Распространение СДВ, ДВ, СВ.

Для ДВ (30 – 300 кГц) ионизации слоя Д достаточно для отражения в ионосфере. Поверхность Земли для ДВ является достаточно хорошим проводником, поэтому ДВ хорошо отражаются от Земли, особенно если Земля влажная. Тем более хорошо отражаются ДВ от поверхности воды.

Т. к. слой Д находится низко над Землёй, то для дальнёй связи луч должен многократно отразится от ионосферы и Земли. При каждом отражении луч теряет часть энергии. Поэтому для дальней связи на ДВ нужна очень большая мощность, тем более, что эффективность антенны на ДВ не высокая (l и α ).

Т. о. На ДВ возможно связи как поверхностной и пространственной волной. При малых расстояниях связь осуществляется за счёт поверхностной волны (до 50 км.). Для дальних связях (более 100 км.) огибающих свойств волн не достаточно и связь осуществляется только отражением волн. Особенно благоприятные условия для распространения ДВ ночью. Т. к. слой Д исчезает и волны отражаются от более высокого слоя Е.

2. В диапазоне СВ (300 кГц – 3 МГц) ионизация слоя Д не достаточное для отражения СВ может произойти от слоя Е . Но в дневное время связь отраженных волн не возможно, из за сильной толщены СВ в слое Д , и лишь ночью, когда исчезает слой Д. связи осуществляется отражением волной.

Таким образом связь в диапазоне СВ в дневное время осуществляется только поверхностной волной, а в ночное время и поверхностной и отраженной . проводимость Земли в диапазоне СВ еще хорошая для отражения волн.

Антенны.

1.Краткая историческая справка.

В 1874 году профессор Н. А. Умов ввёл понятие о потоке энергии, а в 1880 г. это понятие было применено англичанам Пойтингом к исследованию электромагнитных волн. Вектором Пойтинга (П) называют вектор, указывающийющий направление распространения электромагнитной волны и равный по величине плотности потока мощности этой волны.

Направление вектора П определяют по правилу:

Если вращать правый винт по кратчайшему пути от вектора электрического поля Е к вектору магнитного поля Н, то поступательное движение винта укажет направление электромагнитной волны.

2.Антенны диапазона ДВ и СВ.

Если излучающая антенна создаёт электромагнитные волны у которых вектор Е перпендикулярен к Земле, а вектор Н параллелен, то такая антенна называется антенной с вертикальной поляризацией , а волна называется вертикально поляризованной.

Если вектор Е параллелен Земле, а вектор Н перпендикулярен то антенна соответственно наз. антенной с горизонтальной поляризацией.

Для волн ДВ и СВ земная поверхность представляет хороший проводник, по этому вблизи Земли не может быть горизонтального электрического поля . Т. е. невозможно применять сигналы. По этому в диапазоне ДВ и СВ применяют только вертикально поляризованные ЭМВ.

Для эффективности работы длина антенны должна быть соизмерима с λ. Так для частоты 300 КГц. λ = 1 км. Следовательно антенна должна иметь высоту 0,5 км. ( λ/2 ), что очень трудно реализовать практически. Однако благодаря принципу зеркальности удаётся в двое уменьшить длину антенны.

Принцип зеркальности состоит в том что, любой электрический заряд над проводящей поверхностью создаёт ниже поверхности электрическое поле равное нулю.

( В противном случаи появился бы ток в проводнике ). Но это равносильно тому, что зеркально проводящий поверхности расположен равный заря противоположного знака. При чем перемещение заряда над Землей равносильно перемещению его зеркального заряда изображения.

Благодаря принципу зеркальности четверть волновой вертикальный излучатель над Землей аналогичен полу волновому, но диаграмма направленности в вертикальной плоскости на половину усечена.

Если нет возможности установить антенну требуемой высоты, то для сохранения ее резонансной длины, верхнюю часть ее загибают и получается Г – образная антенна, либо последовательно с антенной включают катушку компенсирующею емкостную составляющею входного сопротивления антенны, которая короче чем λ/4 (добротность катушки обычно хуже чем, антенны по этому Г – образная антенна эффективнее чем антенны с удлинённой катушкой).

Для приеме в диапазоне ДВ и СВ применяют рамочные либо магнитные антенны размеры которых гораздо меньше длины волны. Рамки могут быть круглой либо квадратной формы. ЭДС в рамке наводится магнитно силовыми линиями пронзающею рамку. Чем больше площадь рамки, тем больше наводимое ЭДС. Т. к. большое количество магнитных силовых линий попадают в площадь рамки.

Если плоскость рамки перпендикулярна направлению волны (на передатчик ), то ЭДС наводится не будет. Т.е. можно сказать что рамка обладает диаграммой направленности. Если рамочная антенна имеет несколько витков, то ее эффективность возрастает пропорционально количеству витков.

Размеры рамки можно значительно уменьшить, сохранив ее эффективность, если ввести в плоскость рамки материал с магнитопронецаемостью µ > 1.

Благодаря этому магнитные силовые линии поля стягиваются к рамке ( к веществу с меньшим магнитным сопротивлением) и увеличивается ЭДС наводимая в рамке. В качестве магнитного материала для рамочных магнитных антенн применяют ферриты имеющие µ 100 ÷ 1000 единиц.

Благодаря направленным свойствам рамочная и магнитная антенны позволяет избавится от помех несовпадающих с направлением приёма (а также от местных помех с горизонтальной поляризацией).

Поляризация волны определяется расположением вектора электрического поля Е относительно направлению распространения волны и так называемой плоскости отсчета. Различают линейно (плоско ) и эллиптические (поляризационные ) волны; существуют также волны с круговой поляризацией, но они являются частным случаем эллиптических поляризованных волн.

Для снижения уровня помех применяют рамочную антенну представляющую собой прямоугольную или круглую катушку.

Характеристика рамочной антенны:

Действующая длина рамочных антенн на ДВ и СВ волнах обычно мала (сотые доли метра) и эффективность ее намного меньше вертикального провода той же длины, что и рамки (добротность Q таких рамок в приделах 200 ÷ 300 ) что равносильно увеличению во столько же раз действующей длины.

В качестве встроенных антенн широко применяются магнитные (ферритовые) антенны, представляющие собой устройство в виде катушки провода, расположенного на стержневом сердечнике из высокочастотного магнитного материала (обычно феррита ) с большой магнитной проницаемостью.

Выбор марки феррита определяется назначением антенны и диапазонами частот. С укорочением длины волны необходимо выбрать материал сердечника антенны с меньшей магнитной проницаемостью.

ДВ (µ = 2000 ÷ 1000)

СВ (µ = 1000 ÷ 600)

КВ (µ = 400 ÷ 100)

УКВ (µ = 50 ÷ 10)

Электрические свойства антенной катушки определяют ее индуктивностью L и добротностью Q.

Встроенные антенны

Антенна в значительной мере определяет качество приемника. От эффективности ее работы и чувствительности к промышленным помехам зависит качество воспроизведения принимаемой программы. Для ослабления влияния помех применяют направленные антенны, реализуя таким образом пространственную селективность.

Основные параметры приемных антенн. Действующая высота характеризует уровень сигнала на входе приемника, так как ЭДС, развиваемая антенной, E_A=E *h_д, где E — напряженность поля в месте установки антенны; h_д — действующая высота.

Выходное сопротивление — сопротивление переменному току между точками подключения антенны. В общем случае выходное сопротивление имеет активную и реактивную составляющие. Если антенна настроена в резонанс с сигналом, реактивная составляющая равна нулю.

Частотная характеристика — зависимость выходного сопро­тивления антенны от частоты сигнала.

Диаграмма направленности — график зависимости ЭДС, наве­денной в антенне электромагнитным полем, от направления на ис­точник излучения.

Ферритовые антенны (ФА) широко применяются в переносных и высококачественных стационарных радиовещательных приемниках. Конструктивно ФА представляет собой катушку, размещенную на ферритовом стержне, и является разновидностью магнитной антенны, поэтому не реагирует на электрическую составляющую электромагнитного поля. Ферритовая антенна менее чувствительна, чем, например, штыревая, к промышленным помехам в ближней зоне, в которой сильно преобладает электрическая составляющая поля. Диаграмма направленности ФА имеет форму «восьмерки» с тупыми максимумами в плоскости, перпендикулярной к оси стерж­ня, и острыми минимумами по оси стержня. Это позволяет во мно­гих случаях исключить воздействие помехи при незначительной потере сигнала. Недостаток ФА — сравнительно малая действую­щая высота. Для увеличения действующей высоты следует приме­нять сердечники (стержни) с как можно большим отношением длины к диаметру из феррита, характеризующегося наибольшим отношением начальной магнитной проницаемости к тангенсу угла потерь. (Тангенс угла диэлектрических потерь tgδ характеризует удель­ные диэлектрические потери, т. е. мощность, рассеиваемую в еди­нице объема вещества, и равен отношению тока проводимости к току смещения. Чем больше tgδ, тем больше нагрев, диэлектрика в электрическом поле заданных частоты и напряженности). Для диапазона ДВ используются никелего-цинковые ферриты с начальной магнитной проницаемостью 600... 1000, для диапазона СВ — 400..600, для диапазона КВ — 100... 200, а для УКВ — 15...25. Для катушек применяют как можно более тонкие каркасы. Намотку выполняют проводами в эмалевом или эмалево-шелковой изоляции, в том числе литцендратом (см. гл. I, § 2). В антеннах диапазона УКВ обмотка выполняется в виде одного витка из медной фольги.

Основные конструктивные и электрические параметры­ ферритовых антенн для различных диапазоновволн приведены в табл.VII.7. По данным таблицы можно изготовить антенну с определенными параметрами. Если требуется антенна с другими параметрами, необходимо выполнить расчет. Для этого задаются длиной катушки b и расстоянием x от середины ферритового стержня до середины катушки (рис. VII.6) и выбирают диаметр каркаса катушки (см. табл. VII 7) D_к. По графику, приведенному на рис. VII.6, определяют значения коэффициентов k₁ (в зависимости от отношения b/l, где l — длина стержня) и k₂ (в зависимости от отношения 2x/l), а по

Рис. VII.6. Зависимости коэффициентов k₁, и k₂ от размеров ферритовой антенны.

Рис.VII.7.Зависимость коэффициента k₃ от размеров катушки.

графику, показанному на рис. VII.7,—значение коэффициента k₃(в зависимости от отношения b/D, где D — средний диаметркатушки, равный сумме диаметров каркаса и провода). По графику (рис. VII.8) определяют эффективную магнитную проницаемость ферритового стержня (в зависимости от начальной магнитной проницаемости феррита μ_н и отношения l к диаметру стержня D_с). Число витков ка­тушки определяют по формуле

где L — индуктивность катушки (определяется при расчете ВУ),а D — диаметр катушки, см; D_с - диаметр стержня, см. Далее определяют фактическую длинукатушки и, если она отличается от выбраннойвначале более чем 10% , расчет выполняют вновь, приняв найденное значение длины в качестве исходного. Действующая высота ФА определяется по формуле

где h_д, м; λ- длина волны, м; S — площадь поперечного сечения стержня, см².

Для повышения индуктивности ФА связывают в пучок нескольких ферритовых стержней. Применяют также параллельное включение нескольких антенн. При этом индуктивность ФА уменьшается, что позволяет увеличить число витков каждой антенны и, следовательно, действующую высоту. Антенны располагают на некотором расстоянииодна отдругой.

Двухдиапазонную ФА выполняют на двух или одном стержне. Во втором случае катушки разных диапазонов располагают ближе к концам стержня. Добротность одиостержневой антенны меньше, чем двухстержневой, вследствие поглощения энергии катушкой другого диапазона. В двухдиапазонной антенне, выполненной на одном стержне, нерабочая катушка ДВ (при работе на СВ) должна быть замкнута накоротко, а при работе на ДВ катушка СВ с под­ключенным к ней конденсатором должна образовать колебательный контур, настроенный на частоту 605...610 кГц [2].

Рамочная антенна представляет собой катушку индуктивности, выполненную в виде рамки или кольца. Преимущества рамочной антенны по сравнению с ферритовой следующие: большая действую­щая высота в диапазоне КВ, меньшая зависимость индуктивности от температуры, более высокая механическая прочность, меньшая подверженность магнитным наводкам. Добротность рамочной антен­ны с повышением частоты растет (ферритовой падает), что позво­ляет достичь меньшего изменения полосы пропускания ВУ в диапазоне рабочих частот.

Рамочные антенны применяют в диапазоне КВ в стационарных радиовещательных преемниках, в приемниках для «охоты на лис». В стационарных приемниках рамочные антенны размещают чаще всего на задней стенке. Более высокая эффективность антенны дос­тигается при откидной конструкции рамки, позволяющей" в рабо­чем положении развернуть ее над корпусом приемника и поворачи­вать с целью выбора наиболее выгодного положения диаграммы направленности. Иногда в приемнике устанавливают две последова­тельно включенные рамки, ориентированные по взаимно перпенди­кулярным направлениям. Концы одной из рамок можно переключать, что дает возможность выбрать наилучшее положение диаграммы направленности. Каждая рамка должна быть расположена в вер­тикальной плоскости. Диаграмма направленности рамочной антен­ны имеет такой же вид, как ферритовой. Направление максимума диаграммы направленности совпадает с плоскостью рамки. Число витков рамки для диапазона КВ может быть 1...4 в зависимости от ее размеров и диапазона рабочих частот. Для приемника с растяну­тыми диапазонами КВ больше всего подходит одновитковая рамка. Настраивают контур рамочной антенны при помощи построечных катушек, включаемых последовательно или параллельно рамке.

Действующая высота рамочной антенны определяется по фор муле ,где h_д, м; а ω — число витков; Ѕ— площадь рамки,м²; λ — длина волны, м. Индуктивность антенны, выполненной и виде кольца, где D_р — диаметр рамки, мм; ω — число витков; d — диаметр провода, мм. Если рамка квадратная, вместо D_р в формулу подставляют среднее арифметическое диаметров вписанной в рамку и описанной окружностей.

Встроенные телескопические антенны используются в переносных приемниках диапазонов КВ и УКВ. Конструктивно они состоят из нескольких выдвижных коленьев разного диаметра. Число коленьев зависит от заданной длины антенны и размеров приемника. В диапазоне УКВ используются горизонтальные симметрические и несимметричные вибраторы, а в диапазоне КВ — исключительно вертикальные несимметричные. В портативных приемниках чаще всего применяется несимметричный телескопический штырь, общий для диапазонов КВ и УКВ.

Действующая высота симметричного вибратора с общей длиной, меньшей половины длины волны , определяется по формуле где λ — длина волны; l — длина одного плеча вибратора. Максимум диаграммы направленности располо­жен перпендикулярно к оси вибратора. Действующая высота не­симметричного вибратора длиной 1вдва раза меньше, чем симмет­ричного. Диаграмма направленности такая же, как, симметричного_.