Антенны носимых радиостанций

Необходимо отметить, что уверенная зона покрытия обеспечивается базовыми станциями и ретрансляторами с эффективными антеннами. Если же ваша радиостанция не работает в этой зоне, то система либо не правильно спроектирована или настроена, либо вышла из строя. Вполне возможно, что причина некачественной связи кроется в абонентской радиостанции или в ее антенне (повреждение).

Всевозможные ухищрения по увеличению дальности связи с помощью антенн абонентского оборудования нельзя считать серьезными методами компенсации недостатков системы.

Настройка антенн заключается в согласовании антенны и соединительного кабеля с выходом радиостанции на определенной частоте (частотах). Более научно: настройка антенны в резонанс на заданной частоте.

Величина, которая позволяет наглядно оценить качество согласования, называется коэффициентом стоячей волны (КСВ)*. Как правило, процесс настройки заключается в изменении длины антенны и/или соединительного кабеля в зависимости от рабочей частоты радиостанции. Контроль настройки ведется с помощью специальных измерительных приборов, так называемых измерителей КСВ (в обиходе – «КСВ-меров»).

При настройке необходимо стремиться к уменьшению КСВ. В идеальном случае КСВ=1. В реальных условиях можно добиться значения 1.1..1.6, что является приемлемым для работы радиооборудования. При повышении КСВ до 2 и более, эффективность антенны падает, причем при таких значениях возможен выход радиостанции из строя при работе на передачу.

К сожалению, КСВ является необходимым, но не достаточным параметром, характеризующим настройку антенны. По КСВ нельзя определить эффективность, диаграмму направленности, коэффициент усиления антенны. Единственное, что гарантирует допустимый КСВ, это то, что ваша радиостанция не выйдет из строя при работе на передачу.

НЕСКОЛЬКО СЛОВ О КОАКСИАЛЬНОМ КАБЕЛЕ

Как в любом проводнике, в кабеле происходят потери сигнала, которые тем больше, чем длиннее кабель, хуже его параметры и выше частота передаваемого сигнала. Потери вносит любой, даже самый дорогой и высококачественный кабель. И если, например, конкретную марку кабеля можно с успехом использовать в низкочастотном участке спектра (КВ, Си-Би, LowBand), то на более высоких частотах он может вносить недопустимые потери. Основным методом борьбы с потерями в кабеле является уменьшение его длины и количества высокочастотных соединений между компонентами системы. Следующим этапом – применение кабеля с более высокими характеристиками. На графике показана зависимость потерь (на 100 футов – 30.5 м) от частоты для некоторых распространенных марок кабеля.

Обычно чем больше диаметр кабеля, тем меньшие потери он вносит в передаваемый сигнал. В особо ответственных системах применяют кабель диаметром 28 мм (7/8”), 50 мм (1 5/8”) и более. 20–30 метров такого «толстого» кабеля по стоимости превышает даже самую «навороченную» антенну. А если добавить весьма не малую стоимость специальных разъемов…

Нередко кабель выбирается по остаточному принципу. Берется мощная радиостанция, эффективная антенна, подбирается высотное сооружение и… получается система с никуда не годными параметрами.

Например, если в системе, работающей на частоте 450 МГц, предполагается установить радиостанцию (ретранслятор) у подножия телевизионной вышки, а антенны необходимо поднять на 100 метровую высоту, то понадобится кабель диаметром не менее 1/2 дюйма (ок. 13 мм). И даже в нем мощность уменьшится примерно на 5 дБ. А это значит, что из 50 Вт выходной мощности передатчика до антенны «доберется» только 16 Вт. То же самое произойдет и с приемным сигналом. Поэтому при длинах кабеля 100 и более метров может оказаться дешевле расположить радиооборудование в непосредственной близости от антенн, обеспечив соответствующую защиту от внешних воздействий (температура, влага).

Резюме: с помощью кабеля можно свести на нет достоинства даже самой эффективной антенны. А вот улучшить, к сожалению, нельзя.

19.

Полуволновой вибратор, полуволновый вибратор, излучатель электромагнитных волн в виде прямолинейного отрезка проводника электрического тока или щели, например в металлической стенке радиоволновода, длиной, равной приблизительно половине длины рабочей волны. Применяется в качестве простой антенны для радиосвязи, приёмной телевизионной антенны (рис.) и т.д. или в качестве излучающего элемента в антенных решётках связных и радиолокационных станций и т.д. В разрыв в середине Полуволновой вибратор включают симметричный фидер либо несимметричный фидер с симметрирующим устройством, соединяющий Полуволновой вибратор с радиопередатчиком или радиоприёмником. Характеристика направленности Полуволновой вибратор в плоскости, перпендикулярной его оси, - окружность, а в плоскости, проходящей через ось, - симметричная восьмёрка. Коэффициент направленного действия Полуволновой вибратор 1,64; сопротивление излучения ~73 ом Вибратор Герца

Антенна была изобретена вместе с приёмником радиосигналов. Это по сути дела преобразователь электромагнитной энергии, в электрическую, и наоборот. От конструкции и типа антенны зависит качество антенны, которое характеризуется её усилением, полосой пропускания и характеристикой направленности в пространстве. Кроме того, у каждой антенны есть такой параметр, как входное (выходное) сопротивление.
Здесь надо отметить, что законы механики в этой сфере неизменны, и действуют примерно так же. То есть такие характеристики как - усиление, полоса пропускания, направленные свойства, и апертура антенны, взаимосвязаны. А улучшение одной из них, неуклонно ведёт к ухудшению остальных характеристик.
У антенн имеется принцип взаимности, т.е. все антенны, которые работают на передачу, могут быть приёмными, и почти все антенны, которые предназначены для приёма радиосигналов, могут использоваться на передачу.
Конечно же, самым простым и классическим вариантом антенны, является вибратор Герца, - полуволновой вибратор (λ/2). Для этого мы сначала научимся переводить частоту в метры, и наоборот. И так, что бы найти длину волны необходимо скорость распространения радиоволн разделить на частоту принимаемого сигнала. Сократим их значения, и получим следующую формулу:
λ (м) = 300/ f (мГц), и наоборот: f (мГц) = 300/λ (м).
Простейший вариант полуволнового вибратора, питаемого с середины, изображён на рис.1. У него имеется коэффициент укорочения в среднем К=0,95 для коротких волн, это связано в связи с концевой ёмкостью вибраторов, которые уменьшают резонансную частоту самого вибратора.

Здесь, ферритовые кольца необходимы для обеспечения симметрии вибратора с электрической точки зрения. Ферритовые кольца могут быть любого диаметра с проницаемостью 600 и более на коротких волнах. Число колец не менее шести. Если это феррит от отклоняющей системы переносного телевизора, то через это кольцо можно сделать 2-3 витка коаксиальным кабелем. Это мероприятие с ферритовыми кольцами, в случае использования антенны в режиме передачи, уменьшает паразитное излучение оплёткой кабеля. Данная антенна имеет достаточно узкую полосу пропускания, излучает перпендикулярно своей оси по двум сторонам света, в случае горизонтального размещения вибратора, и имеет горизонтальную поляризацию сигнала. В случае размещения этого вибратора вертикально, антенна будет иметь круговую диаграмму направленности с вертикальной поляризацией сигнала.

Вариации с полуволновым вибратором.
Все антенны имеют разные углы излучения сигнала (принимаемого сигнала) относительно плоскости земли. В данном случае, см. рис.1 при расположении антенны от поверхности земли около 0,1λ, антенна будет излучать вертикально вверх и совсем незначительно по двум сторонам. Такую антенну можно назвать антенной зенитного излучения (АЗИ), и её удобно использовать на ближних трассах радиообмена, с расстоянием до 800 - 1000 километров.
При размещении такой антенны на высоту более 0,25λ, антенна излучает ближе к горизонту под углом 18° - 25° и частично вертикально.

С классическим полуволновым вибратором можно делать разные эксперименты, которые привели к распространённым типажам антенн, см, рис.2. При расположении антенны низко над землёй и наклонив полотно антенны примерно под 45°, мы получили антенну под названием "Sloper", основное излучение которого принимает почти односторонний характер излучения.

Модификация антенны под названием "Inverted - V", перевёрнутая -V, предполагает двустороннюю диаграмму направленности, как у классического вибратора, но с прижатой к земле диаграммой излучения под углом ниже 15°-12°, что даёт возможность в диапазоне КВ работать в эфире на дальних дистанциях. В диапазоне FM пираты часто используют высокоэффективную антенну Харченко, или полуволновые вертикалы с колениарным включением.

Преобразование полуволнового вибратора в четвертьволновой. Четвертьволновой вибратор, это далеко не укороченный полуволновой вибратор. Проследим его появление на свет. Ниже представлены варианты постепенного преобразования полуволнового вибратора. На рисунке 3а. мы видим обыкновенный λ/2 вибратор, только расположенный вертикально. Неудобство расположения фидера перпендикулярно полотну антенны, привело к решению размещения антенны по схеме рис.3б. Вполне естественно, что центральная жила кабеля подключена к верхней части вибратора. А к нижней, соответственно, оплётка кабеля. Вместо нижней части вибратора иногда используют оплётку кабеля, натянутую поверх изоляции фидера. Такую антенну назвали "Антенна-чулок", а её входное сопротивление равно примерно 75 Ом. Ферритовые кольца здесь не нужны. Угол излучения к горизонту составляет примерно 12°-15° к горизонту, а такую антенну часто используют в походных условиях. Для воссоздания входного сопротивления антенны = 50 Ом, пришлось применить 3-4 полотна антенны по углом 90° - 120° по отношению к вертикальному верхнему полотну антенны см. рис. 3в. Такую антенну назвали четверть волновым вертикальным вибратором, а нижние вибраторы назвали противовесами. Угол излучения к горизонту в этом случае высок и составляет примерно 18°-20° к горизонту. Так получился вертикал. Все рассматриваемые выше антенны, являются классическими, и очень широко применяются. Их полоса пропускания составляет единицы процентов от всего коротковолнового диапазона, и не могут с максимальной эффективностью использоваться во всём диапазоне частот коротких волн. 20. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ Цель работы 1. Изучение устройства антенны с рефлектором в виде параболоида вращения. 2. Исследование влияния смещения облучателя из фокуса на форму диаграммы направленности антенны. 3. Исследование влияния контррефлекторов различного типа на коэффициент усиления антенны. Методические указания по самоподготовке Параболическая антенна используется для создания остронаправленного излучения в диапазоне СВЧ, когда размеры антенны во много раз превышают рабочую длину волны. Антенна состоит из металлического зеркала (рефлектора) параболической формы и облучателя, расположенного в ее фокусе. Антенна с зеркалом в виде параболоида вращения (рис. 3.1) с раскрывом, имеющим форму круга диаметром 2 R. Прямая, перпендикулярная плоскости раскрыва и проходящая через его центр, является осью зеркала, точка О пересечения оси с поверхностью зеркала – его вершиной. Расстояние f от вершины зеркала до фокуса F называется фокусным расстоянием.     2. Для формирования узкой диаграммы направленности (ДН) в режиме передачи в раскрыве зеркала необходимо возбудить синфазное поле. В режиме приема параболическое зеркало фокусирует падающую плоскую волну в небольшой объем вблизи фокуса («фокальное пятно»). Сферическая волна, создаваемая облучателем, помещенным в фокус параболического зеркала, преобразуется зеркалом в плоскую волну, распространяющуюся вдоль его оси. Действительно, в силу геометрических свойств параболы расстояние, проходимое любым лучом от фокуса до параболического зеркала и от него до плоскости раскрыва, есть величина постоянная для всех лучей (рис. 3.2): FAB=FCK. Необходимо знать, что: 1) при помещении облучателя в фокус параболического зеркала главный максимум ДН антенны ориентирован вдоль ее оси; 2) ширина главного лепестка ДН зависит от закона изменения амплитуды поля в раскрыве зеркала; 3) для уменьшения уровня боковых лепестков ДН антенны ампли­туда поля в раскрыве должна уменьшаться от центра к краю, что достигается использованием облучателя с максимумом ДН, ориентированным на вершину зеркала и понижением излучения в направлении его края. 3. Различают три типа параболоидов (рис. 3.3): длиннофокусный     1) Облучатель в виде одиночного полуволнового вибратора (рис. 3.4,а). ДН такого облучателя имеет в плоскости Е два максимума, один из которых направлен в сторону зеркала, другой – в противо­положную сторону. По этой причине более половины излучаемойим мощности не участвует в формировании ДН антенны, что приводит к снижению КПД антенны. 2) Облучатель в виде системы из активного и пассивного вибраторов (рис. 3.4,б) позволяет существенно снизить обратное излучение облучателя. Питание к пассивному вибратору (линейному контррефлектору) не подводится, ток в нем возбуждается полем излучения активного вибратора. Изменяя расстояние между вибраторами, можно добиться такого соотношения амплитуд и фаз токов в вибраторах, чтоих поля в направлении к зеркалу будут складываться, а в противоположном направлении – гасить друг друга [6]. Оптимальное расстояние между вибраторами близко к λ/4. Фазовый центр облучателя находится примерно посередине между вибраторами и должен совпадать с фокусом зеркала. 3) Облучатель, состоящийиз вибратора и круглого диска – плоского контррефлектора (рис. 3.4, в), – имеет почти однонаправленную ДН, форма которой зависит от расстояния между вибратором и контррефлектором, а также от диаметра последнего. При малом диаметре контррефлектора возрастает боковое и обратное излучение, при большом усиливается теневой эффект. Фазовый центр облучателя находится вблизи центра диска и должен совпадать с фокусом зеркала. На рис. 3.5,б представлены рассчитанные в зависимости КПД антенны (λ) от отношения R / f для трех рассмотренных типов облучателя. Отметим, что форма ДН параболической антенны от величины ее КПД практически не зависит. 4. Студент должен уметь показать на основе метода геометрической оптики, что при перемещении облучателя перпендикулярнооси зеркала (в фокальной плоскости) меняется направление максимального излучения антенны, а при перемещении облучателя вдоль оси зеркала изменяется ширина главного лепестка ДН. Минимальная ширина главного лепестка ДН наблюдается при совпадении фазового центра облучателя с фокусом зеркала. С точки зрения волновой теории увеличение ширины главного лепе­стка ДН при смещении облучателя вдоль оси зеркала обусловлено тем, что поле в плоскости раскрыва становится несинфазным. Однако, поскольку фазовые искажения симметричны относительно оси, направление главного максимума вдоль оси антенны сохраняется. При небольших смещениях облучателя перпендикулярно оси зеркала в плоскости раскрыва появляются несимметричные фазовые сдвиги, плоскость равных фаз волны, идущей от облучателя, поворачивается на некоторый угол. Вследствие этого и направление главного максимума поворачивается на тот же угол от оси антенны в сторону, противоположную смещению облучателя (рис. 3.6). Следует иметь в виду, что при больших смещениях облучателя распределение фазы волны в плоскости раскрыва уже не является линейным. Нелинейные фазовые ошибки приводят не только к изменению направления главного максимума, но и к искажению формы ДН. 5. В режиме осевого излучения нормированная ДН параболической антенны может быть рассчитана по приближенной формуле (3.1)   где  – угол между осью зеркала и направлением в точку наблюдения, k = 2 – волновое число, J 1(х) – функция Бесселя первого порядка от аргу­­мен­та x,  – рабочая длина волны. График функции 1(x) приведен на рис. 3.8. Коэффициент направленного действия (КНД) антенны равен (3.2)   где S =  R 2 – площадь раскрыва зеркала;  – коэффициент использования поверхности (КИП) зеркала, зависящий от характера изменения амплитуды поля в его раскрыве (чем ближе распределение поля к равномерному, тем ближе величина КИП к единице). Графики зависимости  от отношения R/f, рассчитанные в [7] для трех рассмотренных типов облучателя, приведены на рис. 3.5, а. Коэффициент усиления (КУ) антенны равен (3.3)   где  –КПД антенны, определяемый из графиков рис. 3.5, б.   А. Расчеты 1. Определить фокусное расстояние f исследуемой антенны, исполь­зуя уравнение параболоида вращения в прямоугольной системе координат (рис. 3.2) (3.4)   и геометрические параметры зеркала, указанные на его обороте: диаметр раскрыва 2 R и расстояние от вершины зеркала до плоскости раскрыва (глубина зеркала) z0. Найти отношение R/f для исследуемой антенны и записать его в табл. 3.1. 2. По графику рис. 3.8 рассчитать и построить нормированную ДН ис­­следуемой антенны на волне, указанной преподавателем. Расчет ДН про­во­дить по формуле где По графику определить ширину главного лепестка ДН по уровню половинной мощности результат записать в табл. 3.1. 3. Используя кривые рис. 3.5, по известному значению R/f найти КИП зеркала и КПД антенны для трех рассмотренных облучателей, записать найденные значения  и  в соответствующие графы табл. 3.1 и 3.3. По формулам (3.2) и (3.3) определить КНД и КУ антенны для облучателя в виде одиночного вибратора; значения D 1 и G 1 записать в табл. 3.1.   Рассчитать относительные значения КУ антенны при использовании облучателей с контррефлекторами по сравнению с КУ при использовании облучателя в виде одиночного вибратора:   Результаты записать в табл.3.3.   Спутниковая антенна Прямофокусная параболическая спутниковая антенна Офсетная параболическая спутниковая антенна Тороидальная спутниковая антенна   Спутниковая антенна — зеркальная антенна для приёма (или передачи) сигнала с искусственного спутника земли. Самыми распространёнными спутниковыми антеннами являются параболические антенны (их обычно и называют спутниковыми). Спутниковые антенны имеют различные типы и размеры. Наиболее часто в мире подобные антенны используются для приёма и передачи программ спутникового телевидения и радио, а также соединения с Интернетом. Существует 2 вида параболических антенн — прямофокусные и офсетные. Приёмные спутниковые антенны Прямофокусная (осесимметричная) антенна являет собой классический тип параболического зеркала с фокусом в геометрическом центре (эллиптический параболоид, в поперечном сечении которого окружность). Это способствует более точной ориентации на выбранный спутник. Обычно такие антенны используются для приёма сигнала в C-диапазоне, как более слабого, чем сигнал в Ku-диапазоне. Однако возможен приём сигнала и в Ku-диапазоне, а также комбинированный. Офсетная антенна наиболее распространена в индивидуальном приеме спутникового телевидения, хотя в настоящее время используются и другие принципы построения наземных спутниковых антенн. Офсетная антенна является эллиптическим параболоидом (в поперечном сечении эллипса). Фокус такого сегмента расположен ниже геометрического центра антенны. Это устраняет затенение полезной площади антенны облучателем и его опорами, что повышает ее коэффициент полезного использования при одинаковой площади зеркала с осесимметричной антенной. К тому же, облучатель установлен ниже центра тяжести антенны, тем самым увеличивая ее устойчивость при ветровых нагрузках. Офсетная антенна крепится почти вертикально. В зависимости от географической широты угол ее наклона немного меняется. Такое положение исключает собирание в чаше антенны атмосферных осадков, которые сильно влияют на качество приема. Обычно офсетные антенны используются для приёма сигнала Ku-диапазона (в линейной и круговой поляризации). Однако, возможен и приём сигнала в C-диапазоне, а также комбинированный. Помимо параболических, широко распространены также и тороидальные спутниковые антенны. Основное их преимущество — возможность приёма сигнала с большего количества спутников одновременно. Для изготовления спутниковых антенн в основном используют сталь и дюралюминий. Любители спутникового ТВ иногда устанавливают мотоподвес (мотор), или позиционер. При помощи актюатора и по команде пользователя (или команде с тюнера) он позволяет передвинуть антенну в позицию нужного вам спутника. 21. Волновой канал Антенна - «волновой канал», известная также как антенна Уда-Яги, или антенна Яги, это антенна, состоящая из расположенных вдоль линии излучения параллельно друг другу активного и нескольких пассивных вибраторов. Волновой канал относится к классу антенн бегущей волны. В советской литературе применялось название «волновой канал», оно и осталось распространенным в русскоязычной литературе, в англоязычной литературе используют названия по именам изобретателей. Устройство и принцип действия Антенна «волновой канал», схема Как уже упоминалось, антенна состоит из расположенных на траверсе (на рисунке - Т) активного (A) и ряда пассивных вибраторов — рефлекторов (R), расположенных относительно направления излучения за активным вибратором, и директоров (D), расположенных перед активным вибратором. Чаще всего применяется один рефлектор, число директоров меняется от нуля до десятков. Активный вибратор имеет длину около 0.5 λ, рефлектор длину немного большую 0.5 λ, директоры имеют длину, меньшую 0.5 λ. Расстояния от активного вибратора до рефлектора и до первого директора составляют около 0.25 λ. Излучение антенны можно рассматривать как сумму излучений всех составляющих ее вибраторов. Ток, наведенный излучением активного вибратора в рефлекторе, наводит в нем напряжение. Для рефлектора, сопротивление которого носит индуктивный характер за счет длины, большей 0,25 λ, напряжение отстает по фазе от напряжения в активном вибраторе на 270 градусов. В результате излучение активного вибратора и рефлектора в направлении рефлектора складывается в противофазе, а в направлении активного вибратора — в фазе, что приводит к усилению излучения в направлении активного вибратора приблизительно вдвое. Аналогично рефлектору работают директоры, однако из-за емкостного характера их сопротивления (что определяется их меньшей длиной) излучение усиливается в направлении директоров. Каждый дополнительный рефлектор или директор дают прибавку усиления, но меньшую, чем предыдущий рефлектор и директор, причем для рефлектора эффект ослабления действия дополнительных элементов намного более выражен, поэтому более одного рефлектора применяют достаточно редко. Характеристики Трехэлеменый волновой канал имеет усиление около 5-6 dBd, шестиэлементного — около 9 dBd, десятиэлементного — около 11 dB. Для длинных (более 15 элементов) антенн можно считать, что усиление увеличивается примерно на 2.2 dB на каждое удвоение длины антенны. Антенна обладает хорошим направленным действием. Антенна достаточно проста, имеет относительно небольшую массу, за счет отсутствия сплошных поверхностей обеспечивается малая парусность. Применение Антенна Уда-Яги (волновой канал). Слева направо на траверсе смонтированы рефлектор, активный вибратор и директор. Хорошо видно, что рефлектор несколько длиннее активного вибратора, а директор короче. Антенны «волновой канал» широко применяются в качестве приемных телевизионных, в качестве приемных и передающих в системах беспроводной передачи данных, в радиолюбительской связи, в прочих системах связи, в радиолокации. Широкому их распространению способствуют высокое усиление, хорошая направленность, компактность, простота, небольшая масса. Антенну применяют на диапазонах, начиная с коротких волн, в диапазонах метровых и дециметровых волн и на более высоких частотах, на СВЧ-диапазонах. История Антенна волновой канал была изобретена в 1926 г. Синтаро Удо в сотрудничестве с Хидэцугу Яги, из университета Тохоку, расположенного в г. Сэндай в Японии. Яги опубликовал первое описание антенны на английском языке, в свзяи с чем она стала ассоциироваться с его именем. Яги, впрочем, всегда упоминал принципиально важную роль Удо в изобретении антенны, в связи с чем правильным названием должно быть «антенна Уда-Яги». Антенна получила широкое распространение во время второй мировой войны в качестве антенны радаров ПВО благодаря ее простоте и хорошей направленности. Японские военные впервые узнали об антенне после битвы при Сингапуре, когда к ним попали записки английского инженера радара, упоминавшего «антенну яги». Японские офицеры разведки не поняли в этом контексте, что Яги — это имя. Несмотря на то, что антенна была изобретена в Японии, она оставалось неизвестной большинству японских разработчиков радаров в течение большой части военного периода, из-за противоречий между флотом и армией. Антенну горизонтальной поляризации можно видеть под левым крылом самолетов, базируемых на авианосцах Grumman F4F, F6F, TBF Avenger. Антенну вертикальной поляризации можно видеть на носовом обтекателе многих истребителей второй мировой войны. 22. Фидер (англ. feeder от feed — питать) — передающая линия, устройство, по которому осуществляется направленное распространение электромагнитных волн от источника к потребителю (например, к антенне). Термин «фидер» в основном используют, когда говорят о приемо-передающих трактах в радиотехнике. Также этот термин часто упоминается в силовой электроэнергетике. Однако, здесь его применение ограничено только силовой частью электроустановки и аналогично применению термина "линия электропередачи". Классификация Открытые фидеры К открытым фидерам относят неэкранированные проводные линии, диэлектрические волноводы, линзовые и зеркальные квазиоптические линии. Закрытые фидеры К закрытым фидерам относят экранированные линии (например, радиочастотный кабель, симметричные полосковые линии) и металлические радиоволноводы. Диэлектрический волновод — радиоволновод, состоящий только из диэлектрических материалов (полиэтилена, полистирола и др.). Преимущество закрытых фидеров — независимость поля канализируемой волны от внешних воздействий. Конструкция Конструкция фидера определяется частотой источника. Обычно использутся следующее разделение: до 3 МГц — экранированные и неэкранированные проводные линии; от 3 Мгц до 3 Ггц — коаксиальные кабели; от 3 Ггц до 300 Ггц — металлические и диэлектрические радиоволноводы; свыше 300 Ггц — квазиоптические линии. Кабельные и воздушные линии связи на основе металлических проводников Существующие типы линий связи (ЛС) в зависимости от используемой среды распространения сигналов принято делить на проводные и линии в атмосфере (радиолинии). К линиям связи предъявляются следующие основные требования: осуществление связи на практически требуемые расстояния; широкополосность и пригодность для передачи различных видов сообщений; защищенность цепей от взаимных влияний и внешних помех, а также от физических воздействий (атмосферных явлений, коррозии и пр.); стабильность параметров линии, устойчивость и надежность связи; экономичность системы связи в целом. В простейшем случае проводная ЛС - физическая цепь, образуемая парой металлических проводников. Кабельные ЛС (кабели связи) образованы проводами с изоляционными покрытиями, помещенными в защитные оболочки. По конструкции и взаимному расположению проводников различают симметричные (СК) и коаксиальные (КК) кабели связи (Рис. 5.1). Рис. 5.1. Типичный вид симметричного (а) и коаксильного (б) кабеля Симметричная цепь состоит из двух совершенно одинаковых в электрическом и конструктивном отношениях изолированных проводников. В зарубежных источниках СК часто называют "витая пара" (TP - twisted pair). Различают экранированные (shielded) и неэкранированные (unshielded) СК. Коаксиальная цепь представляет собой два цилиндра с совмещенной осью, причем один цилиндр - сплошной внутренний проводник, концентрически расположен внутри другого полого цилиндра (внешнего проводника). Проводники изолированы друг от друга диэлектрическим материалом. Рассмотрим основные параметры кабелей с металлическими проводниками. Коэффициент затухания α, дБ/км. Зависит от свойств материалов проводников и изоляционного материала. Наилучшими свойствами (малым сопротивлением) обладают медь и серебро. Коэффициент затухания зависит также от геометрических размеров проводников. СК с большими диаметрами проводников обладают меньшим коэффициентом затухания. Коэффициент затухания КК зависит от соотношения диаметров внешнего и внутреннего проводника (Рис. 5.2). Оптимальными соотношениями являются (материал внешнего проводника): для меди - 3.6, для алюминия - 3.9, для свинца - 5.2. Рис. 5.2. Зависимость коэффициента затухания КК от соотношения диаметров проводников Очень важной характеристикой, фактически определяющей широкополосность системы связи, является зависимость коэффициента затухания от частоты (Рис. 5.3). Если определен граничный коэффициент затухания α ГР (обычно он определяется возможностями усилителей или регенераторов (см. подраздел 6.1.4)), то данному коэффициенту соответствует граничная частота пропускания системы fГР. Полоса пропускания системы не превышает граничной частоты пропускания. Рис. 5.3. Частотная зависимость коэффициента затухания металлического кабеля Скорость распространения v, км/мс. Частотная зависимость скорости распространения показана на Рис. 5.4. С ростом частоты скорость распространения увеличивается, приближаясь к скорости света в вакууме vС 300 км/мс. Данный параметр зависит также от свойств диэлектрика, применяемого в кабеле. Рис. 5.4. Частотная зависимость скорости распространения электромагнитной волны Волновое сопротивление ZВ (Ом) - сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения, т.е. при условии, что на процесс передачи не влияют несогласованности на концах линии. Волновое сопротивление СК зависит от удельных значений емкости и индуктивности кабеля. Для КК волновое сопротивление определяется как , где ZД - волновое сопротивление диэлектрика, D и d - соответственно диаметры внешнего и внутреннего проводников. Основные требования к СК определены в рекомендации МСЭ-Т G.613. Диаметр жилы СК обычно составляет 0.4...1.2 мм. СК обычно используются в диапазоне частот до 10 МГц. Основные параметры КК приведены в Табл. 5.1. Табл.5.1 Тип КК Диаметр проводника внешний/внутренний, мм Рекомендация МСЭ-Т Рабочая полоса частот, МГц Мини-КК 0.7 / 2.9 G.621 0.2...20 Малогабаритный КК 1.2 / 4.4 G.622 0.06...70 Нормализованный КК 2.6 / 9.5 G.623 0.06...300 В настоящее время выпускается широкая номенклатура кабелей, отличающихся в зависимости от назначения, области применения, условий прокладки и эксплуатации и пр. На Рис. 5.5 приведен пример конструкции кабеля для магистральной сети КМБ-8/7. В конструкции кабеля предусмотрено несколько коаксиальных цепей разного типа, несколько симметричных пар, а также отдельные изолированные жилы. Последние обычно используются для технологических целей. Рис. 5.5. Пример конструкции кабеля (кабель КМБ-8/7) Воздушные ЛС (ВЛС) не имеют изолирующего покрытия между проводниками, роль изолятора играет слой воздуха. Проводники выполняются, в основном, из биметаллической сталемедной (сталеалюминевой) проволоки. Внутренний диаметр стальной проволоки обычно составляет 1.2...4 мм, толщина внешнего слоя меди (алюминия) - 0.04...0.2 мм. Проволока подвешивается на деревянных или железобетонных опорах с помощью фарфоровых изоляторов. Используемый частотный диапазон ВЛС не превышает 150 кГц.