Антенно-фидерное устройство: принцип работы

Устройство антенно-фидерной системы должен знать каждый, кого интересует передача сигналов в радиотехнических системах (радиовещания, радиосвязи, телевидения). Следует отметить, что в данном случае предусматривается возможность общения в обе стороны. Фидер передает электромагнитные колебания от передатчика к антенне (которая излучает/принимает сигнал) и от нее к приемнику. Об этом и поговорим.

Про антенны

Так называют устройства, главное предназначение которых — прием или излучение электромагнитных волн. Антенны являются неотъемлемой частью любого радиопередающего и радиоприемного устройства. Следует отметить, что в зависимости от целевого назначения меняется функциональная роль. Например, передающая антенна преобразовывает ток высокой частоты в энергию электромагнитных волн. Может быть и такое, что она является многофункциональной, и может быть еще и приемной. В таком случае улавливаются электромагнитные волны и преобразовываются в энергию высокочастотных колебаний. Такая версия устройства является наиболее предпочтительной благодаря своим технико-экономическим характеристикам.

Про фидер

Это совокупность устройств, благодаря которым энергия подводится от передатчика к антенне и от нее к приемнику. Часто их еще называют фидерным трактом. Конструктивное исполнение напрямую зависит от диапазона частот, которые передаются по нему. Фидер может также излучать волны. Но это возможно только в тех случаях, когда соседние участки двух проводов обтекаются токами, которые совпадают по фазе. Их поля в таком случае взаимно усиливаются. Кстати, на этом эффекте можно реализовать антенны.

Они в таком случае называются синфазными, и следует отметить, что получили весьма широкое распространение. Также могут быть излучения фидера в тех случаях, когда расстояние между проводами по определенным направлениям приобретает существенную разность хода. Следует отметить, что можно подобрать такое значение, при котором произойдет сложение волн. На этом принципе также работают антенны, которые называются противофазными.

Возвращаемся к нашему устройству

Проектирование антенно-фидерных устройств с последующим созданием требует, чтобы отдельные понятия сложились в целостную систему. Итак, если есть радиоканал, сформированный из передающей и приемных антенн, а также тракт распространения, то его можно рассматривать как пассивный линейный четырехполюсник. В чем заключается его особенность? Если в нем электродвижущую силу и нагрузку поменять местами, то параметры системы не изменятся. То есть приемную антенну можно сделать передающей и наоборот. Это свойство называют принципом взаимности. Из него вытекает обратимость процессов передачи и приема. Именно благодаря этому можно обходиться одной антенной, которая выступает в обеих ролях. А это позитивно сказывается на технико-экономических показателях системы радиосвязи, что и способствовало массовому использованию данного принципа.

А что бы почитать по этой теме?

Забегая вперед, следует признать, что данная тема является весьма обширной. Поэтому если после прочтения статьи останутся вопросы, то лучше обратиться к толковым книгам. В качестве первого образца можно посоветовать ту, которую написал Драбкин: «Антенно-фидерные устройства». Данная книга была издана в 1961 году. Но несмотря на свой возраст и довольно существенное устаревание, она еще может быть полезной. Хотя бы тем, что в ней рассматриваются основополагающие теоретические положения, которые полезно изучить всем, кого интересует данная тема.

Книга Драбкина является учебником по антенно-фидерным устройствам. Вообще-то, она предназначена для радиоинженеров и студентов радиотехнических факультетов, но если тема действительно интересует, то разобраться в ней сможет практически любой человек. Особенно следует отметить рассмотрение теории антенн, проволочные, сверхвысокочастотные и самолетные образцы, специфику измерения электрических параметров. Хотя только этим, разумеется, перечень не ограничивается.

Из более современных авторов заслуживает упоминания Ерохин Г. А., «Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн» — это весьма современная и одновременно толковая книга. Можно посоветовать обратить внимание на второе издание, выпущенное в 2004 году. В книге излагаются теоретические положения и, что особенно хочется отметить, много внимания уделено вопросам, которые непосредственно относятся к проектированию и эксплуатации систем телевидения, радиосвязи и радиовещания. За это следует воздать хвалу, которую вполне заслуживает Ерохин. «Антенно-фидерные устройства…» этого автора — действительно полезная книга.

Какие параметры антенн необходимо знать?

Но давайте вернемся к теме статьи. Чтобы определить значение параметров, используют анализатор антенно-фидерных устройств или рассчитывают с помощью формул. Это необходимо для получения прибора с нужными характеристиками. Вот список, на что следует обращать внимание:

1. Излучающая мощность электромагнитных волн. Сила и количество волн, которые от антенны идут в свободное пространство. Подразумевается активная мощность, ведь излучение постепенно рассеивается в пространстве, что окружает антенну. Ее можно выразить через сопротивление.
2. Мощность потерь. Под этим подразумевается значение, которое бесполезно теряется передатчиком при прохождении по проводам антенны тока. Может учитываться значение земли и предметов, при условии, что они расположены вблизи антенны. Также является активным параметром и может быть выражено через сопротивление.

Продолжаем перечислять параметры

Также следует помнить:

1. Мощность в антенне. Значение, что отображает энергию, подводимую от передатчика. Представляется в виде суммы двух предыдущих параметров.
2. Коэффициент полезного действия.
3. Входное сопротивление антенны. Под этим подразумевается значение, которое есть на входных зажимах. Характеризуется наличием ре/активной составляющих. Самый лучший вариант – это настройка в резонанс. В таком случае для генератора дается активная нагрузка, и устройство используется с максимальной эффективностью.
4. Направленность антенны. Под этим подразумевается способность излучать электромагнитные волны в определенную сторону. Для того чтобы судить о данном свойстве, используют диаграмму направленности.

Остальные параметры

Кроме перечисленных, следует знать:

1. Коэффициент направленного действия.
2. Рабочий диапазон. Более специализированно используется понятие полосы пропускания антенны. Так называется интервал частот, где ширина главного лепестка диаграммы направленности не выходит за установленные пределы, коэффициент усиления характеризуется как достаточно высокий, а с фидерным трактом согласование существенно не ухудшается. При этом должно быть небольшим отражение. Это требуется для снижения переходных шумов в каналах, присутствующих из-за наличия попутных потоков.
3. Коэффициент защитного действия. Он используется для определения степени ослабления сигналов антенной, которые принимаются из побочных направлений.

Работа с волнами

Монтаж антенно-фидерных устройств осуществляется исходя из того, где и в каком диапазоне они будут использоваться. При этом необходимо добиться, чтобы направленные свойства были хотя бы в одной плоскости. При малой длине антенны выходят достаточно компактные. Это позволяет делать их вращающимися и получать значительный выигрыш в мощности, понижая одновременно взаимные помехи радиостанций. Ну и куда без этого – осуществлять связь в любом желаемом направлении.

В диапазоне метровых волн для удобства использования часто применяют разнообразные не/симметричные вибраторы. Хотя это далеко не единственный вариант. Из-за размера антенны метрового диапазона довольно проблематично перемещать вручную. Давайте рассмотрим это подробнее.

Чем отличаются волны разной длины?

Отличить по предназначению можно по специфическим особенностям. Следует отметить, что в ряде случаев можно использовать однотипные антенны для работы в смежных диапазонах. Вот их список:

1. Антенны длинных волн. Обладают большими геометрическими размерами. Но несмотря на это, все же значительно меньше длины волны. Высота устройства редко когда превышает 0,2 от ее величины.
2. Антенны средневолнового диапазона. Характеризуются тем, что соразмерны с длиною волн. Отличаются более высоким сопротивлением излучению, нежели предыдущий вариант. Благодаря этому коэффициент полезного действия может достигать 80%. Диаграмма направленности для этих устройств обладает видом вытянутой вдоль поверхности земли восьмерки. Правда, из-за этого поступающие из атмосферы сигналы существенно ослаблены.
3. Антенны коротких волн. К ним предъявляют специфические требования. Но это не на пустом месте, а напрямую связано с особенностями распространения этого диапазона. Для обеспечения устойчивой связи выбирают несущую частоту передатчика в зависимости от времени года и суток.
4. Антенны ультракоротких волн. Они отличаются высоким коэффициентом полезного действия и узкой диаграммой направленности. Связано это с тем, что размеры антенн примерно равны длине рабочих волн.

Обслуживание

Чтобы устройство работало без проблем, необходимо своевременно заниматься его профилактикой. Если говорить о текущем осмотре объектов, то к ним относятся:

1. Антенны.
2. Фидеры.
3. Радиорелейная связь.
4. Фундамент (это и дальше для крупных стационарных объектов).
5. Конструкции опоры.
6. Оттяжки мачт, а также их крепления.
7. Помещения (контейнера) базовой станции.
8. Конструкции крепления основы к фундаменту.
9. Прилегающая территория.

При этом следует уделить внимание таким моментам:

1. Состоянию аппаратуры.
2. Коррозийным и механическим повреждениям.

Кроме текущего, есть еще и планово-периодическое обслуживание антенно-фидерных устройств. Оно предполагает проведение более капитальной проверки, так называемого ревизионного осмотра и осуществление ремонта.

Подведение итога

Вот и рассмотрено, что собой представляют антенно-фидерные устройства. Предоставленной информации, скорее всего, не хватит для того, чтобы соорудить собственный рабочий прибор. Но вот обеспечить необходимым теоретическим минимумом, чтобы двигаться дальше, надеемся, у нас получилось. А если читатель подкован в этих вопросах, то возможно, уже разобрался, что и как нужно делать.

Антенно-фидерный тракт — что это такое?

Неотъемлемой составляющей современных средств радиотехники являются антенны и обслуживающие их тракты. В совокупности такая система называется антенно-фидерным трактом, но что же это такое? Чтобы лучше понять назначение и роль всех элементов, рассмотрим общую структуру данной системы. Антенна передающего действия предназначена для преобразования электромагнитных волн, идущих от передающей аппаратуры по маршруту тракта, в свободно распространяющиеся в пространстве волны. Приемная антенна выполняет обратное действие. Большого конструктивного отличия между такими устройствами нет, поэтому передающую антенну можно настроить на прием и наоборот. В некоторых антенно-фидерных трактах эти две функции может одновременно выполняет одна антенна.

Для связи антенн с радиоаппаратурой используются так называемые тракты, предоставляющие канал для прохождения радиоволн, предварительно фильтрующие частоту сигналов и обеспечивающие корректную работу цепей приемника и передатчика. В их состав могут входить коммутационные сети, крутящиеся сочленения, приборы для функционального системного контроля, поляризации радиоволн и лучевого управления в пространстве. По сути, антенно-фидерный тракт – это совокупность всех СВЧ-устройств, связанных вместе для реализации конкретной задачи или поставленной цели

Особенности антенно-фидерных устройств
Главным компонентом здесь является правильно построенная антенная система. Круг задач современной радиоэлектроники за последние годы стал намного шире, что способствовало интенсивному техническому и теоретическому развитию антенн. Также стали активно развиваться основные отрасли применения антенно-фидерных устройств и трактов – это телевидение, радиосвязь, системы радиоуправления посадки и радиоуправления, телеметрия и прочее. Везде нужны антенны определенного типа с нужными параметрами, которые должны отвечать двум основным требованиям:

1. Направленность действия – пространственное распределение электромагнитной мощности или реакция приемника на входящее электромагнитное излучение по определенному закону. В зависимости от назначения системы может быть реализовано как равномерное охватывание большого пространства, так и излучение в очень ограниченном диапазоне. Чем уже должен быть луч, тем крупнее строится антенна.
2. Сведение к минимуму электромагнитных потерь при высоком КПД. Чем уже должен быть луч, тем больше становится сама антенна. Но основные проблемы на пути к достижению максимальных значений КПД возникают при необходимости построить антенну с габаритами меньшими длины λ-волны.

Из-за постоянно расширяющегося спектра задач современные антенные комплексы часто из простых конструктивных решений превращаются в сложные динамические системы с сотнями, а то и тысячами элементов. Кроме непосредственно самих антенн, самые распространенные компоненты антенно-фидерного тракта – это преимущественно линейные устройства пассивного действия. Также в последнее время широкое распространение получили устройства управления работой антенных комплексов и трактов, особенно в системах, где нужно быстро перемещать луч в пространстве. Такие конструкции в основном строятся из большого количества излучателей с отдельной регулировкой высокочастотного возбуждения для каждого.

Разновидности и принцип работы антенн
Работа антенных систем, построенных на базе излучения кабелей, заключается в том, что к двум проводникам, образующим длинную линию, подключается высокочастотный генератор для создания максимального излучения. Если провода будут идти параллельно и рядом друг с другом, то их разнонаправленные токи взаимно поглощаются, и излучающего выброса не произойдет.

Но если кабеля раздвинуть под определенным углом, то компенсации полей уже не будет. По такому принципу работают ромбовидные и V-образные антенны. Если раздвинуть проводники на 180 градусов, то получается симметричный вибратор. То есть его можно описать как разомкнутую на концах длинную линию с 180-градусной разводкой проводов. Чтобы исключить взаимное компенсирующее воздействие, один из проводников тока можно попросту убрать из схемы. Таким образом получится несимметричный вибратор, на работе которого основывается построение Г- и T-образных антенн.

Излучение фидера появляется тогда, когда два смежных участка кабеля обволакиваются схожими по фазе токами, поля которых взаимно усиливаются. Такие антенные системы, получившие сейчас широкое применение, называются синфазными. Излучения фидера также можно добиться, если промежуток между проводами будет обеспечивать существенную ходовую разность. Можно так выставить расстояние, что по некоторым участкам волны обоих кабелей будут слагаться. Основанные на этом принципе антенны называются противофазными.

В любое удобное время купить фидерный тракт можно на сайте по ссылке. Оплата производится по безналичному расчету согласно предоставленного заказчику счету. Доставка осуществляется со склада в Московской области или «до двери» в любой регион России.

Прочая и полезная информация