●​ Высокая мощность: Антенны Trideco используются с передатчиками огромной мощности, достигающей 1,8 мегаватт, что требует специальных конструктивных решений для предотвращения коронного разряда.

ЗОНТИЧНАЯ АНТЕННА

Антенна типа «зонтик» (или зонтичная антенна) представляет собой вертикальный излучатель с верхней емкостной нагрузкой в виде нескольких наклонных лучей, расходящихся от вершины мачты к земле.

Зонтичные антенны широко применяются с конца 19 - начала 20 веков. Они просты по конструкции, требуют минимума затрат и являются единственным типом, применяемым для связи с подводными лодками в диапазоне LF. Антенны этих станций однотипны и представляют собой изолированные от земли решетчатые

мачты-излучатели высотой от 186 до 305 метров, от вершин которых вниз под углом

около 45 градусов опускаются провода (до 16) емкостной нагрузки (рис.3.7).

Однако параметры антенн такого типа для диапазона VLF при высоте мачт даже 300 метров неприемлемы из-за невозможности создать при такой высоте зонтик требуемой емкости. Поэтому главной задачей при создании зонтичных антенн для диапазона VLF является установка мачты максимально возможной высоты, за счет чего уменьшается величина потребной емкостной нагрузки и увеличивается площадь «зонтика», а значит и его емкость относительно земли.

●​ Электрическое удлинение: Емкостная нагрузка в верхней части увеличивает

эффективную электрическую длину антенны. Это позволяет использовать мачту меньшей физической высоты для работы на низких частотах (ДВ, СДВ и КВ диапазоны).

●​ Равномерное распределение тока: Благодаря «зонтику» ток в вертикальной

части распределяется более равномерно по всей высоте, что повышает

сопротивление излучения и общую эффективность (КПД) антенны по сравнению с простым вертикалом той же высоты.

●​ Круговая диаграмма направленности: Как и обычный вертикальный штырь, зонтичная антенна излучает равномерно во всех направлениях по горизонтали.

●​ Уменьшение влияния земли: Верхняя нагрузка частично компенсирует недостатки системы заземления, позволяя антенне работать эффективнее даже при суррогатных противовесах.

Преимущества и применение:

●​ Компактность на низких частотах: Идеальна для диапазонов 15–150 кГц и любительских КВ-диапазонов (например, 160 м), где полноразмерная антенна была бы слишком высокой.

●​ Устойчивость: Наклонные лучи зонтика одновременно выполняют роль оттяжек, что упрощает крепление мачты.

Недостатки:

●​ Узкая полоса пропускания: Как и все укороченные антенны с высокой

добротностью, она требует точной настройки и имеет малую рабочую полосу частот.

●​ Сложность настройки: Настройка требует последовательной регулировки лучей «зонтика» и часто использования согласующих устройств (трансформаторов) у

основания.

15. Оценка характеристик антенн СДВ -диапазона для различных конструкций (Rвх, Хвх, КПД излучения, добротность).

Оценка характеристик трех основных типов СДВ-антенн базируется на их способности компенсировать малую физическую высоту относительно длины волны (λ = 10...100 км).

1. Антенна «Голиаф» (Goliath)

Исторически первая сверхмощная СДВ-антенна (15-60 кГц), представляющая собой систему из трех одинаковых секций. Каждая секция — это зонтичная антенна с центральной мачтой и развитой сетью верхних нагрузок.

●​ Rвx (Входное сопротивление): Сопротивление излучения Визл крайне мало (около 0,1-0,2 Ом). Суммарное активное сопротивление с учетом потерь в заземлении и катушках составляет около 0,5-1,5 Ом.

●​ Хвх (Реактивное сопротивление): Высокое емкостное. Для компенсации используются вариометры размером с двухэтажный дом.

●​ КПД излучения: Благодаря огромной площади верхней нагрузки (сотни тысяч т²) КПД

достигает 40-60% (рекордный показатель для СДВ).

●​ Добротность (Q): Около 200-300. Это обеспечивает полосу пропускания, достаточную для телеграфной манипуляции.

2. Антенна «Тридеко» (Trideco)

Современная и наиболее эффективная конструкция (используется на станции Катлер, США, и станциях ВМФ РФ). Представляет собой центральную мачту и несколько (обычно 6) ромбовидных панелей верхней нагрузки, расходящихся как лепестки.

●​ Rвx: Киз выше, чем у «Голиафа», за счет лучшего распределения тока в панелях и составляет 0,2-0,5 Ом. Полное активное сопротивление - около 1 Ом.

●​ Хвх: Емкость системы огромна (до десятков нФ), что снижает напряжение на изоляторах при мегаваттных мощностях.

●​ КПД излучения: Достигает 70-80% на частотах выше 20 кГц. Это самая эффективная конструкция в мире.

●​ Добротность (Q): Высокая, около 400-600. Требует прецизионной автоматической настройки вариометров при изменении погодных условий (обледенение, ветер).

3. Классическая зонтичная антенна (Umbrella)

Стандартная конструкция для менее мощных СДВ-узлов: одна мачта и 6-12 наклонных тросов-лучей.

●​ Rвx: Зависит от высоты мачты. Кизил обычно составляет 0,05-0,15 Ом. Сопротивление потерь часто в несколько раз превышает сопротивление излучения.

●​ Хвх: Значительное емкостное. Требует мощных удлинительных катушек с высокой добротностью.

●​ КПД излучения: Обычно 10-25%. Значительная часть энергии уходит на нагрев земли под антенной и катушек согласования.

●​ Добротность (Q): Очень высокая (600-1000), что делает антенну узкополосной и критичной к качеству заземления.

16. Расчет характеристик полосковой линии

17. Расчет патч-антенны

18. Методы питания патч антенн. Методы получения круговой поляризации

1.(Микрополосковая линия питания): Это один из наиболее распространённых методов питания микрополосковых антенн. Радиочастотный сигнал передаётся на излучающую часть антенны через микрополосковую линию, обычно через соединение между микрополосковой линией и излучающим элементом. Этот метод прост и гибок и подходит для многих микрополосковых антенн.

2.(Апертурно-связанный фидер): Этот метод использует щели или отверстия в основании микрополосковой антенны для подачи микрополосковой линии в излучающий элемент антенны. Этот метод обеспечивает лучшее согласование импеданса и эффективность излучения, а также уменьшает горизонтальную и вертикальную ширину боковых лепестков диаграммы направленности.

3.(Проксимити-связанная подача): Этот метод использует генератор или индуктивный элемент, расположенный вблизи микрополосковой линии, для подачи сигнала в антенну. Он обеспечивает более высокое согласование импеданса и более широкую полосу частот и подходит для проектирования широкополосных антенн.

4.(Коаксиальная схема): Этот метод использует копланарные провода или коаксиальные кабели для подачи радиочастотных сигналов в излучающую часть антенны. Этот метод обычно обеспечивает хорошее согласование импеданса и эффективность излучения и особенно подходит для ситуаций, когда требуется один антенный интерфейс.

Различные методы питания будут влиять на согласование импеданса, частотные характеристики, эффективность излучения и физическую компоновку антенны.

Метод получения круговой поляризации:

Помогутка

1. Методы с одноточечным питанием (Пассивные)

Это наиболее компактные решения, где фазовый сдвиг достигается за счет внесения асимметрии в геометрию патча.

●​ Усечение углов (Truncated corners): У квадратного патча срезаются два противоположных угла по диагонали. Это расщепляет резонансную частоту на две близкие моды, разность фаз между которыми на центральной частоте составляет 90°.

●​ Использование почти квадратного патча: Размеры сторон L и W выбираются с небольшой разницей. Это создает условия, при которых одна мода опережает другую по фазе.

●​ Прорезание щелей (Slotted patches): В центре или по диагонали патча делаются вырезы (U-образные, крестообразные, гантелевидные). Изменение пути протекания тока создает необходимый фазовый сдвиг.

●​ Внесение возмущающих элементов: Добавление небольших выступов (ушек) на серединах сторон или использование патчей эллиптической формы.

2. Методы с многоточечным питанием (Активные)

Обеспечивают более широкую полосу пропускания по коэффициенту эллиптичности и стабильность параметров.

●​ Квадратурный мост (90° Hybrid): Патч запитывается в двух ортогональных точках через внешний делитель мощности, который аппаратно обеспечивает сдвиг 90°.

●​ Последовательное питание (Sequential rotation): Использование решетки из нескольких патчей, каждый из которых повернут относительно предыдущего на

90° и запитан с соответствующей задержкой по фазе. Этот метод в 2026 году часто применяется в антенных решетках спутниковой связи (Starlink-подобные терминалы).

В зависимости от количества возбуждаемых портов печатной антенны и их расположения, а

также амплитуд и фаз возбуждения можно получить различные режимы работы. Частным случаем является создание поля круговой поляризации при возбуждении нескольких портов

антенны, как показано на рис. 1. Использование антенн с несколькими портами позволяет увеличить коэффициент эллиптичности в большем телесном угле [4] и обеспечить высокую

стабильность фазового центра [5].

Двухпортовое возбуждение антенны Рассмотрим частотные зависимости коэффициентов матрицы рассеяния антенны для N = 2. Порты расположены таким образом, чтобы обеспечить возбуждение двух ортогональных мод TM10 и TM01 с фазовым смещением 90° для получения круговой поляризации (см. рис. 1, б). Сначала для определения коэффициентов матрицы рассеяния рассмотрим случай при возбуждении только порта 1

(активный порт), а порт 2 (пассивный) будет нагружен на согласованную нагрузку. Затем порт 2 будет активным, а порт 1 пассивным. Моделирование этих случаев в CST Studio Suite показало, что коэффициенты отражения |S11| = |S22| ниже –10 дБ соответствуют диапазону частот f/f0 ≈ 0,98–1,02 (рис. 2). Значение коэффициентов передачи между портами в этой полосе частот ниже –18 дБ. Следует отметить, что для патч антенны круглой формы Sii = Sjj, Sij = Sji, так как она обладает симметрией и не содержит невзаимных сред [14].

19. Согласование патч-антенны с полоском при помощи выреза.

20. Квадратурный делитель, применение. Характеристики и пример расчета.

Квадратурный делитель мощности (КДМ) это устройство с четырьмя портами (восьмиполюсник), предназначенное для получения двух сигналов половинной мощности, сдвинутых по фазе друг относительно друга на Pi / 2 Порты соединяются отрезками микрополосковых линий (МПЛ) так, чтобы обеспечить заданный алгоритм функционирования устройства.

Одно из превосходных применений квадратурных соединителей — согласование импедансов пар устройств. Устройства располагаются таким образом, что отражения от них нагружаются на нагрузке, изолированной от входа квадратурного соединителя. Этот приём возможен только благодаря 90-градусной (квадратурной) разности фаз между связанным и сквозным плечами.Квадратурные соединители также используются для того, чтобы сделать отражательные аттенюаторы (например, шунтирующие PIN-диоды) поглощающими.

Топология стандартного двухшлейфного направленного ответвителя представлена на рис. 2. Для расчета его параметров требуется определить длину волны в линии на центральной частоте устройства и ширину линий передачи для требуемых значений волновых сопротивлений отрезков Z1 и Z2. В свою очередь, волновые сопротивления Z1

(5) и Z2 (6) четвертьволновых отрезков МПЛ рассчитываются с учетом требуемого коэффициента деления мощности k (7) между выходными портами направленного ответвителя [19]:

где Р3, Р4 – мощности сигналов на выходах с номерами 3, 4; Z0 – волновое сопротивление подводящих линий. При равном делении входной мощности между выходами ответвителя коэффициент k = 1. Тогда при Z0 = 50 Ом имеем Z1 = 50 Ом, Z2 = 35,35 Ом.

Габариты обычного двухшлейфного моста определяются размерами четвертьволновых отрезков МПЛ L2 и шлейфов L1. Из рис. 2 видно, что в таком устройстве между двумя парами четвертьволновых отрезков микрополосковой линии заключена площадь S, которая не имеет технического назначения и которую можно использовать для размещения проводников в компактном ответвителе.