Антени вiйськових радiостанцiй
Антени вiйськових радiостанцiй
Загальнi положення
Антенами називаються пристроi, призначенi для випромiнювання i прийому електромагнiтних хвиль.
Передавальна антена призначена для перетворення енергii ВЧ коливань в енергiю електромагнiтних хвиль. Прийомна антена призначена для перетворення енергii електромагнiтних хвиль в енергiю ВЧ коливань.
Антени вiйськових радiозасобiв i необхiдними i найважливiшими технiчними елементами, що беруть участь у формуваннi радiоканалу. Позитивною властивiстю антен i те, що вони, не споживаючи потужностi вiд джерел енергii, забезпечують дii, еквiвалентнi посиленню потужностi сигналу. Як вiдомо, потужнiсть сигналу на входi приймача визначаiться виразом (1):
(1)
де: Р пров. - потужнiсть передавача;
Gпер - коефiцiiнт пiдсилення передавальноi антени;
G iн - коефiцiiнт пiдсилення прийомноi антени;
Wтр - множник ослаблення потужностi за рахунок поглинання на трасi;
З формули видно, що потужнiсть передавача сама по собi ще не визначаi надiйнiсть радiозв'язку. Коефiцiiнти пiдсилення антен Gпер i Gпр входять у приведений вираз як рiвноправнi множники, тому з метою зниження витрати потужностi вiд первинного джерела, що приводить до зменшення маси i габаритiв радiостанцiй, необхiдно прагнути до збiльшення коефiцiiнта пiдсилення антен.
Мiнiмально необхiдна потужнiсть сигналу на входi приймача залежить вiд його чутливостi, однак у декаметровому дiапазонi вона практично визначаiться середньою потужнiстю перешкод на входi приймача (шуми самого приймача, шуми в антенi i середовищi, а також зовнiшнi перешкоди).
Зменшити рiвень перешкод на входi приймача можна за рахунок застосування прийомних антен зi спрямованими характеристиками: чим вужче ii дiаграма направленостi при деякiм значеннi коефiцiiнта пiдсилення, тим менше потужнiсть перешкод.
Звiдси видно, настiльки велика роль антен у визначеннi енергетичного потенцiалу, особливо якщо врахувати, що збiльшення потужностi передавачiв мобiльних радiостанцiй маi межу.
Вiйськовi радiозасоби працюють в особливих умовах. Це викликаi необхiднiсть у створеннi i застосуваннi антен спецiальних типiв i конструкцiй. Крiм необхiдних електричних характеристик, приймаються в увагу габарити, транспортабельнiсть, час розгортання i згортання, маскування, надiйнiсть i захищенiсть антен.
Грамотне застосування антен у рiзноманiтних умовах мiсцевостi, на стоянцi, при зупинках i в русi, маскування i захист вiд розвiдки i поразки, маневр частотами й антенами для пiдтримки стiйкого радiозв'язку в суцiльний перешкодовiй обстановцi жадаi вiд особового складу радiопiдроздiлiв чiткого знання властивостей антен i творчого використання iх можливостей.
Основнi характеристики антен
1. Потужнiсть випромiнювання Р∑ - потужнiсть, що витрачаiться на створення ЕМХ (поля випромiнювання). Напруженостi електричного 
i магнiтного 
векторiв електромагнiтного поля у вiльному просторi зменшуються пропорцiйно вiдстанi r.
2. Потужнiсть передавача РА тАУ потужнiсть, що надходить в антену вiд передавача. Вона визначаiться вираженням (2):
(2) де: IA - амплiтуда струму на входi антени;
RA_тАУ активна складова вхiдного опору антени.
Однак не вся пiдведена до антени потужнiсть РА затрачаiться на створення поля випромiнювання.
3. Потужнiсть втрат РП - частина потужностi передавача РА, що витрачаiться на нагрiвання металу провiдникiв, на дiелектричнi втрати в iзоляторах, на втрати в землi з кiнцевою провiднiстю i втрати iншого фiзичного походження. Тому:
РА=Р∑ +РП (3)
4. Вхiдний опiр антени ZА визначаiться вираженням (4):
(4) де: RA i XA - активна i реактивна складовi вхiдного опору антени.
5. Коефiцiiнт корисноi дii антени ηА визначаiться як вiдношення випромiнюваноi потужностi Р∑ до пiдведеноi до антени потужностi РА (5):
(5) Коефiцiiнт корисноi дii визначаi ефективнiсть антени як перетворювача ВЧ енергii в енергiю ЕМХ. Для того щоб передавач вiддавав в антену максимальну потужнiсть необхiдно погодити вихiдний опiр передавача вхiдним опором антени. Однак активна складова RА вхiдного опору антени може вiдрiзнятися вiд величини вихiдного опору передавача, тому виникаi необхiднiсть у трансформацii активноi частини вхiдного опору антени. Ця задача вирiшуiться за допомогою органiв зв'язку з антеною. Компенсацiя ж реактивноi складовий XА вхiдного опору антени здiйснюiться за допомогою органiв настроювання антени (рис.1). Номiнали органiв настроювання i зв'язки залежать вiд значень реактивноi й активноi складових вхiдного опору антени.
Рис.1. Спрощена схема узгодження передавача з антеною.
6. Характеристика направленостi тАУ це залежнiсть амплiтуди напруженостi поля вiд напрямку в просторi на однаковому, досить великому, вiдстанi вiд антени. На однаковiй вiдстанi вiд антени, але в рiзних напрямках, величина напруженостi поля рiзна. РЖнакше кажучи, антена маi спрямовану властивiсть. Графiчне зображення характеристики направленостi називають дiаграмою направленостi. Для порiвняння рiзних антен по направленостi користаються нормованою характеристикою направленостi, у якоi максимальне значення дорiвнюi одиницi. Вона виходить шляхом розподiлу всiх значень характеристик направленостi на максимальне значення:
(6) Побудова дiаграм направленостi можлива в полярнiй чи прямокутнiй системах координат. На практицi користаються перетинами просторовоi дiаграми направленостi звичайно в двох взаiмно перпендикулярних площинах, що проходять через напрямок максимального випромiнювання. Для антен, розташованих на поверхнi землi, перетину вибирають таким чином, щоб одержати дiаграми направленостi в горизонтальнiй (функцiя F(j)) i вертикальноi (функцiя F(q)) площинах, де q i j - кутовi координати в сферичнiй системi координат.
У дiаграмi направленостi антени розрiзняють головний i бiчний пелюстки, рiвень яких визначаiться стосовно головного.
Ступiнь концентрацii електромагнiтноi енергii в головному напрямку характеризуiться шириною головного пелюстка (шириною дiаграми направленостi).
Шириною головного пелюстка (шириною дiаграми направленостi) називають кут мiж двома напрямками, у межах якого напруженiсть поля зменшуiться в 
раз.
7. Коефiцiiнт спрямованоi дii D показуi властивiсть антени концентрувати випромiнювання у визначених напрямках i вiн визначаiться як вiдношення потужностi випромiнювання ненаправленоi (гiпотетичноi) антени Р∑0 до потужностi випромiнювання спрямованоi антени Р∑, що створюють на однаковiй вiдстанi рiвнi напруженостi поля:
(7) Оскiльки при застосуваннi спрямованоi антени потужнiсть випромiнювання затрачаiться на створення поля в бiльш вузькому секторi кутiв, можна говорити про виграш у величинi напруженостi поля:
8. Коефiцiiнт пiдсилення антени G показуi, у скiлькох разiв меншу потужнiсть можна пiдвести до спрямованоi антени в порiвняннi з потужнiстю, пiдведеноi до ненаправленоi антени без утрат, щоб одержати однакову напруженiсть поля в крапцi прийому. Коефiцiiнт пiдсилення антени застосовуiться для оцiнки виграшу, що даiться застосуванням спрямованоi антени i визначаiться вираженням (8):
(8) де: РАо - потужнiсть, пiдведена до ненаправленоi антени;
РА - потужнiсть, пiдведена до спрямованоi антени.
При цьому вважаiться, що ненаправлена антена маi ККД рiвний 100%, тобто РАо=Р∑0, тому вираження для коефiцiiнта пiдсилення G можна записати у видi:
(9) 9. Дiапазоннi властивостi антени визначаються iнтервалом частот fmin-fmax, у межах якого такi параметри, як спрямованi властивостi i вхiдний опiр антени залишаються постiйними.
Смуга частот може визначатися у вiдсотках щодо середньоi частоти дiапазону:
(10) Антени, що забезпечують роботу в смузi частот менше 10%, називаються вузькосмуговими (вузькодiапазонними, резонансними), а при смузi бiльше 10% - широкосмуговими. Якщо смуга робочих частот бiльше 100%, то антени називають дiапазонними (широкодiапазонними). Коефiцiiнт перекриття широкодiапазонних антен лежить у межах вiд 2 до 10.
10. Дiючою довжиною антени ℓg називаiться довжина вiбратора з рiвномiрним розподiлом струму, рiвним току на ii затисках, що створюi в напрямку максимуму випромiнювання ту ж напруженiсть поля, що i розглянута антена (мал. 2):
Рис.2. Визначення дiючоi довжини симетричного вiбратора.
Симетричний вiбратор тАУ це прямолiнiйний провiд, роздiлений по серединi на два вiдрiзки, називаних плiчми ℓ, мiж якими включаiться генератор.
Власною довжиною хвилi вiбратора λ0 називаiться найбiльша довжина хвилi, при якiй реактивний вхiдний опiр антени дорiвнюi нулю. Для симетричного вiбратора власна довжина хвилi складаi λ0=4ℓ.
Вiбратор називають напiвхвильовим, у якого повна довжина антени дорiвнюi половинi довжини хвилi (довжина плеча антени дорiвнюi ℓ=0,25λ). Вiбратор налагоджений у резонанс i тому реактивна складова ХA вхiдного опору антени дорiвнюi нулю.
Вiбратор називаiться хвильовим, якщо загальна довжина антени дорiвнюi довжинi хвилi (довжина плеча дорiвнюi половинi довжини хвилi), реактивна складова ХА вхiдного опору антени дорiвнюi В±∞.
Режимом подовження називають роботу вiбратора при ℓ<0,25λ Антена в цьому режимi маi iмнiсний реактивний опiр.
Режим укорочення маi мiсце при ℓ>0,25λ. При 0,25λ< ℓ<0,5λ вхiдний опiр вiбратора маi iндуктивний характер. Для настроювання такого вiбратора в резонанс необхiдно використовувати iмнiсть (скорочуючий конденсатор).
Штирьовi антени
Штирьова антена являi собою твердий несиметричний напiвхвильовий вiбратор. Поверхнею штиря, що пiдстилаi, можуть бути: земля, металевий кузов рухомого об'iкта, корпус радiостанцii i спецiальнi дроти - противаги.