Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Лекция



Привет, Вы узнаете о том , что такое конструкции антенн, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое конструкции антенн , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства СВЧ и антенны.

Специальные конструкции антенн применяются как в гражданском так и военном производстве, сама конструкция сильно зависит от используемого диапазона волн и опласти применения.

План

  • 1 Особенности распрастранения радиоволн разной длины в атмосфере, воде и грунте
  • 1.1 Особенности распространения сверхдлинных радиоволн (на очень низких частотах и крайне низких частотах)
  • 1.2 Особенности распространения длинных и средних радиоволн
  • 1.3 Антенны длинных и средних радиоволн
  • 2 Антенны коротких радиоволн
  • 2.1 Ромбическая антенна
  • 2.2 Антенны бегущей волны. Бегущая и стоячая радиоволна, отличия и свойства
  • 3 Антены УКВ диапазона. Петлевой вибратор и волновой канал
  • 4 Антены СВЧ с излучающей поверхностью. Рупорная, линзовая, рефлекторная
  • 5 Фазированная антенная решетка
  • 6 Антенны из морской воды

1 Особенности распрастранения радиоволн разной длины в атмосфере

Радиоволны делятся на частотные диапазоны это: длинные волны, средние волны, короткие волны, и ультракороткие волны.

СВЕРХДЛИННЫЕ радиоволны

Сверхдлинные волны – радиоволны с длиной волны больше 10 километров. Волны такой длинны являются частью диапазона очень низких частот (ОНЧ) в пределах от 3 до 30 кГц, т.н. «мириаметровые волны» и VLF (very low frequency) - очень низкие частоты ELF (extremely low frequency) - крайне низкие частоты
. Для работы со сверхдлинными волнами нужны антенны длиной во несколько километров

Огромные габариты антенн – вот главная проблема для создания ОНЧ-радиостанций.

Исследования в данной области проводились еще в первой половине XX века - их результатом стал невероятный Der Goliath («Голиаф»). Очередной представитель немецкого «вундерваффе» - первая в мире сверхдлинноволновая радиостанция, созданная в интересах Кригсмарине. Сигналы «Голиафа» уверенно принимались подлодками в районе мыса Доброй Надежды, при этом, излучаемые супер-передатчиком радиоволны могли проникать в воду на глубину до 30 метров. В настоящее время имеются свердлинноволоновые системы с глубиной проникновения под воду до 200 км.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Зависимость глубины проникновения радиоволн от их частоты
VLF (very low frequency) - очень низкие частоты
ELF (extremely low frequency) - крайне низкие частоты

ДЛИННЫЕ ВОЛНЫ. Волны этого диапазона называются длинными, поскольку их низкой частоте соответствует большая длина волны. Они могут распространяться на тысячи километров, так как способны огибать земную поверхность. Поэтому многие международные радиостанции вещают на длинных волнах.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

СРЕДНИЕ ВОЛНЫ распространяются не на очень большие расстояния, поскольку могут отражаться только от ионосферы (одного из слоев атмосферы Земли). Передачи на средних волнах лучше принимают ночью, когда повышается отражательная способность ионосферного слоя

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

КОРОТКИЕ ВОЛНЫ многократно отражаются от поверхности Земли и от ионосферы, благодаря чему распространяются на очень большие расстояния. Передачи
радиостанции, работающей на коротких волнах, можно принимать на другой стороне земного шара.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

УЛЬТРАКОРОТКИЕ ВОЛНЫ (УКВ) могут отражаться только, от поверхности Земли и потому пригодны для вещания лишь на очень малые расстояния. На волнах УКВ-диапазона часто передают стереозвук, так как на них слабее помехи.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

1.1 Особенности распространения сверхдлинных радиоволн (на очень низких частотах и крайне низких частотах)

Одной из систем антенн работающих на сверхдлинных волнах является система Голиаф

«Голиаф» состоит из передающае ОНЧ-антенна которая включает трех зонтичных части, смонтированных вокруг трех центральных опор высотой 210 метров, углы антенны закреплены на пятнадцати решетчатых мачтах высотой 170 метров. Каждое антенное полотно, в свою очередь, состоит из шести правильных треугольников со стороной 400 м и представляет из себя систему стальных тросов в подвижной алюминиевой оболочке. Натяжение антенного полотна производится 7-тонными противовесами.

Максимальная мощность передатчика – 1,8 Мегаватт. Рабочий диапазон 15 – 60 кГц, длина волн 5000 - 20 000 м. Скорость передачи данных – до 300 бит/с.

Монтаж радиостанции в пригороде г. Кальбе завершился весной 1943 года. Два года «Голиаф» служил в интересах Кригсмарине, координируя действия «волчьих стай» на просторах Атлантики, до тех пор, пока в апреле 1945 «объект» не был захвачен американскими войсками. Спустя некоторое время местность перешла под управление советской администрации – станцию немедленно разобрали и вывезли в СССР.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн



Мачты «Голиафа» расположены в Нижегородской области, у поселка Дружный . Решение о восстановлении «Голиафа» было принято еще в далеком 1949 году, первый выход в эфир состоялся 27 декабря 1952 года. И вот, уже более 60 лет «Голиаф» обеспечивает связь с идущими под водой подлодками ВМФ, одновременно являясь передатчиком службы точного времени «Бета».

В 1964 году в 7 километрах от города Вилейка (Республика Беларусь) была построена новая, еще более грандиозная радиостанция, более известная, как 43-й узел связи ВМФ. Главной достопримечательностью 43-го узла связи ВМФ РФ, безусловно, является ОНЧ-радиопередатчик «Антей» (RJH69), созданный по образу и подобию немецкого «Голиафа». Новая станция гораздо крупнее и совершеннее трофейной немецкой аппаратуры: высота центральных опор увеличилась до 305 м, высота боковых решетчатых мачт достигла 270 метров. Помимо передающих антенн, на территории площадью 650 га расположен ряд технических строений, в том числе высокозащищенный подземный бункер.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн


Мощные радиопередатчики «Голиаф» и «Антей» обеспечивают надежную связь на сверхдлинных волнах в Северном полушарии и на большей площади Южного полушария Земли. Но как быть, если районы боевого патрулирования подлодок сместятся в южную Атлантику или в экваториальные широты Тихого океана?

Для особых случаев в составе авиации Военно-Морского Флота имеется специальная техника: самолеты-ретрансляторы Ту-142МР «Орел» (по классификации НАТО Bear-J) - составная часть резервной системы управления морскими ядерными силами.

Созданный в конце 1970-х годов на базе противолодочного самолета Ту-142 (который, в свою очередь, является модификацией стратегического бомбардировщика Т-95), «Орел» отличается от прародителя отсутствием поисковой аппаратуры – взамен на месте первого грузового отсека находится бобина с буксируемой 8600-метровой антенной ОНЧ-радиопередатчика «Фрегат». Помимо сверхдлинноволновой станции, на борту Ту-142МР имеется комплекс аппаратуры связи для работы в обычных диапазонах радиоволн (при этом самолет способен исполнять функции мощного КВ-ретранслятора даже без подъема в воздух).

Разумеется, использование самолетов-ретрансляторов есть не более чем вынужденная (резервная) полумера – в случае реального конфликта Ту-142МР может быть легко перехвачен вражеской авиацией, кроме того, кружащий в определенном квадрате самолет демаскирует подводный ракетоносец и явственно указывает противнику положение субмарины. Морякам требовалось исключительно надежное средство для своевременного доведения приказов военно-политического руководства страны до командиров атомных подводных лодок, находящихся на боевом патрулировании в любом уголке Мирового океана. В отличие от сверхдлинных волн, проникающих в толщу воды всего на пару десятков метров, новая система связи должна обеспечить надежный прием экстренных сообщений на глубинах 100 и более метров.
Так, в начале 1990-х годов ученые Стэнфордского университета (Калифорния) опубликовали ряд заявлений о исследований в области радиотехники и радиопередачи. научная радиоаппаратура, размещенная на всех континентах Земли регулярно, в одно и то же время, фиксирует странные повторяющиеся сигналы на частоте 82 Гц (3658,5 км) . это диапазон крайне низких частот (КНЧ)

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

16-минутная передача "ЗЕВСА", зафиксированная 08.12.2000 г. в 08:40 UTC


Скорость передачи за один сеанс – три знака каждые 5-15 минут. Сигналы поступают прямо из земной коры – у исследователей возникает мистическое ощущение, будто бы сама планета разговаривает с ними.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволнСпециализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн



Секретный объект «ЗЕВС» расположен в 18 километрах южнее военного аэродрома Североморск-3 (Кольский полуостров). На карте Google Maps хорошо видны две просеки (по диагонали), протянувшиеся через лесотундру на два десятка километров (ряд интернет-источников указывает длину линий в 30 и даже в 60 км), кроме того заметны технические здания, сооружения, подъездные пути и дополнительная 10-километровая просека к западу от двух основных линий.

Просеки с «фидерами» (рыбаки сразу догадаются, о чем идет речь), иногда ошибочно принимают за антенны. На самом деле это два гигантских «электрода» через которые прогоняют электрический разряд мощностью в 30 МВт. Антенной является сама планета Земля.

Выбор данного места для установки системы объясняется низкой удельной проводимостью здешнего грунта – при глубине контактных скважин 2-3 километра, электрические импульсы проникают глубоко в недра Земли, пронизывая планету насквозь. Импульсы гигантского КНЧ-генератора отчетливо фиксируются даже научными станциями в Антарктиде.

Представленная схема не лишена своих недостатков – громоздкие размеры и чрезвычайно низкий КПД. Несмотря на колоссальную мощность передатчика, мощность выходного сигнала составляет считанные Ватты. Кроме того, прием столь длинных волн также влечет за собой немалые технические сложности.

Прием сигналов «Зевса» осуществляется подлодками на ходу на глубине до 200 метров на буксируемую антенну длиной около одного километра. Ввиду чрезвычайно низкой скорости передачи данных (один байт за несколько минут), система «ЗЕВС» очевидно используется для передачи простейших закодированных сообщений, к примеру: «Подняться к поверхности (выпустить радиобуй) и прослушать сообщение по спутниковой связи».

Ради справедливости стоит отметить, что впервые подобная схема впервые была задумана в США в годы Холодной войны – в 1968 годы был предложен проект секретного объекта ВМС под кодовым именем Sanguine («Оптимистичный») – янки намеревались превратить 40% площади лесов штата Висконсин в гигантский передатчик, состоящий из 6000 миль проложенных под землей кабелей и 100 высокозащищенных бункеров для размещения вспомогательной аппаратуры и генераторов электроэнергии. По задумке создателей, система была способна выдержать ядерный взрыв и обеспечить уверенную трансляцию сигнала о ракетном нападении на все атомные подлодки ВМС США в любом районе Мирового океана.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Американский КНЧ-передатчик (Клэм Лэйк, Висконсин, 1982 год)


В 1977-1984 годах проект был реализован в менее абсурдной форме в виде системы Seafarer («Мореплаватель»), чьи антенны располагались в местечке Клэм Лэйк (шт. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Висконсин) и на базе ВВС США «Сойер» (шт. Мичиган). Рабочая частота американской КНЧ-установки – 76 Гц (длина волны 3947,4 км). Мощность передатчика Seafarer – 3 МВт. Система была снята с боевого дежурства в 2004 году.

В настоящее время перспективным направлением для решения проблемы связи с подводными лодками является применение лазеров сине-зеленого спектра (0,42-0,53 мкм), чье излучение с наименьшими потерями преодолевает водную среду и проникает на глубину до 300 метров. Помимо очевидный трудностей с точным позиционированием луча, «камнем преткновения» данной схемы является высокая потребная мощность излучателя. Первый вариант предусматривает использование спутников-ретрансляторов с крупноразмерными отражающими рефлеткторами. Вариант без ретранслятора предусматривает наличие на орбите мощного источника энергии – для питания лазера мощностью 10 Вт потребуется энергоустановка с мощностью выше на два порядка.

В заключении стоит отметить, что отечественный Военно-Морской Флот – один из двух флотов в мире, обладающий полным комплектом морских ядерных сил. Помимо достаточного количества носителей, ракет и боевых блоков, в нашей стране, проводились серьезные исследования в области создания систем связи с подводными лодками, без которых морские СЯС утратили бы свое зловещее значение.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

1.2 Особенности распространения длинных и средних радиоволн

В однородной среде радиоволны распространяются прямолинейно. Однако атмосфера — неоднородная среда. На разных расстояниях от передающей радиостанции давление, температура, плотность, влажность и другие параметры атмосферы различны.

Под действием солнечных и космических излучений из атомов газов, входящих в состав атмосферы, выделяются свободные электроны, а атомы превращаются в положительные ионы. Этот процесс называют ионизацией, Больше всего ионов содержится в верхнем слое атмосферы — ионосфере, находящейся на расстоянии 50...80 км от поверхности Земли. Скорость распространения радиоволн в средах с разными электрическими свойствами неодинакова. Это приводит к тому, что при переходе из одной среды в другую они преломляются, т. е. изменяется направление распространения радиоволн.

Радиоволны, излучаемые антенной, распространяются вдоль земной поверхности (поверхностные волны) и под углом к горизонту (пространственные волны) — рис. 4.6. Поверхностные радиоволны хорошо огибают предметы, если размеры последних меньше длины волны. При приеме сигналов радиостанций, работающих в длинноволновом диапазоне, в основном используется энергия поверхностных волн. Но энергия длинных поверхностных волн поглощается поверхностью Земли, поэтому по мере удаления от станции громкость приема ее передач уменьшается вплоть до полного исчезновения. Для увеличения дальности действия такой радиостанции повышают мощность ее передатчика.

Средние волны хуже огибают различные неровности земной поверхности и сильнее ею поглощаются. В связи с этим при одинаковых мощностях передатчиков расстояние, на котором осуществляется уверенный прием передач длинноволновой радиостанции, больше, чем средневолновой.

Основным достоинством поверхностных радиоволн является то, что в пределах их действия обеспечивается устойчивая радиосвязь.

Не вся энергия электромагнитных волн, излучаемых антенной радиостанции, переносится поверхностными радиоволнами, часть ее создает пространственные радиоволны, которые, достигнув слоя ионосферы, преломляются в сторону Земли. Степень преломления зависит от плотности ионизированных атомов газа, угла падения пространственной волны и ее длины; чем длиннее радиоволна, тем сильнее она преломляется.
Пространственные радиоволны длинноволнового диапазона преломляются в нижних слоях ионосферы, и направление их распространения в этих слоях изменяется настолько, что они снова направляются к Земле, как бы отразившись от ионосферы. Пространственные радиоволны могут попасть в зону, куда не доходят поверхностные радиоволны. Благодаря этому можно слушать передачи радиостанции, работающей в ДВ, диапазоне, в районе, которого не достигают поверхностные радио-волну. Между зонами приема поверхностных и пространственных радиоволн находится зона, в которой прием сигнала работающей радиостанции отсутствует. Ее называют «мертвой» зоной, или зоной молчания.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн
Рис. 4.6. Распространение радиоволн


Пространственные радиоволны СВ диапазона глубже проникают в ионосферу, чем длинные волны, и.вследствие этого происходит их более сильное затухание. Днем оно настолько значительное, что радиосвязь в СВ диапазоне можно осуществлять лишь с помощью поверхностных волн. С заходом солнца ионизация атомов газа уменьшается, ослабляется и. затухание пространственных волн. Вот: почему ночью СВ диапазон почти полностью «забит» работающими радиостанциями, а днем в этом диапазоне слышны лишь близко расположенные или мощные радиостанции.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

1.2 Антенны длинных и средних радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

антифединговые антенны мачты

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

направленны приемные антенны длинных и средних радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

однонаправленная кардиоидная антенна и получение диаграмы направленности

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Низкочастнотная вертикальная подземная антенна

2 Антенны коротких радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

коротковолновые антенны

2.1 Ромбическая антенна

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

ромбическая антенна

2.2 Антенны бегущей волны. Бегущая и стоячая радиоволна отличия и свойства

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

приемная антенна бегущей волны

Антенна бегущей волны (сокр. АБВ) — направленная антенна, по геометрической оси которой распространяется бегущая волна электромагнитных колебаний.

Бегущая волна — волновое движение, при котором поверхность равных фаз (фазовые волновые фронты) перемещается с конечной скоростью (постоянной для однородной среды). Примерами могут служить упругие волны в стержне, столбе газа или жидкости, электромагнитная волна вдоль длинной линии или в волноводе

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

отличие бегущей от стоячих радиоволн

В отличие от стоячих волн, бегущие волны при распространении в среде переносят энергию. С бегущей волной, групповая скорость которой отлична от нуля, связан перенос энергии, импульса или других характеристик процесса

АБВ может выполняться двух типов: из дискретных (раздельных) излучателей расположенных вдоль оси на некотором расстоянии друг от друга либо в виде одного сплошного излучателя, который располагается в направлении оси излучения/приема. В втором случае рассматривают сплошной излучатель, как сумму дискретных излучателей, примыкающих один к другому.

К антеннам первого типа относятся:

  • Спиральная антенна,
  • Антенна вытекающей волны
  • Волновой канал

К антеннам второго типа относятся:

  • Антенна Бевереджа
  • Диэлектрическая стержневая антенна
  • V-образная антенна
  • Ромбическая антенна

Свойства антенны бегущей волны

АБВ имеет максимальное излучение (прием) в направлении ее оси. Для связи между двумя объектами на земле - ось излучателя обычно направлена параллельно поверхности земли на прямой соединяющей два объекта.

Коэффициент направленного действия АБВ D = kL/l, где L - длина антенны, l - длина волны, k - коэффициент, зависящий от направленности действия отдельного излучающего элемента, значения бегущей волны, соотношения амплитуд токов излучающих элементов и др. Значение k обычно лежит в пределах 4-8. Коэффициент направленного действия получается максимальным при фазовой скорости v бегущей волны несколько меньшей скорости света с и равной

v = с-2l (2L + l).

Первое характерное свойство АБВ - это форма пространственной диаграммы направленности обладающей осевой симметрией. То есть независимо от плоскости проходящей через ось излучателя - форма диаграммы одинакова.

Второе характерное свойство - удовлетворительная направленность действия (у большинства АБВ), сохраняющееся в широком диапазоне волн. Первое свойство проявляется тем больше, чем больше соотношение L/l и чем выше осевая симметрия диаграммы направленности каждого излучающего элемента.

На практике АБВ используется в приемных и передающих радиоустройствах на всех длинах волн радиодиапазона.

К примеру спиральные антенны используются для приема/передачи высокочастотных сигналов в таких устройствах как сотовые телефоны.

Антенны типа волновой канал используются для приема сигналов телевидения, радиолокации и в любительской радиосвязи.

Антенны Бевереджа применяются для обеспечения связи в вооруженных силах, так как в отличие от простых штыревых антенн на переносных радиостанциях, могут существенно увеличить дальность приема/передачи сигнала

3 Антены УКВ диапазона. Петлевой вибратор и волновой канал

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

антенны УКВ диапазона

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

антенная волновой канал

4 Антены СВЧ с излучающей поверхностью. Рупорная, линзовая, рефлекторная

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

антенны СВЧ с излучающей поверхностью

5 Фазированная антенная решетка

Фазированная антенная решетка (ФАР) — антенная решетка , направление излучения и (или) форма соответствующей диаграммы направленности которой регулируются изменением амплитудно-фазового распределения токов или полей возбуждения на излучающих элементах .

Излучающий элемент (антенной решетки) — составная часть антенной решетки, антенна или группа антенн с заданным относительным возбуждением . В антенной решетке требуемая диаграмма направленности формируется благодаря специальным образом организованной интерференции электромагнитных волн, излучаемых в пространство ее излучающими элементами. Для этого обеспечивают необходимое амплитудно-фазовое распределение — необходимые относительные амплитуды и начальные фазы переменных токов или полей возбуждения каждого излучающего элемента антенной решетки. Отличие фазированной антенной решетки заключается в том, что амплитудно-фазовое распределение не является фиксированным, оно может регулироваться (управляемо изменяться) при эксплуатации . Благодаря этому можно перемещать луч (главный лепесток диаграммы направленности) антенной решетки в определенном секторе пространства (антенная решетка с электрическим сканированием луча как альтернатива антенне с механическим сканированием, то есть альтернатива механически вращающейся антенне ) или изменять форму диаграммы направленности.

Эти и некоторые другие свойства ФАР, а также возможность применять для управления ФАР современные средства автоматики и вычислительной техники, обусловили их перспективность и широкое использование в радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиоастрономии и т. д. ФАР, содержащие большое число управляемых элементов, входят в состав различных наземных (стационарных и подвижных), корабельных, авиационных и космических радиотехнических систем. Ведутся интенсивные разработки в направлении дальнейшего развития теории и техники ФАР и расширения области их применения

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Преимущества

  • Принцип действия фазированной антенной решетки

    Антенная решетка из N излучающих элементов позволяет увеличить приблизительно в N раз коэффициент направленного действия (КНД) и, следовательно, коэффициент усиления антенны по сравнению с одиночным излучателем, а также сузить луч для повышения помехозащищенности, разрешающей способности по угловым координатам, точности пеленгации источников радиоизлучения в радиолокации и радионавигации.
  • В антенной решетке возможно увеличение электрической прочности по сравнению с апертурной антенной, оснащенной одиночным облучателем
  • Важным преимуществом ФАР является возможность быстрого обзора (сканирования) пространства за счет «качания» луча диаграммы направленности электрическими методами (по сравнению с антеннами с механическим сканированием луча). Такая ФАР является антенной с электрическим сканированием луча.
  • Функциональные возможности ФАР расширяются при использовании совместно с каждым излучающим элементом активного приемопередающего модуля. Такие ФАР называются активными

Излучатели

В качестве излучателей ФАР могут выступать :

  • ненаправленные;
  • слабонаправленные;
  • направленные антенны.

Примером использования слабонаправленных излучателей можно назвать антенны базовых станций GSM стандарта, где в качестве излучателей используются патч-антенны. В качестве излучателей антенн LTE стандарта используются диполи и монополи .

В качестве интересного примера использования направленных антенн в конфигурации антенных решеток можно назвать проект Allen Telescope Array, использующий в качестве элементов антенной решетки зеркальные антенны для целей радиотелескопии.

Управление фазовыми сдвигами

По способу изменения фазовых сдвигов различают ФАР:

  • с электромеханическим сканированием, осуществляемым, например, посредством изменения геометрической формы возбуждающего радиоволновода;
  • частотным сканированием, основанным на использовании зависимости фазовых сдвигов от частоты, например за счет длины фидера между соседними излучателями или дисперсии волн в радиоволноводе;
  • с электрическим сканированием, реализуемым при помощи фазосдвигающих цепей или фазовращателей, управляемых электрическими сигналами с плавным (непрерывным) или ступенчатым (дискретным) изменением фазовых сдвигов;
  • со сканированием, основанным на принципах радиофотоники (например, на основе применения волоконной брэгговской решетки ).

Наибольшими возможностями обладают ФАР с электрическим сканированием Они обеспечивают создание разнообразных фазовых сдвигов по всему раскрыву и значительную скорость изменения этих сдвигов при сравнительно небольших потерях мощности. На СВЧ в современных ФАР широко используют ферритовые и полупроводниковые фазовращатели (с быстродействием порядка микросекунд и потерями мощности ~ 20 % ). Управление работой фазовращателей осуществляется при помощи быстродействующей электронной системы, которая в простейших случаях управляет группами элементов (например, строками и столбцами в плоских ФАР с прямоугольным расположением излучателей), а в наиболее сложных — каждым фазовращателем в отдельности. Качание луча в пространстве может производиться как по заранее заданному закону, так и по программе, вырабатываемой в ходе работы всего радиоустройства, в которое входит ФАР.

Классификация

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Классификация антенных решеток; а) линейная; б) дуговая; в) кольцевая; г) плоская; д) цилиндрическая; е) коническая; ж) сферическая; з) неэквидистантная

Антенные решетки могут быть классифицированы по следующим основным признакам:

  • Геометрия расположения излучателей в пространстве:
    • линейные
    • дуговые
    • кольцевые
    • плоские
      • с прямоугольной сеткой размещения
      • с косоугольной сеткой размещения
    • выпуклые
      • цилиндрические
      • конические
      • сферические
    • пространственные
  • Способ возбуждения:
    • с последовательным питанием
    • с параллельным питанием
    • с комбинированным (последовательно-параллельным)
    • с пространственным (оптическим, «эфирным») способом возбуждения
  • закономерность размещения излучающих элементов в самой решетке
    • эквидистантное размещение
    • неэквидистантное размещение
  • Способ обработки сигнала
  • Амплитудо-фазовое распределение токов (поля) по решетке
  • Тип излучателей

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Структурные схемы некоторых фазированных антенных решеток (ФАР) —

линейной эквидистантной с симметричными вибраторами и общим зеркалом (а);

линейной неэквидистантной с полноповоротными зеркальными параболическими антеннами (б);

плоской с прямоугольным расположением рупорных излучателей (в);

плоской с гексагональным расположением диэлектрических стержневых излучателей (г);

конформной с щелевыми излучателями (д);

сферической со спиральными излучателями (е);

системы плоских фазированных антенных решеток (ж);

В — вибраторы; Ф — линии возбуждения (фидеры); З — токопроводящее зеркало (рефлектор); А — зеркальные антенны; Р — рупоры; ВР — возбуждающие радиоволны; Э — металлический экран; Щ — щелевые излучатели; К — коническая ФАР; Ц — цилиндрическая ФАР; С — спиральные излучатели; СЭ — сферический экран; П — плоские фазированные антенные решетки (точками обозначены излучатели); L0 — расстояние между В; l1, l 2, l3 — расстояния между А.

Сферы примерения свч ФАР

космичесская радиосвязи. напрмиер проект Starlink

радиолокация

мобильная связь

Ультразвуковые фазированные решетки для хирургии

Другие конструкции антенн

Малая биконическая СВЧ антенна, 0.5 – 3 ГГц , 20 Вт.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Спирально-щелевая антенна для систем ГЛОНАСС/GPS

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Печатно-рамочная антенна

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Антенна Вивальди

Антенна Вивальди — сверхширокополосный печатный излучатель, построенный на основе расширяющейся щелевой линии. Рабочая полоса такого излучателя обычно перекрывает частоты от (порядка…) 0,3..0,8 до 10..17 ГГц.

Теория этих антенн с электродинамической точки зрения очень сложна. На данный момент параметры подобных устройств подбираются эмпирически с помощью программных комплексов электродинамического моделирования таких, как CST Microwave Studio и HFSS Microwave Office.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволнСпециализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

6 Антенны из морской воды

Морская вода в сто раз эффективнее проводником электричества, чем пресная. Теоретически этого достаточно, чтобы соорудить из нее примитивную антенну для приема и передачи радиоволн. Однако фактически морская вода уступает металлам в проводимости примерно в миллион раз.

Это не помешало японской компании Mitsubishi провести расчеты по оптимальному диаметру струи воды, подаваемой под давлением до сопла антенны, и сконструировать систему SeaAerial. Ее коэффициент полезного действия составляет около 70%. В ходе испытаний небольшая модель SeaAerial успешно поймала телесигнал.

С практической точки зрения новое изобретение решать серьезные задачи. Инженеры Mitsubishi указывают на то, что низкочастотные сигналы, с помощью которых связываются друг с другом военные корабли и подводные лодки, требуют очень масштабных антенн, которые могут достигать нескольких десятков метров высотой. Поскольку в открытом море возводить такие конструкции из бетона и металла крайне сложно, их могли бы заменить сооружения из водных струй, отмечается в пресс-релизе.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

7.Космические иголки в ионосфере . Проект «Вестфорд»

Проект «Вестфорд» (англ. Project West Ford, также Westford Needles или Project Needles) — эксперимент, осуществленный в 1961—1963 годах лабораторией Линкольна Массачусетского технологического института по заказу Министерства обороны США в интересах Вооруженных сил для обеспечения более надежной системы военной связи.

Специализированные конструкции антенн для различных диапазонов радиоволн

В 1950-е годы основным средством связи у военных с отдаленными объектами были радиоволны, отражающиеся от ионосферы Земли. Чтобы данный тип связи был надежен, американцы планировали создать вокруг Земли искусственную ионосферу и вывели на среднюю околоземную орбиту тремя спутниками 480 миллионов медных иголок (проволочек)

Спутники были выведены на орбиту ракетой-носителем «Атлас-Аджена»:

  • Westford 1 — запущен 21 октября 1961 года,
  • Westford-Drag — запущен 9 апреля 1962 года,
  • Westford 2 — запущен 9 мая 1963 года.

В разгар холодной войны все международные коммуникации передавались либо через подводные кабели связи, либо отражались от естественной ионосферы . Военные Соединенных Штатов были обеспокоены тем, что Советы могут перерезать эти кабели, в результате чего непредсказуемая ионосфера станет единственным средством связи с зарубежными войсками.

Чтобы уменьшить потенциальную угрозу, кольцо из 480 млн медных дипольных антенн (иглы длиной 1,78 см (0,70 дюйма) и диаметром 25,4 мкм (1,00 тыс. ) [1961] или 17,8 мкм (0,70 тыс.) [1963]) были выведены на орбиту для облегчения глобальной радиосвязи . Длина была выбрана потому, что она составляла половину длины волны сигнала 8 ГГц, используемого в исследовании. Диполи в совокупности обеспечивали пассивную поддержку параболической тарелке проекта Вестфорд (расположенной в городе Вестфорд ) для связи с удаленными объектами.Уолтер Э. Морроу основал проект «Иглы» в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института в 1958 г.

Первая попытка была предпринята 21 октября 1961 г. , во время которой иглы не разошлись. В конечном итоге проект был успешным после запуска 9 мая 1963 года , когда радиопередачи передавались по искусственному кольцу. Однако в конечном итоге технология была отложена, частично из-за разработки современного спутника связи, а частично из-за протестов других ученых.

Иглы были размещены на средней околоземной орбите на высоте от 3500 до 3800 километров (2200–2400 миль) под углом 96 и 87 градусов. Они внесли свой вклад в космический мусор Земли .

Британские радиоастрономы вместе с оптическими астрономами и Королевским астрономическим обществом протестовали против этой акции. Советская газета « Правда» также присоединилась к протестам под заголовком «Космос грязи США». [10]

Этот вопрос был поднят в ООН, где тогдашний посол США в ООН Адлай Стивенсон защищал проект. [11]

Стивенсон изучил опубликованные в журналах статьи о проекте West Ford. Используя то, что он узнал по этому вопросу, и цитируя прочитанные статьи, он успешно развеял опасения, выражаемые подавляющим большинством послов ООН из других стран. Он и статьи объяснили, что давление солнечного света заставит диполи оставаться на орбите только в течение короткого периода, примерно три года. Международный протест в конечном итоге привел к принятию положения о консультациях, включенного в Договор по космосу 1967 года .

Пятьдесят лет спустя, в 2013 году, некоторые из диполей, которые не были правильно развернуты, все еще оставались группами, составляя небольшое количество орбитального мусора, отслеживаемого Управлением программы НАСА по орбитальному мусору . Их количество со временем уменьшается, поскольку они иногда возвращаются. По состоянию на март 2020 года на орбите все еще находилось 36 пучков игл

Каждая из иголок являлась дипольной микроантенной и имела 1,78 см в длину, а в толщину — 25,4 мкм при запуске 1961 года и 17,8 мкм при запуске 1963 года. Первая попытка закончилась неудачей — кольца из проволочек не получилось. Третья попытка оказалась успешной: иголки образовали огромное облако, которое образовало вокруг Земли торообразное кольцо. Иглы были размещены на околоземной орбите на высоте между 350 и 380 километров. Первый сеанс радиосвязи через искусственное медное облако состоялся уже на четвертый день после запуска — между передающей антенной, установленной в Калифорнии, и приемной антенной в Массачусетсе.

Мнения мирового сообщества по этому проекту разделились — американцы смогли убедить многие страны в безопасности этого эксперимента, во многом благодаря выступлению в ООН представителя США Эдлая Стивенсона, который защищал проект . Но против него выступили, в частности, Британское королевское астрономическое общество и Советский Союз. В газете «Правда» была напечатана статья против этого проекта с заголовком «США засоряют космос». Также с соответствующим заявлением выступило ТАСС.

Истинные причины неизвестны, но проект закрыли в том же 1963 году. Согласно расчетам американцев, медным иголкам понадобилось около 10 лет, чтобы вернуться на Землю. Но некоторая их часть так и осталась летать на орбите до сих пор, став составной частью космического мусора.

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

Анализ данных, представленных в статье про конструкции антенн, подтверждает эффективность применения современных технологий для обеспечения инновационного развития и улучшения качества жизни в различных сферах. Надеюсь, что теперь ты понял что такое конструкции антенн и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства СВЧ и антенны

создано: 2019-11-16
обновлено: 2023-07-01
132265



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей



Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

Устройства СВЧ и антенны

Термины: Устройства СВЧ и антенны