Массив штор
Занавесные решетки — класс больших многоэлементных направленных проволочных радиопередающих антенн — используются в коротковолновых радиодиапазонах. [1] Они представляют собой тип отражательной антенной решетки , состоящей из нескольких проволочных дипольных антенн , подвешенных в вертикальной плоскости, часто расположенных перед отражателем «завесы», состоящим из плоского вертикального экрана из множества длинных параллельных проводов. [1] Они подвешены на опорных тросах, натянутых между парами высоких стальных башен, достигающих высоты до 90 м (300 футов). [1] ) на большие расстояния в основном используемые для передачи космических волн (или пропуска , они излучают луч радиоволн под небольшим углом в небо прямо над горизонтом, который затем отражается ионосферой обратно на Землю за горизонтом. Занавесные решетки находят широкое применение среди международных коротковолновых радиостанций для вещания на большие территории на трансконтинентальных расстояниях. [1]
Благодаря своим мощным направленным характеристикам решетки часто используются правительственными пропагандистскими радиостанциями для трансляции пропагандистских передач через национальные границы в другие страны. использовали занавесные решетки Например, «Радио Свободная Европа» и «Радио Свобода» для вещания на Восточную Европу .
История
[ редактировать ]Первоначально массивы штор были разработаны в 1920-х и 1930-х годах, когда проводилось много экспериментов с коротковолновым радиовещанием на большие расстояния. Основная концепция заключалась в том, чтобы добиться улучшения усиления и/или направленности по сравнению с простой дипольной антенной , возможно, путем складывания одного или нескольких диполей в меньшее физическое пространство или расположения нескольких диполей так, чтобы их диаграммы направленности усиливали друг друга, тем самым концентрируя больше сигнала. в заданную целевую область.
В начале 1920-х годов Гульельмо Маркони , пионер радио, поручил своему помощнику Чарльзу Сэмюэлю Франклину провести крупномасштабное исследование характеристик передачи коротковолновых радиоволн и определить их пригодность для передачи на большие расстояния. Франклин изобрел первую воздушную систему с занавесками в 1924 году, известную как система «Франклина» или «английская». [2] [3]
Другие ранние массивы штор включали массив Брюса, запатентованный Эдмондом Брюсом в 1927 году. [4] и занавеска Sterba , запатентованная Эрнестом Дж. Стербой в 1929 году. [5] Массив Брюса производит вертикально поляризованный сигнал; Массивы Sterba (и более поздние антенны HRS) производят сигнал с горизонтальной поляризацией.
Первым набором штор, завоевавшим популярность, была занавеска Sterba , запатентованная Эрнестом Дж. Стербой в 1929 году. [5] и это использовалось Bell Labs и другими в 1930-х и 1940-х годах. Однако завеса Sterba имеет узкополосную конструкцию и управляется только механическим способом.
Массивы штор использовались в некоторых из первых радиолокационных систем, таких как британская Chain Home сеть . Во время Холодной войны большие шторы использовались « Голосом Америки» , «Радио Свободная Европа» , «Радио Свобода » и аналогичными западноевропейскими организациями для трансляции пропагандистских передач в коммунистические страны, которые подвергали цензуре западные СМИ.
Описание
[ редактировать ]Возбуждающие элементы обычно представляют собой полуволновые диполи , питаемые синфазно и установленные в плоскости. 1/4 длины волны . перед плоскостью отражателя [1] Провода отражателя ориентированы параллельно диполям. Диполи могут быть вертикальными, излучающими в вертикальной поляризации , но чаще всего горизонтальными, поскольку волны с горизонтальной поляризацией меньше поглощаются отражениями от земли. [1] Нижний ряд диполей установлен более чем на 1/2 длины волны над землей, чтобы отражения от земли не мешали диаграмме направленности. [1] Это позволяет сконцентрировать большую часть излучения в узком главном лепестке, направленном на несколько градусов над горизонтом, что идеально подходит для передачи космических волн . [1] Занавесная решетка может иметь усиление на 20 дБ больше, чем простая дипольная антенна. [1] Из-за строгих требований к фазе более ранние решетки имели узкую полосу пропускания, но современные решетки могут быть построены с полосой пропускания до 2:1, что позволяет им покрывать несколько коротковолновых диапазонов. [1] [6]
Вместо того, чтобы питать каждый диполь в его центре, что требует «деревянной» структуры линии передачи со сложным согласованием импедансов , несколько диполей часто соединяются последовательно, чтобы создать сложную структуру сложенного диполя , которую можно запитать в одной точке.
Чтобы можно было управлять лучом, иногда всю группу подвешивают на консольных рычагах к одной большой башне, которую можно вращать. См. Антенну ALLISS . Альтернативно, некоторые современные версии построены в виде фазированных решеток , в которых луч можно поворачивать электронным способом, без перемещения антенны. Каждый диполь или группа диполей подается через фазовращатель с электронной регулировкой , реализованный либо с помощью пассивных цепей конденсаторов и катушек индуктивности, которые можно включать и выключать, либо с помощью отдельных выходных радиочастотных усилителей . Добавление постоянного фазового сдвига между соседними горизонтальными диполями позволяет поворачивать направление луча по азимуту до ±30° без потери диаграммы направленности. [7]
Трехматричные системы
[ редактировать ]Системы передачи оптимизированы по геополитическим причинам. Геополитическая необходимость заставляет некоторые международные вещательные компании время от времени использовать три отдельные антенные решетки: высокочастотную и среднеполосную, а также низкочастотные шторы HRS.
Использование трех завесных решеток для покрытия спектра ВЧ-вещания создает высокооптимизированную систему ВЧ-передачи, но строительство и обслуживание трех или более завесных решеток может быть дорогостоящим, а с середины 1990-х годов не строилось ни одной новой ВЧ-ретрансляционной станции. Однако современная конструкция антенны HRS имеет длительный срок службы, поэтому существующие коротковолновые системы передачи HRS, построенные до 1992 года, вероятно, останутся доступными в течение некоторого времени.
Номенклатура
[ редактировать ]
С 1984 года CCIR создал стандартизированную номенклатуру для описания шторных антенн — КВ передающих антенн CCIR, состоящую из 1–4 букв, за которыми следуют три цифры:
- Первое письмо
- Указывает ориентацию диполей в массиве.
- «H» означает, что диполи ориентированы горизонтально, поэтому антенна излучает горизонтально поляризованные радиоволны.
- «V» означает, что диполи ориентированы вертикально, поэтому антенна излучает радиоволны с вертикальной поляризацией.
- Вторая буква (если есть)
- Указывает, имеет ли антенна отражатель.
- «R» указывает на то, что на одной стороне решетки имеется простой (пассивный) отражатель, поэтому антенна излучает один луч.
- «RR» указывает на то, что решетка имеет своего рода «реверсивный отражатель», поэтому направление луча можно переключать на 180°. Очень немногие экземпляры этого типа когда-либо были построены. RCI Sackville в Канаде может иметь две антенны типа HRRS — возможно, единственные в Северной Америке.
- Если «R» и «RR» отсутствуют, антенна не имеет отражателя, поэтому дипольная решетка будет излучать свою энергию двумя лучами в обоих направлениях, перпендикулярных ее плоскости, на расстоянии 180 ° друг от друга.
- Третья буква (если есть)
- «S» означает, что массив управляемый.
- Числа
- За буквами следуют три цифры: «x/y/z». «x» и «y» определяют размеры прямоугольного массива диполей, а «z» указывает высоту над землей нижней части массива:
- «x» (целое число) — это количество коллинеарных диполей в каждом горизонтальном ряду. (Количество столбцов в массиве)
- «y» (целое число) — количество вертикально расположенных диполей в каждом столбце. (Количество строк в массиве)
- «z» (десятичная дробь) — это высота над землей в длинах волн самого нижнего ряда диполей в массиве.
Например, навесная антенна «HRS 4/5/0,5» имеет прямоугольную решетку из 20 диполей, 4 диполя шириной и 5 диполей высотой, причем самый нижний ряд находится на высоте половины длины волны от земли, а за ним находится плоский отражатель, и направление луча можно менять. Поворотная антенна HRS 4/4/0,5 с 16 диполями является одним из стандартных типов решеток, используемых на коротковолновых радиовещательных станциях по всему миру.
- Примечания к номенклатуре HRS
- Антенны HRS типа HRS 1/1/z как таковые не определены (такая вещь будет состоять всего из одного диполя).
- Антенны HRS типа HRS 1/2/z и 2/1/z существуют, но практически не используются в коротковолновом радиовещании. Антенну с обозначением «H 1/2/z» обычно называют антенной «Lazy-H». Репитеры ОВЧ и УВЧ для FM-радио или телевидения в Великобритании довольно часто используют пару горизонтальных диполей (или коротких Яги), расположенных один над другим (т. е. HRS 1/2/z), для концентрации мощности передачи в вертикальной плоскости.
- Российский радар «Дуга над горизонтом» мог использовать антенну типа HRS 32/16/0,75 (оценочно – не проверено) с потенциальным направленным ERP в гигаваттном диапазоне.
HRS-антенна
[ редактировать ]Антенна типа HRS является одним из наиболее распространенных типов завесных решеток. Название происходит от приведенной выше номенклатуры CCIR: он состоит из массива горизонтальных диполей с отражателем позади них, а луч является управляемым . Эти антенны также известны как «HRRS» (от R реверзила - ), но дополнительный R используется редко.
Однако еще в середине 1930-х годов Радио Нидерландов использовало вращающуюся антенну HRS для глобального покрытия. С 1950-х годов конструкция HRS стала более или менее стандартом для коротковолнового вещания на большие расстояния (> 1000 км).
Описание HRS
[ редактировать ]Антенна типа HRS представляет собой прямоугольную решетку обычных дипольных антенн, натянутых между опорными башнями. [8] В простейшем случае каждый диполь отделен от следующего 1 ⁄ 2 λ по вертикали, а центры каждого диполя расположены на расстоянии 1 λ друг от друга по горизонтали. Опять же, в простейшем случае (для широкого луча) все диполи возбуждаются синфазно друг с другом и с одинаковой мощностью. Излучение концентрируется сбоку от занавески.
За массивом диполей, обычно около На расстоянии 1 ⁄ λ . будет «отражатель», состоящий из множества параллельных проводов той же ориентации, что и диполи Если бы этого не было, занавес излучал бы одинаковое излучение вперед и назад.
Рулевое управление
[ редактировать ]
Если в обозначении антенны есть буква «S», то это управляемая конструкция. Следуя рекомендациям ITU, это можно было бы назвать «поворотной конструкцией». [7] Этого можно достичь электронным способом путем регулировки фаз электрических волн сигналов, подаваемых на столбцы дипольных антенных элементов, или физически путем установки антенной решетки на большом вращающемся механизме. Пример этого можно увидеть на НРК Квитсой, где по кольцевой железной дороге движется пара колесных платформ, каждая из которых поддерживает башню на противоположных концах диаметрального рукава. Занавесная антенная решетка подвешена между башнями и вращается вместе с ними при движении башен по кольцевой железной дороге. Другой метод физического вращения используется в системе ALLISS , где вся система построена вокруг центральной вращающейся башни большой прочности.
Антенные решетки с электрическим поворотом обычно могут быть направлены в диапазоне ± 30 ° от физического направления антенны, тогда как решетки с механическим вращением могут работать на полные 360 °. Электрический поворот обычно осуществляется в горизонтальной плоскости, при этом возможна некоторая регулировка в вертикальной плоскости.
Ширина луча по азимуту
[ редактировать ]- Для дипольной решетки шириной 2 ширина луча составляет около 50 °.
- Для дипольной решетки шириной 3 ширина луча составляет около 40 °.
- Для дипольной решетки шириной 4 ширины ширина луча составляет около 30 °.
Угол вертикального запуска
[ редактировать ]Количество рядов диполей и высота самого нижнего элемента над землей определяют угол места и, следовательно, расстояние до зоны обслуживания.
- Двухрядная антенна имеет типичный угол взлета 20°.
- чаще всего используется для связи на средней дальности.
- Четырехрядная высокая антенна имеет типичный угол взлета 10 °.
- чаще всего используется для связи на больших расстояниях.
- Шестирядная решетка аналогична четырехрядной, но может достигать углов взлета от 5° до 10°.
- может использоваться в коротковолновых цепях связи протяженностью 12000 км и обладает высокой направленностью. [7]
Обратите внимание, что детали расположения антенны могут нарушить планы проектировщиков, что может отрицательно сказаться на угле взлета и согласовании.
Примеры антенн HRS
[ редактировать ]Это пример теоретической конструкции коротковолновых релейных станций HRS. Это может помочь лучше понять направленность антенны HRS.
Таргетинг на Австралазию
Таргетинг на Индонезию
Ориентация на Латинскую Америку
«Ор-М» Тактическая РЛС
Небо-М (крупным планом)
Компоновка Ор-М
Коротковолновые ретрансляционные станции, использующие только антенны HRS
[ редактировать ]Это неполный список станций, использующих только антенны HRS, отсортированный по названию страны.
Активные сайты
[ редактировать ]Бразилия
- Бразильская коммуникационная компания Parque do Rodeador
- РНЗИ Рангитайки Равнины
Великобритания
- BBCWS Остров Вознесения
- BBCWS Рампишам
- BBCWS Скелтон
- BBCWS Вуфертон
Выведенные из эксплуатации объекты
[ редактировать ]- CVC International, Дарвин, Северная Каролина, на полуострове Кокс. Раньше это была ретрансляционная станция Radio Australia . Поскольку в 2008 году по решению суда земля была передана землевладельцам-аборигенам, в 2009 году участок был демонтирован. В настоящее время неизвестно, сохранились ли какие-либо антенные башни HRS.
Германия
- Площадка T-Systems Wertachtal , демонтированная в 2014 году.
- Радио Канады Интернэшнл Саквилл, Северная Каролина . Коротковолновая служба Radio Canada International была закрыта в июне 2012 года из-за сокращения бюджета Канадской радиовещательной корпорации в результате сокращения федеральных субсидий. Антенные башни HRS были снесены в 2014 году.
Испания
- Плайя-де-Пальс Музей радиостанции (антенное поле HRS теперь представляет собой поле для гольфа на 12 лунок)
олень
- VOA Делано, Калифорнийская ретрансляционная станция (статус законсервирован, может быть повторно активирован в некоторых чрезвычайных ситуациях)
- Ретрансляционная станция VOA Гринвилл-А (участок был продан округу Бофорт, Северная Каролина , в 2006 году, антенны были снесены в 2016 году. [9] )
Системы RADAR с использованием антенн типа HR
[ редактировать ]
В некоторых портативных тактических антенных системах до сих пор используются антенны типа HR, в основном не HRS, поскольку антенны являются вращающимися.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Гриффит, Б. Уитфилд (2000). Основы радиоэлектронной передачи, 2-е изд . Научно-техническое издательство. п. 477. ИСБН 1884932134 .
- ^ Джон Брей (2002). Инновации и революция в области коммуникаций: от пионеров Викторианской эпохи к широкополосному Интернету . ИЭПП. стр. 73–75. ISBN 9780852962183 .
- ^ Бошан, КГ (2001). История телеграфии . ИЭПП. п. 234. ИСБН 0-85296-792-6 . Проверено 23 ноября 2007 г.
- ^ Патент США №. 1813143, Воздушная система. Архивировано 9 ноября 2013 г. в Wayback Machine , Э. Брюс, подано 25 ноября 1927 г., выдано 7 июля 1931 г.
- ^ Перейти обратно: а б Патент США №. 1885151, Система директивной антенны. Архивировано 27 января 2012 г. в Wayback Machine , EJ Sterba, подано 30 июля 1929 г., выдано 1 ноября 1932 г.
- ^ Telefunken, Департамент высокочастотных технологий, Ульм (1976). «Широкополосные шторные антенны для коротковолнового вещания» (PDF) (на немецком языке) . Проверено 2 мая 2019 г.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с «Передающие антенны в КВ радиовещании» (PDF) . РЕКОМЕНДАЦИЯ МСЭ-R BS.80-3 . Проверено 22 июля 2019 г.
- ^ http://www.antenna.be/tci-611.pdf [ пустой URL PDF ]
- ^ ВИТН. «НОВОЕ ВИДЕО — В результате взрывов обрушились 48 вышек «Голоса Америки» в округе Бофорт» . www.witn.com . Архивировано из оригинала 29 июня 2019 г. Проверено 13 июня 2019 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]ALLISS Технологические порталы
