Проволочные типы антенн

В радиосвязи и радиовещании на коротких волнах наиболь­шее распространение имеют антенны, излучающим (принимаю­щим) элементом которых являются горизонтальные или верти­кальные сети из проводов, подвешенные к опорам высотой до 125 м.

Наиболее часто строят коротковолновые антенны следую­щих типов: уголковая горизонтальная диапазонная антенна

(УГД) с круговой диаграммой направленности (уголок Пи- столькорса); горизонтальный диапазонный вибратор (ВГД) для слабонаправленной работы (диполь Надененко); горизонталь­ный диапазонный вибратор с шунтом (ВГДШ и ВГДШ-2У), предложенный Г. 3. Айзенбергом и В. Д. Кузнецовым; ромбиче­ская горизонтальная антенна (РГ) и ромбическая горизонталь­ная двойная антенна (РГД) (ромб Айзенберга) — обе для на- 70 правленной передачи; синфазная горизонтальная антенна (СГ) и синфазная горизонтальная диапазонная антенна (СГД), пред­ложенная В.

В силу обратимости эти типы антенн могут быть использова­ны и для приёма волн, если в сетях нет трущихся контактов между отдельными деталями или участками сети, которые соз­дают помехи, не допустимые в приёмных устройствах. Электри­ческие контакты в приёмных антеннах должны осуществляться гибкой перемычкой, припаянной к обеим деталям. Вязка прово­дов — «холодная пайка» — не допускается.

Только приёмными антеннами являются антенны бегущей волны, выполняемые с ёмкостной (БЕ) связью вибраторов с со­бирательной линией, с индуктивной связью (БИ) и со связью через активное сопротивление (БС).

Антенны УГД, ВГД, ВГДШ и ВГДШ-2У имеют вибраторы, образованные несколькими проволоками, расположенными по цилиндрической поверхности диаметром до двух'-трёх метров.

Передающая антенна ВГД состоит из симметричного вибра­тора с плечами, расположенными по прямой линии, питаемого по вертикально идущему снижению (рис.

Вибратор с палочными изоляторами на концах подвешивают на стальном канате, пропущенном через блок на мачте высотой до 25 м. Подъёмный канат закрепляют на якоре, отнесённом от мачты на расстояние около половины высоты подвески антенны. Питающий антенну фидер подключают через фидерный транс­форматор (экспоненциальную линию) типа ТФ4 600/300 к воз­душной линии, идущей от антенного коммутатора или непосред­ственно от здания передатчиков.

Изоляция плеч вибратора между собой и от подъёмного ка­ната осуществляется армированными палочными изоляторами (см. рис. 1.8 или 1.9). Кроме того, в подъёмный канат на рас­стоянии 1 м от палочного изолятора врубают дополнительно орешковый (такелажный) изолятор (см. рис. 1.4 или 1.5).

Типовые антенны ВГД, выполняемые на поддиапазоны волн 13—32, 24—60 и 48—120 м, рассчитаны на установку в районах, где толщина корки льда (гололёда) на проводах не превышает 10 мм, что позволяет применять такие антенны для большинства климатических районов страны.

Рис. 2.17. Общий вид передающей антенны ВГД: I — мачта, 2 — плечо вібратора, 3 — канат подъемный. 4 — снижение антенны, 5 — распорка длиной 360 мм, 6 — опора снижения, 7 — трансформатор фидерный 600/340

Приёмная антенна ВГД отличается от передающей согла­сующим фидерным трансформатором, орешковыми изоляторами вместо палочных и другими небольшими конструктивными дета-

Рис. 2.19. Вибратор (шунтовой) антенны ВГДШ: I — кольцо вибратора (труба газовая диаметром 20 мм), 2 — полукольцо вибратора. 3 — ироволоха биметаллическая диаметром 4 мм, 4 — крюк зажимкой, 5 — рессора, * — крепление снижения к вибратору. 7 — фольга медная рулонная толщиной 0,2 -і- -І. 0,3 мм

лями, а также отсутствием трущихся (скользящих) контактов 8 сети.

Передающая антенна ВГДШ отличается от антенны ВГД шунтовым вибратором (рис. 2.19) и закреплением снижения. Эта антенна рассчитана на более широкий диапазон волн, что позволяет сокращать число антенн для перекрытия всего диапа-

зона коротких волн, применяемого для радиосвязи и радиове­щания.

Приёмная антенна ВГДШ имеет те же конструктивные осо­бенности, что и приёмная антенна ВГД.

Приёмно-передающую антенну ВГДШ с длиной вибратора 25 м применяют в диапазоне волн 40-*- 160 м для связи на рас­стоянии до 300 км.

Передающая антенна УГД состоит из симметричного прово­лочного вибратора длиной 8—32 м, плечи которого образуют угол 90° в горизонтальной плоскости. Вибратор подвешивают к опорам высотой 13—25 м (рис. 2.20). В остальном антенна УГД не отличается от антенны ВГД.

Приёмная антенна УГД отличается от передающей изоля­цией и выполнением общих требований к приёмным антеннам.

Антенна ВГДШ-2У состоит из двух шунтовых вибраторов (рис.

Одинарные и двойные ромбические горизонтальные антенны имеют широкое1 распространение на передающих и приёмных ра­диостанциях магистральных связей.

Ромбическая горизонтальная диапазонная симметричная ан­тенна (РГ) состоит из проводов, образующих ромб в горизон­тальной плоскости, снижения в остром углу и поглощающей (на­грузочной) линии (рис. 2.21). Стороны ромба выполняют из двух­трёх проводов чаще всего из биметаллической проволоки диа­метром 4~*-6 мм, расходящихся в вертикальной плоскости в на­правлении от острого угла ромба к тупому. Длину стороны ром­ба принимают 70—160 м в зависимости от оптимальной длины волны антенны. Снижения антенны в острых углах ромба вы­полняют из биметаллической или более мягкой медной прово­локи диаметром 3-*-4 мм. Антенну подвешивают на поводках (стальные канаты или проволока) к четырём (по углам ромба) деревянным мачтам высотой до 55 м. В передающих антеннах сеть изолируют от опор палочными изоляторами, в приёмных — орешковыми.

В тупых углах ромба сеть подвешивают к деревянным мач­там на поводках — без подъёмного каната, закрепляя её наглухо к стволу, к металлическим — через поводки из стальной прово­локи длиной не менее 6 м. На деревянных мачтах в тупых углах ромба подвеска подъёмных стальных канатов для люльки вер­холаза и прокладка кабелей сигнального освещения мачт не до­пускаются.

Снижение' со стороны корреспондента замыкают на погло­щающую линию из хромоалюминиевой проволоки марки Х13Ю4

75

диаметром 1,2 мм, а при большой излучаемой мощности — диа­метром 2 мм (рис. 2.22). Поглощающую линию выполняют так­же из стальной проволоки в виде двухпроводной воздушной ли­нии (стальной линии) общей протяжённостью до 500 м, подве­шенной в несколько рядов по высоте к невысоким опорам, уста­новленным вдоль большой диагонали ромба.

Рис. 2.21. Общий вид передающей антенны РГ: I — полотно антенны, 2 — снижение, 3 — мачта, 4 — поглощающая линия, 5 — фвдер двухпроводные

по площади заземлению. Второе снижение присоединяют к глав­ному фидеру.

В вариантах антенны с изменением направления излучения на 180° под сетью (у центра) ставят переключатель, к которому подводят питающий фидер, соединительные линии от снижений и поглощающую линию. Переключение антенны производится автоматически — по командам из технического здания.

Ромбическая горизонтальная двойная (РГД) антенна со­стоит из двух антенн РГ, подвешенных в двух горизонтальных плоскостях, со смещением по малой диагонали ромба, причём большие диагонали ромбов остаются параллельными. Сеть ан­тенны подвешивают через палочные изоляторы на стальных канатах к шести деревянным мачтам высотой до 55 м (рис. 2.23).

Рис. 2.22. Поглощающая лидия антенны РГ: I — проволока фехралевая, 2 — распорка асбестоцементная. 3 — сниже­ние антенны, 4 — опора, 5 — оттяжка с якорем, 6 — заземление

Сеть в тупых углах ромбов подвешивают наглухо к мачтам, л в острых углах—на подъёмных канатах, пропущенных через блоки на мачтах.

Антенну выполняют для передачи в одном или двух диамет­рально противоположных направлениях, для чего ставят пере­ключатель. При большой излучаемой мощности число проводов в стороне ромба увеличивают до трёх.

Для уменьшения площади антенного поля, определяющего в основном размеры территории радиостанции, передающую

Рис. 2.23. Общий вид антенны РГД для передачи в двух направлениях: / — мачта. 3 — полотно антенны, 3 — поглощающая линия, 4 — главный фидер, 5 — пе­реключатель направления передачи, 6 — фидер распределительный, 7 — снижение, В — трансформатор фкдеркыА

ромбическую антенну с длиной стороны до 75 м подвешивают внутри ромбической антенны со стороной 140 -ь 160 м. Оба ром­ба имеют одно направление излучения, т. е. работают по одно­му азимуту.

Наиболее распространённой приёмной антенной магистраль­ных связей является антенна бегущей волны, представляющая собой несколько горизонтальных полотен из ряда симметричных 78

вибраторов, связанных (электрически) с собирательной линией (фидером), замкнутой на поглощающее сопротивление (рис. 2.24). Полотна антенны подвешивают к опорам высотой до 25 м. Для согласования антенны с фидером применяют вер-

36000

17:

8 4,4 / — мачта МД-17 без оттяжки, 2 — мачта МД-17 с одной оттяжкой. 3 — то же, с двумя оттяжками, 4 — вибратор, 5 — фидер собирательный, € — фидер распределительный, 7 — трансформаторы фидерные вертикальные 250/400, 8 — главный фидер; К — опора с контргрузом, У — опора с «уткой»

тикальные и горизонтальные трансформаторы. Провода-вибра­торы из биметаллической проволоки диаметром 1,6 мм (ранее применяли проволоку диаметром 1,5 мм) подвешивают через брусковые изоляторы к стальному несущему канату, который

метром 3 мм. Связь между вибраторами и соединительной ли­нией осуществляется через ёмкость, индуктивность или через омическое сопротивление, заключённое в керамическую трубку (рис. 2.25). Специальный изолятор, называемый конденсатор­ным, служит для подвески проводов вибратора и собирательной 80

линии (рис. 2.25а); за последнее время стали применять более простое соединение на плоском изоляторе (рис. 2.256).

Собирательную линию и снижение антенн БС и БИ выпол­няют четырёхпроводными, а антенны БЕ — двухпроводными. Главный фидер делают всегда четырёхпроводным.

Для ещё большего повышения эффективности антенны бе­гущей волны несколько спаренных полотен (антенн) соединяют последовательно. Для приёма ближних станций ограничивают­ся одинарным полотном (одной секцией).

В негололёдных районах или районах с небольшими отложе­ниями льда на проводах полотна антенн бегущей волны подве­шивают к меньшему числу опор, но более высоких и прочных. Собирательную линию можно закреплять на леере, натянутом между концевыми опорами. Затем можно отказаться от среднего ряда опор и увеличить пролёты между опорами сети, что значи­тельно сокращает затраты на строительство антенны.

Одними из наиболее эффективных антенн для магистральных связей являются синфазные антенны, применённые ещё в 1926 г. на линии Москва—Ташкент. В настоящее время строят синфаз­ные горизонтальные (СГ) антенны в виде двух вертикальных полотен из горизонтальных вибраторов, одно из которых яв­ляется излучателем (антенной), а другое — отражателем — реф­лектором (см. рис. В.4).

Антенны подвешиваются к опорам высотой до 125 м. Каждое из полотен, одинаковых по размерам и выполнению, состоит из ряда горизонтальных полуволновых вибраторов и питающего их вертикального двухпроводного фидера, образующих секцию по­лотна. Несколько таких секций включают параллельно и питают по распределительным фидерам, расположенным под полотном антенны. Расстояние между полотнами принимают 0,2—0,25 ос­новной длины волны антенны.

Число вибраторов в одной антенне по вертикали, т. е. число этажей, обычно не превышает 6, а по горизонтали — 8 вибрато­ров. Вибраторы и фидеры антенн СГ выполняют из биметалли­ческой проволоки диаметром 4 мм, а также из медных и бронзо­вых проводов. Для повышения механической прочности антенны её верхний этаж выполняют из проволоки или провода большего диаметра, чем провода нижних этажей. Вертикальные фидеры, которые питают секции антенны, выполняют из медной проволо­ки более мягкой, чем биметаллическая, что облегчает монтаж сети.

Каждый этаж полотна антенны подвешивают на стальных канатах, пропуская их через блоки на реях, закреплённых жёст­ко на башне или подвешенных на поводках к мачте. Для повы­шения устойчивости антенны при ветре и повышения прочности сети при обледенении проводов применяют подвеску через вер-

6- 173 81 тикальные поводки каждого полотна к горизонтальному несу­щему стальному канату — лееру, натянутому между опорами. Вибраторы закрепляют поэтажно к реям на опорах или к верти­кально натянутому вдоль опоры лееру, что упрощает монтаж, но увеличивает раскачивание антенны при ветре.

Леерные канаты и поводки, идущие к вибраторам, разбивают орешковыми (такелажными) изоляторами на участки, длина которых должна быть не более 0,25 наименьшей длины волны антенны.

Изоляцию вибраторов между собой, от смежных секций и подъёмного каната осуществляют палочными изоляторами. Для перекрещивания двухпроводного фидера, питающего секцию ан­тенны, или для поворота его в другую плоскость применяют крестообразные изоляторы, а в пролёте распределительных фи­деров ставят улучшающие их работу изолирующие распорки. Подъёмные канаты, идущие от вибратора до опоры, секциони­руют дополнительно орешковыми изоляторами, при этом первый изолятор ставят на расстояние 1 м от палочного, а затем не реже, чем через четверть длины волны, — орешковые. Питающий фидер секции закрепляют с помощью каната, пропущенного через блок к невысокой опоре; груз на конце каната поддерживает постоян­ное натяжение фидера.

Для регулирования натяжения (стрелы провеса) вибраторов подъёмный канат каждого этажа антенны закрепляют на фун­даменте опоры или якоре через винтовую стяжку с большой дли­ной нарезки. Это особенно необходимо для быстрого приспуска- ния сети при наступлении погоды, благоприятной для отложе­ния льда или изморози на проводах.

Под полотном антенны располагают горизонтальные распре­делительные фидеры для питания секций антенны и элементы настройки антенны (шлейфы), подвешенные к невысоким опо­рам. Под антенной устанавливают переключатель направления излучения и реверсирования антенны.

Передающая синфазная горизонтальная диапазонная (СГД) антенна (рис. 2.26) состоит из двух вертикальных полотен (излу­чающего и отражающего), каждое из которых подобно полот­нам антенны СГ, но отличается вибраторами и схемой питания вибраторов в секции (рис. 2.27). Вибраторы выполняют из трёх­четырёх проводов, расположенных по цилиндрической поверхно­сти диаметром 0,4 -н- 1,5 м.

Для повышения вибростойкости вибратора применяют рес­соры и перевязку проводов (рис. 2.28). Способы изоляции и ти­пы изоляторов применяют такие же, как и в антенне СГ.

Антенну СГД выполняют для работы в одном направлении, в двух взаимно противоположных и для плавного изменения на­правления в пределах от нуля до ± 13° от основного направления. 82

версирования) и управления диаграммой направленности вы­полняют с дистанционным управлением с пульта радиостанции.

Антенны СГД подвешивают к опорам-мачтам или башням высотой до 125 м, а вибраторы закрепляют поэтажно на реях

или подвешивают на горизонтальном леере, натянутом между опорами. При подвеске антенны на мачтах её стоимость значи­тельно уменьшается, но сеть сильнее раскачивается при попе­речном ветре; кроме того, увеличиваются территория антенног® поля и затраты на дороги, ограждения и коммуникации внутри площадки радиостанции.

За последнее время внедряются направленные антенны с апе­риодическим (ненастраиваемым) рефлектором. Излучателями таких антенн являются горизонтальные вибраторы, применяе­мые в антеннах ВГД и СГД, а рефлектором — вертикальное по­лотно, состоящее из большого числа горизонтальных проводов из биметаллической стале-медной проволоки или стального оцинкованного каната диаметром до 6 мм. Провода рефлектора подвешивают по вертикали с расстоянием между ними 0,6-г-Зле, которое тем меньше, чем короче расчётная длина волны антенны.

Наиболее простой антенной с апериодическим рефлектором является один многопроволочный (малое волновое сопротивле­ние) вибратор и рефлектор. Для повышения эффективности чис­ло вибраторов по горизонтали и число этажей увеличивают до четырёх. Для излучения в двух взаимно противоположных на­правлениях подвешивают две системы вибраторов с каждой сто­роны общего проволочного рефлектора (рис. 2.29).

Две одноэтажные антенны с горизонтальными вибраторами, но на волны разной длины, подвешивают в одном пролёте на общих мачтах, при этом антенну на более длинную волну — вни­зу. Расстояние между проводами рефлектора принимают, сооб­разуясь с расчётной длиной волны антенны, вверху меньше, чем внизу.

Ввиду несинхронного качания при ветре вибраторов антенны и апериодического рефлектора (а такое явление возможно из-за большого различия в конструкциях) работа антенны существен­но ухудшается. Для повышения устойчивости антенны при ветре питающий секцию вибраторов фидер подвешивают наклонно, образуя как бы оттяжку.

При подвеске антенн с большим числом горизонтальных виб­раторов в этаже сеть становится электрически несимметричной, потому что получается разное направление осей крайних и сред­них вибраторов. Это ухудшает показатели антенны. При боль­ших пролётах между опорами синфазные горизонтальные антен­ны с настраиваемым или апериодическим рефлектором лучше поэтому подвешивать к горизонтальному несущему канату, на­тянутому между опорами. При подвеске каждого вертикального полотна вибраторов к двум несколько разнесённым несущим ка­натам повышается устойчивость антенны при ветре.

Антенны коротких волн должны удовлетворять следующим основным требованиям: точное выполнение излучающих (при­нимающих) элементов сети с заданными допусками по длине и стреле провеса проводов; высокое сопротивление изоляции сети в сухую погоду и при дожде; разбивка изоляторами стальных ка­натов и поддерживающих сеть проволок (поводков) на участки не более четверти длины волны антенны. Провода антенн долж­ны быть без скруток, изломов, соединений (пайки) в пролёте и 86 предварительно вытянуты, а электрические контакты — выпол­нены на надёжных зажимах или пайкой оловянно-свинцовым припоем ПОС-ЗО или ПОС-40.

В синфазных горизонтальных антеннах СГ и СГД особое внимание обращают на симметрию при выполнении вибраторов,

Рлс. 2.29 Синфазная горизонтальная антенна с апериодическим рефлекто­ром: 1 — антенное полотно, 2 — рефлектор, 3 — опора, 4 — распределительная сеть, 5 — главный фидер

подводящих проводов и распределительных фидеров, на одина­ковое выполнение перемычек, скрещивание проводов и др., что облегчает настройку антенны.

При разбивке коротковолновых антенн, производимой с по­мощью теодолита, а также при их монтаже необходимо, чтобы отклонение главного излучения от проектного не превышало: для передающих и приёмных антенн*ВГД—±3°, для передаю­щих и приёмных антенн РГ, РГД, БС и БС-2— ±1°, для пере­дающих антенн СГ и СГД при восьми вибраторах в этаже — ±0.5°; для тех же антенн, но при четырёх вибраторах в этаже — ±1°, а при двух вибраторах— ±2°. Направление истинного ази­мута закрепляют на площадке строительства и от него ведут разбивочные работы.

Для обслуживания территории направленным радиовеща­нием или для радиосвязи с корреспондентами, находящимися в различных направлениях, необходимо несколько комплектов ан­тенн на весь диапазон коротких воли, что обходится дорого, поэтому изыскиваются пути создания направленной коротковол­новой антенны, способной эффективно работать в любом направ­лении. Например, для связи на дальние расстояния в Голландии была построена вертикальная синфазная антенна на волну 15 м, подвешенная к двум деревянным решётчатым башням высотой 60 м, установленным на общей стальной конструкции — мосту, который с помощью электромеханического привода может пово­рачиваться по горизонтальному круговому рельсовому пути. Та­кое решение оказалось относительно простым, потому что при вертикальном расположении вибраторов уменьшается вес баш­ни. При горизонтальной антенне, которая эффективнее верти­кальной, это осуществить значительно сложнее.

В настоящее время в радиолокации и при исследовании кос­моса радиоастрономическими и радиофизическими методами применяются разнообразные и большие по размерам антенны ультракоротких волн, которые могут излучать и принимать энер­гию в любом направлении в пределах шаровой полусферы. Это позволяет рассчитывать, что может быть решена и задача соз­дания круговой направленной антенны коротких волн.