Особенности построения быстродействующих антенных согласующих устройств для радиостанций метрового диапазона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности построения быстродействующих антенных согласующих устройств для радиостанций метрового диапазона

И.Ю. Хлопушин, А.А. Цветнов

АО «НПП «Полет», г. Нижний Новгород, РФ

Доклад посвящен актуальной в настоящее время теме разработки быстродействующих антенных согласующих устройств для использования в радиостанциях метрового диапазона. Приведены особенности построения, структурная схема, формулы для расчета элементов согласования широкополосных согласующих устройств. Также приведены основные преимущества и недостатки таких устройств.

Ключевые слова: антенна; антенное согласующее устройство; быстродействие.

I.Y. Khlopushin, A.A. Tsvetnov

FEATURES OF CONSTRUCTION OF HIGH-SPEED ANTENNA COUPLERS FOR RADIO METER RANGE

The report is devoted to the current topic of development of high-speed antenna couplers for use in radio stations of the meter range. Features of construction, the block diagram, formulas for calculation of elements of coordination of broadband antenna couplers are resulted. The main advantages and disadvantages of such devices are also given.

Keywords: antenna; antenna coupler; high-speed.

Введение

В настоящее время в бортовой радиосвязи широко используется диапазон от 30 до 100 МГц. Для этого диапазона в АО «НПП «Полет» (г. Нижний Новгород) разработаны и эксплуатируются ряд широкополосных антенн:

- фюзеляжные - «Банкер-286» с наименьшей эффективностью излучения минус 24,5 дБ на частоте 30МГц и обеспечивающие дальность радиосвязи по линии «борт-земля» не менее 45 км (при использовании радиостанции с выходной мощностью 30-50 Вт);

- килевые - «Банкер-8ТМ» с наименьшей эффективностью излучения минус 20 дБ на частоте 30 МГц, «Банкер-10В» с наименьшей эффективностью излучения минус 19 дБ на этой же частоте и обеспечивающие дальность радиосвязи по линии «борт-земля» не менее 70 км (при использовании радиостанции с выходной мощностью 30-50 Вт).

У этих антенн, вследствие малой электрической высоты (отношение геометрического размера по высоте к максимальной длине волны рабочего диапазона), для обеспечения согласования с питающим фидером с КСВ не хуже 2,5 применены поглотители мощности (резисторы), что приводит к недостаточной эффективности излучения и дальности радиосвязи на нижних частотах рабочего диапазона.

С целью увеличения дальности радиосвязи на нижних рабочих частотах на предприятии в 2010 г. разработан широкополосный вариант исполнения антенны «Банккер-286» с увеличенной эффективностью излучения (минус 16,5 дБ на частоте 30 МГц). В результате установки этой антенны на борт вертолета Ми-8 дальность связи по линии «борт-земля» на нижней частоте диапазона в режиме ФРЧ увеличилась до 115 км, в режиме ППРЧ - до 80 км, при мощности радиостанции 30 Вт. Отмеченный результат достигнут при сохранении высоты антенны за счет дополнительной установки на верхнюю кромку антенны горизонтального металлического диска диаметром 405 мм. Использовать такую антенну для установки на самолет, у которого скорость 500 км/ч и более, практически невозможно.

Для дальнейшего увеличения дальности радиосвязи в широкополосном варианте необходимо существенно увеличивать вертикальный или горизонтальный размеры антенны (или и то и другое вместе). Это приводит к отклонению от круговой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости для области верхних частот рабочего диапазона. Существенное увеличение высоты фюзеляжных антенн для вертолетов и скоростных самолетов невозможно.

Применение перестраиваемой по частоте фюзеляжной антенны диапазона 30-100 МГц с встроенным широкополосным согласующим устройством (ШСУ), без увеличения размеров антенны (особенно высоты), вследствие более высокого КПД, приведет к решению проблем повышения дальности радиосвязи, особенно для вертолетов и скоростных самолетов.

ШСУ состоит из нескольких поддиапазонных неперестраиваемых широкополосных согласующих контуров (ШСК), коммутируемых только на входе и выходе (рис.1) [1]. Режим ППРЧ реализуется при перестройках по частоте в пределах каждого поддиапазона. КСВ в пределах каждого поддиапазона не хуже 2,0.

Рис. 1. Структурная схема ШСУ.

Такая бортовая фюзеляжная перестраиваемая антенна с встроенным ШСУ предназначена для совместной работы с МВ радиостанциями при установке на вертолеты и дозвуковые самолеты и обеспечения радиосвязи повышенной дальности по линиям «борт-борт» и «борт-земля» в режиме ППРЧ.

быстродействующий антенный согласующий радиостанция

Рис. 2. Эскиз внешнего вида МВ антенны

На рисунке 2 обозначены: 1 - Антенный вибратор; 2 - ШСУ; 3 - Низковольтный НЧ кабель для управления ШСУ; 4 - Высоковольтный НЧ кабель для управления ШСУ; 5 - ВЧ кабель, соединяющий радиостанцию с ШСУ; 6 - НЧ кабель, соединяющий радиостанцию с устройством управления ШСУ; 7 - Устройство управления ШСУ.

На вертолеты антенна устанавливается на верхнюю часть балки или на нижнюю часть фюзеляжа. На дозвуковые самолеты - на верхнюю или нижнюю часть фюзеляжа.

В таблице 1 и рисунке 3 приведены параметры импеданса антенны МВ1 диапазона.

Таблица 1.

Рис. 3. Графики Х(f) и R(f).

Из анализа приведенных параметров антенны следует, что антенна «емкостного» типа.

При достаточно большой добротности антенны (Q ?10) элементы ШСУ не зависят от активного сопротивления нагрузки (антенны), а определяются только ее реактивностью и полосой согласования. Это важное свойство ШСУ значительно расширяет возможности его использования.

Преимущества ШСУ:

- простота в управлении, реализации, отработке на объектах;

- высокое быстродействие, реализация режима ППРЧ, высокая надежность.

Недостатки ШСУ:

- жесткие требования к стабильности параметров импеданса антенн;

- невозможность работы на антенны различных типов.

Элементы ШСК рассчитываются по ниже приведенным формулам, приведенным в [2].

Например, для ШСК 4 порядка:

(1)

где элементы НЧ - прототипа, взятые из приложений в [3];

- рабочая полоса частот ШСУ;

- активная составляющая импеданса антенны,

L_a - индуктивная составляющая импеданса антенны.

Отметим, что значение R_а берется на среднегеометрической частоте рабочей полосы частот (w=(щ₁• щ₂)^1/2).

Устройство управления предназначено для автоматического выбора и коммутации нужного ШСК в зависимости от частоты входного сигнала в соответствии с алгоритмом работы ШСУ. Функции выполняются либо при взаимодействии аппаратных средств с программным обеспечением (ввод-вывод информации, тест встроенного контроля и др.), либо программным обеспечением - контроль входной информации, формирование выходной информации, реализация алгоритма работы ШСУ. Программное обеспечение обрабатывает информацию о частоте и видах работы, принимаемую от радиостанции в словах по интерфейсу RS-485. Дискретность значений частоты 100 Гц.

Заключение

Рассмотрены основные особенности построения быстродействующих антенных согласующих устройств МВ диапазона. Одним из простых и надежных способов повышения быстродействия в радиостанциях МВ диапазона является применение в качестве устройства согласования широкополосного согласующего устройства, встроенного в корпус антенны, которое состоит из набора коммутируемых поддиапазонных неперестраиваемых широкополосных согласующих контуров.

Литература

1. Хлопушин И. Ю. О разработке быстродействующих антенных согласующих устройств для радиостанций с режимом ППРЧ. // XXIV Международная научно-техническая конференция «Радиолокация. Навигация. Связь» - Воронеж, 2018, Т. 4, - с. 179-182.

2. Алексеев О. В., Головков А. А., Дмитриев А. Я., и др. Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ: учебное пособие для вузов. Под ред. Алексеева О. В. М.: Радио и связь, 1987. - 392 с.

3. Фано Р. Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов. М.: Сов. радио, 1965. - 68 с.

References

1. Khlopushin I. U. The development of high-speed antenna couplers for radios with FHSS mode.// XXIV international scientific-technical conference «Radar. Navigation. Communication» - Voronezh, 2018, Vol. 4. - Pp. 179-182.

2. Alekseev O. V., Golovkov A. A., Dmitriev A. Y. and others. Designing radio transmitting devices with the use of computers: Textbook manual for universities. Ed. Alekseeva O.V. M.: Radio and communications, 1987, - 392 p.

3. Fano R. Theoretical limitations of the matching band for arbitrary inpedances. M.: Sov. radio, 1965. - 68 p.

Размещено на Allbest.ru