Занавесные антенные решетки представляют собой класс больших многоэлементных направленных радиопередающих проволочных антенн , используемых в коротковолновых радиодиапазонах. [1] Они представляют собой тип отражательной антенной решетки , состоящей из нескольких проволочных дипольных антенн , подвешенных в вертикальной плоскости, часто расположенных перед «занавесным» рефлектором, изготовленным из плоского вертикального экрана из множества длинных параллельных проводов. [1] Они подвешены на поддерживающих тросах, натянутых между парами высоких стальных башен, достигающих высоты до 90 м (300 футов). [1] В основном используемые для передачи на большие расстояния с помощью небесной волны (или пропускания ), они излучают пучок радиоволн под небольшим углом в небо чуть выше горизонта, который затем отражается ионосферой обратно на Землю за горизонтом. Занавесные антенные решетки широко используются международными коротковолновыми радиостанциями для вещания на большие площади на трансконтинентальных расстояниях. [1]
Благодаря своим мощным направленным характеристикам, решетки занавеса часто используются правительственными пропагандистскими радиостанциями для передачи пропагандистских передач через национальные границы в другие страны. Например, решетки занавеса использовались Радио Свободная Европа и Радио Свобода для вещания в Восточную Европу .
Первоначально решетки занавесей были разработаны в 1920-х и 1930-х годах, когда проводилось много экспериментов с дальним коротковолновым вещанием. Основная концепция заключалась в достижении улучшений в усилении и/или направленности по сравнению с простой дипольной антенной , возможно, путем складывания одного или нескольких диполей в меньшее физическое пространство или путем размещения нескольких диполей таким образом, чтобы их диаграммы направленности усиливали друг друга, тем самым концентрируя больше сигнала в заданной целевой области.
В начале 1920-х годов Гульельмо Маркони , пионер радио, поручил своему помощнику Чарльзу Сэмюэлю Франклину провести масштабное исследование характеристик передачи коротких радиоволн и определить их пригодность для передачи на большие расстояния. Франклин изобрел первую систему антенной решетки с занавесом в 1924 году, известную как система «Франклина» или «Английская». [2] [3]
Другие ранние антенные решетки включали решетку Брюса, запатентованную Эдмондом Брюсом в 1927 году [4] , и решетку Стербы , запатентованную Эрнестом Дж. Стербой в 1929 году [5]. Решетка Брюса производит вертикально поляризованный сигнал; решетки Стербы (и более поздние антенны HRS) производят горизонтально поляризованный сигнал.
Первой решеткой занавесов, которая добилась популярности, была занавеска Sterba , запатентованная Эрнестом Дж. Стербой в 1929 году [5] , и она использовалась Bell Labs и другими в 1930-х и 1940-х годах. Однако занавеска Sterba имеет узкополосную конструкцию и управляется только механическими средствами.
Занавесные решетки использовались в некоторых из первых радиолокационных систем, таких как британская сеть Chain Home . Во время Холодной войны большие занавесные решетки использовались Голосом Америки , Радио Свободная Европа и Радио Свобода , а также аналогичными западноевропейскими организациями для передачи пропагандистских передач в коммунистические страны, которые подвергали цензуре западные СМИ.
Управляемые элементы обычно представляют собой полуволновые диполи , питаемые в фазе, установленные в плоскости на расстоянии 1 ⁄ 4 длины волны перед плоскостью отражателя. [1] Провода отражателя ориентированы параллельно диполям. Диполи могут быть вертикальными, излучающими в вертикальной поляризации , но чаще всего они горизонтальные, поскольку горизонтально поляризованные волны меньше поглощаются отражениями от земли. [1] Самый нижний ряд диполей устанавливается на высоте более 1 ⁄ 2 длины волны над землей, чтобы отражения от земли не мешали диаграмме направленности излучения. [1] Это позволяет сосредоточить большую часть излучения в узком главном лепестке, направленном на несколько градусов выше горизонта, что идеально подходит для передачи небесных волн . [1] Антенна-занавес может иметь усиление на 20 дБ больше, чем простая дипольная антенна. [1] Из-за строгих требований к фазе ранние антенные решетки-занавески имели узкую полосу пропускания, но современные антенные решетки-занавески могут быть построены с полосой пропускания до 2:1, что позволяет им охватывать несколько коротковолновых диапазонов. [1] [6]
Вместо того чтобы запитывать каждый диполь в его центре, что требует «древовидной» структуры линии передачи со сложным согласованием импеданса , несколько диполей часто соединяются последовательно, образуя сложную структуру сложенного диполя , которая может запитываться в одной точке.
Для того чтобы луч можно было направлять, иногда вся решетка подвешивается на консольных рычагах к одной большой башне, которая может вращаться. См. ALLISS-Antenna . В качестве альтернативы, некоторые современные версии построены как фазированные решетки , в которых луч может поворачиваться электронно, без перемещения антенны. Каждый диполь или группа диполей питается через электронно регулируемый фазовращатель , реализованный либо пассивными сетями конденсаторов и индукторов, которые можно включать и выключать, либо отдельными выходными усилителями ВЧ . Добавление постоянного сдвига фаз между соседними горизонтальными диполями позволяет поворачивать направление луча по азимуту до ±30° без потери его диаграммы направленности. [7]
Система передачи оптимизирована по геополитическим причинам. Геополитическая необходимость заставляет некоторых международных вещателей время от времени использовать три отдельные антенные решетки: высокочастотную и среднечастотную, а также низкочастотные HRS-занавески.
Использование трех решеток занавесок для покрытия спектра вещания HF создает высокооптимизированную систему передачи HF, но три или более решетки занавесок могут быть дорогими в строительстве и обслуживании, и с середины 1990-х годов не было построено ни одной новой ретрансляционной станции HF. Однако современная конструкция антенны HRS имеет длительный срок службы, поэтому существующие системы передачи коротковолновых сигналов HRS, построенные до 1992 года, вероятно, будут оставаться доступными в течение некоторого времени.
С 1984 года МККР создал стандартизированную номенклатуру для описания антенн-штор, КВ передающих антенн МККР, состоящую из 1–4 букв, за которыми следуют три цифры:
Например, антенна-занавеска "HRS 4/5/0.5" имеет прямоугольную решетку из 20 диполей, 4 диполя в ширину и 5 диполей в высоту, причем самый нижний ряд находится на расстоянии половины длины волны от земли, а за ним находится плоский отражатель, а направление луча можно поворачивать. Поворотная антенна HRS 4/4/0.5 с 16 диполями является одним из стандартных типов решеток, которые можно увидеть на коротковолновых вещательных станциях по всему миру.
Антенна типа HRS является одним из наиболее распространенных типов занавесных решеток. Название происходит от приведенной выше номенклатуры CCIR: она состоит из решетки горизонтальных диполей с рефлектором R позади них, а луч является S -управляемым. Эти антенны также известны как "HRRS" (от реверсивного рефлектора R ) , но дополнительная буква 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 стандартной для дальнего (> 1000 км) коротковолнового вещания высокой мощности.
Антенна типа HRS в основном представляет собой прямоугольную решетку обычных дипольных антенн, натянутых между опорными башнями. [8] В простейшем случае каждый диполь отделен от следующего на 1 ⁄ 2 λ по вертикали, а центры каждого диполя разнесены на 1 λ по горизонтали. Опять же, в простейшем случае (для поперечного луча) все диполи возбуждаются синфазно друг с другом и с одинаковой мощностью. Излучение концентрируется поперечно к занавесу.
За массивом диполей, обычно на расстоянии около 1 ⁄ 3 λ, будет находиться «отражатель», состоящий из множества параллельных проводов в той же ориентации, что и диполи. Если бы этого не было, занавес излучал бы одинаково вперед и назад.
Если в обозначении антенны есть «S», то это управляемая конструкция. Следуя рекомендации МСЭ, ее можно назвать «поворотной конструкцией». [7] Это может быть достигнуто электронным способом путем регулировки фаз электрических волн сигналов, подаваемых на колонны дипольных антенных элементов, или физически путем установки антенной решетки на большом вращающемся механизме. Пример этого можно увидеть на NRK Kvitsøy, где кольцевая железная дорога несет пару колесных платформ, каждая из которых поддерживает башню на противоположных концах диаметрального плеча. Антенная решетка-занавес подвешена между башнями и вращается вместе с ними, когда башни вращаются по кольцевой железной дороге. Другой метод физического вращения используется в системе ALLISS , где вся решетка построена вокруг центральной вращающейся башни большой прочности.
Электрически поворачиваемые антенные решетки обычно могут быть направлены в диапазоне ±30° от физического направления антенны, в то время как механически поворачиваемые решетки могут охватывать полные 360°. Электрическое поворотное устройство обычно выполняется в горизонтальной плоскости, с некоторой регулировкой в вертикальной плоскости.
Количество рядов диполей и высота самого нижнего элемента над землей определяют угол места и, следовательно, расстояние до зоны обслуживания.
Обратите внимание, что детали места установки антенны могут нарушить планы проектировщиков, что может отрицательно сказаться на угле взлета и согласовании.
Это пример теоретической конструкции коротковолновых релейных станций HRS. Это может помочь лучше понять направленность антенны HRS.
Это неполный список станций, использующих только антенны HRS, отсортированный по названию страны.
Бразилия
Великобритания
Германия
Испания
США
В некоторых портативных тактических антенных системах по-прежнему используются антенны типа HR, в основном не HRS, поскольку антенны являются вращающимися.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )ALLISS Технологические порталы