Рекомендации по выбору приёмных антенн

Характеризуя далее антенны, входящие, в комплекс, будем для краткости име­новать их «короткая», «средняя», «длинная». Вероятные углы прихода радиоволн лежат в пределах 3° £ q_пр £ 30°.

Антенны ОБ-Е, входящие в комплекс, на данной частоте f₀ имеют ДН с раз­личными углами q_max, их главные лепестки ДН по разному наклонены по отношению к горизонту и зависят от отношения L/λ.

Такой набор антенн в комплексе позволяет обеспечить оптимальный прием радиоволн на одну из антенн с учетом вероятных углов прихода радиоволн. При этом не имеет значения, какая из величин претерпевает изменение, L или λ, а какая остается постоянной. Важно, что обеспечивается уверенный прием радиоволн, приходящих в существенно более широком секторе углов q_пр, чем возможно осуществить с применением только одной антенны. Число антенн в комплексе выбрано минимально достаточным по экономическим соображениям. Длины антенн обеспечивают высокие значения КНД по диапазону частот и плавное перекрытие ДН в вертикальной плоскости.

Конструктивно антенна ОБ-Е занимает сравнительно мало места в поперечнике, что позволяет разместить их в комплексе рядом и считать единым антенным устройством данного азимута.

Минимальную ширину ДН (j_0,5min) в горизонтальной плоскости имеет «длинная» антенна на λ_min = 10 м. Этот угол j_0,5min = 15°. Он принят параметром комплекса ОБ-Е. Сектор азимутальных углов, равный 15, является рабочим сектором ком­плекса.

«Короткая» антенна имеет наименьшее значение КНД по сравнению с осталь­ными. Ее рабочий диапазон укорочен за счет длинноволнового участка и заключен в пределы 10 £ λ £ 60 м. Основное назначение «короткой» антенны заключается в обеспечении приема радиоволн, приходящих под большими углами q_пр. В пределах углов q_0,5 «короткая» антенна способна принять радиоволны, приходящие под углами:

7° £ q_пр £ 24° на λ_min = 10 м

9° £ q_пр £ 42° на λ_max = 60м

Для «средней» и «длинной» антенн имеют место соотношения:

4° £ q_пр £ 16° на λ_min = 10 м 2° £ q_пр £ 9,5° на λ_min = 10 м

6° £ q_пр £ 40° на λ_max = 100 м 4° £ q_пр £ 28° на λ_max = 100 м

Минимальный угол j_0,5min раскрыва диаграммы направленности в горизонталь­ной плоскости имеет «длинная» антенна на λ_min. Он равен j_0,5min =15°.

Максимальный угол j_0,5min имеет «короткая» антенна на своей λ_max = 60 м. Он равен j_0,5min = 65°.

Испытания антенного комплекса ОБ-Е показали [6,9], что во времени доли участия в приеме информации каждой из антенн комплекса различны. Так, например, «короткая» антенна работала на протяжении 50% общего времени, «средняя» – 27% и «длинная» — 23%. Указанные проценты косвенно характеризуют вероятность реализации значении углов прихода q_пр радиоволн на трассах раз­личной протяженности. Можно отметить, что наличие только «средней» антенны (а не комплекса в целом) привело бы к уменьшению вероятности приема сигналов в четыре раза, Каждую из антенн, входящую в комплекс, можно использовать одновременно для приема сигналов одной и той же частоты, или для приема сигналов разных частот f₁, f₂ и f₃.

В последнем случае и расстояния R до корреспондентов тоже могут быть не одинаковыми: R₁ ≠ R₂ ≠ R₃.В случае выхода из строя одной (или даже двух) антенн сохраняется возмож­ность приема сигналов на третью антенну комплекса с такой же вероятностью, которая была бы на любом стандартном узле связи с одной ДKМ антенной на данном азимуте.

Регламентное обслуживание антенн комплекса ОБ-Е производится поочередно, что сохраняет ему беспрерывную работоспособность. Перечисленное позволяет расширить функциональные возможности и повысить надежность эксплуатации антенной техники связи.

Антенное поле приемного радиоцентра (приемной радиостанции)

Если приемный радиоцентр (приемная радиостанция) (ПРЦ) должны обеспечивать радиосвязь в любое время суток с радиоцентрами корреспондентов, удаленными на различные расстояния и расположенными в различных азимутальных направлениях с известным и неизвестным местоположением, то необходимо построение антенного поля с возможностью приема сигналов с «любого» пространственного направления с параметрами 0° ≤ φ ≤ 360° в азимутальной и 3° £ q £ 60° в угломестной плоскостях.

Кроме того, для повышения устойчивости радиосвя­зи целесообразно применять разнесенный прием. Антенны для пространственно-разнесенного приема не­обходимо устанавливать на расстоянии до (10 ÷ 15)λ₀ одна от другой (где λ₀ - собственная длина волны антенны).

На существующих ПМРЦ на каж­дом азимутальном направлении связь обеспечивают несколько ан­тенн (для связи земной и ионосферной волной, на различные дальности, днем и ночью, для разнесенного приема).

Для повышения устойчи­вости радиосвязи на ПМРЦ, как правило, применяют направленные антенны, занимающие большие площади.

Рассмотрим построение антенного поля на основе антенн типа ОБ-Е. Оно состоит из однотипных антенных комплексов ОБ-Е, расставленных оди­наково равномерно (регулярно) на антенной площадке вокруг технического здания. Такое построение гарантирует уверенный прием сигналов на трассах различной протяженности R ≥ 1000 км по всем азимутам в любое время суток и года с минимальными затратами материальных сил и средств.

Схема поля показана на рис. 7.50. Центральная зона поля радиуса r предназначена для размещения технических и подсобных строений, башен и т.п. Известно, что здание экранирует радиоволны, если оно находится перед излуча­телем в непосредственной близости от него. Поэтому антенны комплекса ОБ-Е размещены на поле так, чтобы продолжение их осей не пересекало центральную зону. Угол γ, рис. 7.50, есть угол между радиусом r окружности центральной зоны, проведенным из центра в начало «длинной» антенны и осью этой антенны.

Рис. 7.49. Схема антенного поля на основе комплекса антенн ОБ-Е

Все антенные комплексы ОБ-Е располагают на антенном поле симметрично и равномерно. Это условие выполняется если угол γ одинаков для антенн всех комплексов.

Минимально необходимое число m антенных комплексов на поле определяется углом j_0,5min = 15° и равно m = 360°/15 = 24.

Радиус окружности, ограничивающий все антенное поле, равен

, (7.1)

где L₁ – размер «длинной» антенны.

Угол γ может принимать значение в пределах 0° £ γ £ 180°.

Очевидно, что минимальный радиус R_min, при котором антенное поле занимает наименьшую площадь и остается работоспособным, соответствует углу γ = 90°. При γ = 90° ось «длинной» антенны касается окружности радиуса r, а

, (7.2)

Расстояния между осями антенн в комплексе одинаковы и могут достигать 15 м.

В целях экономии земельной площади, а также рациональной компоновки антенных комплексов на антенном поле, возникает необходимость в размещении антенн, входящих в смежные комплексы, на одну общую для них опору на стороне возбуждения.

В принципе такое размещение антенн из-за их взаимного влияния не всегда допустимо, так как может вызвать искажения в ДН. Проверка антенн ОБ-Е на значение переходного затухания между ними при разнице в азимутах, равной 15°, позволила рекомендовать такой метод построения антенного поля.

На рис. 7.50 показана, зависимость в дБ переходного затухания между смежными антеннами соседних комплексов в зависимости от частоты в МГц. Как видно на рис. 7.50, развязка между антеннами практически исключает их влияние друг на друга.

Рис. 7.50. К оценке переходного затухания между смежными

антеннами ОБ-Е соседних комплексов

Антенна ОБ-Е допускает реверсирование: использование ее для приема сигналов прямого направления в секторе азимутальных углов Δj и обратного на­правления в секторе углов Δj + 180°.

Это обстоятельство практически полезно и выгодно, так как позволяет исполь­зовать одно и то же антенное полотно дважды, независимо принимая сигналы в двух азимутальных секторах.

Для реализации этой возможности антенна ОБ-Е на обоих своих концах имеет схемы возбуждения, каждая из которых для противо­лежащей схемы служит нагрузкой, создающей режим бегущей волны на проводнике длиной L.

Принципиально возможно выделить (на время) одну из антенн комплекса из его состава и включить в тракт приема, минуя ШАУ (широкополосный антенный усилитель). Исключение из тракта приема ШАУ и коммутатора не позволяет использовать выделенную антенну многократно, что является недостатком. Однако такое исключение существенно снижает уровень шумов взаимной модуляции [7], попадающих на вход приемника, что многократно увеличивает вероятность приема слабых сигналов, маскируемых помехами при типовом (штатном) использовании комплекса.

На антенном поле есть возможность дополнительного размещения отдельных антенн ОБ-Е «среднего» и «короткого» размеров. Этой возможностью следует пользоваться с целью применения в обход ШАУ. Углы раскрыва ДН «средней» и «короткой» антенн ОБ-Е в горизонтальной плоскости во всем их рабочем диапазоне частот шире 15°.

Это обстоятельство позволяет по мере необходимости использовать данный комплекс ОБ-Е для работы в секторах азимутальных углов соседних комплексов слева и справа (как дубли­рующий прием, как подстраховка на период регламентных и ремонтных работ и т.п.).

При работе ВЧ-линий радиосвязи с ионосферным распространением радиоволн наблюдается эффект быстрых замираний.

В различных точках пространства замирания происходят статистически независимо. Это обстоятельство позволяет бороться с ними различными методами разнесенного приема. Для пространственно-разнесенного приема требуются две и более антенн со своими фидерными устройствами и приемниками с устройствами разнесенного приема сиг­нала.

Для пространственно-разнесенного приема сигналов следует выбрать наиболее удаленные друг от друга территориально антенны, которые имеют параллельные оси. Схема на рис.13 позволяет видеть, что такой парой антенн могут быть, например, антенны, взятые из комплексов А и Б, при условии их реверсирования.

Антенный комплекс ОБ-Е позволяет применить один из способов разнесённого приема – угловое разнесение [6,17]. При этом имеется ряд вариантов использования двух антенн в процессе приема сигналов:

– «короткая» – «средняя» антенны (в диапазоне рабочих частот «короткой» антенны;

– «короткая» – «длинная» антенны (в диапазоне рабочих частот «короткой» антенны);

– «средняя» – «длинная» антенны во всем ВЧ-диапазоне.

Эффект от применения приема сигналов с пространственным разнесением антенн получается тем большим, чем меньшая корреляция наблюдается между замираниями сигналов в местах расположения антенн. Поэтому наибольший эффект может быть достигнут применением комбинированных методов разнесения, например, пространственно-углового. Для его реализации нужно в пары разнесенного приема брать антенны комплексов А и Б различной длины.

Полное азимутальное антенное поле ВЧ-диапазона, построенное на основе комплекса антенн ОБ-Е, занимает площадь порядка 9 Га. (Полно-азимутальные антенные поля современных ВЧ-приемных радиоцентров, построенные на основе антенн типа БС и ОБ, занимают от 80 до 150 Га.)