1.2 Фазированная антенная решетка
Электрическое сканирование, обеспечивающее наибольшую скорость перемещения луча в пространстве и управление характеристиками направленности антенны, наиболее часто реализуется в фазированных антеннах решетках (ФАР), направление максимального излучения и (или) форма диаграммы которых изменяется с помощью изменения фазы радиосигналов в элементах.
Фазированная антенная решетка состоит из канализирующей системы, обеспечивающей возбуждение ее раскрыва, фазовращателей, изменяющих фазу сигналов, поступающих к элементам через фазовращатели от канализирующей системы и непосредственно элементов, излучающих и (или) принимающих энергию электромагнитных колебаний. Функционирует ФАР совместно с системой управления лучом (СУЛ), подающей управляющие сигналы на фазовращатели (рис. 1.3).
Рисунок 1.3 - Структура фазированной антенной решетки
1 — излучающие элементы; 2 — фазовращатели: 3—система управления лучом; 4 — канализирующая система; 5 — выход или вход антенной решетки
Цилиндрическая антенная решётка- система излучателей, размещённых на цилиндрической поверхности. Частным случаем цилиндрических решёток являются кольцевые и дуговые антенные решётки, излучатели в которых размещены по окружности или дуге.
Основные достоинства выпуклых цилиндрических антенных решёток:
возможность широкоугольного сканирования (до 3600) лучом неизменных ширины и формы в азимутальной плоскости (в плоскости дуги) и угломестной плоскостях;
слабая по сравнению с плоскими и линейными антенными решётками взаимная связь излучателей из-за пространственного разворота их осей;
конструктивное удобство размещения выпуклых антенных решёток на ряде объектов, например в корпусе ракеты, обшивке самолета.
Недостатки: сложность системы возбуждения излучателей и некоторая избыточность их количества.
Цилиндрические фазированные антенные решётки можно построить как из отдельных излучателей, так и из блоков, представляющих собой ряд либо линейных решёток, расположенных на образующей цилиндра, либо кольцевых решёток, размещенных одна над другой.
По типу канализирующей системы различают виды антенных решеток:
с пространственным возбуждением, реализуемым облучением решетки первичным облучателем;
с фидерным возбуждением, реализуемым с помощью фидеров, подсоединенных к излучающим элементам;
с комбинированным возбуждением, сочетающим пространственное и фидерное возбуждение.
Существует два типа схем оптического питания решеток:
проходная схема;
отражательная схема.
1.3 Излучатели
В качестве излучателей антенной решетки используются вибраторы, открытые концы волноводов, диэлектрические стержни, спирали, щели и др. Вибраторные излучатели в АР обычно располагают над плоской проводящей поверхностью, играющей роль экрана и предотвращающей обратное излучение. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что на характеристики вибраторного излучателя в составе АР сильнее всего влияют два фактора: их размещение в решетке и положение относительно проводящего экрана. Уменьшение шага решетки позволяет не только подавить высшие дифракционные максимумы, но и улучшить их согласование в широком секторе углов сканирования. Изменение высоты вибраторного излучателя над экраном приводит к улучшению согласования в крайних положениях луча при сканировании в плоскостях Е и Н.
Направленные свойства любой антенны характеризуются ДН и КНД. Диаграмма направленности вибратора зависит от его длины и является поверхностью вращения, ось которой совпадает с осью вибратора. На КНД вибратора влияют два основных фактора: ширина главного лепестка ДН и уровень боковых лепестков.
Очень важным параметром любой антенны является входное сопротивление. Чем быстрее меняется Zвх при изменении частоты колебаний, тем хуже диапазонные свойства вибратора, которые зависят от его толщины. Чем толще вибратор, тем медленнее изменяется Zвх при изменении частоты. Добротность одного и того же вибратора на параллельном резонансе примерно в восемь раз больше, чем на последовательном. Кроме того добротность зависит от волнового сопротивления вибратора: чем больше волновое сопротивление, тем больше добротность. Волновое сопротивление вибратора, в свою очередь, зависит от толщины вибратора: чем толще вибратор, тем меньше волновое сопротивление. Таким образом, при увеличении толщины вибратора уменьшается его добротность и, следовательно, улучшаются его диапазонные свойства.
Наиболее широко используемыми типами симметричных вибраторных излучателей являются:
1) Тонкий цилиндрический вибратор диаметром 2а << λ, где - длина волны, возбуждаемой от коаксиальной линии. Тонкий вибратор имеет небольшую рабочую полосу частот, которая может быть расширена подбором длины 2L герметизирующего кожуха 3 (2L =λ/5).
2) Широкополосный вибратор. В широкополосных вибраторах для соединения коаксиального питающего фидера с воздушной полосковой линией длиной λ/4 использован экспоненциальный переход. Эти вибраторы обладают повышенной электрической прочностью.
3) Изогнутый вибратор. Он имеет более широкую ДН в Е - плоскости, что позволяет получить большой сектор сканирования АР. В качестве направленных вибраторных излучателей в АР с ограниченным сектором сканирования используются антенны типа волновой канал.
4) Электрические (Н - образные) вибраторы. Для настройки их в резонанс используются поперечные плечи. Такие вибраторы имеют уменьшенную поверхность рассеяния, и их использование целесообразно при построении совмещенных в одной апертуре разночастотных вибраторных АР, так как взаимные искажения ДН получаются при этом минимальными.
5) Печатные вибраторные излучатели. Они обладают высокой технологичностью, компактностью, конструктивной жесткостью и перспективны для АР, устанавливаемые на подвижных объектах.
6) Коротко замкнутые вибраторы, или диполи. Широко применяются в последнее время при создании частотно - и поляризационно-селективных пространственных структур или фильтров. Они используются для обеспечения ЭМС близко расположенных антенн, уменьшения уровня боковых лепестков, построения многофункциональных антенн и облегчения рефлекторов зеркальных антенн, уменьшения эффективной площади рассеяния антенн.
Симметричный вибратор — это вибратор в виде двух симметрично рас- положенных в одной плоскости проводников одинаковой длины и формы, к смежным концам которых подводится фидер. В том случае, когда оси проводников симметричного вибратора располагаются на одной прямой, он называется линейным. На рисунке 1.6 изображен линейный симметричный электрический вибратор, представляющий собой тонкий цилиндрический проводник радиусом а, расположенный в свободном воздушном пространстве. [3, ]
Рисунок 1.4 - Линейный симметричный электрический вибратор
Короткие волны (также декаметровые волны) — диапазон радиоволн с частотой от 3 МГц (длина волны 100 м) до 30 МГц (длина волны 10 м).
Короткие волны отражаются от ионосферы с малыми потерями. Поэтому, путём многократных отражений от ионосферы и поверхности Земли, они могут распространяться на большие расстояния. Короткие волны используются для радиовещания, а также для любительской и профессиональной радиосвязи. Качество приёма при этом зависит от различных процессов в ионосфере, связанных с уровнем солнечной активности, временем года и временем суток. Так днём лучше распространяются волны меньшей длины, а ночью — большей. Для связи между наземными станциями и космическими аппаратами они непригодны, так как не проходят сквозь ионосферу.
На коротких волнах наблюдаются замирания — изменение уровня принимаемого сигнала, они проявляются как кратковременное снижение амплитуды несущей частоты или вовсе пропадание последней. Замирания возникают из-за того, что радиоволны от передатчика идут к приёмнику разными путями, в разной фазе и, интерферируя на антенне приёмника, могут ослаблять друг друга.
Для любительской радиосвязи радиолюбителям выделены 9 коротковолновых (КВ) диапазонов. Основными из них являются 160, 80, 40, 20, 15 и 10- метровый диапазоны.
Любительская радиосвязь
В радиолюбительской связи важен интерес, здесь нет никакой обязаловки. Не получилось провести QSO - да и х... с ним, в другой раз получится. Изначально, любительская связь была экспериментальной и не предусматривала соревнований, контестов, экспедиций и тд.
В последнее время, появилась устойчивая тенденция к тому что радиолюбителю вообще не важен процесс радиосвязи - главное какая аппаратура стоит у него дома. Чем дороже трансивер - тем лучше. Навыки оператора, в расчет не берутся.
Для любительской связи важное значение имеет дальность, так называемые DX-ы. Поэтому большое значение уделяется узкополосным, направленным антеннам с прижатыми к горизонту лепестками.
Типовая мощность радиостанции 100Вт, так как большенство трансиверов для радиолюбителей, имеют эту мощность передатчика. Дополнительные усилители мощности используются, но не всегда. Обычно в соревнованиях или чтобы 'задавить' кого-нибуть своим сигналом.
Самые популярные режимы работы, это SSB, CW и разные виды модуляции формируемые с помощью компьютера. Их очень много, около 30.
Любительские диапазоны строго ограничены определенными и довольно узкими участкими, многие из них кратны. Поэтому антенны как правило резонансные и часто, с возможностью работать на гармониках.
Подавляющее большенство радиолюбителей сидят по домам (находятся в стационарных условиях)соответственно аппаратура питается от сети 220В. Только в последнее время, появился интерес к экспедициям с использованием носимой и возимой аппаратуры. Но тема эта новая и слабо освоенная.
Любительские трансиверы отличаются наличием кучи кнопок, ручек, большими дисплеями и другими функциями которые часто не связаны с процессом проведения QSO, а нужны лишь для коммерческой привлекательности изделия.
Подавляющее большенство радиолюбителей работающих в эфире, при покупке трансивера, смотрят на внешний вид и навороты, а не на схемотехнику покупаемой
радиостанции.
Любительские радиостанции, как правило не отвечают (или отвечают частично) жестким нормам и требованиям для профессиональных радиостанций.
Радиолюбители очень трепетно относятся к качеству сигнала, в большенстве случаев, стандартный телефонный сигнал с подьемом +6дб на октаву, ими оценивается негативно.
Извесные мировые фирмы, используют радиолюбителей как полигон, для испытания новых узлов и решений, для дальнейшего внедрения их в профессиональной и военной аппаратуре.
В последние годы, интерес к радиолюбительской связи на КВ упал, так как есть много других интересных технических направлений для творчества. А связь как таковая, доступна по другим каналам.
Экспериментальная составляющая радиолюбительской связи, в последние годы, потеряла свою актуальность и это хобби используется в основном для времяпровождения, когда нечем заняться.
Длительность сеанса связи не ограничена и может доходить до нескольких часов.
Диапазон 27МГц не относится к радиолюбительским, для работы там нужна другая лицензия.
Профессиональная радиосвязь
Под этим термином понимается любая связь на производстве, это геологи, моряки, колхозники, авиаторы, подразделения МЧС и тд.
Обратите внимание, что профессиональной связью пользуются не связисты-профессионалы, а работники других профессий.
Профессиональная радиосвязь, это не хобби. Тут изначально другие основы. Связь должна быть в нужный момент, потому что от этого может зависеть чьято жизнь или деньги и тд.
Главное условие - провести радиосеанс, получить информацию и выполнить свою непосредственную работу, которая уже не связана со связью. Длительность радиосеанса, обычно 3 - 10 минут.
Вид модуляции на КВ - всегда USB (на УКВ - FM, только в авиации осталась АМ).
Радиостанции для этой группы пользователей должны быть простыми в эксплуатации, надежными, иметь мало ручек и кнопок.
В профессиональной связи, почти не используются резонансные антенны, это и понятно, здесь нет заранее установленных частот.
Самый используемый диапазон частот на КВ, это 2 - 10МГц, потому что здесь легко заранее спрогнозировать возможную связь, в зависимости от времени суток и других условий.
Используемые антенны, это как правило: укороченные штыри - для связи до 60км во время движения, налонные лучи и симметричные вибраторы - для связи до 600км.
В профессиональной связи нет нужды проводить радиосеансы дальностью в тысячи километров. Типовые дальности это 50 - 300км. Поэтому так популярны низковесящие симметричные вибраторы, веть они излучают строго вверх и хорошо накрывают 'ближнюю зону'. Пожалуй только в авиации и морской связи, на береговых радиоцентрах используют полноразмерные штыри или высоко поднятые вибраторы, для дальней связи.
Любительская аппаратура, как правило не подходит для профессионального использования (есть многочисленный печальный опыт), правда, последнее время появились универсальные станции, двойного и тройного назначения (например: VX-1210, Q-MAX, КВАРЦ).
В проф.связи, с давних лет, используются носимые возимые и стационарные радиостанции с относительно небольшой мощностью, всего 2 - 10Вт. и здесь накоплен большой опыт их эксплуатации.
Радиосвязь силовых ведомств
В целом, требования предьявляемые в профессиональным станциям, подходят и военным, но у последних есть свои специфические требования к аппаратуре.
Виды модуляции у военных: ОМ - однополосная модуляция с верхней или нижней боковой. АТ - амплитудная телеграфия, ЧТ - частотная телеграфия (два или четыре тона с разносом 250Гц).
Связь должна быть защищенной от прослушивания, поэтому радиостанция должна иметь соответствующие интерфейсы для ЗАС, маскираторов, скачкообразного изменения частот и тд.
Ограничения по частотам у военных практически нет, они могут работать на любых частотах.
У радиостанции, должна быть возможность дистанционного управления от телефонного аппарата, по двухпроводной линии. Это для того чтобы, когда ее засекут и уничтожат, радисты остались живы.
Радиосвязь в армии - не самоцель, а вспомогательное звено для оперативного управления подразделениями и ей отводится строго определенное место.
Красивые кнопки и дисплеи не нужны, только самое необходимое, все должно быть просто, крепко и функционально. Военные станции красят обычно в зеленый цвет.
Поскольку КВ радиосвязь легко подавить, интерес к ней последнее время упал, надежнее использовать другие системы. Но и полностью отказываться от КВ связи, пока не собираются, потому что она очень удобна на учениях, при проведении спасательных работ, и во время локальных конфликтов.