11. Антенны для связи ионосферными волнами

Радиосвязь ионосферными радиоволнами осуществляется в диапазоне коротких волн. Это объясняется тем, что для данного диапазона земля является сравнительно плохой проводящей средой и земные радиоволны испытывают сильное поглощение, возрастающее с повышением частоты. В результате связь земными волнами на расстояние в несколько десятков километров становится невозможной даже при значительной мощности передатчика. Наоборот, при распространении ионосферных волн поглощение энергии радиоволн этого диапазона в слоях ионосферы невелико и уменьшается с повышением частоты. Поэтому энергия отраженных от ионосферы ионосферных радиоволн приходит в точку приема с малыми потерями. Такое свойство коротких волн позволяет осуществлять дальнюю и ближнюю связь ионосферными волнами применяя передатчики небольшой мощности.

В общем случае отражение радиоволн от ионосферы подчиняется известному из оптики закону: угол отражения равен углу падения. Поэтому для ближних связей ионосферными волнами желательно применять антенны, излучающие энергию под большими углами к горизонту, а для дальних связей – под малыми углами (рисунок 14)

Рисунок 14. Отражение радиоволн от ионосферы для различных углов падения радиолуча

Антенны, применяемые для связи ионосферными волнами, можно разделить на следующие группы: антенны зенитного излучения (АЗИ) и антенны комбинированного излучения.

9.1. Антенны зенитного излучения

АЗИ называют такие коротковолновые антенны, которые излучают наибольшую энергию в зенит и почти не излучают вдоль земной поверхности. Эти антенны дают возможность осуществлять радиосвязь без так называемых мертвых зон (зон радиомолчания) на всех расстояниях. Так, при помощи переносных радиостанций малой мощности (единицы ватт) связь устанавливается на расстояния до 100-300 км.

На практике широкое применение получили два типа зенитных антенн: симметричный вибратор и несимметричный вибратор (или АЗИ). Рассмотрим особенности этих антенн.

Горизонтальный симметричный вибратор

Симметричный вибратор представляет собой горизонтальный провод, питаемый в середине при помощи двухпроводного симметричного фидера.

Общий вид и размеры симметричного вибратора приведены на рисунке 15.

Рисунок 15. Общий вид и вид сверху развернутой антенны «Симметричный вибратор»

Диаграммы направленности антенны «Симметричный вибратор» представлены на рисунках 16 и 17.

Рисунок 16. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости

Рисунок 17. Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости

Диаграмма направленности антенны «Симметричный вибратор» очень сильно зависит от высоты его подвеса, что объясняется влиянием земной поверхности. Увеличение высоты подвеса приводит к уменьшению излучения в зенит и появлению направленности излучения вдоль земли.

Направленность излучения антенны «Симметричный вибратор» вдоль горизонта очень мала, поэтому они не требуют точной ориентировки на корреспондента. Коэффициент излучения антенны в зенит велик.

Несимметричный вибратор (или антенна зенитного излучения - АЗИ)

Несимметричным вибратором называется горизонтальная антенна, питаемая при помощи однопроводного фидера.

Антенна представляет собой горизонтальный провод длиной 0,5 от длины волны, к которому от одного из концов подключен однопроводный фидер. Принцип действия, дальность связи, диаграммы направленности несимметричного вибратора такие же, как и у симметричного вибратора.

Один из основных недостатков несимметричного вибратора – его недиапазонность: антенна хорошо работает и излучает в зенит только на той рабочей частоте, на которую рассчитаны ее размеры. Если вибратор антенны сделать секционным с перемычками, то антенна сможет работать на нескольких фиксированных частотах.

Внешний вид несимметричного вибратора представлен на рисунке 18.

Рисунок 18. Внешний вид несимметричного вибратора

Устойчивая связь на антенны зенитного излучения получается только при правильном выборе частоты для связи на заданное расстояние.