Антенны зенитного излучения своими руками

Простая магнитная антенна

Е. ФЕДОТОВ, г. Адлер
Эту антенну можно назвать конструкцией даже не выходного дня, а обеденного перерыва. Преимущества магнитных антенн подобного типа в том, что, являясь замкнутой системой, они менее подвержены влиянию окружающих предметов и электрических помех. Антенна оказывается очень удобной тогда, когда нет возможности разместить полноразмерную антенну, например, внутри автомобиля или в комнате.

Кроме использования в составе связной аппаратуры Си-Би диапазона, такая антенна с не меньшим успехом может быть применена в системах охранной сигнализации, для приема радиовещательных станций на УКВ и во многих других случаях. Изменяя размеры антенны, ее удается настроить в довольно широком диапазоне частот.

Конечно, электромагнитные параметры антенн такого типа ниже, чем у полноразмерных, но все-таки за счет высокой добротности и ярко выраженных резонансных свойств этот недостаток в какой-то мере компенсируется.

Для изготовления антенны понадобятся деревянный брусок или небольшая сухая дощечка шириной примерно 4 и длиной 10. 15 см, а также отрезок медной проволоки или тонкой медной трубки диаметром 4. 6 мм и длиной 120. 150 см. Его сгибают в форме прямоугольной петли (размеры и конфигурация некритичны) и закрепляют на дощечке.

Еще понадобятся два конденсатора переменной емкости (КПЕ) от радиовещательных приемников. Их максимальная емкость может лежать в пределах 260. 510 пФ. Один из КПЕ желательно выбрать двухсекционным и обе его секции соединить параллельно. Он обозначен как С2 (см. рисунок).

Настройка антенны очень проста, ее проводят в режиме приема, желательно AM станций. Подключив антенну коаксиальным кабелем к трансиверу или приемнику и настроив последний на желаемую частоту, поочередным вращением роторов КПЕ антенны добиваются максимума шума на выходе приемника. Это и будет соответствовать настройке антенны в резонанс и согласованию ее со входом приемника.

В случае использования антенны с трансивером или передатчиком системы охранной сигнализации желательно уточнить настройку в режиме передачи по минимуму КСВ в питающем антенну кабеле. Настройка антенны двумя КПЕ подобна тому, как настраивают выходной П-контур передатчика — принцип тот же.

Эта антенна испытывалась на частоте 27 МГц с составе Си-Би радиостанции и при четырех ваттах мощности передатчика обеспечила уверенную связь между автомобилями на расстоянии до 10 км в условиях пересеченной местности.

Радио 2-2005, с.57.

Изображения

an_r205-1.gif (3.0 Кб, 16 просмотров)

Антенны DDRR в военной связи
В военной технике многих стран используются зенитные антенны DDRR, которые тоже могут обеспечить работу зенитным излучением. Схема этой антенны показана на рис. 1. Антенна представляет собой излучатель длиной L значительно меньше длины четверти волны нижнего рабочего диапазона антенны. В резонанс антенна настраивается с помощью конденсатора пе*ременной емкости, перестраиваемого электромотором. Антенна эффективно работает при длине L не менее 0.1λ. Конструктивно антенна выполнена из толстой трубки диаметром 20…40 мм.

Антенна DDRR на военной технике обычно располагается по краю машины связи. как показано на рис. 2. Это дает возможность установить на крыше машины связи антенны для других диапазонов. Антенна DDRR часто еще служит ограждением крыши машины связи. Антенна DDRR используется на танках, на БМП (боевая машина пехоты). На этой военной технике антенна DDRR может выполнять роль поручней. Поскольку антенна DDRR механически прочная, ее трудно повредить в бою. Она более жизнестойкая, чем высокая штыревая антенна.

Для создания вращающейся поляризации, необходимой для качественной работы зенитной антенны, используют две антенны DDRR, расположенные по периметру крыши, как показано на рис. 3. В этом случае при их питании с некоторым сдвигом фаз возможно получение круговой (вернее эллиптической) поляризации.

Антенна DDRR является одной из новейших антенн, используемых на военной технике, в том числе и для связи зенитным излучением. Эта антенна обеспечивает высокий уровень зенитного излучения и имеет коэффициент полезного действия более высокий по сравнению со штыревой антенной. Но антенна DDRR проигрывает по эффективности работы магнитной антенне и сравнима по эффективности работы со свернутым диполем. Однако магнитная антенна сложнее в выполнении антенны DDRR и требует для ее приведения в рабочий режим использования электромоторов или ее подъема вручную. Антенна DDRR более прочная и позволяет вести связь во время движения, не опасаясь повреждения антенны.

Свернутый диполь, который ранее использовался в качестве зенитной антенны, занимает всю крышу и не дает места для установки на ней других антенн. В настоящее время для ведения связи используются не только антенны зенитного излучения диапазона 90—60 метров, но и антенны других типов и частот. Поэтому вопрос о месте для размещения этих антенн на крыше автомобиля связи стоит достаточно остро.

Радиолюбители вполне могут использовать антенну DDRR для своей работы в эфире при ее установке на крыше автомобиля.

Итак, если вы где-то встретите описание какой-либо антенны, работающей зенитным излучением, то, скорее всего, сможете отнести ее к одному из типов описанных здесь антенн. А мы рассмотрим сейчас радиолюбительские антенны для установки на автомобилях.

Источник

NVIS – антенны зенитного излучения

Антенна зенитного излучения (АЗИ или NVIS) – это антенна, диаграмма направленности которой близка к сфере, лежащей на поверхности земли. При этом основная мощность излучения направлена в зенит (вверх). Такие антенны часто используют для местного КВ вещания, для служебной КВ-радиосвязи, где необходимо установить радиосвязь в ближней зоне. Антенны могут быть выполнены как в виде простых укороченных вибраторов на крыше автомобиля служебной (или военной) связи, так и в виде сложной конструкции, обеспечивающей какую-либо необходимую поляризацию работы антенны — круговую, линейную.

Стало почти аксиомой, что на коротких волнах (КВ) стремятся проводить как можно более дальние связи, на тысячи километров, поднимая повыше антенны и используя все другие средства, чтобы прижать главный лепесток излучения к горизонту, и получить касательное отражение волн от ионосферы.

В то же время существует насущная необходимость установления связи внутри региона, с ближайшими населенными пунктами, экспедициями, поисковыми и разведывательными партиями и т.д. Местная связь особенно необходима во время стихийных бедствий и других чрезвычайных ситуаций. Телефонная сотовая связь покрывает лишь небольшую часть территории страны, а ее базовые станции, без которых она не может функционировать, выходят из строя при ЧС чуть ли ни первыми. Дальность действия УКВ-радио-станций ограничена дальностью прямой видимости, то есть первыми десятками километров, и еще сильнее нарушается экранирующим действием хребтов в горных районах. Таким образом, диапазон дальностей порядка 40…400 км оказался почти недоступен для современных КВ и УКВ средств связи.

Если говорить упрощенно то, антенна зенитного излучения представляет садовый шланг, когда вы направляете его горизонтально поверхности Земли то поливаете водой отдаленные участки почвы, а ближние остаются сухими, а если вы направите шланг строго в зенит (вверх) – то дальний радиус почвы останется сухим, а ближний обильно увлажненным. То же самое происходит с антеннами NVI, излучение направленное с ее помощью в зенит отражается от ионосферы под малыми углами и плотно накрывает зону 0-500 км.

В последние годы возрос интерес к технике связи, названной NVIS — NearVertical Incidence Skywave propagation. Эта техника предусматривает работу пространственной волной, падающей на ионосферный слой почти вертикально, и отражающейся тоже почти вертикально вниз, создавая значительную напряженность поля на небольших (десятки — сотни километров) расстояниях от передатчика.

Первыми использовали такой тип распространения волн военные, в целях тактической связи на КВ. Не случайно во всех странах диапазон частот 2…8 МГц часто называют «военным». Указанный диапазон также широко используют спасатели, пограничники и береговая гвардия, то есть службы, аналогичные нашей МЧС. Этот вид связи незаменим там, где расстояния не так уж и велики, но дальности действия обычных УКВ радиостанций уже не хватает.

Большую работу по исследованию NVIS на о. Цейлон с привлечением местных радиолюбителей провел английский коротковолновик G3BGL/VS7PS в начале 50-х годов прошлого века. Его результаты были использованы при организации тропической радиовещательной службы в диапазонах 120, 90, 60, 49, 41 и 31 м. В последующие годы неоднократно появлялись публикации по использованию NVIS для целей ближней радиосвязи.

Из теории распространения радиоволн известно, что ионизированные слои полностью характеризуются высотой максимума электронной концентрации h и критической частотой fкр — максимальной частотой отражающейся волны при вертикальном зондировании (рис 1).

Критическая частота зависит только от электронной концентрации в слое и определяется простой формулой:
fкр в квадрате = 80,8 N, где N — число электронов в 1 м3.

Так, например, если в летний полдень концентрация электронов в слое Е достигла 1012 электронов/м3, то fкр = 9.106 Гц или 9 МГц.

При увеличении частоты сигнала вертикально падающие волны перестают отражаться, но полого падающие волны еще отражаются. При этом вокруг передатчика образуется «мертвая зона», в которой сигнал не слышен. На больших же расстояниях сигнал может быть достаточно сильным. Максимально применимая частота (МПЧ) — та, при которой еще отражаются волны, посланные антенной передатчика в направлении на горизонт. На частотах выше МПЧ слой вообще перестает отражать волны, посланные с поверхности Земли, и они уходят сквозь ионосферу в Космос. МПЧ обычно в несколько раз выше fкр. Связь тоже очень простая:

(МПЧ/fкр)2 = 1 + R/2h, где R — радиус Земли (6300 км).

Для вышеприведенного примера, если h = 90 км, то МПЧ = 2,5fкр или 22,5 МГц. В этих условиях сильной дневной ионизации для NVIS связей подойдет диапазон 7 МГц, а для дальних связей — 21 МГц.

Из нашего краткого рассмотрения ясно, что для NVIS пригодны волны с частотами ниже критической. А насколько ниже? Здесь надо учитывать поглощение волн в ионосфере. Теория говорит, что поглощение в ионосфере увеличивается с понижением частоты. Так, например, средние волны днем полностью поглощаются слоем D (h = 70 км), критическая частота которого недостаточна для отражения, и волне приходится дважды его пронизывать при отражении от слоя Е (h = 90…120 км, ночью выше). Таким образом, для уменьшения поглощения надо выбирать частоту как можно ближе к fкр, но немного ниже ее.

Критические частоты слоя Е и вышележащего слоя F (h = 200…250 км) очень сильно зависят от времени суток, времени года и солнечной активности. Все эти факторы определяют электронную концентрацию в слое, а следовательно и fкр. Так, например, расчеты, проведенные американскими радиолюбителями для трассы Сакраменто — Рено на западном побережье США показывают, что критические частоты могут изменяться от 2 до 14 МГц. Чаще же всего они лежат в области 2…7 МГц, понижаясь ночью и возрастая днем.

Антенны для NVIS, в шутку называемые «нагревателями облаков», должны излучать преимущественно вверх. Они очень плохо подходят для дальних связей, зато создают повышенную напряженность поля в ближней зоне, на расстояниях от 30 (где прямая поверхностная волна уже затухает) до 300 км. Оптимальная ДН NVIS-антенны показана на рис 2.

Хорошие результаты дают горизонтальный диполь и Inverted V, расположенные на высоте 0,1…0,15 l над землей. Земля в этом случае служит естественным, и довольно неплохим рефлектором, направляя излучение вертикально вверх. Входное сопротивление полуволнового диполя, расположенного горизонтально, и невысоко над землей, заметно понижается, и надо подумать о его согласовании.

В ряде случаев на сухой земле и на скальных грунтах возможно вообще не поднимать антенну, расстелив ее просто по земле. Потери при этом, конечно, больше, но в экстренных ситуациях, когда речь идет хоть о какой то связи, по сравнению с ее полным отсутствием, это может оказаться радикальным выходом из положения.

Другой вариант, предложенный военными, состоит в использовании штатной штыревой антенны, которой оборудовано транспортное средство, со своим согласующим устройством. Антенну просто отгибают в сторону любыми подручными средствами (рис. 3), например, с помощью веревки. Пример из книги Near Vertical Incidence Skywave Communications привел Richard Morrow, K5CNF.

Подобный вариант использует и другой американский любитель, назвавший свой луч «Roadside antenna» (антенна для обочины). Это провод длиной 20 м, разделенный в середине изолятором с перемычкой, оснащенной «крокодилом». Луч он протягивает горизонтально с крыши джипа, стоящего на обочине, к соседнему дереву. При разомкнутой перемычке 10 м провода образуют четвертьволновый вибратор в диапазоне 40 м. Для работы в диапазоне 80 м перемычку замыкают. В диапазоне 160 м в точке питания (на крыше джипа) включают удлиняющую катушку. Полагают, что 2 тонны автомобильного металла служат достаточным противовесом этой четвертьволновой антенне.

СО2КК усовершенствовал антенну для NVIS, применив петлевой полуволновой диполь, изогнутый в виде Inverted V. Под диполем, на высоте около 1 м над землей, протянут проволочный рефлектор, длина которого увеличена на 5 % относительно диполя. Он уменьшает потери в земле и увеличивает направленность антенны вверх. Расстояние от центра диполя до рефлектора 0,15…0,2 l,расстояние от концов диполя дорефлектора 0,1 l.
Подобные же варианты дипольных антенн с рефлектором, пригодных для NVIS связей.

И, в заключение, приведем рисунок «Супер Бима» на диапазон 40 м для NVIS, где использованы петлевой вибратор и целых три рефректора, по всей видимости, просто расстеленных по земле

Примеры NVIS антенн на технике:

Не стоит забывать помимо NVIS и про связь поверхностной волной, не отраженкой от ионосферы. Это те самые важные, «золотые» единицы — десятки км, которые покрываются даже с малой мощностью и укороченными антеннами, даже если вы в низине и вокруг холмистая местность. Радиоволны низкочастотного КВ диапазона за счет дифракции, как мёд «огибают» препятствия и преграды. УКВ и LOWBAND в походных условиях и при таком рельефе местности сдают свои позиции.

Источник