 мм), но прочной металлической ленты шириной 10-15 мм или из провода диаметром 3-5 мм. Каждый элемент состоит из квадратной рамки, противоположные вершины которой соединены прямолинейными проводниками. Более того, с обеих сторон каждой диагонали и параллельно ей к рамке подсоединяются один (для приемной антенны рис.2) или два (для передающей СА рис.1) дополнительных проводника. Длина сторон КИЭ приемной антенны равна 3 м, и 4 м у передающей. Внешние вершины соседних КИЭ закорочены между собой металлическими перемычками 2, играющими роль шунтов. Одна пара параллельных вибраторов модуля питается в точках а а" с помощью распределительных отрезков 3 кабеля РК-75, которые соединяются с фидером 7 (тоже кабель РК-75) через согласующий отрезок 5 кабеля РК-50.

Другая пара вибраторов, ортогональная первой, питается в вершинах в в" с помощью аналогичных отрезков 4,6 и 8 кабеля РК-75, РК-50 и РК-75 соответственно. Длина согласующих отрезков 5 и 6 равна 8 м и выбирается из условия обеспечения диапазонной компенсации отражений КИЭ. Конец экранной оболочки распределительных отрезков 3 и 4 подключается к одноименным вершинам элементов а' и в' соответственно. Центральные проводники этих отрезков подсоединяются к вершинам айв КИЭ. Распределительные отрезки расходятся из центра антенны ортогонально соответствующими фидерами. Затем изгибаются под прямым углом и располагаются вдоль металлических перемычек 2, а потом вновь изгибаются у внешних вершин элементов и размещаются с внутренних сторон КИЭ. Длина этих отрезков составляет 16 м для приемной и 21 м для передающей антенн. Все отрезки подключаемых друг к Другу кабелей с обеих сторон заканчиваются стандартными высокочастотными разъемами типа СР. Это позволяет довольно легко, быстро и надежно осуществлять их взаимное соединение при развертывании СА. Причем время не превышает 5 мин.

Благодаря большой величине развязки между ортогональными входами антенны (более 20 дВ) представляется возможность применить ее для независимой работы на прием и на передачу одновременно с двумя корреспондентами. Или один вход подключить к передатчику, а второй к приемнику. Поскольку вибраторы, возбуждаемые фидерами 7 и 8, взаимоортогональны и, следовательно, работают волнами ортогональной поляризации, то при совместном использовании входов антенна обеспечивает прием сигналов с разносом по поляризации. Это в свою очередь позволяет существенно повысить качество радиосвязи. Антенна излучает преимущественно под большими углами к горизонту и поэтому ее нецелесообразно задействовать на трассах протяженностью более 1000 км. Коэффициент усиления данной СА не менее 0,05, КНД равен 5-10, а КБВ не менее 0,4.

Антенна База-1500Д• относится к классу направленных и обеспечивает устойчивую и надежную радиосвязь на трассах средней протяженности в диапазоне 2,5-15 МГц. Чтобы получить достаточный КУ под небольшими углами возвышения, ее выполняют из четырех модулей База•. Ее структурная схема приведена на рис.2. Здесь представлен вариант выполнения КИЭ применительно к приемной СА (по три взаимноортогональных проводника в каждом квадрате). Все кабели в целях более удобного восприятия схемы условно изображены прямыми линиями.

Для установления и поддержания радиосвязи одновременно в двух противоположных азимутальных секторах антенна имеет две независимые системы питания с фидерами 7 и 8. Так, при работе в направлении А она представляет собой плоскую антенную решетку (АР), содержащую две линейки по четыре плоскостных продольных вибратора. Они излучают волны вертикальной поляризации. При работе в направлении В здесь имеется одна линейная АР из восьми поперечных вибраторов, вырабатывающих волны горизонтальной поляризации. В обоих случаях вибраторы расположены вдоль направления на корреспондента и сфазированы по оси АР с помощью кабельных линий задержки 5,5' и 6,61 разной длины. При этом вибратор, расположенный ближе к корреспонденту, возбуждается с задержкой по фазе по отношению к соседнему вибратору.

Разность длин линий задержки, фазирующих соседние вибраторы, выбирается из условия:

Д1ф = D (cos Оф) / vek, (I)

где: D расстояние между центрами антенных элементов (АЭ) решетки, к которым подключаются соответствующие линии задержки;

Оф угол фазирования, отсчитываемый от оси АР (при обеспечении связи в направлениях А и В уго Оф = 0+ и 180+, а в направлениях ортогональных линии АВ угол Оф = 90+ и А1ф = 0, то есть все АЭ возбуждаются синфазно);

Ек относительная диэлектрическая проницаемость кабеля, которая обычно составляет 2,3.

Система питания со входом А объединяет соседние продольные вибраторы (с точками питания а-а" ) в пары с помощью согласующих отрезков 2 кабеля РК-50 И отрезков 5,51 линий задержки из РК-75. В свою очередь пары образуют четверку за счет согласующих отрезков 3 кабеля РК-50 и отрезков 6,6' линий задержки из РК-75. К последним подключается через согласующий отрезок 4 кабеля РК-50 фидер из РК-75. Длины каждого из отрезков 2, 3, 4, 5 и 6 равны по 5,5 м,а отрезков 51 и б1 выбираются несколько большими по размеру, исходя из условия (I). Причем при нахождении отрезка 5* под индексом D обозначено расстояние между центрами соседних вибраторов (D1 = 2ал/2, а при определении отрезка б1 расстояние между центрами соседних пар вибраторов (D2 == 4Ь'\/2, где в длина стороны КИЭ).

Так как в=Зм,тоД15= 5,5 м,Д 16 = 11 м, а 15 = 11 м и 16 = 16,5 м. Вибраторы соседних линеек питаются синфазно. Поэтому распределительные отрезки 1 и Д1, которые располагаются так же, как в антенне База-500Д•, имеют одинаковую длину: по 16 м.

В отличие от выше рассмотренной система питания со входом В обеспечивает фазирование не четырех, а восьми вибраторов. По этой причине она содержит дополнительные линии задержки, роль которых выполняют отрезки 1 и 1, равные 1 м и 3,75 м соответственно. Кроме того, отрезки 1, 5 и 6 линий задержки имеют несколько большую длину, чем отрезки 1', 5х и б1. Они подключаются к поперечным вибраторам, расположенным ближе к точке В. Все отрезки кабелей антенны соединяются друг с другом с помощью высокочастотных разъемов. Это позволяет не только быстро собирать СА, но и путем переключения небольшого числа отрезков системы питания осуществлять поворот максимума ее ДН в нужном направлении. В частности, при взаимной перестановке отрезков 5 и 5', а также 6 и 6'системы питания со входом А максимум ДН меняется на 180". То есть антенна может одновременно обеспечивать две радиосвязи в азимутальном секторе углов, примыкающих к направлению В. Либо осуществить здесь прием с разносом по поляризации при совместном использовании входов А и В. Если же попарно выровнять между собой отрезки 1 и 1\ 5 и 51, 6 и 61, то максимумы ДН будут перпендикулярны оси А-В антенны.

Таким образом, антенна База-1500Д• позволяет вести обмен информацией в двух произвольных азимутальных направлениях, а при работе на прием существенно повысить качество радиосвязи за счет разноса по поляризации.

Основные характеристики антенны:

На рис. За и 36 показаны ДН антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях для частот 5 и 10 МГц. Как видно, СА уверенно перекрывает своей ДН сектор углов возвышения 25-60+, под которыми проходят ионосферные волны на трассах средней протяженности. Время развертывания антенны не более 25 мин.

В.ФИЛИППОВ, кандидат технических наук, доцент.