РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ

АНТЕННЫ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ СТАНЦИЙ

Развитие антенн, как и все развитие радиотехники, прошло большой и сложный путь от первой антенны А. С. Попова в виде длинного провода, подвешенного над землей, до сложных сооружений, какими являются современные радиолокационные и радиорелейные ан­тенны. Над конструированием и исследованием их в на­стоящее время работают целые коллективы ученых и инженеров.

Создание широкополосных систем в радиотехнике» будь то антенны, усилители и т. д., сопряжено всегда со значительными трудностями. Каждый, у кого дома имеется телевизор, знает, что для высококачественного приема, например, третьего телевизионного канала не­обходима другая антенна с другими размерами по срав­нению с антенной для первого канала. И очень трудно создать телевизионные антенны, одинаково эффектив­ные для приема всех телевизионных программ. На сан­тиметровых и дециметровых волнах, однако, эти труд­ности удалось преодолеть. На радиорелейных линиях применяются очень широкополосные антенны, работаю­щие одинаково хорошо в полосе частот, занимаемой несколькими высокочастотными стволами. С другой сто­роны, эти антенны обладают большой направленностью.

Посмотрим, каким путем можно получить острона­правленную антенну, какие трудности приходится для этого преодолевать.

Прежде всего отметим один из основных принципов антенной техники, заключающийся в том, что свойства антенны при излучении радиоволн, т. е. направленность, широкополосность и другие, остаются неизменными при использовании этой же антенны для приема радиоволн. Основываясь на этом принципе, мы в дальнейшем будем говорить только о передающих антеннах, считая, что приемные антенны одинаковы по конструкции и поэтому столь же эффективно работают. На практике в радио­релейных линиях передающие и приемные антенны всегда одинаковы.

Обычная антенна радиовещательной или телевизион­ной станции излучает радиоволны равномерно во все стороны. Это значит, что мощность - передатчика поровну распределяется по всем направлениям и в каком-либо одном направлении распространяется только небольшая часть излученной энергии.

Пусть на приемной стороне мы принимаем сигналы передающей станции. Если передатчик излучает радио­волны через ненаправленную антенну, то на приемной стороне мы примем сигнал определенной величины. Сме­ним теперь антенну передатчика на направленную и «нацелим» направление максимального излучения на приемную антенну. На приемной стороне произойдет резкое увеличение принимаемого сигнала, хотя мощность передатчика осталась неизменной. Получается, что ан­тенна как бы усиливает сигнал.

На радиорелейных линиях применяются острона* правленные антенны, имеющие усиление (по мощности) порядка тысячи и даже десятка тысяч и ширину ра­диолуча около 1—2 градусов. Последнее означает, что антенна почти ничего не излучает во всех на­правлениях, отличающихся от главного более чем на 0,5—1 градус.

Таким образом, благодаря «усилению» антенн мощ­ность передатчиков может быть снижена в несколько тысяч раз по сравнению с мощностью, которая потребо­валась бы, если бы антенны были ненаправленными. С другой стороны, благодаря направленности антенн резко снижаются помехи одной радиорелейной линии

На другую, даже если они близко друг от друга распо­ложены и работают на одних и тех же частотах.

«Усиление» направленной антенны объясняется тем, что она не распределяет излучаемую передатчиком энер­гию одинаково по всем направлениям, а направляет ее в одном направлении, т. е. как бы собирает энергию передатчика со всех направлений в одно. Слово «усиле­ние» взято в кавычки потому, что в антенне не проис­ходит превращения энергии постороннего источника в энергию радиосигнала, как это имеет место в пе­редатчике и приемнике, ^ где энергия источников питания превращается в радиолампах в высокоча - стотную энергию и где только за счет энергии источников питания про­исходит усиление полез­ного сигнала.

Наиболее распростра­ненными на радиорелей­ных линиях являются па­раболические и линзовые антенны.

Рис. 17 поясняет прин­цип работы параболиче­ской антенны. Внешний вид ее дан на рис. 14.

Она имеет облучатель или специальной конструкции, или в виде открытого конца волновода, который направ­ляет излучаемую им энергию на металлический отража­тель параболической формы (чаще всего в виде пара­болоида вращения). Облучатель, излучающий расхо­дящийся пучок радиоволн (лучи АБ и АБ' на рис. 17) г располагается на фокусе параболоида, т. е. в опреде­ленной точке А на его оси вращения. Еслй бы облуча­тель был очень малым или, как говорят, точечным, то отраженные от параболоида лучи были бы параллель­ными и направленными в сторону приемной антенны (на рис. 17 луч БВ параллелен лучу Б'В'), т. е. почти
вся излучаемая передатчиком энергия радиоволн рас­пространялась бы в нужном нам направлении.

Но так как облучатель имеет конечные размеры и находится не строго в фокусе, то отраженные от пара­болоида лучи не совсем параллельны: они несколько расходятся.

Многочисленные исследования остронаправленных антенн, и в частности параболических, показали, что, чем больше диаметр параболической поверхности по сравнению с длиной волны, тем уже излучаемый ею пу­чок радиоволн, тем выше ее направленность.

Параболоиды радиорелейных станций на сантиметро­вых волнах имеют диаметр 3—4 метра и обладают уси­лением по мощности от тысячи до десяти тысяч. На метровых волнах направленность антенн меньше, а уси­ление составляет всего лишь 50-*-500, так как мы не можем увеличивать размеры антенн пропорционально увеличению длины волны при переходе от сантиметро­вых волн к метровым. Иначе нам пришлось бы иметь параболические зеркала размером в десятки метров. Для их установки понадобились бы очень громоздкие и дорогие антенные опоры.

В основе устройства линзовых антенн лежит принцип преломления радиоволн на границе двух сред, т. е. из­менение направления луча при переходе из одной среды в другую.

Если линза для световых волн, т. е. оптическая лин­за, представляет собой стеклянное или какое-либо дру­гое прозрачное для света тело определенной выпуклой или вогнутой формы (очки, объектив фотоаппарата и т. д.), то линза для радиоволн обычно имеет совсем иной вид. Например, она может представлять собой набор параллельных друг другу металлических пласти­нок особой формы (рис. 18), разделенных воздушными промежутками. Форму пластин выбирают так, чтобы падающий на линзу из волновода расходящийся пучок радиоволн, пройдя линзу, стал параллельным. И здесь чем больше размеры выходного отверстия линзы по сравнению с длиной волны, тем выше направленность антенны.

Рупор перед линзой служит для того, чтобы вся высокочастотная энергия, выходящая из волновода, по­пала на линзу.

Иногда на радиорелейных линиях применяют чисто рупорные антенны. Конструктивно они проще и намного легче рупорно-линзовых, однако при тех же размерах отверстия первые имеют несколько меньшее усиление. Кроме того, длину рупора здесь приходится брать в 1,5—

2 раза больше, чем в случае применения линз.

Кроме направленности, к антеннам радиорелейных линий предъявляется требование отсутствия взаимных влияний между приемными и передающими антеннами, находящимися на одной промежуточной станции.

Оказывается, описанные выше антенны излучают не всю энергию в главном направлении. Ничтожная часть

А/юстинылинзы

На рис. 20 показано устройство другой антенной си­стемы ретрансляционной станции, используемой на «местных» радиолиниях. Благодаря остроумному приме­нению плоских отражателей сооружение этой станции обходится значительно дешевле, чем станций, изобра­женных на рис. 12 и рис. 16.

Принцип работы такой антенной системы заключа­ется в следующем: антенны с большим усилением уста­навливаются очень близко от приемо-передатчика на кры­ше одноэтажного здания ретрансляционной станции, чем

Достигается малая длина волноводов или кабелей, а еле* довательно, и малая величина потерь в них. Излучение передающей антенны направлено вертикально вверх. На легких стальных мачтах на требуемой высоте укреп­ляются перфорированные (т. е. с отверстиями для умень­шения ветровой нагрузки) металлические листы, на­клоненные под углом 45 градусов к горизонту. Верти­кально направленный радиолуч, как свет от зеркала, от­ражается от листов в сторону следующей ретрансля­ционной станции. Подобным же образом устроена и приемная антенна.

Заметим также, что довольно часто на промежуточ­ных станциях радиорелейных линий вместо четырех антенн применяются только две. Передача и прием од­ного направления производится на одну антенну. Это
возможно только на сравнительно малоканальных ли­ниях, где число высокочастотных стволов не превышает трех. Чтобы излучаемый сигнал не влиял на принимае­мый, их полосы частот отстоят друг от друга примерно

На 100 мегагерц (вспомните систему уплотнения каналов на частоте). В этом случае при помощи фильтров пере­даваемую и принимаемую полосы частот можно доста­точно хорошо разделить.