Антенная система для дальней связи

Проблема выбора наилучшей антенны для дальней связи была и остается до сих пор предметом многочисленных исследований и споров. Из публикаций иа эту тему можно сделать следующие выводы.

1. Параметрами, влияющими на радиус действия антенны (в предположении, что приемник выполнен на высоком радиотехническом уровне, работает хороший оператор и т. п.), являются мощность, подведенная к антенне; усиление антенны; высота размещения антенны.

2. При использовании горизонтальной поляризации влияние земли на параметры антенны сказывается меньше, чем при использовании вертикальной поляризации (см. § 2.3). Для вертикальных антенн особое значение имеет хорошая проводимость почвы вблизи антенны. Проводимость можно значительно улучшить, закопав в землю провода заземления длиной около 0,4λ. Коэффициент полезного действия рассматриваемой антенны в большой степени зависит от числа проводов заземления (табл. 5.1).

   ТАБЛИЦА 5.1. Зависимость КПД и входного сопротивления четвертьволнового вертикального диполя от числа проводов заземления

   Число проводов заземления n	КПД η, %	Входное сопротивление RА, Ом
   2	12	70
   15	46	47
   60	64	39
   113	88	37
   ∞	100	37

3. Вертикальная антенна излучает волну, которая испытывает сильное затухание при распространении над поверхностью земли (рис. 5.1). Ближний к земле максимум диаграммы направленности соответствует углам 5°...15°. Напомним, что для радиосвязи на дальние расстояния требуемые значения угла максимального излучения антенны значительно меньше указанных (рис. 4.21).

4. Вертикальной антенне в связи с круговой симметрией диаграммы направленности в горизонтальной плоскости свойствен при приеме большой уровень помех (атмосферных, промышленных помех от других станций и т. п.). Уровень помех при приеме на горизонтальную антенну несколько ниже, чем объясняется направленностью антенны в горизонтальной плоскости.

5. Простота конструкции антенны, выполненной в виде вертикальных вибраторов, является, по-видимому, основной причиной того, что именно этот тип антенн особо распространен среди радиолюбителей, осуществляющих радиосвязь на большие расстояния.

6. Антенна, состоящая из горизонтальных вибраторов, имеет больший уровень излучения в горизонтальной плоскости. Это обстоятельство приводит к появлению, помимо прямой волны, волны, отраженной от поверхности земли. Для некоторых значений углов в вертикальной плоскости отраженная волна складывается синфазно с прямой волной, что приводит к росту напряженности результирующего поля. Чем больше высота h подвеса антенны над поверхностью земли, тем меньшим значениям α вертикального угла соответствуют направления, в которых происходит синфазное сложение прямой и отраженной волн, т. е. лучшие условия для дальней радиосвязи.

   

   Как следует из рис. 5.2, между h, α и λ существует зависимость $$\begin{equation}\sin\alpha=\frac{\lambda}{4h}\end{equation}\tag{5.1}$$

   Можно показать, что границы области, которая лежит между точками A₁ и А₂ и при отражении от которой возникают наиболее выгодные условия для осуществления дальней радиосвязи, определяются формулами $$\begin{equation}r_1=\frac{h}{\tg\alpha}\left(3-\frac{2\sqrt{2}}{\cos\alpha}\right)\;;r_2=\frac{h}{\tg\alpha}\left(3+\frac{2\sqrt{2}}{\cos\alpha}\right)\end{equation}\tag{5.2}$$

   Желательно, чтобы в области А₁—А₂ поверхность земли не имела больших неровностей. Допустимый перепад высот в этой области должен подчиняться условию (4.8). Кроме того, необходимо, чтобы область, соответствующая первой зоне Френеля, относительно антенн и точек A₁ и А₂, была свободна от посторонних предметов, строений, леса и т. п.

   

   В диапазоне λ = 20 м оптимальный угол для дальней радиосвязи α = 1°, что требует установки антенны на высоте h = 300 м и наличия плоской поверхности на расстоянии от r₁ = 2,7 км до r₂ = 93 км. Такие условия на практике можно выполнить только при установке антенны на высокой горе, расположенной на берегу моря или другого протяженного водного бассейна.

7. Напомним, что раньше было введено понятие действующей мощности излучения антенны Р_Д = Р₀G. Используя отраженную волну, можно добиться дальнейшего повышения действующей мощности излучения антенны (при отражении от плоской поверхности земли предельное значение «прибавки» составит +6 дБ).

8. Наиболее целесообразно устанавливать антенны на высоте (0,5...1,5)λ. Для больших значений h положительный эффект, связанный с отражением от земли, уменьшается в связи с появлением многолепестковой структуры результирующей диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.